李瑞俊，韓治平，魏朝雄，肖 宏，王 璞

(1.神朔鐵路分公司 河?xùn)|運(yùn)輸段，山西忻州 036200;2.北京交通大學(xué)土木建筑工程學(xué)院，北京 100044)

神朔鐵路重載道岔病害成因分析及整治措施

李瑞俊1，韓治平1，魏朝雄1，肖 宏2，王 璞2

(1.神朔鐵路分公司 河?xùn)|運(yùn)輸段，山西忻州 036200;2.北京交通大學(xué)土木建筑工程學(xué)院，北京 100044)

道岔區(qū)病害形式多種多樣，重載鐵路由于其大軸重、高密度和大運(yùn)量的性質(zhì)，道岔部件的傷損更為嚴(yán)重，因而其平均使用壽命要短于普通線路相同型號(hào)的道岔。通過(guò)對(duì)神朔重載鐵路現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，發(fā)現(xiàn)重載鐵路道岔常見(jiàn)的幾種病害有尖軌與基本軌不密貼，軌距、水平超限，鋼軌剝離掉塊，鋼軌疲勞裂紋，扣件及軌枕傷損等。通過(guò)道岔病害產(chǎn)生機(jī)理分析，提出定期檢測(cè)、更換和調(diào)整部件、定期打磨鋼軌等一系列整治措施，并對(duì)重載道岔養(yǎng)護(hù)維修方式提出建議。

重載鐵路；道岔；病害；整治措施；養(yǎng)護(hù)維修

神朔鐵路是我國(guó)“八五”計(jì)劃重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目之一，是中國(guó)神華能源股份公司礦、電、路、港、航系統(tǒng)工程的重要組成部分[1]。它是我國(guó)繼大秦鐵路之后的第二條西煤東運(yùn)的大通道。神朔鐵路為國(guó)家Ⅰ級(jí)電氣化重載鐵路。最小曲線半徑為400 m，最大限制坡度12‰。由于道岔區(qū)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，零配件較多，日常養(yǎng)護(hù)維修不足，因此造成了道岔區(qū)的多種病害[2-4]，道岔區(qū)逐漸成為養(yǎng)護(hù)維修重點(diǎn)地段。主要對(duì)神朔重載鐵路忻州市陰塔車(chē)站咽喉區(qū)道岔進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研分析，并總結(jié)了重載道岔常見(jiàn)的幾種病害以及相應(yīng)的整治措施，為道岔的養(yǎng)護(hù)維修提出了建議。

1 道岔區(qū)調(diào)研內(nèi)容

根據(jù)相關(guān)規(guī)范[5-6]和文獻(xiàn)資料[7-12]，選取神朔鐵路忻州市陰塔車(chē)站上行方向道岔區(qū)2條單渡線共4組道岔(1、3、5、7號(hào)道岔)為對(duì)象，主要對(duì)以下內(nèi)容進(jìn)行調(diào)研和測(cè)量：

(1)轉(zhuǎn)轍器區(qū)尖軌與基本軌密貼程度；

(2)尖軌軌頭寬度變化規(guī)律；

(3)轉(zhuǎn)轍器區(qū)及轍叉區(qū)典型斷面鋼軌軌頭輪廓測(cè)試；

(4)道岔區(qū)典型位置幾何形位；

(5)道岔區(qū)鋼軌接頭處軌縫寬度以及其他接頭病害；

(6)道岔區(qū)鋼軌擦傷、剝離掉塊、波磨、側(cè)磨、飛邊等傷損情況；

(7)扣件傷損及軌枕裂紋、破損等情況；

(8)岔前曲線地段病害。

2 調(diào)研結(jié)果

以3號(hào)道岔為例，調(diào)研結(jié)果如下。

2.1 尖軌密貼程度

對(duì)3號(hào)道岔列車(chē)側(cè)向過(guò)岔時(shí)曲尖軌與直基本軌密貼程度以及列車(chē)直向過(guò)岔時(shí)直尖軌與曲基本軌密貼程度進(jìn)行了測(cè)量。各枕位處尖軌基本軌之間的縫隙值如圖1所示。

圖1 尖軌密貼變化趨勢(shì)

由圖1可知，列車(chē)直向過(guò)岔時(shí)，鎖閉狀態(tài)下3號(hào)道岔直尖軌與曲基本軌密貼狀況不良。除了轉(zhuǎn)轍機(jī)位置尖軌密貼值為0之外，在其他位置尖軌基本軌均不密貼，在尖軌1動(dòng)后第6枕位和第8枕位處，尖軌基本軌間隙值達(dá)到最大，為0.65 mm。

