西安机场线小半径曲线地段无缝线路养护维修方法探讨

庞婷婷

（西安交通工程学院,陕西 西安 710300）

铁路线路设备是铁路运输最为基础的设备。因此,保持铁路线路设备完整和质量均衡,是列车安全平稳运行和确保旅客舒适度的前提条件,也是延长设备使用寿命和降低运营成本的重要条件。在铁路线路设备中,小半径曲线不但病害类型较多,而且其设备状态在实际工作中不易控制,在列车通过小半径曲线时,很可能因此对列车安全运行构成威胁。因此,对小半径曲线病害产生的原因进行全面分析,并提出针对性的养护维修措施,这对小半径曲线的养护维修工作是相当重要的。

西安机场线正线右线线路长度29.318km,左线线路长度29.294km,正线全部采用整体道床,铺设无缝线路。由于城市轨道交通选线的限制性边界条件较多,城市轨道交通项目中曲线所占比例较高,同时小半径曲线占有相当大的比例。机场线右线所有曲线累计长度11.530km,其中右线曲线半径小于1600m的曲线占右线曲线总长的74.56%；左线所有曲线累计长度12.141km,其中左线曲线半径小于1600m的曲线占左线曲线总长的72.02%。

从以上数据分析中可以看出,曲线的养护维修是西安机场线养护维修工作的重中之重,且西安机场线正线铺设无缝线路,由于无缝线路养护维修具有其特殊性,其养护维修方式不同于普通线路。

1 小半径曲线轨道的受力分析

小半径曲线地段无缝线路病害的形成,主要由列车通过小半径曲线地段时钢轨的受力情况决定。列车通过曲线地段时,产生的力形式比较多,钢轨受力情况比较复杂,可以概括为竖向冲击力,水平横向力,水平纵向力以及轨道不平顺时产生的附加力。列车在小半径曲线地段运行时,在以上这些力的综合作用下,列车轮对会对钢轨产生较大强度碾压,使曲上股钢轨作用边发生塑性变形,加速了钢轨的磨耗,同时还会对小半径曲线地段的轨道框架产生一定的影响,反复作用会影响轨道框架的刚度降低。

2 小半径曲线地段无缝线路病害类型

2.1 钢轨常见伤损病害

小半径曲线地段无缝线路常见的钢轨病害主要有钢轨侧磨、波磨、掉块及钢轨接头伤损等,其中侧磨最为严重,是小半径曲线地段无缝线路最严重的伤损类型,其造成危害最大。

2.2 轨道几何尺寸超限

小半径曲线地段无缝线路的水平、轨距、高低、曲线正矢、超高等几何尺寸易发生变化,导致其几何尺寸保持的周期较短,给铁路线路的养护维修工作带来诸多不便。尤其是随着钢轨磨耗不断增大,轨道几何尺寸越发的难以保持,从而给列车的安全运行构成相当大的安全隐患。

2.3 钢轨连接零件易松动且损坏率高

在列车离心力和曲线超高综合作用下,小半径曲线地段无缝线路上连接零件所承受的竖向冲击力、横向作用力相对较大。即使在相同扭力矩的情况下,小半径曲线地段无缝线路连接零件容易松动,且当竖向冲击力和横向作用力达到一定值时,容易造成小半径曲线地段钢轨连接零件连续失效,甚至造成接头螺栓和钢轨夹板折断,导致轨道几何尺寸严重超限,甚至发生断轨、胀轨跑道等事故,直接危及行车安全。

3 小半径曲线地段无缝线路病害产生的原因及分析

小半径曲线地段无缝线路在运营的过程当中,会受到列车对线路产生纵向和横向冲击力和列车离心力的作用以及钢轨内部应力等作用。这样一些作用力的综合作用就会使得钢轨以及线路的几何尺寸发生一定的变化,并且使钢轨发生不均匀磨耗,变化长期的积累就会使得其进一步扩大,成为线路病害集中高发区,加剧小半径曲线钢轨伤损的形成与发展,增加了养护维修工作量及难度,进而导致养护成本大幅提高。造成小半径曲线地段无缝线路病害的主要原因有以下几个方面。

