重載鐵路鋼軌接頭病害的成因及整治

程海波

重載鐵路鋼軌接頭病害的成因及整治

程海波

重載單元鐵路最主要的特點(diǎn)是運(yùn)量大、機(jī)車軸重大，也必然使軌道承受的荷載更大。在機(jī)車車輛的輪對(duì)通過鋼軌接頭時(shí)，因接頭的不平順致使車輛產(chǎn)生劇烈的振動(dòng)，同時(shí)更加速了線路運(yùn)行狀態(tài)的動(dòng)態(tài)變化，因而形成接頭病害。結(jié)合云支線重載鐵路開通后，在線路養(yǎng)護(hù)中的實(shí)踐，總結(jié)出了對(duì)線路采取綜合整治的方式，有效地控制了接頭病害的發(fā)生和發(fā)展。

鐵路運(yùn)輸；重載單元鐵路；鋼軌接頭病害

0 引言

鋼軌接頭指的是不同長度的單根鋼軌，用夾板螺栓相互連接的部位。此部位常造成線路設(shè)備表面的不平順，在機(jī)車車輛的輪對(duì)通過鋼軌接頭時(shí)，因線路的不平順而產(chǎn)生劇烈沖擊，同時(shí)加速線路的動(dòng)態(tài)變化，形成鋼軌的各種接頭病害。而在接頭病害產(chǎn)生之后，則又會(huì)加劇輪對(duì)對(duì)線路的破壞，二者互為因果，使鋼軌接頭病害的發(fā)展和變化加速，養(yǎng)路工區(qū)很難應(yīng)付，因此鋼軌接頭也就成了鐵路線路最薄弱的環(huán)節(jié)。在軌型、線路基礎(chǔ)大致相同的情況下，混凝土軌枕線路接頭比木枕線路接頭變化更快、病害產(chǎn)生周期短、發(fā)展迅速。在線路的日常維修工作中，混凝土軌枕線路接頭的養(yǎng)護(hù)維修工作量占到日常維修總量的70%以上。通常情況下，在線路養(yǎng)護(hù)時(shí)如果在石碴沒有翻白之前，鋼軌接頭一般約1個(gè)月保養(yǎng)1次；而石碴一旦翻白，就需每周進(jìn)行接頭的保養(yǎng)；接頭出現(xiàn)石碴溜塌時(shí)甚至每兩天就需保養(yǎng)1次，接頭病害發(fā)展到這種程度，如果不能夠從根本上整治病害，接頭就不能保持正常的工作狀態(tài)，就會(huì)嚴(yán)重影響鐵路線路安全運(yùn)營。

隨著列車的連續(xù)幾次提速，機(jī)車車輛的軸重加大、鐵路的運(yùn)量的猛增，這就給我們的鐵路專用線提出了更高的要求。為了適應(yīng)鐵路運(yùn)輸業(yè)發(fā)展的需要，集團(tuán)公司于2004年～2005年投入大量資金對(duì)云岡和口泉的主要站場(chǎng)和線路進(jìn)行了大幅度的更新和技術(shù)改造，在云岡溝開通了萬t重載單元列車。重載鐵路最主要的特點(diǎn)是鐵路運(yùn)量大和機(jī)車車輛軸重加大，這兩大特點(diǎn)使得軌道結(jié)構(gòu)需要承受更大的動(dòng)荷載，由此使得軌道結(jié)構(gòu)及其連接部件的破壞速度比普通線路更快，從而增加了線路維修的工作量和維修成本。從云支線過去5 a的養(yǎng)護(hù)維修情況分析發(fā)現(xiàn)：重載鐵路軌道結(jié)構(gòu)破壞的常見形式有連接零件破損（尤其是接頭夾板裂紋，接頭螺栓折斷，彈條扣件折斷）、鋼軌表面的不平順（馬鞍型磨耗、波形磨耗等）以及線路下沉3種。而連接零件傷損和軌面不平順產(chǎn)生的主要原因是機(jī)車車輛對(duì)接頭部位的強(qiáng)大沖擊力的反復(fù)作用，使得這些連接部件產(chǎn)生疲勞傷損而形成。線路下沉的主要原因是：一是基床坍塌；二是道床的下沉變形；三是橋涵兩頭路基的不均勻沉陷。如云支線3#橋前后就曾經(jīng)有類似的狀況，道床厚度不足、橋枕外露壓潰，翻漿冒泥、凍害等病害的相繼出現(xiàn)，致使公司每年均需耗費(fèi)大量人力和物力對(duì)該地段道床進(jìn)行破底清篩，卻并沒有徹底解決問題。因此，公司投入大量資金對(duì)兩道溝的正線線路進(jìn)行了大型的機(jī)械化清篩和搗固作業(yè)，同時(shí)集中力量對(duì)云支線部分地段進(jìn)行了大范圍的調(diào)坡起道工作，徹底解決了線路的三角坑、翻漿冒泥、凍害等問題，但是接頭仍然是線路上的一個(gè)薄弱環(huán)節(jié)，仍然會(huì)影響到行車安全，因此只有采取綜合整治的方式才能徹底解決這一難題，有效控制接頭病害的產(chǎn)生和發(fā)展。