列車(chē)側(cè)向過(guò)岔時(shí)，鎖閉狀態(tài)下3號(hào)道岔曲尖軌與直基本軌密貼狀況也欠佳。轉(zhuǎn)轍機(jī)位置及尖軌一動(dòng)后1、2枕位尖軌密貼值為0，在其他位置尖軌基本軌均不密貼，在尖軌1動(dòng)后第8枕位尖軌基本軌間隙值達(dá)到最大，為0.60 mm。

2.2 尖軌軌頭寬度

對(duì)3號(hào)道岔的曲尖軌以及直尖軌軌頭頂寬進(jìn)行了測(cè)量。各枕位斷面尖軌軌頭頂寬值如圖2所示。

圖2 尖軌軌頭頂寬變化趨勢(shì)

由圖2可知，尖軌一動(dòng)位于尖軌尖端，該位置處直曲尖軌軌頭寬度均為0 cm。隨著軌枕號(hào)的增加，尖軌軌頭頂寬逐漸增大。9枕位接近尖軌二動(dòng)位置，該位置處直尖軌軌頭頂寬達(dá)到2.386 cm，曲尖軌軌頭頂寬達(dá)到2.454 cm?？傮w來(lái)看，3號(hào)道岔直曲尖軌軌頭頂寬變化情況均在合理范圍內(nèi)。

2.3 軌縫寬度

3號(hào)道岔型號(hào)為12號(hào)道岔，道岔區(qū)一共有14個(gè)接頭，道岔區(qū)配軌及各接頭編號(hào)如圖3所示。

圖3 道岔區(qū)配軌及接頭編號(hào)

對(duì)3號(hào)道岔岔區(qū)每個(gè)接頭處的軌縫寬度進(jìn)行了測(cè)量，具體測(cè)量結(jié)果如表1所示。

由表1可知，3號(hào)道岔岔區(qū)各接頭位置軌縫寬度均較大，其中8號(hào)接頭處軌縫值最大，達(dá)到了15.14 mm。行車(chē)條件下，過(guò)大的軌縫會(huì)激起軌道結(jié)構(gòu)的劇烈振動(dòng)，加速接頭位置鋼軌磨耗及掉塊等傷損的產(chǎn)生和發(fā)展。頻繁沖擊荷載作用下，可能引起接頭夾板螺栓斷裂以及其他接頭病害的產(chǎn)生。

表1 軌縫寬度測(cè)量結(jié)果 mm

2.4 軌頭輪廓

在3號(hào)道岔轉(zhuǎn)轍器區(qū)選取尖軌頂寬20、30、50 mm三個(gè)斷面對(duì)曲尖軌軌頭輪廓進(jìn)行了測(cè)量，并在轍叉區(qū)選取心軌頂寬20、70、110 mm三個(gè)斷面對(duì)心軌軌頭輪廓進(jìn)行了測(cè)量。

通過(guò)將實(shí)測(cè)廓形與標(biāo)準(zhǔn)廓形對(duì)比(圖4、圖5)，3號(hào)道岔心軌軌頭磨耗較為明顯，心軌頂寬20 mm位置斷面軌頭垂向磨耗達(dá)到4 mm左右，頂寬70 mm位置斷面軌頭垂向磨耗達(dá)到2.5 mm左右，頂寬110 mm位置斷面軌頭垂向磨耗為2 mm左右。

圖4 尖軌軌頭寬20 mm處實(shí)測(cè)與標(biāo)準(zhǔn)輪廓對(duì)比

圖5 心軌頂寬70 mm處實(shí)測(cè)與標(biāo)準(zhǔn)輪廓對(duì)比

隨著心軌頂寬不斷增加，在軌頭兩側(cè)出現(xiàn)較為明顯的飛邊。

2.5 岔區(qū)軌距、水平

在調(diào)研過(guò)程中選取3號(hào)道岔岔區(qū)一些典型斷面對(duì)鋼軌軌距、水平幾何形位要素進(jìn)行了測(cè)量，結(jié)果如表2所示。

表2 3號(hào)道岔典型位置軌距、水平 mm

由表2可知，對(duì)于3號(hào)道岔，在各個(gè)測(cè)量位置軌道水平測(cè)量值基本均在合理范圍內(nèi)。在間隔鐵位置水平測(cè)量值最大，為5 mm，但仍在容許范圍內(nèi)。