3.1 线路自身不足

当列车通过小半径曲线地段时,因为列车轮对踏面与钢轨作用面之间存在着滑动现象,所以即使在牵引力相同的情况下,列车的行驶速度也会大幅度降低,同直线地段相比,钢轨的受力将会更大。因此对钢轨产生较大的磨耗,从而大大降低了钢轨的使用寿命。

3.2 超高影响

小半径曲线地段设置的超高情况也会对钢轨的冲击角、导向力具有十分明显的影响。因此,超高也会对钢轨侧磨具有比较明显的影响。尤其是在过超高情况下,过超高引起了钢轨冲击角、导向力的变化,当列车通过小半径曲线地段时,会对曲上股钢轨作用边造成较大的磨耗,加速了钢轨轨头的磨耗。

3.3 轨底坡影响

若轨底坡设置不当,将会改变轮轨的受力情况,也会影响轮轨之间接触的几何位置,使轮轨关系发生较大的变化。因此,轨底坡的设置也会对钢轨的磨耗产生较大的影响。

3.4 轨距影响

为了确保列车能够在线路上两股钢轨间顺利运行,列车的轮对宽度应该小于轨距。因此,钢轨与轮缘之间就有空隙,当轮对中的一个车轮轮缘与钢轨贴紧时,另一个车轮轮缘与钢轨之间具有一定的间隙,而这个间隙是有允许最大值的。如果当轨距过大时,间隙超高允许最大值,轮对在行进过程中会出现偏离线路中心情况,此时两个车轮会出现不同步的滚动运动,列车轮对将会出现横向摆动。这个情况下,列车不仅有纵向运动,而且会有横向运动,会对列车运行平稳性产生影响,从而对线路造成破坏。

4 小半径曲线地段无缝线路病害综合整治方法

4.1 小半径曲线安装轨撑

轨撑安装后,将大大增强小半径曲线强度,钢轨相对位置则不会有任何变化,且压溃问题不会出现于大胶垫内,降低了钢轨不均匀磨耗,提高了行车的稳定性。

4.2 小半径曲线安装轨距拉杆

在小半径曲线地段的无缝线路的圆曲线上安装轨距拉杆,可以有效增强钢轨扣压力,有效处理钢轨外翻问题,降低扣件、轨枕的负担,同时还能增加轨道纵向阻力,提升轨道防爬能力,进而达到提升道床纵横向阻力及轨道框架刚度的效果。

4.3 开发新型胶垫

半径在650-1200m的曲线,极易出现大胶垫压损、轨底坡不易保持等问题,如采用加装轨撑的方式,经济性较差。为此,可进行组合式坡形胶垫的开发、设计,这样不仅能够将轨底坡不易保持的问题有效处理,还能确保轨道具有良好弹性。

4.4 强化日常检查和养护维修工作

4.4.1 采用多元化的检查方式

由于小半径曲线是线路的薄弱处,病害类型多,病害发生率高,是线路设备质量是否良好的关键控制因素。因此,在小半径曲线设备日常检查过程中,不仅要按照检修规程做好周期性检查,还要重视临时性检查、重点检查,结合动静态检查,准确掌握线路设备技术状态。对小半径曲线地段的钢轨磨耗情况和轨道几何尺寸进行强化检查,确保设备状态可控。

4.4.2 重视小半径曲线日常养护维修

做好小半径曲线地段无缝线路的养护维修工作,保证其具有良好的圆顺性,且超高、轨距以及轨向等方面保持良好,对三角坑、钢轨硬弯以及吊板等进行消除。

4.4.3 提升轨道弹性

由于在列车重复荷载作用下,小半径曲线地段的轨下胶垫容易被压溃,胶垫失去弹性,造成轨道的不平顺。因此,在养护维修工作中,尽可能及时对压溃的胶垫进行更换,在某些地段还可以通过增加调高垫片的方式来改善道床的弹性,确保轨道的平顺性,降低列车通过小半径曲线地段的阻力,从而减小列车通过小半径曲线地段时对钢轨的磨耗。

