无缝线路胀轨跑道的原理分析及预防措施

2010-08-15张艳文

河南建材 2010年2期

张艳文, 李斌, 陈武

兰州交通大学土木工程学院（730070）

无缝线路在实际使用中，由于列车运行，昼夜季节的轨温变化，以及维修作业等关系，关于稳定性计算参数，如锁定轨温、道床阻力、轨道刚度等也都在变化，计算中试验结果与实际情况就有出入,甚至于事故发生后都无法解释其原因。现场工作人员经常和线路接触，虽然了解钢轨要爬行，起拨道会导致线路弯曲，线路方向会累积变化等，但因缺乏科学的统计分析，并不清楚这些变化所能造成的危险程度。故本文针对无缝线路胀轨跑道要素分析的应用,结合无缝线路实际工作情况、事故的调查及对事故的认识，找出事故的真正原因及防治的办法。

1 无缝线路胀轨跑道原理分析

1.1 无缝线路胀轨跑道物理过程分析

研究胀轨跑道之防治，必须认真研究这一过程，区别对待，合理处置。无缝线路轨道，在自然温度环境下，钢轨会因温度变化而产生温度力，此温度力为压力时，达到一定量值之后，轨道将产生横向变形。据大量试验研究得知，这一变形的发生与发展过程是有一定规律的,基本上可分为三个阶段:1）保持稳定阶段(不变形阶段)；2）胀轨阶段(渐渐变形阶段);3）跑道阶段(突然变形阶段)。

钢轨中的温度压力,随轨温升高而逐渐增大，其承受温度压力的初始阶段，轨道的几何形态不受影响而保持原状，为稳定阶段。此阶段钢轨温度力完全以弹性势能的形态贮存于钢轨中。如钢轨为理想的直线,此状态可能在很高的温度压力下保持，直到轨道经受某种外部干扰时，才会突然臌曲。然而，实际上钢轨不可能是理想的直线，总有某种程度的初始弯曲。因此，保持稳定阶段的钢轨温度压力是有一定限度的。钢轨温度压力一但越过这一限度，轨道即产生弯曲变形，进入第二阶段。

第二阶段为胀轨阶段。胀轨阶段一开始，轨道便随钢轨温度压力的升高而产生轻微的横向变形,变形趋势目视不甚明显，但随温度压力的继续升高，变形将逐渐明显，且变形曲线的线形趋于稳定，温度压力继续升高只是变形的加速和矢度的扩大。当温度压力达到某一限值时，轨道变形的增大将迫使道碴挤压错动，并产生声响,它预示轨道的受力与变形已接近临界状态。之后,轨道的变形将进入第三阶段。

第三阶段为跑道阶段,或称破坏阶段。当钢轨温度压力上升到轨道横向弯曲变形矢度最大,轨道的稳定性处于临界状态。在此状态下，钢轨温度压力再稍有增加，或受到来自外部的干扰，轨道的弯曲变形矢度就会突然扩大,并伴随巨大声响而臌曲，即所谓跑道的现象发生了。其弯曲变形的最大矢度可达几十厘米，从而轨道的结构受到了破坏,贮存于钢轨中的弹性势能急剧释放,线路跑道之后又重新稳定下来。

1.2 无缝线路温度力计算参数

无缝线路温度力公式中含有三项计算参数，其一为轨道刚度EI，当轨道结构一定时，如不考虑节点阻矩的作用，则EI为常量；另一为轨道方向偏差，即轨道的横向变形之弯曲矢度，可根据以后专门讨论的方向偏差的限值来定;其三为道床阻力Q，影响因素较多，因此，将重点介绍道床阻力这一参数。

道床阻力与道床工作状态密切相关。例如脏污程度、清筛的前后、作业的前后、捣固方式不同，都直接影响道床阻力值。主要测试内容如下:

1）清筛前后:①清筛之前线路道床横向阻力；②清筛之后半天道床横向阻力；请筛之后一天道床横向阻力；洁筛之后二天道床横向阻力；清筛之后七天道床横向阻力；清筛之后一月道床横向阻力；回填捣固一遍道床横向阻力；清筛起道串碴道床横向阻力。

2）维修作业前后:①维修作业前道床横向阻力；②维修作业后半天道床横向阻力；维修作业后—天道床横向阻力；维修作业后二天道床横向阻力;维修作业后七天道床横向阻力；起道捣固后道床横向阻力。

3）清筛前后道床纵向阻力。

1.3 无缝线路锁定轨温

以往无缝线路的施工，多根据长轨条入槽(长轨始端)和落槽(长轨终端)轨温之平均值定锁定轨温。只要此平均值落在设计锁定轨温范围之内，即认为可用。实际上这样做是不全面的,应该要求参与平均的各测点轨温都落在设定的锁定轨温范围内，否则应予调整或放散。例如某地区设计锁定轨温范围为25℃～35℃，某次铺轨的入槽轨温为20℃，中间轨温为30℃，落槽轨温为40℃，就平均值而言，它已落在25℃～35℃范围之内，但就各点的实测轨温来看，则入槽轨温低于下限25℃，落槽轨温高于上限35℃，均不合格。这段线路铺设之后，必须适时调整始端和终端的锁定轨温，使之符合设计锁定轨温范围。