1 鋼軌接頭病害形成的成因

我們?cè)诰€路上經(jīng)常見到的鋼軌接頭病害主要有以下幾種形式：按接頭軌面的狀態(tài)可分為低接頭、不均勻磨耗接頭、接頭錯(cuò)牙、剝離掉塊、大小軌縫。按接頭道床的狀態(tài)可分為接頭翻白、接頭溜塌、接頭板結(jié)。按接頭的結(jié)構(gòu)狀態(tài)可分為夾板下彎或磨蝕、夾板螺栓和扣件螺帽扭力矩不足、扣板及軌距擋板不密貼、扣件破損失效等。

鋼軌接頭雖然可以借助夾板、螺栓等零件保持鋼軌的連續(xù)性，并不能保證軌道結(jié)構(gòu)的整體性，更不能保證設(shè)備的平順性。車輛在通過鋼軌接頭時(shí)，會(huì)產(chǎn)生瞬間的碰撞和沖擊，因之產(chǎn)生的附加動(dòng)力一般為正常輪對(duì)荷載的2倍～3倍，致使接頭處軌道的破壞加大，病害的發(fā)展迅速。根據(jù)探傷工區(qū)和云岡11個(gè)養(yǎng)路工區(qū)5 a來對(duì)云岡溝設(shè)備的巡查和搶修記錄統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，接頭處鋼軌的傷損量在全部傷損率中可占到總數(shù)50%以上；混凝土軌枕在接頭處的失效幾率也相對(duì)于其他部位高3倍～5倍；用于防止接頭病害所使用的工時(shí)大約占總養(yǎng)護(hù)工時(shí)的40%。結(jié)合這些日常養(yǎng)護(hù)維修分析，鋼軌接頭病害之所以發(fā)生，其最根本的原因是軌道結(jié)構(gòu)的不連續(xù)和鋼軌面的不平順，也就導(dǎo)致輪軌之間產(chǎn)生附加力的作用；而過大的附加力的作用又促使軌道結(jié)構(gòu)不連續(xù)性和不平順性的發(fā)展以及輪軌接觸附加動(dòng)力的加大，更促進(jìn)了接頭病害的發(fā)展；另外，線路工在日常維修中養(yǎng)護(hù)方法不當(dāng)也會(huì)造成接頭病害的產(chǎn)生和發(fā)展。

1.1 鋼軌接頭部位的不平順性

鋼軌接頭部位的不平順指的是接頭軌縫。車輪壓在鋼軌的末端時(shí)，相鄰連接鋼軌的始端相應(yīng)會(huì)有抬高的趨勢(shì)，因而形成一個(gè)臺(tái)階；動(dòng)力荷載作用下鋼軌接頭處的撓曲并不是連續(xù)的曲線，而是一個(gè)折線。當(dāng)臺(tái)階、軌縫、折角3個(gè)要素同時(shí)存在時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生輪軌之間的沖擊，增大鋼軌接頭處的附加動(dòng)力；而且軌縫越大，臺(tái)階越大、折角越大，輪軌之間的沖擊力也越大。鋼軌表面在接頭區(qū)的不均勻磨耗是軌面不平順的另一種形式的表現(xiàn)。