軌距測(cè)量值在岔區(qū)多個(gè)測(cè)量位置達(dá)到+9 mm，根據(jù)《鐵路線路修理規(guī)則》已經(jīng)達(dá)到了臨時(shí)補(bǔ)修的標(biāo)準(zhǔn)。可以看出， 3號(hào)道岔岔區(qū)鋼軌軌距超限的情況普遍存在。在間隔鐵位置，出現(xiàn)軌距減小的情況，軌距測(cè)量值為-5 mm，也超過(guò)了容許限值。

2.6 鋼軌、扣件、軌枕傷損情況

對(duì)3號(hào)道岔進(jìn)行了系統(tǒng)全面的觀測(cè)，3號(hào)道岔鋼軌、扣件、軌枕傷損情況主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

(1)道岔岔區(qū)基本軌、尖軌剝離掉塊現(xiàn)象普遍存在。見(jiàn)圖6。

圖6 曲尖軌軌角剝離掉塊

(2)接頭位置鋼軌磨耗嚴(yán)重、剝離掉塊，存在低接頭等病害。見(jiàn)圖7。

(3)扣件位置異常，不能很好地扣壓鋼軌。見(jiàn)圖8。

圖7 低接頭，接頭位置磨耗嚴(yán)重，光帶異常

圖8 扣件位置異常

3 道岔病害機(jī)理分析及整治措施

3.1 尖軌與基本軌不密貼、尖軌側(cè)拱及上拱等

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研情況發(fā)現(xiàn)，尖軌同基本軌間不密貼情況較為嚴(yán)重，可能原因有如下幾種：尖軌50 mm斷面內(nèi)剖切長(zhǎng)度不夠；尖軌頂鐵長(zhǎng)度不合理；尖軌補(bǔ)強(qiáng)板螺栓突出；扳道器或轉(zhuǎn)轍機(jī)的位置與尖軌動(dòng)作拉桿的位置不在同一水平線上；基本軌彎折點(diǎn)錯(cuò)后；基本軌內(nèi)側(cè)存在飛邊；基本軌或尖軌存在硬彎等。出現(xiàn)尖軌與基本軌不密貼的情況下，在重載列車(chē)荷載作用下，尖軌出現(xiàn)側(cè)拱及上拱現(xiàn)象。

建議定期針對(duì)各組道岔尖軌及基本軌的密貼情況進(jìn)行檢查，對(duì)尖軌發(fā)生側(cè)拱及上拱的區(qū)段按照其傷損的級(jí)別分別進(jìn)行整治。對(duì)于尖軌側(cè)拱或上拱不嚴(yán)重的區(qū)域，可以通過(guò)調(diào)整連接桿的長(zhǎng)度、調(diào)整連接轉(zhuǎn)轍機(jī)上拉桿的調(diào)整螺母、整修頂鐵、整修轍跟螺栓、更換滑床臺(tái)、校正基本軌彎折點(diǎn)的位置與彎折量、及時(shí)打磨掉基本軌內(nèi)側(cè)飛邊、及時(shí)清除尖軌與基本軌之間的雜物等方式進(jìn)行調(diào)整，使之滿足設(shè)計(jì)要求。當(dāng)尖軌的側(cè)拱及上拱較為嚴(yán)重時(shí)，無(wú)法通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)采取措施消除或減弱此種病害，建議對(duì)尖軌進(jìn)行返場(chǎng)整修或下道更換新的道岔。

3.2 軌距、水平超限

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，岔區(qū)轉(zhuǎn)轍區(qū)、轍叉區(qū)的軌距、水平超限情況較為明顯，經(jīng)初步分析認(rèn)為，產(chǎn)生此種病害的原因有護(hù)軌及翼軌輪緣槽寬度不合格、搗固不實(shí)或排水不良等因素導(dǎo)致的道床不足、附帶曲線正矢不良導(dǎo)致列車(chē)進(jìn)出道床時(shí)劇烈搖晃造成道岔軌距和水平的變化、岔群內(nèi)道岔軌距遞減不良進(jìn)而在列車(chē)經(jīng)過(guò)時(shí)相互影響。

