西安機(jī)場線小半徑曲線地段無縫線路養(yǎng)護(hù)維修方法探討

龐婷婷

（西安交通工程學(xué)院,陜西 西安 710300）

鐵路線路設(shè)備是鐵路運(yùn)輸最為基礎(chǔ)的設(shè)備。因此,保持鐵路線路設(shè)備完整和質(zhì)量均衡,是列車安全平穩(wěn)運(yùn)行和確保旅客舒適度的前提條件,也是延長設(shè)備使用壽命和降低運(yùn)營成本的重要條件。在鐵路線路設(shè)備中,小半徑曲線不但病害類型較多,而且其設(shè)備狀態(tài)在實(shí)際工作中不易控制,在列車通過小半徑曲線時,很可能因此對列車安全運(yùn)行構(gòu)成威脅。因此,對小半徑曲線病害產(chǎn)生的原因進(jìn)行全面分析,并提出針對性的養(yǎng)護(hù)維修措施,這對小半徑曲線的養(yǎng)護(hù)維修工作是相當(dāng)重要的。

西安機(jī)場線正線右線線路長度29.318km,左線線路長度29.294km,正線全部采用整體道床,鋪設(shè)無縫線路。由于城市軌道交通選線的限制性邊界條件較多,城市軌道交通項目中曲線所占比例較高,同時小半徑曲線占有相當(dāng)大的比例。機(jī)場線右線所有曲線累計長度11.530km,其中右線曲線半徑小于1600m的曲線占右線曲線總長的74.56%；左線所有曲線累計長度12.141km,其中左線曲線半徑小于1600m的曲線占左線曲線總長的72.02%。

從以上數(shù)據(jù)分析中可以看出,曲線的養(yǎng)護(hù)維修是西安機(jī)場線養(yǎng)護(hù)維修工作的重中之重,且西安機(jī)場線正線鋪設(shè)無縫線路,由于無縫線路養(yǎng)護(hù)維修具有其特殊性,其養(yǎng)護(hù)維修方式不同于普通線路。

1 小半徑曲線軌道的受力分析

小半徑曲線地段無縫線路病害的形成,主要由列車通過小半徑曲線地段時鋼軌的受力情況決定。列車通過曲線地段時,產(chǎn)生的力形式比較多,鋼軌受力情況比較復(fù)雜,可以概括為豎向沖擊力,水平橫向力,水平縱向力以及軌道不平順時產(chǎn)生的附加力。列車在小半徑曲線地段運(yùn)行時,在以上這些力的綜合作用下,列車輪對會對鋼軌產(chǎn)生較大強(qiáng)度碾壓,使曲上股鋼軌作用邊發(fā)生塑性變形,加速了鋼軌的磨耗,同時還會對小半徑曲線地段的軌道框架產(chǎn)生一定的影響,反復(fù)作用會影響軌道框架的剛度降低。

2 小半徑曲線地段無縫線路病害類型

2.1 鋼軌常見傷損病害

小半徑曲線地段無縫線路常見的鋼軌病害主要有鋼軌側(cè)磨、波磨、掉塊及鋼軌接頭傷損等,其中側(cè)磨最為嚴(yán)重,是小半徑曲線地段無縫線路最嚴(yán)重的傷損類型,其造成危害最大。

2.2 軌道幾何尺寸超限

小半徑曲線地段無縫線路的水平、軌距、高低、曲線正矢、超高等幾何尺寸易發(fā)生變化,導(dǎo)致其幾何尺寸保持的周期較短,給鐵路線路的養(yǎng)護(hù)維修工作帶來諸多不便。尤其是隨著鋼軌磨耗不斷增大,軌道幾何尺寸越發(fā)的難以保持,從而給列車的安全運(yùn)行構(gòu)成相當(dāng)大的安全隱患。

2.3 鋼軌連接零件易松動且損壞率高

在列車離心力和曲線超高綜合作用下,小半徑曲線地段無縫線路上連接零件所承受的豎向沖擊力、橫向作用力相對較大。即使在相同扭力矩的情況下,小半徑曲線地段無縫線路連接零件容易松動,且當(dāng)豎向沖擊力和橫向作用力達(dá)到一定值時,容易造成小半徑曲線地段鋼軌連接零件連續(xù)失效,甚至造成接頭螺栓和鋼軌夾板折斷,導(dǎo)致軌道幾何尺寸嚴(yán)重超限,甚至發(fā)生斷軌、脹軌跑道等事故,直接危及行車安全。

