準池重載鐵路有縫線路改造為無縫線路的技術經濟研究

宿宏

摘 要 本文主要介紹了準池重載鐵路有縫線路改造為跨區間無縫線路的必要性、實施方案和經濟效益分析。結合準池鐵路實際情況，分析了重載鐵路無縫線路的必要性和相關技術標準等，并就準池鐵路現有有縫線路改造為跨區間無縫線路的可行性進行研究分析。

關鍵詞 有縫線路；重載鐵路；無縫線路

中圖分類號 U2 文獻標識碼 A 文章編號 2095-6363（2017）05-0010-03

1 準池鐵路線路概況

準池鐵路于2014年11月開通運營，線路全長179.9km，上行線為75kg/m鋼軌普通線路，下行線為60kg/m鋼軌普通線路。截至2017年2月，準池鐵路重車線累計通過總重76.92MT。

2 換鋪無縫線路的必要性

2.1 規范支持

1）《鐵路軌道設計規范》第1.0.4條：軌道結構宜采用無縫線路軌道，Ⅰ級鐵路應一次鋪設無縫線路。

2）《鐵路軌道設計規范》第11.1.2條：Ⅰ、Ⅱ級鐵路采用60kg/m及以上鋼軌時，應按無縫線路設計；采用50kg/m鋼軌時，宜按無縫線路設計。

3）《鐵路主要技術政策》第八章第四十條中規定：新建重載線路應一次鋪設跨區間無縫線路，積極采用100m（60kg/m）、75m（75kg/m）長定尺鋼軌。

2.2 換鋪無縫線路的優點

1）延長軌道使用壽命。鐵道部科學研究院對我國京山、長大、京包、哈長等線使用無縫線路與普通線路大修周期進行調查，發現采用無縫線路，鋼軌使用壽命延長1.25倍，軌枕壽命延長1.26倍，膠墊壽命延長1.15倍。鋪設75kg/m鋼軌無縫線路更能延長使用壽命。按照《鐵路線路修理規則》的要求，75kg/m普通線路的鋼軌大修周期為700Mt，無縫線路的鋼軌大修周期為900Mt，普通線路改造為無縫線路后鋼軌使用壽命至少延長28.6%，按鋪設線路140萬/km計算，一個鋼軌大修周期可以節約7 127萬元。

2）降低養護維修成本。鋼軌接頭是軌道結構的三大薄弱環節（曲線、道岔、接頭）之一，特別是重載鐵路，鋼軌接頭病害越來越突出，反復發生翻漿、翻白，鋼軌接頭壓潰、破損、揭蓋，鋼軌低接頭，螺栓孔裂紋，接頭空吊、暗坑等病害，因此，投入的維修精力和費用也相當大。從線路維修資料和實踐證明，線路接頭區的養護工作量約占線路養護總工作量的60%，所耗經費約占線路養護總量的35%以上。按照2016年線路維修成本核算，改造為無縫線路后，每年可節約350萬元維修成本和100萬元軌頭掉塊焊補費用。

3）節約養護維修勞動力。普通線路為了保證軌道電路信號的傳輸，在接頭處安裝了信號連接線，當接頭處發生魚尾板折斷、鋼軌斷裂時不能通過軌道電路發現，當前主要通過巡道工的現場巡查來發現鋼軌及聯接零件傷損及折斷。改造無縫線路后，鋼軌折斷可以通過軌道電路來及時發現，當側網全封閉和道口全立交具備條件后，可以取消30名巡道工，每人每年按5萬元計，每年可以節約維修成本約150萬元。

4）減少機車車輛檢修費用。無縫線路的平順性優于有縫線路，行車平穩，非常適合重載列車的運行，可以減少機車車輛的檢修費用約100萬元。

5）有利于提高線路運營安全水平。普通線路上的鋼軌接頭，既是軌道結構不可缺少的組成部分，又是軌道結構的薄弱環節。由于軌縫的存在，列車車輪經過軌縫時要產生劇烈的沖擊與振動，尤其是重載列車通過時，對軌道的破壞更加嚴重，不但影響了列車運行的平穩性，而且這些沖擊與振動對輪、軌造成嚴重破壞，減少了它們的使用壽命，增加了維修費用。線路的鋼軌接頭，不僅對線路設備、機車和車輛的壽命、能源的消耗有一定的影響，而且還直接威脅著鐵路行車安全，特別對于軸重大、運量多的重載鐵路來說，鋼軌無縫化后，不但會顯著減小輪軌之間的沖擊和振動，而且還能保持線路的穩定性，利于保證行車安全。