建議結(jié)合人工定期檢測(cè)，對(duì)岔區(qū)的幾何形位進(jìn)行監(jiān)測(cè)，隨時(shí)掌握岔區(qū)轉(zhuǎn)轍區(qū)及轍叉區(qū)的軌距、水平的發(fā)展情況，對(duì)岔區(qū)出現(xiàn)軌距、水平超限時(shí)，可通過(guò)將曲基本軌彎折好以保持各部軌距間隔尺寸正確、加強(qiáng)道岔及前后各50 m范圍內(nèi)線路的鎖定、加強(qiáng)道砟道床的維護(hù)等途徑進(jìn)行修正，以避免軌距、水平病害進(jìn)一步發(fā)展引起岔區(qū)受力惡化，影響道岔的使用壽命。

3.3 鋼軌剝離、掉塊

目前研究表明，鋼軌的剝離掉塊大多源于輪軌接觸應(yīng)力超過(guò)了鋼軌材料的疲勞應(yīng)力，在長(zhǎng)期循環(huán)荷載的作用下導(dǎo)致鋼軌發(fā)生疲勞破壞，出現(xiàn)剝離、掉塊的現(xiàn)象。對(duì)于鋼軌剝離掉塊已經(jīng)發(fā)生并較為嚴(yán)重的區(qū)段，為了避免剝離掉塊進(jìn)一步發(fā)展導(dǎo)致鋼軌折斷等問(wèn)題，建議對(duì)其進(jìn)行更換；對(duì)于鋼軌剝離掉塊較為輕微的階段，建議對(duì)鋼軌表面進(jìn)行打磨，改善輪軌接觸關(guān)系，減小輪軌接觸應(yīng)力。

3.4 接頭病害

對(duì)于重載道岔，其接頭主要分布在岔前及岔后與基本軌相接處，以及岔區(qū)內(nèi)尖軌同翼軌相接處。從現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研結(jié)果來(lái)看，目前現(xiàn)場(chǎng)接頭各處的軌縫均已超限，且?jiàn)A板螺栓有多處發(fā)生因振動(dòng)導(dǎo)致的松動(dòng)甚至折斷，迎車(chē)一側(cè)鋼軌同送車(chē)一側(cè)鋼軌已形成較為明顯額錯(cuò)牙接頭，迎車(chē)一側(cè)鋼軌壓潰情況嚴(yán)重。因此建議對(duì)已出現(xiàn)的軌端壓潰，要用角磨機(jī)打磨并倒棱；整治接頭上下錯(cuò)牙，原有錯(cuò)牙接頭，軌面壓潰的也要進(jìn)行整治，同時(shí)，建議在條件允許情況下開(kāi)展重載道岔無(wú)縫化研究，取消重載道岔的接頭。

3.5 鋼軌疲勞裂紋

鋼軌軌面出現(xiàn)裂紋的主要原因是鋼軌材質(zhì)缺陷(偏析、非金屬夾雜、氣孔、縮孔和裂紋)在輪載的反復(fù)作用下逐步發(fā)展并最終導(dǎo)致軌面裂紋的產(chǎn)生，在鋼軌材質(zhì)較好的部分，裂紋出現(xiàn)的原因則是由高應(yīng)力引起軌面發(fā)生棘輪效應(yīng)，發(fā)生剪切破壞，并最終導(dǎo)致裂紋產(chǎn)生。裂紋發(fā)展情況主要與列車(chē)軸重、鋼軌材質(zhì)、輪軌接觸情況及軌下支撐類(lèi)型有關(guān)。與疲勞裂紋有關(guān)的外界因素主要有循環(huán)應(yīng)力幅及循環(huán)次數(shù)。由于生產(chǎn)的需要，荷載循環(huán)的次數(shù)無(wú)法降低甚至?xí)^續(xù)增加，只能通過(guò)降低循環(huán)應(yīng)力幅值來(lái)減緩裂紋的產(chǎn)生。

建議通過(guò)定期鋼軌打磨、合理設(shè)置軌底坡等方式，改善輪軌接觸關(guān)系、降低輪軌間摩擦系數(shù)，以達(dá)到減小鋼軌在列車(chē)荷載下的輪軌接觸應(yīng)力，減緩裂紋的開(kāi)展速率。