3 小半徑曲線地段無縫線路病害產(chǎn)生的原因及分析

小半徑曲線地段無縫線路在運(yùn)營的過程當(dāng)中,會受到列車對線路產(chǎn)生縱向和橫向沖擊力和列車離心力的作用以及鋼軌內(nèi)部應(yīng)力等作用。這樣一些作用力的綜合作用就會使得鋼軌以及線路的幾何尺寸發(fā)生一定的變化,并且使鋼軌發(fā)生不均勻磨耗,變化長期的積累就會使得其進(jìn)一步擴(kuò)大,成為線路病害集中高發(fā)區(qū),加劇小半徑曲線鋼軌傷損的形成與發(fā)展,增加了養(yǎng)護(hù)維修工作量及難度,進(jìn)而導(dǎo)致養(yǎng)護(hù)成本大幅提高。造成小半徑曲線地段無縫線路病害的主要原因有以下幾個方面。

3.1 線路自身不足

當(dāng)列車通過小半徑曲線地段時,因為列車輪對踏面與鋼軌作用面之間存在著滑動現(xiàn)象,所以即使在牽引力相同的情況下,列車的行駛速度也會大幅度降低,同直線地段相比,鋼軌的受力將會更大。因此對鋼軌產(chǎn)生較大的磨耗,從而大大降低了鋼軌的使用壽命。

3.2 超高影響

小半徑曲線地段設(shè)置的超高情況也會對鋼軌的沖擊角、導(dǎo)向力具有十分明顯的影響。因此,超高也會對鋼軌側(cè)磨具有比較明顯的影響。尤其是在過超高情況下,過超高引起了鋼軌沖擊角、導(dǎo)向力的變化,當(dāng)列車通過小半徑曲線地段時,會對曲上股鋼軌作用邊造成較大的磨耗,加速了鋼軌軌頭的磨耗。

3.3 軌底坡影響

若軌底坡設(shè)置不當(dāng),將會改變輪軌的受力情況,也會影響輪軌之間接觸的幾何位置,使輪軌關(guān)系發(fā)生較大的變化。因此,軌底坡的設(shè)置也會對鋼軌的磨耗產(chǎn)生較大的影響。

3.4 軌距影響

為了確保列車能夠在線路上兩股鋼軌間順利運(yùn)行,列車的輪對寬度應(yīng)該小于軌距。因此,鋼軌與輪緣之間就有空隙,當(dāng)輪對中的一個車輪輪緣與鋼軌貼緊時,另一個車輪輪緣與鋼軌之間具有一定的間隙,而這個間隙是有允許最大值的。如果當(dāng)軌距過大時,間隙超高允許最大值,輪對在行進(jìn)過程中會出現(xiàn)偏離線路中心情況,此時兩個車輪會出現(xiàn)不同步的滾動運(yùn)動,列車輪對將會出現(xiàn)橫向擺動。這個情況下,列車不僅有縱向運(yùn)動,而且會有橫向運(yùn)動,會對列車運(yùn)行平穩(wěn)性產(chǎn)生影響,從而對線路造成破壞。

4 小半徑曲線地段無縫線路病害綜合整治方法

4.1 小半徑曲線安裝軌撐

軌撐安裝后,將大大增強(qiáng)小半徑曲線強(qiáng)度,鋼軌相對位置則不會有任何變化,且壓潰問題不會出現(xiàn)于大膠墊內(nèi),降低了鋼軌不均勻磨耗,提高了行車的穩(wěn)定性。

4.2 小半徑曲線安裝軌距拉桿

在小半徑曲線地段的無縫線路的圓曲線上安裝軌距拉桿,可以有效增強(qiáng)鋼軌扣壓力,有效處理鋼軌外翻問題,降低扣件、軌枕的負(fù)擔(dān),同時還能增加軌道縱向阻力,提升軌道防爬能力,進(jìn)而達(dá)到提升道床縱橫向阻力及軌道框架剛度的效果。

