高速铁路道岔综合维修整治方案

2023-10-09李晓光金琳涵王磊闫洪贺侯银庆刘永乾张宇超

铁道建筑 2023年8期

李晓光金琳涵王磊闫洪贺侯银庆刘永乾张宇超

1.中国铁路沈阳局集团有限公司长春高铁基础设施段，长春 130051； 2.中铁物总运维科技有限公司，北京 100073

道岔结构复杂，是线路的薄弱环节［1-2］。由于道岔降低值、组合廓形的存在，轮轨过渡不良形成的冲击载荷也会极大地影响道岔行车安全性。

国内学者对岔区尖轨基本轨、心轨和翼轨过渡区域轮轨关系开展了试验研究和仿真分析，发现道岔区廓形不良、降低值偏差过大等问题均会影响轮轨关系，恶化动车组的运营环境［3-6］。轮轨关系不良会加速钢轨表面病害的发展，还会引起动车组的异常振动［7］。钢轨打磨能预防及缓解道岔钢轨伤损，提高动车组的过岔稳定性，显著改善道岔质量，已成为道岔养护的有效手段［8-11］。针对局部廓形、病害等问题可采用打磨手段进行整治，而道岔问题往往错综复杂，治理时需要进行精细化检测，结合检测结果制定综合维修整治方案。本文对某车站叉跟尖轨折断问题进行深入研究，提出道岔综合整治方案。

1 现场调研

一高速铁路设计速度为350 km/h，道岔侧向通过限速45 km/h，主要运行车型为CRH380B和CR400BF。某站12#道岔叉跟尖轨鱼鳞纹、剥离掉块等疲劳伤损发展较快，严重影响动车组的行车安全性。为深入分析病害产生原因，对该道岔进行全面检测。

经调研，该组道岔主要问题为光带宽窄不一、前后存在突变，部分位置存在双光带现象，尤其是心轨及叉跟尖轨位置光带问题表现最为突出，见图1。

图1 轨面光带调研情况

除轨面光带存在多处不良外，该道岔还存在疲劳伤损问题。鱼鳞纹病害多为岔前、直尖轨、长心轨、短心轨、叉跟尖轨等位置。直尖轨鱼鳞纹和叉跟尖轨剥离掉块见图2。

图2 轨面病害调研数据

由该道岔钢轨廓形数据（图3）可知：其右股钢轨廓形一致性、左右股对称性较差。与目标廓形对比，工作边最大偏差约为1.1 mm，非工作边的偏差约为1.0 mm，左右股工作边的廓形偏差约为0.7 mm。

图3 道岔钢轨廓形数据

采用降低值测量仪采集12处关键断面的降低值，见表1。可知：降低值偏差在±1.0 mm 内的有3 处，降低值达标率为25%；降低值偏差超出±2.0 mm 的有6处，达50%。

表1 道岔降低值采集结果

2 问题分析及整治方案

2.1 现场问题原因分析

根据现场调查，该组道岔主要存在光带异常和疲劳伤损问题，同时道岔几何尺寸存在缺陷。根据检测数据，分析得出主要原因如下。

1）道岔长期未进行钢轨打磨，钢轨表面疲劳伤损未及时打磨消除，疲劳伤损的进一步发展引发了叉跟尖轨剥离掉块。

2）道岔大机和小机配合打磨时缺乏前期廓形调研，未能根据实际廓形进行非对称打磨，导致廓形差异大，轮轨间的横向、垂向振动加剧，轮轨间动载荷的增大加速了疲劳伤损的发展。此外，侧向通过时轮轨间横向位移增大，加剧了轮缘对尖轨的冲击振动。

3）降低值偏差过大，导致动车组在尖轨、心轨通过时，尖轨向基本轨过渡不良，尤其是降低值过大，轮轨在组合廓形区域受力不均匀，加剧了轮轨横向振动，进而引起岔区内轨距、轨向及轨距变化率恶化，影响光带形成和动车组运行品质。

道岔打磨可以消除钢轨表面的疲劳伤损、修复钢轨廓形、优化道岔降低值不良等问题，进而改善轮轨接触关系，提升动车组运行品质。

2.2 道岔打磨机械设备

目前国内道岔打磨主流车辆为CMC-20 型，属大型道岔打磨机械，具有磨削量大、作业效率高等优势，符合天窗时间内道岔打磨作业需求。全车由两节打磨小车组成，共20 个磨头单元。其中，杯形砂轮磨头有16个，直径为152 mm；碟形砂轮磨头有4个，直径为280 mm。日常道岔打磨时主要采用杯形砂轮进行打磨作业。打磨时，液压系统作用于打磨小车，使砂轮平面与轨头接触，通过高速旋转的砂轮对钢轨轨头进行磨削。该打磨车可有效去除钢轨表面疲劳，修复钢轨廓形，但受限于打磨车长度、磨削量和操作的灵活性，道岔打磨车作业时岔区内存在多处受限（图4），增加了起落刀位置，导致岔区平顺性差，且无法针对局部问题进行打磨处理。