4.4.4 适当改变曲线超高

曲线地段超高是通过列车平均速度计算确定并设置的,轨道铺设完毕后,便成为固定设施。但是由于列车通过曲线地段的实际行驶速度,或大于平均速度,或小于平均速度,造成曲线设置超高与行车速度不匹配的情况,从而加速小半径曲线地段的钢轨磨耗。因此,结合实际情况,在养护维修作业中可以适当改变小半径曲线外轨超高值,减小或缓解钢轨的磨耗,延长钢轨使用寿命。

4.4.5 对小半径曲线地段钢轨进行涂油

在小半径曲线地段可以对钢轨作用面进行涂油,通过涂油可以改变钢轨作用面和轮对之间的摩擦系数,也能够改变轮轨接触面的切向力,进而降低列车震动。达到减小钢轨曲上股的磨耗,延长钢轨的使用寿命的目的。

4.4.6 做好钢轨打磨

小半径曲线地段钢轨在经过长时间的列车荷载作用后,在其作用面会出现相应的钢轨病害。如钢轨不均匀性磨耗病害,以侧磨为主；还会出现钢轨擦伤,非正常性裂纹,甚至剥落掉块等病害。在钢轨病害未达到更换标准时,可以通过钢轨打磨的方式,对钢轨进行一定限度的修复性打磨,进而延长钢轨使用寿命。对于较为严重的钢轨擦伤、剥落掉块等病害,还可以通过喷焊等方式先对病害钢轨作用面进行焊复,然后进行打磨,整平轨面。

5 小半径曲线地段无缝线路的其他养护措施

如果小半径曲线地段无缝线路方向出现异常,尤其是在夏季高温、冬季低温季节,在一定的环境条件、多样化的不良因素累积和综合作用下,会出现胀轨跑道、断轨等设备故障,进而给行车安全构成严重威胁。通过以下措施,可以对小半径曲线地段的无缝线路的稳定性起到加强作用。

5.1 曲线侧磨钢轨调边使用

针对曲线侧磨极为严重的情况,一般都会选取换轨的方式,且成段地进行钢轨更换,这种方式将增加生产费用的投入。因此,可以将小半径曲线地段的侧磨钢轨进行调边使用,将曲线上股和下股进行调换,改变钢轨作用边,从而增加钢轨使用年限。

5.2 换铺淬火钢轨

西安机场线仅在半径小于400m的曲线地段采用淬火钢轨。因此,当小半径曲线地段钢轨磨耗量达到更换标准时,可以全部换铺成淬火钢轨。由于淬火钢轨较强的耐磨性,可以有效增长钢轨使用年限,进而达到降低维修费用、材料费用的目的。同时,还可以最大限度提升行车安全系数。

5.3 重视小半径曲线地段无缝线路技术管理工作

5.3.1 做好钢轨预打磨工作

在钢轨铺设完毕后,开通运营之前,为了避免钢轨表面微小缺陷的发展,对钢轨进行打磨,通过预打磨可以使钢轨作用光滑、平顺,更好地适应轮轨关系。

5.3.2 学习先进养护维修技术

借鉴同行在小半径曲线地段无缝线路养护维修工作的先进工作经验和技术,探索小半径曲线的变化规律,做好钢轨病害的预防工作,尽量将钢轨病害消灭在萌芽状态,避免钢轨病害进一步扩大。

5.3.3 重视技术改造工作

在后期养护维修工作中或进行线路大修时,可以通过技术改造工作,对设备状态进行全面改善。如对小半径曲线地段的超高进行适当调整,选择铺设耐磨钢轨等。虽然初期会产生一定的费用,但是从长远来看,可以降低后期的运营养护维修成本,增强设备安全性。

6 结束语

综上所述,相对普通线路而言,无缝线路在技术经济方面发挥了显著优势,最大限度地节约了无缝线路养护维修成本,延长了设备的使用寿命。但是,小半径曲线地段无缝线路的养护维修工作,在无缝线路养护维修工作量中占有相当大的比重。由于影响小半径曲线地段无缝线路稳定性因素较多,从而增加了其养护维修的难度。为了改善该现状,必须具体问题具体分析,在全面分析无缝线路线稳定性的基础上,对小半径曲线地段无缝的线路养护维修的技术还需继续进行深入探讨。