論山區長大坡道鐵路的革新、升級改造與創效

鄧彥成

(承德承鋼物流有限公司工務段,河北承德 067102)

論山區長大坡道鐵路的革新、升級改造與創效

鄧彥成

(承德承鋼物流有限公司工務段,河北承德 067102)

承鋼鐵路為山區鐵路,坡度大、曲線多,線路幾何形位變化大,維修周期短。本文有針對性的對山區長大坡道鐵路常見病害提出了有效的整治方案。

山區 長大坡道 鐵路 改造 創新

1 概述

鐵路主要技術標準主要包括:正線數目、限制坡度、最小曲線半徑、牽引種類、機車類型、機車交路、車站分布、到發線有效長度和閉塞類型等。鐵路主要技術標準的等級，決定著進行投資的高與低、運輸能力大與小及運營成本的多與少。一條鐵路線的設計對于縱斷面而言，要盡可能的平緩，坡度要小，如果坡度過大，并且連續集中，將造成鐵路運輸能力低，檢修、運營成本高的狀況。我國鐵路《線規》規定:線路的限制坡度應根據鐵路等級、地形條件、牽引種類和運輸要求比選確定，并應考慮與鄰接鐵路的牽引定數相協調，各級鐵路的限制坡度不得超過下列數值:

國鐵Ⅰ級鐵路 一般地段 6‰，困難地段12‰；

國鐵Ⅱ級鐵路 一般地段12‰，困難地段15‰；

國鐵Ⅲ級鐵路 一般地段15‰，困難地段20‰；

承鋼鐵路西起國鐵張百灣車站，穿越承鋼，東至國鐵雙峰寺車站，屬山區鐵路，工企Ⅱ級標準，具有如下特點:坡度大、長且較集中，整體呈西高東低狀態。圖1和圖2分別為張灤區間和雙雙區間部分區段縱斷面和最大坡度。

圖2 雙雙區間部分區段縱斷面,最大坡度22‰

列車在通過長大坡道時，由于上行動能闖坡和下行制動，致使橫、縱向沖擊力急劇加大，造成軌道爬行嚴重，鋼軌、枕木及聯接零件損壞嚴重，使用周期縮短。正常軌道使用周期平均為30年，承鋼長大坡道使用周期僅為12年左右，嚴重區段僅為10年左右。如張灤區間開通運營僅8年，2012年至2013年就已更換鋼軌4km，增加成本300多萬元，數千根枕木開始破損，需要更換。同時造成夏季高溫易出現漲軌跑道、冬季寒冷易出現斷軌等情況，給行車安全帶來重大隱患。

2 研究內容及思路

為減緩列車通過長大坡道時的橫、縱向沖擊力，延長軌道的使用周期，其根本就是提高長大坡道的技術標準。考慮到承鋼現狀，大量投資整體改造既不現實，也影響運輸生產。考慮利用現有技術水平，對部分環節進行改造，使之技術標準由工企Ⅱ級達到國鐵Ⅲ級，使列車通過時比較順暢、擺動小，同時提高軌道穩定性，控制爬行，從而實現延長軌道使用期限，達到降本增效的目的。

3 實驗和實施方案

3.1 調整豎曲線半徑及長度(縱向)

(1)豎曲線包括以下幾何要素:豎曲線切線長TSH、豎曲線長度KSH、豎曲線縱距y。在線路縱斷面上，各坡段直接連接是一條折線，為防止列車通過變坡點發生劇烈振蕩、脫軌，以變坡點為交點將兩相鄰坡段用曲線連接，稱為豎曲線，豎曲線分為凹型和凸型兩種。

