小半徑曲線無縫線路養修技術

張進永，高 亮

(1.北京鐵路局 石家莊工務段，石家莊 050000;2.北京交通大學，北京 100044)

1 小半徑曲線無縫線路概況

無縫線路由于減少了接頭數量，改善了軌道結構，從而提高了列車運行的平穩性，減緩了線路病害的發生，延長了維修周期，提高了設備質量。所以，近年來無縫線路的軌道結構形式成了新鋪設線路及線路大修改造過程中的優先選擇，現在許多鐵路局已開始在半徑300 m的曲線上鋪設無縫線路，并對可行性與經濟性進行研究。

為保證小半徑曲線無縫線路的穩定性，目前基本上采用了Ⅲ型軌枕、Ⅱ型彈條扣件、優質道砟并保持足夠道床厚度、加大道砟肩寬和保持外股150 mm道砟堆高、采用高強度鋼軌的軌道結構形式，并采取了加軌距桿、上地錨拉桿等加強措施。在無縫線路作業問題上，工務維修規則只對半徑R=400 m以上無縫線路作業提出了要求，對R=400 m及以下無縫線路作業問題未見有相關的作業指導說明，特別是 R=300 m半徑的無縫線路作業大都是處在探索階段。

鑒于目前R≤400 m小半徑無縫線路作業問題上存在的一些問題，根據小半徑無縫線路作業上的一些實踐以及對不同作業條件下道床穩定性能的測試，對小半徑無縫線路的養修問題進行了探討，這對于做好小半徑無縫線路防脹、防斷工作，確保行車安全具現實意義。

2 小半徑曲線無縫線路特點

2.1 受力特點

1)在承受溫度力及其它縱向力的同時，還承受徑向力的分力。如作用在其兩端的縱向力為Pt，則其徑向分力Pr對小半徑曲線無縫線路穩定影響較大，且隨著半徑R的變小Pr增大。

2)列車通過小半徑無縫線路時，由于存在未被平衡超高，將產生離心力或向心力，使軌道產生了與之相反的橫向水平力。

3)列車在運行過程中，隨著運行速度的不同和軸重的不同，將產生不同的動應力，動應力的大小與運行速度和軸重成正比例關系。

以上受力特性，不僅影響到小半徑無縫線路的穩定性，還會影響到鋼軌的強度，加大鋼軌及配件的磨耗和磨損，縮短鋼軌更換周期，且增加了小半徑無縫線路鋼軌更換的難度。

2.2 臌曲變形的特性

曲線無縫線路與直線無縫線路發生脹軌跑道的過程有所不同，當軌溫超過鎖定軌溫時，鋼軌內部就會產生溫度壓力，直線地段無縫線路如果軌向較好，溫度壓力僅存在于縱向，而對于曲線無縫線路來說，還要產生一個徑向分力，且隨著半徑減小該分力增大。當溫度壓力達到一定程度時，就會使軌道發生橫移，若繼續升溫，則線路繼續向外移動，以致最后發生跑道。因此曲線上發生橫移的溫度比直線上要低，其開始位移來得較早，且位移可發生在曲線的任何部位。直線軌道在變形逐漸積累后，臌曲是突然發生的，而對于曲線無縫線路來說，其脹軌跑道過程是一個逐漸的、緩慢過程，是一個隨溫度應力循環而產生的軌道殘余變形累積過程。

因此，必須選擇合理的鎖定軌溫和合理的作業軌溫范圍，增強軌道結構，提高線路養護維修質量，才能保證小半徑曲線無縫線路的穩定性。

2.3 鋼軌特性

小半徑無縫線路鋼軌在同等運營條件下，承受了更大的徑向力，加劇了曲線上股鋼軌的磨耗和下股鋼軌的壓潰，鋼軌的磨耗和壓潰減弱了軌道的框架剛度，且使線路軌距擴大，增加了其它零配件的磨損程度。同時在小半徑無縫線路上，由于其受力特性，鋼軌較其它地段無縫線路更容易產生波浪型磨耗，加劇了列車運行的不平穩性，增加了維修工作量。

根據石家莊工務段對在上下行R=300 m鋪設的無縫線路測試的情況分析，鋼軌病害的形成與通過的總重密切相關，在石太下行線，通過大多為空車，其年運量相當于上行運量的近1/3，其鋼軌鋪設三年來無波浪型磨耗，磨耗量也僅有5～6 mm，上行相同半徑無縫線路上股鋼軌基本上一年左右就要進行側磨軌更換，且大多伴有波浪型磨耗。

3 小半徑曲線無縫線路作業

3.1 作業軌溫條件的控制問題

在無縫線路上進行維修作業時，必須處理好實際鎖定軌溫和作業軌溫之間的關系。目前無縫線路維修作業條件按實際鎖定軌溫并根據作業軌溫進行掌握。《鐵路線路修理規則》規定了R=400 m以上無縫線路作業軌溫條件，對于半徑R=400 m及以下小半徑無縫線路作業軌溫未加說明。