1.2 附加和動(dòng)態(tài)的不平順

附加不平順通常是在運(yùn)營過程中逐步形成的，軌道結(jié)構(gòu)薄弱、鋼軌不均勻磨耗、道床的彈性不足都會(huì)引起附加的不平順。

動(dòng)態(tài)不平順一般有兩種情況：一種是軌道彈性不均勻以及機(jī)車車輛帶來的動(dòng)荷載波動(dòng)，輪軌接觸點(diǎn)的軌跡也相應(yīng)呈現(xiàn)出波浪形；另一種是道床不均勻和線路存在暗坑、吊板形成的彈性下沉。這兩種不平順只有在機(jī)車車輛運(yùn)行過程中才能表現(xiàn)出來。正是線路的動(dòng)態(tài)不平順才增大了列車運(yùn)行過程中的撞擊和振動(dòng)。實(shí)踐中我們也發(fā)現(xiàn)有的養(yǎng)路工區(qū)在線路養(yǎng)護(hù)工作中使用彈性不均、厚度不同的墊板以及不正確的線路養(yǎng)護(hù)方法，加劇了軌道動(dòng)態(tài)不平順。

經(jīng)過大量的數(shù)據(jù)分析和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，我們發(fā)現(xiàn)，車輪通過鋼軌接頭處的軌縫時(shí)，輪軌之間劇烈的撞擊和振動(dòng)，是造成鋼軌接頭病害的外因，接頭部分以及鋼軌的材質(zhì)、淬火工藝不佳是接頭產(chǎn)生病害的內(nèi)因。

2 鋼軌接頭病害的綜合整治

在2010年云岡、口泉兩道溝正線進(jìn)行大機(jī)清篩之后，筆者一直對(duì)鋼軌接頭病害的整治進(jìn)行分析和研討，并且參與了現(xiàn)場(chǎng)的每一次綜合整治工作。經(jīng)過1 a多的摸索和經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，筆者認(rèn)為形成接頭病害的原因是多方面的，接頭病害的整治也應(yīng)該采取綜合整治的方式。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，筆者建議對(duì)鋼軌接頭的日常養(yǎng)護(hù)及病害綜合整治從以下幾方面著手。

首先，要加強(qiáng)接頭軌縫及零部件的日常養(yǎng)護(hù)，軌縫值始終保持在規(guī)定范圍之內(nèi)；定期檢查和復(fù)緊高強(qiáng)螺栓，接頭螺栓的扭力矩要按照《維規(guī)》要求保持在規(guī)定值以上；定期對(duì)接頭夾板和螺栓涂油，以此緩減列車的沖擊和破壞；做好道床、軌枕、零扣件的養(yǎng)護(hù)。

其次，加大力度對(duì)接頭部位的道床進(jìn)行整治，做到正確、合理起道搗固。接頭在列車動(dòng)荷載的反復(fù)作用下，鋼軌接頭處比非接頭部位的道床應(yīng)力和振動(dòng)加速度高，因此接頭道床必須有良好的搗固質(zhì)量。接頭處為了避免形成鼓包，起道時(shí)也應(yīng)將軌面抬平之后進(jìn)行搗固，禁止抬高接頭。

第三，定期對(duì)軌面進(jìn)行整修。在運(yùn)營中鋼軌接頭處軌端不均勻磨耗和剝落掉塊、擦傷引起機(jī)車車輛巨大的附加沖擊力，導(dǎo)致線路變形加劇，接頭病害的發(fā)展加快，所以必須及時(shí)修理，打磨和焊補(bǔ)接頭軌面。

第四，及時(shí)改善墊層的彈性。在云支線我們發(fā)現(xiàn)，彈性墊層經(jīng)過多年的運(yùn)營，橡膠墊板不同程度出現(xiàn)硬化，尤其是接頭部位的墊板在巨大沖擊力的作用下彈性逐步降低，建議養(yǎng)路工區(qū)要及時(shí)對(duì)接頭處4根軌枕的彈性墊板進(jìn)行更換，保證軌道結(jié)構(gòu)的彈性。

由于云支線正線為長度25 m鋼軌、混凝土軌枕線路，要從根本上解決接頭病害還需要從改善鋼軌材質(zhì)、鋼軌的淬火工藝及技術(shù)要求、鋼軌及夾板的設(shè)計(jì)等方面入手，采取符合混凝土軌枕線路特點(diǎn)的方法進(jìn)行養(yǎng)護(hù)維修作業(yè)，改善接頭的狀態(tài)。

建議養(yǎng)路工區(qū)在日常維修中針對(duì)鋼軌接頭病害進(jìn)行整治。

①對(duì)接頭的搗固要加強(qiáng)，時(shí)刻保持道床飽滿。接頭處的失效軌枕要及時(shí)更換，同時(shí)更換接頭處相鄰的兩根軌枕，以保持接頭前后支撐條件一致。

