地锚桩法在无缝线路曲线方向整正中的应用

何宏斌

(西安铁路职业技术学院，西安 710600)

线路方向整正是指检测钢轨在直线区段是否笔直或在曲线地段是否圆顺，并使其在相应的区段笔直或圆顺。一般用弦线法来检测线路的方向，《铁道线路维修规则》规定:对于铁路干线，在直线地段要求用10 m长的弦线测出的正矢应＜4 mm;曲线地段将用弦线法测出的正矢和曲线的计划正矢进行比较，差值控制在一定范围之内。

通过对现场的调查发现曲线方向错乱的频率很高，一般大约经过2周左右就需要整正一次。因此如何更加长久地保持曲线的方向(圆顺)是各工务段在线路日常养护维修中的首要问题。

1 地锚桩法提出和应用

1.1 曲线方向难以保持的实例

曲线整正是线路养护维修中最为常见的工作之一。各工务段在多年的养护实践中也摸索出了一套较为成熟的养护办法。然而通过对京广线、陇海线的郑州、西安、武汉等铁路局辖区的工务段的调查，发现各个段不同程度地存在曲线较难整正或整正后曲线方向难以保持的情况。其具体情况是不论是使用绳整法还是偏角法，或者是采用先由曲线的两端向中间拨，或者是由曲线的中间向两端拨，总是存在曲线方向较难整正或整正后曲线方向很难保持的情况。

1.2 “地锚桩”(强行固定)法的提出与产生

1998年，原郑州铁路局新乡工务段的技术人员来西安铁路职业技术学院学习时，就提出了在工务段辖区的京广干线上，有一个超过1 km长的大曲线，不论采用先由曲线的两端向中间拨，或者是由曲线的中间向两端拨的方法，整正后曲线方向都很难保持。另外，整正完后，过几趟列车，曲线方向就会发生改变，希望能够得到一些相关的技术帮助。

经过考察和分析，西安铁路职业技术学院土木工程系的专业教师提供了一种“强行固定”的整正方法。其思路为:在曲线的两侧路基上(一般是路肩人行道内侧)埋置固定桩，然后，再通过一个横向连杆将固定桩和曲线轨道的轨底相连，以此强行固定曲线的位置，其设计思路如图1所示。

图1 “强行固定”法思路设计示意

回到工区后，新乡工务段的技术人员用混凝土做成一个30 cm×30 cm×30 cm基座，然后用废旧钢轨和混凝土基座做成固定桩，再用废旧钢轨制做成横向连杆，横向连杆的两端用螺栓(可调节连杆的长度)加装上轨距杆的抓头，再将做好的固定桩每间隔20 m埋设在曲线内侧的路基上，如图2所示。

该方法使用后在稳定曲线位置，保持曲线圆顺的养护维修中取得了良好的效果，其维修周期可达3个月左右。后来，该方法又被称为“地锚桩”法，在全铁道部辖区的长大曲线、小半径山区曲线上都进行了推广使用。

图2 “地锚桩”中连接杆与钢轨的连接

2 地锚桩法在应用中出现的新问题

根据“地锚桩”法的原理与实施方法，理论上对于曲线方向的整正应该是“一劳永逸”，因为它采用的是“强行固定”的原理。

但是根据对现场的实际使用效果观察发现，“地锚桩”法在使用的1年—3年内效果非常好。但随着时间的推移，发现虽然有固定桩处的曲线位置符合渐伸线原理检测的要求，但曲线的总体方向依然不良。主要表现为:曲线的碎弯出现在两个固定桩之间距离为20 m的范围内，由此引起曲线的总体方向不良，如图3所示。后各工务段的技术人员将两个固定桩之间距离改为10 m，但效果依然不明显，碎弯会进一步进入到距离为10 m的固定桩之间。

图3 “地锚桩”法应用3年—5年后轨道方向错乱示意

3 曲线位置变化原因

“地锚桩”法长期使用后效果欠佳的原因，经过对现场的跟踪和资料分析，认为主要的原因是:曲线的碾压展长主要是由于钢轨在列车车轮荷载的碾压下，钢轨产生顺着列车前进方向的一种塑性变形(伸长或展长)，这种塑性变形是一种不可恢复的变形。当这种多出部分的伸长或展长进入曲线以后，会使曲线的长度比原来增长，必然会引起曲线位置的变化(方向错乱)。此时这种错乱因“地锚桩”的固定而进入到“地锚桩”和“地锚桩”之间尚没固定的钢轨之间，如图3所示。

线路(曲线)的展长理论上应该是全线范围内的均匀展长，这些由线路上的直线和曲线的方向均会出现不良的病害可以得到证实。但是由于列车惯性的作用和曲线的特殊位置，会逐渐产生直线上的展长(碎弯)向曲线集中(移动)的情况，即直线上的展长(碎弯)会累计进入到曲线范围内。这主要是由于列车在直线方向(双线运行)沿一个方向运行时对线路(钢轨)展长的一种渐变推动所致，另一个原因是人工养护维修时对于线路碎弯(方向不良)矫正，其实质也是对展长的一种渐变推动。这种展长的累计与集中是引起曲线方向难以整正和保持的一个主要因素。

4 地锚桩法使用的极限条件

由上面的分析，曲线在运营后，因曲线展长累计叠加在圆曲线内。因此，在曲线方向整正时，曲线的中心线必然向外侧移动。但维修规则规定，曲线的中心线的拨移量不能大于30 mm。因此当曲线展长累计叠加在圆曲线内达到一定值时(大于曲线向外拨30 mm所消耗的最大长度时)，无论如何拨整，曲线是不可能圆顺的。此时，就不能再用拨道法对曲线进行整正。

由计算可知，当曲线的展长量小于曲线拨距可消耗的最大伸长量时，可以用拨道法整正曲线。通过调节固定桩上连接杆的螺栓，使连接杆伸长，线路中心外移，保证曲线的圆顺。当曲线的展长量大于曲线拨距可消耗的最大伸长量时，因受到曲线的中心线的拨移量不能大于30 mm的限制，曲线中必然会产生碎弯型的小曲线，此时固定桩上连接杆的螺栓也不可再调节使用。

5 结语

根据对现场使用效果的观测，“地锚桩”法对于曲线位置和方向的稳定具有较好作用，尤其是在线路运营的初期阶段(1年—3年左右)效果更加明显，值得使用和推广。另外，由于曲线碾压展长的存在，在线路经过长时间的运营后，“地锚桩”法要和线路的应力放散配合使用，以消除曲线中多余的碾压展长量。通过现场的实践和观察证明，“地锚桩”法对于稳定曲线位置和方向，尤其是稳定长大曲线的位置和方向具有较好的使用效果。

［1］中华人民共和国铁道部.铁路线路修理规则［M］.北京:中国铁道出版社，2006.

［2］何宏斌.现代轨道原理与维修技术［M］.成都:西南交通大学出版社，2007:91-93

［3］付永庆.无缝线路锁定轨温衰减规律探讨［J］.铁道建筑，2008(9):90-92.

［4］张世杰，王平，曹保，等.无缝道岔交叉渡线有限元分析［J］.铁道建筑，2008(10):110-112.

［5］闫子权，谷爱军.地锚设置对12号无缝道岔横向变形的影响［J］.铁道建筑，2009(11):70-72.