(2)現承鋼鐵路豎曲線半徑多為5000m，切線長度小于100m，列車通過時震動明顯。

(3)按國鐵Ⅲ級標準，現場調整變坡點處豎曲線標高，將豎曲線半徑增大至10000m，以張灤區間K22+400處變坡點為例，原豎曲線R＝5000m，切線長度T＝91m，通過計算〔T＝(R×△i)÷2000〕確定該豎曲線變更后切線長為180m，長度為360m。變更豎曲線半徑及長度后可有效減少在離心力作用下列車產生的增重，緩解列車對坡道線路的縱向沖擊力。

(4)調整豎曲線半徑需要調整豎曲線的標高，以上點為例原豎曲線半徑為5000m，調整到10000m后，根據公式y=x2/(2Rsh)得y10000-y5000=1．62-0．8281≈0．8m，該處豎曲線線路標高需下落0．8m。

(5)實施步驟:拆除線路；撇開道床；開挖路基降至計算標高；恢復鐵路線路，可利用行車天窗時間施工。

3.2 調整緩和曲線正矢和長度(橫向)

(1)緩和曲線是由直線向曲線或曲線向直線間過渡的一段線路，作用是使列車產生的離心力逐漸增加或減小，減少車輪進入曲線時對鋼軌的橫向沖擊，有利于行車平穩。緩和曲線應具備三個基本條件:第一，超高順坡不致使車輪脫軌；第二，超高時變率不影響行車穩定；第三，未被平衡的離心加速度時變率不影響行車穩定。

(2)承鋼鐵路曲線多在長大坡道上，緩和曲線長度為30m至40m之間，由于緩和曲線長度短，正矢和超高遞減率過大，導致處于坡道的緩和曲線承受較大的橫向沖擊力，晃車現象和鋼軌側磨、軌枕、零件損壞嚴重，隨著列車速度的提高，近二年情況尤其突出。

(3)按國鐵Ⅲ級標準，增加緩和曲線延長區段的路肩及道床寬度，以便移動直緩點和緩直點的位置，使長大坡道緩和曲線長度增加至70m，減小正矢遞減率，使軌距和超高遞減率在2‰范圍以內。通過調整長大坡道緩和曲線長度和變化率后，可有效減少列車對長大坡道的橫向沖擊力。如雙雙區間K34+400處曲線，緩和曲線為30m，將直緩點和緩直點分別向兩端直線段延伸40m，同時為保證行車穩定，在兩端各40m原直線段范圍內外側增加道床寬度10cm，路肓寬度20cm。

(4)實施步驟:道床加寬采用石碴，路基加寬用人工就近取土并夯實。

3.3 充分利舊、增強長大坡道軌道整體強度

軌道爬行造成軌縫不均、鋼軌斷裂、聯接零件拉斷、軌枕傷損等現象，對軌道的破壞性很大。國鐵通常采用增加安裝防爬器來解決問題，效果較好，但投資較大。為減少投資或不投資，利用其它舊料來提高軌道的整體強度:①用廢舊枕木制做防爬撐，安放在軌枕之間，增強軌枕的整體性，②將廢舊鋼軌裁切后埋于曲線上股軌枕頭部，增加軌道的橫向穩定性，③修復站場改造換型淘汰的電路絕緣軌距桿，安裝在長大坡道軌道上，增強鋼軌的整體性。

4 經濟效益

承鋼現有長大坡道總長28．824km，其中張灤區間9．034km，雙雙線16．796km，廠區3km。軌道配置為:鋼軌50kg/m，軌枕1600根/km。按現行價格計算，每km鋼軌61．81萬元，枕木24萬元，聯接零件及膠墊等7．52萬元。

通過改造、技術標準升級后，長大坡道鋼軌使用周期可由12年延長至25年，枕木使用周期可由30年延長至40年，聯接零件及膠墊使用周期可增加一倍以上。

直接創效:110萬元/年。

間接效益:極大地消除了安全隱患，鐵路線路狀態穩定，確保了行車安全。

[1] 鐵路工程設計技術手冊:線路[K].北京:中國鐵道出版社.

[2] 榮佑范.鐵路線路維修與大修[M].北京:中國鐵道出版社.