3.6 翼軌、心軌側(cè)磨飛邊

翼軌、心軌出現(xiàn)的側(cè)磨飛邊病害是線路鋼軌比較常見(jiàn)的病害類(lèi)型之一，通常是由于鋼軌在列車(chē)荷載作用下，軌面產(chǎn)生塑性流變現(xiàn)象，長(zhǎng)時(shí)間的循環(huán)荷載下積累產(chǎn)生飛邊。飛邊的產(chǎn)生，與查照間隔也有很大的關(guān)系，不合理的查照間隔會(huì)使輪對(duì)過(guò)岔時(shí)對(duì)翼軌或者心軌產(chǎn)生側(cè)向沖擊作用，進(jìn)而加速了飛邊現(xiàn)象的產(chǎn)生。建議對(duì)尖軌、心軌及翼軌等不同斷面開(kāi)展定期人工監(jiān)測(cè)，尤其注意查照間隔設(shè)置是否合理，并及時(shí)進(jìn)行調(diào)整，及時(shí)對(duì)出現(xiàn)飛邊的地方進(jìn)行人工打磨。對(duì)飛邊現(xiàn)象嚴(yán)重的地方，用游標(biāo)卡尺測(cè)量其磨耗值，當(dāng)尖軌、心軌及翼軌磨耗異常時(shí)對(duì)其進(jìn)行更換工作。

3.7 扣件、軌枕傷損

產(chǎn)生扣件、軌枕傷損的主要原因如下：軌縫處動(dòng)力荷載較大容易造成道砟的粉碎并出現(xiàn)暗坑和吊板的情況，同時(shí)，轍叉部分搗固不易，在對(duì)道岔進(jìn)行定期的養(yǎng)護(hù)維修工作的時(shí)候，由于天窗時(shí)間的限制，短時(shí)間內(nèi)不能保證此處道砟密實(shí)，從而導(dǎo)致列車(chē)通過(guò)時(shí)鋼軌、軌枕有較大的垂向位移，軌枕和鋼軌間通過(guò)扣件約束，因此，扣件在反復(fù)較大的循環(huán)荷載作用下容易發(fā)生斷裂，軌枕循環(huán)拍打道砟也會(huì)引起軌枕出現(xiàn)傷損。建議定期檢測(cè)岔區(qū)扣件、軌撐的工作情況，對(duì)列車(chē)通過(guò)時(shí)位移過(guò)大的軌枕處進(jìn)行重點(diǎn)搗固，必要時(shí)可在軌縫附近采用寬枕，對(duì)于發(fā)生破損的扣件及軌枕進(jìn)行及時(shí)更換。

4 結(jié)論

根據(jù)大量的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，神朔鐵路道岔傷損類(lèi)型主要有尖軌與基本軌不密貼、尖軌側(cè)拱及上拱，軌距、水平超限，鋼軌剝離、掉塊，接頭病害，鋼軌疲勞裂紋，翼軌、心軌側(cè)磨飛邊，扣件、軌枕傷損等。經(jīng)過(guò)對(duì)不同病害成因及其對(duì)道岔使用壽命的影響分析，建議在對(duì)道岔的病害整治過(guò)程中應(yīng)該重點(diǎn)關(guān)注岔區(qū)鋼軌磨耗情況、查照間隔、尖軌滑床臺(tái)等。關(guān)注岔區(qū)鋼軌磨耗情況并及時(shí)對(duì)產(chǎn)生的磨耗、飛邊情況進(jìn)行打磨，可以減輕尖軌、心軌病害，并且及時(shí)的打磨還能降低鋼軌裂紋的開(kāi)展、劣化；關(guān)注查照間隔，主要是為了防止過(guò)大或不足的查照間隔導(dǎo)致輪對(duì)過(guò)岔時(shí)沖擊心軌、護(hù)軌，對(duì)減輕心軌掉塊、護(hù)軌側(cè)磨具有重要的意義；關(guān)注尖軌處滑床臺(tái)有無(wú)雜物、是否需要涂油，對(duì)防止尖軌與基本軌不密貼及尖軌側(cè)拱、上拱具有很大的作用。

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Analysis and Treatment of Turnout Defects on Shen-Shuo Heavy Haul Railway

LI Rui-jun1， HAN Zhi-ping1， WEI Chao-xiong1， XIAO Hong2， WANG Pu2

(1.Hedong Transport Segment， Branch office of Shenshuo Railway Company; 2.School of Civil Engineering， Beijing Jiaotong University， Beijing 100044)

2013-02-28；

：2013-12-23

中國(guó)神華能源股份有限公司神朔鐵路分公司科技開(kāi)發(fā)項(xiàng)目(C11L00480)

李瑞俊(1971—)，男，工程師，E-mail:ruijunli123@163.com。

1004-2954(2014)09-0028-04

U213.6

：A

10.13238/j.issn.1004-2954.2014.09.007