浅谈小半径曲线整治

张建鹏

摘 要：通过对曲线轨道受力情况的分析，研究小半径曲线病害的成因与危害，提出曲线病害的整治办法，介绍曲线轨道的日常养护与检查以及曲线养护中的技术管理。

关键词：铁路线路养护；小半径曲线轨道；曲线养护；技术管理

铁道线路不间断地受到机车、车辆的碾压和冲击，所以线路状态处在不断的变化当中。曲线地段特别小半径曲线较直线地段所受到的冲击、碾压和推挤更为突出，不但线路状态变化较快、较大，而且轨件的磨损也比较严重，因此小半径曲线的养护维修与病害整治成为线路养护维修工作的一个重要环节，其养护任务的好坏直接关系着维修投入与行车安全。

1 曲线轨道的受力分析

1.1 作用于钢轨上竖直方向分力的构成

机车和车辆在轨道上运行时，作用于钢轨上车轮的静压力（即分配到该车轮上的车辆重量——轴重）为钢轨上竖直方向分力。列车通过轨道不平顺地段以及不平顺车轮运行时会产生附加力，在曲线地段还有因外轨超高以及车架对车轮横向压力而引起的附加垂直力。

1.2作用于钢轨上横向水平力的构成

横向水平力主要指车轮对钢轨的侧压力和曲线上的附加横向力。

以上力由轮缘对轨头的压力（传递车架压力）和车轮在钢轨上横向滑动时产生的摩擦力组成，因此车轮对钢轨的侧压力可以取上述两力之和或两力之差。曲线地段产生的横向水平力比较大。曲线半径愈小，横向水平力愈大。曲线上产生的离心力和因外轨超高使车辆倾斜而产生的机车车辆重力分力有关。这些横向力（导向力、侧向力及车架压力）的大小取决于离心力、行车速度、曲线半径和外轮超高。当在压应力和横向力的共同作用下超过了钢轨的屈服强度时，在钢轨作用边产生碾堆（即塑性变形），在踏面形成局部压陷特征，压陷处不易和车轮踏面接触（即短不平顺）而形成暗斑，最终形成疲劳裂纹。

1.3 纵向水平力

产生纵向水平力的主要原因是轨道爬行和温度作用，在曲线地段，钢轨上还作用着滑动引起的摩擦力。轨道爬行主要是在车轮滚动下钢轨的蛇形起伏而产生的，在列车制动地段尤其明显。

如钢轨和轨枕之间连接不够牢固，弹性道床抵抗轨枕纵向位移的阻力大于钢轨在支座上滑动的阻力，此时钢轨可能纵向移动，而轨枕则仍然留在原地。轨道爬行实质上取决于轨下基础刚度，刚度愈大，因钢轨扭曲及其断面转动而引起的爬行也愈大。

2 曲线主要病害的危害及成因

2.1 主要病害

一是钢轨伤损病害：钢轨侧磨、波磨及接头伤损是小半径曲线常见的病害，尤其是侧磨，是小半径曲线最突出的伤损类型。二是轨道几何尺寸易超限：小半径曲线上高低、轨距、超高、正矢相对其他线路容易发生变化，保持的周期短，特别是大轨距会随着钢轨侧磨的增加而逐渐加剧。三是连接零件易松动且破损率高：小半径曲线上连接零件承受的冲击力和横向作用力比较大，易造成夹板及接头螺栓折断、混凝土枕连接螺栓失效、枕木道钉浮离、轨距杆折断、轨撑压裂、尼龙座挤碎、轨枕挡肩破损等病害。

2.2 成因分析

曲线超高设置应根据实际通过的列车对数和实际通过的车速来确定。而事实上车速和通过对数是在不断变化、逐步增加的，超高数值的合理性很难确定，超高设置偏大，车轮在向心力作用下撞击摩擦下股钢轨，逐渐形成下股钢轨波磨；超高设置偏小，车轮在离心力作用下撞击摩擦上股钢轨，逐渐形成上股钢轨侧磨。

我国铁路运输逐步向“快速重载”方向发展，运量的增加使列车对钢轨冲击破坏增加，同时为安全考虑限制列车在小半径曲线地段的行驶速度，相同牵引力下钢轨的受力进一步增加，导致钢轨、线路几何尺寸、轨枕、道床等设备产生变化，经过一段时间的列车运行，各种残余变形进一步扩大，线路各种病害逐步显现出来