据现场调查，有的段从防治胀轨跑道出发，总希望把锁定轨温定高些，尽量靠近设计锁定轨温范围之上限，甚至超出。实际上这样做是不可取的，实际锁定轨温应越靠近中间轨温越好。根据钢轨温度力随轨温升降而循环变化的特性，高定锁定轨温时,在第一次升温中可能出现的温度压力较小，然而经过温度循环之后，在固定区与伸缩区的交界处，仍要出现压力峰，其值相当于相对中和轨温之温度压力值。而且这种处理方式，既无利于减少温度压力值，又使温度拉力值过高而不利钢轨的防断。因此，采用高定锁定轨温的方法要慎重。

2 应力放散与调整

2.1 温度控制法放散应力

温度控制法,是在合适的轨温范围内，使钢轨自由伸缩，充分放散内部应力,而后再将钢轨在零应力状态下重新锁定，锁定时的轨温即为放散后的无缝线路的锁定轨温。

温度控制法放散应力，要封锁线路进行，为降低钢轨与垫板之间的摩阻力，轨下要支垫滚筒。据北方交大测定，带支架的滚筒摩阻力约为69 N,不带支架的圆钢或钢管的摩阻力约为21 N。为彻底克服摩阻力，放散时还要辅以振动。一般采用钢轨撞击法振动，撞击的卡具要坚固耐用,最好采用铸钢卡具，撞击点的分布要合适，每隔300～500m设一撞轨点,兼管左右股。所用圆钢或钢管的直径以25 mm左右为宜，长度以150mm为宜。施工要点的时间必须选择得当。施工单位要了解施工期间的气象情况,选择适合锁定轨温范围(中和轨温±5℃)的温度时段。运输部门应积极配合，若温度不合适勉强施工将适得其反。如1991年郑州局工务部门放散170段，部分是在5月下旬给点放散的，此间凡是下午给点的,放散工作都失败了。放散的合龙一端温度放高了，而未放散的一端锁定轨温仍然是低的。

放散的基本作业方法:封锁线路给点之前，松紧扣件人员将扣件隔3松l,另由专人用白铅油标记放滚筒位置、设撞轨点位置，同时用划针刻划位移观测点。滚筒每隔12.5m或15 m设一处，撞轨点每隔500 m设一处，位移观测点每50 m或100m设一处。观测点标线应划在轨底与轨枕的对应位置。施工封锁点正式给定之后，施工领导人立即下达封锁线路开始施工的命令,全面卸下扣件；安放不带支架滚筒时，要取下轨下大胶垫，按滚筒标记位置放好滚筒，撞轨小组各就各位，装好接轨卡具，现场技术员根据实际轨温，校核放散量，合龙小组根据技术员校核的准确放散量，用锯轨机切割合龙钢轨并钻孔，施工领导人适时下达撞轨命令，各撞轨组(一股)同时均衡施撞，龙口组观测钢轨伸长合龙情况，到位后即停止撞轨，上夹板合龙，再按同样程序放散另一股。合龙的同时，全面恢复合龙股扣件，现场技术员测取各点位移量，若各点实测位移量的差值接近某一常数，即可判断放散均匀，否则应另安排时间做好局部调整，直至均匀为止。线路重新锁定合龙后，施工领导人通知安全质量检查员，全面检查线路一遍，确认线路恢复正常后，下达命令开通线路。应力放散应确实做到轨温均匀、准确。均匀、准确是无缝线路防胀管理的基础。

2.2 应力调整

无缝线路固定区的应力分布在理论上是均匀一致的，但实际施工的自然温度环境，在换轨过程中，可能由低温向高温变化，也可能由高温向低温变化。这就造成纵向分布不匀，如超出允许范围就得调整。另外，在运营中由于局部爬行，或爬行受阻等原因而产生应力峰，这也应进行调整。

无缝线路的应力调整，上述三种方法均可采用。如调整整个固定区的应力,可将长轨两端伸缩区及缓冲区的扣件紧固锁定，将固定区的中间扣件部分或全部拧松至60～80 N·M，随列车与温度的升或降的共同作用而得到调整。调整后全面复拧扣件，弹条扣件要恢复三点接触。

通过应力调整，使长钢轨的纵向力分布均匀，有利于无缝线路的防胀和防断。

3 超长无缝线路胀轨跑道的防治

3.1 无缝线路胀轨跑道的防治和处理

1）当发现线路连续出现碎弯时，必须加强巡查或派专人监视，观测轨温和线路方向的变化。若碎弯继续扩大，应设慢行信号，并通知工区紧急处理。线路稳定后，恢复正常行车速度。

2）养护维修作业中，发现轨向高低不良，起道、拨道省力，枕端道碴离缝，必须停止作业，及时采取防制措施。

3）无论作业中或作业后，发现线路轨向不良，用长10m弦测量两股钢轨的轨向偏差。当平均值达到10mm时，必须设置慢行信号，并采取夯拍道床、填满枕盒道碴和堆高碴肩等措施。当两股钢轨的轨向偏差平均值达到12mm时，在轨温不变情况下，过车后线路弯曲变形突然扩大，必须立即设置停车信号，及时通知车站，并采取钢轨降温等紧急措施，消除故障后放行列车。

4）发生胀轨跑道后，可以采取浇水或喷洒液态二氧化碳的办法降低钢轨温度。轨温降低后方可拨道。曲线地段拨道只能上挑，不宜下压。拨道后必须夯拍道床，限速放行列车，并派专人看守，待轨温降至接近锁定轨温时，再恢复线路和正常行车速度。

5）无缝线路发生胀轨跑道时,应对胀轨跑道情况按规定内容作好登记。