4.3 開發(fā)新型膠墊

半徑在650-1200m的曲線,極易出現(xiàn)大膠墊壓損、軌底坡不易保持等問題,如采用加裝軌撐的方式,經(jīng)濟(jì)性較差。為此,可進(jìn)行組合式坡形膠墊的開發(fā)、設(shè)計,這樣不僅能夠?qū)④壍灼虏灰妆３值膯栴}有效處理,還能確保軌道具有良好彈性。

4.4 強(qiáng)化日常檢查和養(yǎng)護(hù)維修工作

4.4.1 采用多元化的檢查方式

由于小半徑曲線是線路的薄弱處,病害類型多,病害發(fā)生率高,是線路設(shè)備質(zhì)量是否良好的關(guān)鍵控制因素。因此,在小半徑曲線設(shè)備日常檢查過程中,不僅要按照檢修規(guī)程做好周期性檢查,還要重視臨時性檢查、重點(diǎn)檢查,結(jié)合動靜態(tài)檢查,準(zhǔn)確掌握線路設(shè)備技術(shù)狀態(tài)。對小半徑曲線地段的鋼軌磨耗情況和軌道幾何尺寸進(jìn)行強(qiáng)化檢查,確保設(shè)備狀態(tài)可控。

4.4.2 重視小半徑曲線日常養(yǎng)護(hù)維修

做好小半徑曲線地段無縫線路的養(yǎng)護(hù)維修工作,保證其具有良好的圓順性,且超高、軌距以及軌向等方面保持良好,對三角坑、鋼軌硬彎以及吊板等進(jìn)行消除。

4.4.3 提升軌道彈性

由于在列車重復(fù)荷載作用下,小半徑曲線地段的軌下膠墊容易被壓潰,膠墊失去彈性,造成軌道的不平順。因此,在養(yǎng)護(hù)維修工作中,盡可能及時對壓潰的膠墊進(jìn)行更換,在某些地段還可以通過增加調(diào)高墊片的方式來改善道床的彈性,確保軌道的平順性,降低列車通過小半徑曲線地段的阻力,從而減小列車通過小半徑曲線地段時對鋼軌的磨耗。

4.4.4 適當(dāng)改變曲線超高

曲線地段超高是通過列車平均速度計算確定并設(shè)置的,軌道鋪設(shè)完畢后,便成為固定設(shè)施。但是由于列車通過曲線地段的實(shí)際行駛速度,或大于平均速度,或小于平均速度,造成曲線設(shè)置超高與行車速度不匹配的情況,從而加速小半徑曲線地段的鋼軌磨耗。因此,結(jié)合實(shí)際情況,在養(yǎng)護(hù)維修作業(yè)中可以適當(dāng)改變小半徑曲線外軌超高值,減小或緩解鋼軌的磨耗,延長鋼軌使用壽命。

4.4.5 對小半徑曲線地段鋼軌進(jìn)行涂油

在小半徑曲線地段可以對鋼軌作用面進(jìn)行涂油,通過涂油可以改變鋼軌作用面和輪對之間的摩擦系數(shù),也能夠改變輪軌接觸面的切向力,進(jìn)而降低列車震動。達(dá)到減小鋼軌曲上股的磨耗,延長鋼軌的使用壽命的目的。

4.4.6 做好鋼軌打磨

小半徑曲線地段鋼軌在經(jīng)過長時間的列車荷載作用后,在其作用面會出現(xiàn)相應(yīng)的鋼軌病害。如鋼軌不均勻性磨耗病害,以側(cè)磨為主；還會出現(xiàn)鋼軌擦傷,非正常性裂紋,甚至剝落掉塊等病害。在鋼軌病害未達(dá)到更換標(biāo)準(zhǔn)時,可以通過鋼軌打磨的方式,對鋼軌進(jìn)行一定限度的修復(fù)性打磨,進(jìn)而延長鋼軌使用壽命。對于較為嚴(yán)重的鋼軌擦傷、剝落掉塊等病害,還可以通過噴焊等方式先對病害鋼軌作用面進(jìn)行焊復(fù),然后進(jìn)行打磨,整平軌面。