从造成曲线病害的诸多因素分析，运营条件和轨道结构属于客观因素，在一定条件下不易改变。造成小半径曲线病害的最直接因素是机车车辆作用在小半径曲线上的附加力。曲线状态好，附加力小，对曲线的破坏就小；曲线状态差，附加力大，对曲线的破坏越大。因此，保持曲线良好的状态，减少机车车辆作用在轨道上的附加力，是延长曲线维修周期、降低维修成本的关键。

3 曲线病害的整治办法

3.1 调整好小半径曲线各部尺寸

有计划地整治小半径曲线范围内的漫坑，及时消灭小坑及低接头。

每年根据春季测速资料，夏季结合综合维修对超高进行调整，特别对钢轨出现伤损异常的曲线要做重点测速。

小半径曲线轨距易变化，需经常不断地进行调整。

在曲线拨正中，采用增加负矢点的办法对控制曲线圆顺度效果较好。具体办法是：在现有10m间距中间增设一点副矢，其正矢在缓和曲线上为两相邻正矢点之和的一半，圆曲线上为圆曲线计划正矢，检测工具仍为20m弦线。

在曲线养护中要切实注意缓和曲线的养护。超高、轨距和正矢递减是否符合标准，是缓和曲线养护的关键。为便于缓和曲线上超高、轨距加宽顺坡和三角坑的检查与确定，可将超高和轨距加宽值在缓和曲线钢轨上的标记间距改为6.25m，检查时可不受原钢轨检查点位置的限制，按超高和轨距加宽标记点放置道尺，记录时在线路检查记录簿“水平”一栏中划斜线，斜线上填写实际检查超高值，斜线下填理论值。

曲线范围内连接零件要经常保持全、紧、靠、密，无失效，扭力矩符合规定要求，挡肩破损的混凝土枕要及时修复，失效的要及时更换，道床不洁要及时清筛，道床要饱满，上股按规定加宽到0.4m。

3.2 强化小半径曲线技术细节

按《普速铁路线路修理规则》规定安装轨距杆或轨撑时，可根据曲线的实际情况采用增加轨距杆，或采取轨距杆与支撑配合使用的方法补强。

提高设备质量，减少曲线附加力。使用淬火钢轨提高较高耐磨强度和硬度；使用小半径曲线用混凝土枕提升扣件强度，提高轨道抗横向力；利用车载涂油器或地面涂油器（或称路旁涂油器）在钢轨侧面涂油减缓钢轨磨耗，延长钢轨使用寿命。

加强对钢轨的养护工作。钢轨在通过一定运量后，在其顶面可能出现两大类病害：一类为有规律的周期性病害，叫做波形磨耗，简称波磨；另一类为无规律的非周期性病害，如擦伤、龟裂、剥落掉块、压溃、接头坍低等。整治波磨钢轨，一般为使用大功率的钢轨打磨列车，有效地消灭波磨轨。为延缓波磨的产生或发展，对钢轨表面的擦伤、坍低接头、马鞍形磨耗等进行喷焊，以整平轨面。除采取以上直接措施外，在日常养护中还应加强捣固、消灭接头病害，清筛道床并应铺设坡形胶垫以改善轮轨接触条件，减少或延缓波磨的发生。

3.3 整治重点病害

轨距病害是小半径曲线最普遍的病害，可用加宽尼龙座0～6号、0～8号、0～10号，P60楔形胶垫，特制6号、10号轨距挡板，可调轨撑等进行整治。特制6号、10号挡板座对改正轨距作用比较好，但需根据侧磨不断的变化和轨距的增大，经常调整轨距挡板，更换轨距挡板工作量大，且成本比较高；可调轨撑不但可调整轨距，而且可以增加钢轨抵抗横向的能力，效果颇佳。钢轨支嘴也是小半径曲线常见病害，尤其P60钢轨比P50钢轨支嘴更普遍，除调整好轨缝、防止接头顶死外，采取用接头夹板里外口互换的办法，简单易行，效果甚好。对一些顽固支嘴接头，可在支嘴处增设曲线稳定桩。

4 结语

小半径曲线整治是设备质量中的难点及重点，其状态的好坏对列车运行安全及维护成本都有很大的影響。设备管理单位在日常养护维修中要加强检查，摸索曲线变化规律，掌握质量动态变化情况，从而有效的解决病害，提升设备质量。

参考文献：

[1] 王保成， 韩 峰.基于坐标测量的既有曲线整正计算优化方法研究[J].兰州交通大学学报，2008（2）：11-13.

[2] 国家铁路局.TB10098—2017 铁路线路设计规范[S].北京：中国铁道出版社，2017.