為確定小半徑無縫線路作業軌溫條件，對三種常見的作業道床橫向阻力進行了測試，道床橫向阻力是反映道床基礎維持軌道橫向穩定性能力的指標，用在無垂向荷載(鋼軌壓力)條件下。道床橫向阻力是在起道、撥道狀態橫向位移取1 mm時所承受的橫向推力的大小來定義的，其量綱為 kN/枕。然后對作業后的曲線軌道穩定性進行了評估。

3.1.1 起道作業

1)起道量30 mm，根據測試，道床等效阻力 Q值為42.3 N/cm。在該阻力條件下，允許軌溫升高值［△tW］=16.7℃，得到作業軌溫與實際鎖定軌溫差值8.7℃。

2)起道量40 mm，道床等效阻力Q值36.7 N/cm，在該阻力條件下，允許軌溫升高值為14.6℃，作業軌溫與實際鎖定軌溫差值6.6℃。

3.1.2 撥道作業

1)撥道量10 mm，道床等效阻力Q為35.7 N/cm，在該阻力條件下，允許軌溫升高值為14.2℃，作業軌溫與實際鎖定軌溫差值6.2℃。

2)撥道量20 mm，道床等效阻力Q值為34 N/cm，在該阻力條件下，允許軌溫升高值為［△tW］=13.5℃，得到作業軌溫與實際鎖定軌溫差值5.5℃。

3.1.3 扒開道床作業

根據測試，道床等效阻力Q值按125.6 N/cm計。經計算，在該阻力條件下，允許軌溫升高值［△tW］=46.91℃，得到作業軌溫與實際鎖定軌溫差值為38.91℃。

由以上計算可以看出，起撥道、扒開道床作業后對曲線軌道的穩定性影響非常大，特別是起撥道作業。因此，應對小半徑曲線上的起撥道、扒開道床作業嚴格控制，制訂有針對性的控制措施。目前石家莊工務段對R=300～400 m之間的無縫線路的作業軌溫條件，根據測試結果采取了將《維規》R=400～800 m作業軌溫條件范圍減小±5℃來執行，經實踐檢驗表明:嚴格按無縫線路作業的“一準、兩清、三測、四不超、五不走”制度落實無縫線路作業，按作業軌溫條件完全可以保證小半徑曲線無縫線路安全。

無縫線路作業軌溫條件必須考慮實際鎖定軌溫的確定。實際鎖定軌溫是日常養護維修的依據，其準確與否，直接影響著行車安全，因此必須加強對無縫線路的觀測，以確保所掌握的實際鎖定軌溫準確。石家莊工務段對小半徑無縫線路實際鎖定軌溫的確定，采用了以下方法:①利用位移觀測樁法一月一遍加強觀測，并保證觀測精度;②對一些實際鎖定軌溫變動較大地段，用無縫線路鎖定軌溫測試儀進行測定。

3.2 鋼軌磨耗問題

小半徑無縫線路的難題之一就是鋼軌磨耗問題，鋼軌磨耗到一定程度需要更換時帶有一定的難度，且個別點磨耗嚴重插入短軌時容易破壞軌道標準結構。小曲線半徑無縫線路鋼軌磨耗與曲線半徑大小、總貨運量、鋼軌材質、線路坡度、行車速度及線路養護維修質量等條件有關。因此在鋪設小半徑無縫線路時通常采用淬火耐磨鋼軌，同時在日常養護中采取以下一些措施。

1)加強曲線養護，避免不均勻磨耗降低鋼軌使用壽命。石家莊工務段的經驗作法為每個車間成立了專門的曲線整治小組，對曲線進行撥改，確保曲線圓順。撥改周期視曲線變化范圍而定，基本上保證每2個月1遍，重點地段1個月1遍。

2)涂油、調邊延長鋼軌使用壽命。根據不同運量和鋼軌不同材質確定鋼軌涂油周期，石太上下行線涂油周期分別為上行1 d 2次，下行1 d 1次。當鋼軌磨耗到一定程度時，上下股進行調邊使用，以減少側磨工作量和增加曲線圓順。

3)對于鋼軌波浪型磨耗問題，利用小型機械及時打磨，并對低坍部分及時焊復，確保軌面平順。

3.3 防脹防斷問題

3.3.1 鎖定軌溫的控制問題

小半徑無縫線路相對于其它無縫線路來說，其防脹防斷問題更為突出。因此在布置防脹和防斷工作時，要將小半徑無縫線路作為關鍵地段進行安排，同時在鋪設小半徑無縫線路時，應適當提高鋪設鎖定軌溫。

3.3.2 插入短軌問題

小半徑無縫線路在處理重傷鋼軌以及在處理斷軌時，不可避免地要插入短軌，但是將上股變為短軌線路、下股為無縫線路對防脹防斷工作都極為不利。對于個別插入的短軌，應當在鎖定軌溫范圍內及時進行焊復，以確保無縫線路的標準結構。對于側磨較為嚴重，無法進行焊復的，最好在鎖定軌溫范圍內用凍結式夾板進行連接，并保證凍結螺栓的足夠扭力矩。

4 結語

小半徑無縫線路的鋪設大大簡化了維修養護的工作量，延長了維修周期，節省了人力物力成本，小半徑無縫線路養護，只要控制好關鍵作業施工質量，落實好作業制度，就能夠保證無縫線路安全。

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