图4 道岔大机直股打磨受限情况

道岔小型打磨机具通常作为大机的补充打磨装备，可对道岔进行补充打磨作业，作业区域通常为大机打磨受限区。与大机相比，小机磨削量小，天窗利用率低，但小机具有大机无法比拟的灵活性，可以对局部区域进行单独打磨作业，而且通过多种小型打磨机具相互配合，具有打磨角度覆盖范围广、道岔全断面打磨的优势。为了探索道岔小机整组打磨的可行性，采用多台小机协同配合作业，利用小机群对道岔进行打磨，弥补小机打磨作业效率低的缺点。道岔小机打磨群配备方式为5+1+1，即5 台垂直打磨机、1 台道岔打磨机和1台手持抛光机。

2.3 综合维修整治方案

该组道岔局部问题突出，重点打磨区域多为大机打磨受限区、局部廓形差异区段以及道岔大机从未打磨过的曲股。此外，道岔几何尺寸调整也是道岔维护的重要策略之一。因此，综合维修方案包括几何尺寸调整+小机群配合打磨，具体实施方案如下。

1）打磨前，依据TG/GW 115—2012《高速铁路无砟轨道线路维修规则（试行）》对道岔的几何尺寸进行调整。根据现场检测数据，对三角坑和轨向问题进行调整，对轨距变化率不良、小轨向、小高低进行精调。整治后轨距、水平、三角坑、轨距变化率各项指标均控制在TG/GW 115—2012要求的合理范围内。

2）打磨实施。①将直曲尖轨按照道岔大机打磨受限区进行划分，分为直曲尖轨部分、尖轨和心轨连接处、心轨位置、心轨后基本轨部分。②打磨时，根据先局部再整体原则，即先修理基本轨、尖轨、心轨的局部廓形差异大、光带突变位置的廓形，确保修理后同股廓形前后一致性偏差在±0.2 mm 范围内。③对尖轨、心轨、基本轨进行贯通打磨。受限区位置打磨时，需在斥离状态下打磨尖轨轨顶至非工作边位置区域，基本轨打磨工作边至轨顶；闭合状态下打磨尖轨工作边及基本轨非工作边区域，将整体廓形修至目标廓形。④对整组道岔的每个股别进行整体贯通式抛光打磨，根据病害程度增加打磨量，在不改变廓形的前提下提升道岔整体的平顺性。

3）打磨后对道岔基本轨廓形和尖轨、心轨组合廓形进行验收，使廓形偏差控制在±0.2 mm范围内；同时对道岔的平顺性和轨面粗糙度进行检测。

4）打磨后对动车组进行添乘，采集动车组过岔时的振动加速度，通过数据精准分析打磨质量。此外，定期对道岔光带进行观测，综合评价道岔打磨效果。

3 道岔整治效果

通过对该组道岔的综合整治，道岔的鱼鳞伤病害基本消除，叉跟尖轨的剥离掉块得到控制，光带异常问题同样得到有效改善。打磨后实测钢轨廓形与目标廓形偏差基本控制在±0.19 mm范围内，轮轨接触关系得到改善，动车组运行品质明显提升。

3.1 轨面状态

图5为该道岔叉跟尖轨疲劳伤损及轨面光带整治效果。该组道岔在上道后未及时打磨的情况下短时间发生了剥离掉块，换轨后通过初次预打磨避免了疲劳掉块的再次形成；而后经过综合整治修复了钢轨廓形，并调整了几何尺寸。整治后1 年未再产生剥离掉块，光带异常问题得到有效解决。

图5 叉跟尖轨疲劳伤损及光带异常整治效果

图6为直尖轨40 mm 断面位置打磨前后钢轨表面状态。可知：打磨前存在明显的鱼鳞纹；打磨后钢轨表面的鱼鳞纹得到明显改善，未见鱼鳞纹发展迹象。

图6 直尖轨40 mm断面打磨前后轨面状态

图7、图8 分别为直股左股岔前和直股右股106 号轨枕不同程度的光带突变、双光带等问题的打磨整治效果。可知：打磨后光带突变问题得到有效控制，双光带位置打磨后未再出现双光带。

图7 直股左股岔前轨面光带打磨整治效果

图8 直股右股106号轨枕轨面光带整治效果

图9 为道岔长心轨轨面光带打磨整治效果。可知：打磨前长心轨和翼轨光带过渡不良，长心轨光带呈蛇形；打磨后光带突变问题得到控制，未再出现光带过渡不良现象。

图9 长心轨轨面光带整治效果

3.2 降低值及轮轨关系

打磨前后道岔降低值变化情况见图10。

图10 打磨前后道岔降低值变化情况

由图10 可知：打磨后，降低值偏差在±1 mm 内的有4处，降低值达标率由打磨前的25%提高到33%；降低值大于±2 mm 的有3 处，较打磨前减少3 处，降幅为50%。

图11为该组道岔右股打磨后廓形一致性、左右股对称性情况。可知：打磨后最大偏差约为0.19 mm，廓形偏差相较打磨前减小约0.91 mm，右股廓形前后的一致性提升明显；打磨后左右股基本贴合，偏差控制在±0.1 mm左右。

图11 道岔打磨后廓形一致性及对称性情况

计算12#道岔短心轨及叉跟尖轨20 mm、50 mm 断面打磨前后等效锥度，见表2。可知：打磨前20 mm 断面等效锥度均大于0.300，50 mm 断面的等效锥度在0.130 左右，前后相连断面等效锥度差异大；打磨后仅短心轨20 mm 断面等效锥度为0.211，其余位置的等效锥度均控制在0.130左右，等效锥度前后变化均匀。