②接頭范圍內(nèi)的道床 (接頭5空)要及時(shí)清篩、更換，避免造成道床板結(jié)，道床失去彈性而引起翻漿冒泥，形成線路明顯的不平順。

③軌頭高低、左右錯(cuò)牙等病害要及時(shí)消滅。軌距線內(nèi)側(cè)及軌面錯(cuò)牙不得超過1 mm，也可使用液壓直軌器矯直接頭的小硬彎，同時(shí)上緊接頭螺栓，使之達(dá)到規(guī)定的扭力矩，以保持接頭的堅(jiān)固。

④對(duì)鞍形接頭消滅接頭不平順的有效辦法是使用鋼軌打磨機(jī)進(jìn)行打磨。使用平形砂輪機(jī)打磨時(shí)可以來回進(jìn)行打磨；使用碗形砂輪研磨時(shí)，先研磨中部到要求深度，再向兩端側(cè)研磨，圓弧最后整修。打磨后的軌面高度相當(dāng)于小腰部位的鋼軌高度。要求用1 m直尺檢查，軌面平整、均勻。

⑤整治低接頭時(shí)最好使用上彎夾板，上彎量以2 mm～4 mm為宜。在換上上彎夾板后，鋼軌接頭處2根～6根軌枕范圍內(nèi)的軌面就會(huì)抬高，接頭處容易出現(xiàn)螺栓松動(dòng)及空吊板，所以必須擰緊螺栓、對(duì)接頭加強(qiáng)搗固。

⑥大軌縫是接頭病害產(chǎn)生的主要原因，所以應(yīng)根據(jù)季節(jié)和溫度的變化，對(duì)軌縫的變化定期觀測(cè)，適時(shí)調(diào)整軌縫。軌縫設(shè)置必須符合規(guī)定要求，不允許出現(xiàn)大軌縫。

⑦用特制的枕底大膠墊處理鋼軌低接頭病害。對(duì)于翻漿冒泥的接頭必須先進(jìn)行破底清篩，待枕底穩(wěn)定后才可以墊入大膠墊。特制的大膠墊在墊入1 a后必須撤出，并重新?lián)v固好接頭部位。

⑧適時(shí)擰緊連接扣件，更換失效大膠墊；整修軌底坡，保持1∶40的軌底坡。

⑨分層次夯拍道床，以增加道床的阻力；同時(shí)根據(jù)支嘴的程度增加道床寬度，調(diào)整里外口夾板，利用夾板的反彎控制接頭支嘴。為了防止支嘴擴(kuò)大，在線路撥道作業(yè)時(shí)，對(duì)接頭支嘴只能壓，不能挑；如果必須上挑時(shí)，則要用撥小腰帶接頭的方法，不可直接撥動(dòng)支嘴接頭。

總之，線路日常維修工作必須堅(jiān)決貫徹“預(yù)防為主，防治結(jié)合，修養(yǎng)并重”的原則，根據(jù)實(shí)際情況合理安排養(yǎng)護(hù)計(jì)劃。

3 結(jié)束語

綜上所述，隨著機(jī)車提速和重載運(yùn)輸?shù)陌l(fā)展，鋼軌和鋼軌接頭的負(fù)荷日益加重，工作條件日趨惡化，它的地位和作用就顯得愈來愈重要。尤其在我們這樣的地方性鐵路運(yùn)輸業(yè)中，要求我們強(qiáng)化設(shè)備、料具質(zhì)量，維修時(shí)采用先進(jìn)的技術(shù)、方法，并且做到在現(xiàn)場(chǎng)靈活的運(yùn)用，同時(shí)嚴(yán)格按照鐵道部頒發(fā)的維修作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行工作，保證線路的安全和暢通，以適應(yīng)今后運(yùn)輸事業(yè)發(fā)展的需要。

Causes and Regulations of Rail Joints Disease in Heavy Haul Railway

Cheng Haibo

The main features of heavy haul railway are large volume and heavy locomotive axle,which make the track heavily load.The irregularity vehicle joints causes severe vibration and accelerates the dynamic changes of line running when the locomotive vehicle wheel goes through the rail joint,resulting in joint disease.By interacting with the track maintenance of heavy railway in Yunzhi line,summarizes a comprehensive treatment approach to railway line and effectively controls the occurrence and development of joint disease.

rail transport;Heavy haul railway;rail joints disease

U213.2+2

B

1000-4866（2012）02-0040-03

程海波，女，1972年5月出生，現(xiàn)在大同煤礦集團(tuán)礦山鐵路分公司工作，工程師。

2012-01-19

2012-02-09