5 小半徑曲線地段無縫線路的其他養(yǎng)護(hù)措施

如果小半徑曲線地段無縫線路方向出現(xiàn)異常,尤其是在夏季高溫、冬季低溫季節(jié),在一定的環(huán)境條件、多樣化的不良因素累積和綜合作用下,會出現(xiàn)脹軌跑道、斷軌等設(shè)備故障,進(jìn)而給行車安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅。通過以下措施,可以對小半徑曲線地段的無縫線路的穩(wěn)定性起到加強(qiáng)作用。

5.1 曲線側(cè)磨鋼軌調(diào)邊使用

針對曲線側(cè)磨極為嚴(yán)重的情況,一般都會選取換軌的方式,且成段地進(jìn)行鋼軌更換,這種方式將增加生產(chǎn)費(fèi)用的投入。因此,可以將小半徑曲線地段的側(cè)磨鋼軌進(jìn)行調(diào)邊使用,將曲線上股和下股進(jìn)行調(diào)換,改變鋼軌作用邊,從而增加鋼軌使用年限。

5.2 換鋪淬火鋼軌

西安機(jī)場線僅在半徑小于400m的曲線地段采用淬火鋼軌。因此,當(dāng)小半徑曲線地段鋼軌磨耗量達(dá)到更換標(biāo)準(zhǔn)時,可以全部換鋪成淬火鋼軌。由于淬火鋼軌較強(qiáng)的耐磨性,可以有效增長鋼軌使用年限,進(jìn)而達(dá)到降低維修費(fèi)用、材料費(fèi)用的目的。同時,還可以最大限度提升行車安全系數(shù)。

5.3 重視小半徑曲線地段無縫線路技術(shù)管理工作

5.3.1 做好鋼軌預(yù)打磨工作

在鋼軌鋪設(shè)完畢后,開通運(yùn)營之前,為了避免鋼軌表面微小缺陷的發(fā)展,對鋼軌進(jìn)行打磨,通過預(yù)打磨可以使鋼軌作用光滑、平順,更好地適應(yīng)輪軌關(guān)系。

5.3.2 學(xué)習(xí)先進(jìn)養(yǎng)護(hù)維修技術(shù)

借鑒同行在小半徑曲線地段無縫線路養(yǎng)護(hù)維修工作的先進(jìn)工作經(jīng)驗和技術(shù),探索小半徑曲線的變化規(guī)律,做好鋼軌病害的預(yù)防工作,盡量將鋼軌病害消滅在萌芽狀態(tài),避免鋼軌病害進(jìn)一步擴(kuò)大。

5.3.3 重視技術(shù)改造工作

在后期養(yǎng)護(hù)維修工作中或進(jìn)行線路大修時,可以通過技術(shù)改造工作,對設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行全面改善。如對小半徑曲線地段的超高進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整,選擇鋪設(shè)耐磨鋼軌等。雖然初期會產(chǎn)生一定的費(fèi)用,但是從長遠(yuǎn)來看,可以降低后期的運(yùn)營養(yǎng)護(hù)維修成本,增強(qiáng)設(shè)備安全性。

6 結(jié)束語

綜上所述,相對普通線路而言,無縫線路在技術(shù)經(jīng)濟(jì)方面發(fā)揮了顯著優(yōu)勢,最大限度地節(jié)約了無縫線路養(yǎng)護(hù)維修成本,延長了設(shè)備的使用壽命。但是,小半徑曲線地段無縫線路的養(yǎng)護(hù)維修工作,在無縫線路養(yǎng)護(hù)維修工作量中占有相當(dāng)大的比重。由于影響小半徑曲線地段無縫線路穩(wěn)定性因素較多,從而增加了其養(yǎng)護(hù)維修的難度。為了改善該現(xiàn)狀,必須具體問題具體分析,在全面分析無縫線路線穩(wěn)定性的基礎(chǔ)上,對小半徑曲線地段無縫的線路養(yǎng)護(hù)維修的技術(shù)還需繼續(xù)進(jìn)行深入探討。