準池線2017年計劃運量4 802萬噸，考慮后期巴準線、龍王渠集運站和其他貨源帶來的準池線運量提升，準池線運量按8 000萬噸/年考慮，即重車線年通過總重約為10 400萬噸。按照現有的75kg/m鋼軌普通線路大修周期700MT推算，準池線鋼軌大修周期約為7年，則換鋪無縫線路后一個鋼軌大修周期可節約費用共計12 027萬元（具體費用明細見表1）。

3 換鋪方案

3.1 方案1：對當前的既有25m標準軌鋸切接頭后進行現場焊接

本方案是對既有有縫線路接頭進行鋸切后，利用移動式閃光接觸焊軌車對既有線的鋼軌接頭逐個進行焊接，進而將有縫線路改造為無縫線路。

準池線重車線需焊接正線178km，需焊接接頭14 858個，按每年4—10月每周3個4小時“天窗”考慮，全年共計天窗約90個。一年完成需28臺焊機（每臺焊機1個天窗完成6個焊頭）。由于鋼軌切割為24m鋼軌后，焊鋪鋼軌施工需配備不同長度工具軌（每臺焊機3、6、9、12、15、18、21、22、24m鋼軌各2根），同時由于工具軌的換鋪增加重復鋪軌工作量30km。估算費用14 376萬元，平均80.76萬元/km（具體費用明細見表2）。

1）優點：周轉工作量相對較小，便于實施，可利用天窗在線上作業。

2）缺點：焊接質量相對基地焊接較差，施工效率不高，影響既有線運輸。現場接觸焊是直接對既有25m標準軌進行鋸切、打磨后焊接，由于既有25m標準軌已經服役2年時間，部分鋼軌已經出現軌面傷損、鋼軌變形等缺陷，不經重新取直、徹底打磨可能會影響焊接質量。另外現場焊接主要是利用天窗時間進行作業，240min的天窗時間，除去鋸軌、打磨、勻軌等作業時間，在一個天窗內最多可以焊接3對接頭，現場焊效率不高。因無縫線路改造要大面積焊軌，接頭數量多，相應的需要天窗就多，自然會對公司正常運輸造成較大影響。

3.2 方案2：換鋪無縫線路同時對既有25m標準軌進行廠內焊接

本方案是新購45km長鋼軌，利用天窗時間對既有的重車線換鋪無縫線路，再將換下的25m標準軌進行回廠焊接，然后逐段替換，最終替換下的25m標準軌則不需要焊接，作為備軌使用。

本方案一次性投資約14 304萬元，換下37.5km標軌作為常備料節約鋼軌采購費3 094萬元，核減后需投資約11 210萬元（具體費用明細見表3）。

1）優點：便于實施，施工效率高，對運輸影響小，設備質量改善明顯。（利用天窗時間對鋼軌進行成段更換，鋼軌接頭均為廠內焊接，回收的既有25m標準軌經過生產線的取直、打磨，焊接質量要明顯高于現場焊，設備質量能得到明顯改善）

2）缺點：施工程序多，實施周期長（按照每年更換45km考慮，準池鐵路重車線共需要4年可完成改造），鋼軌廠焊、運輸車輛協調困難。

3.3 方案3：在準池線建立臨時焊接基地，在焊接基地將標準軌焊接為長軌條，租用長軌車運輸長軌條

本方案是在準池鐵路臥廠站利用預留兩萬噸線路路基設置臨時固定式焊軌基地，購置10km長軌條作為替換軌，換鋪下標準軌返回臨時焊軌基地焊接為500m長軌條，采取租用長軌運輸車輛運輸長軌條，新購置鋼軌后期作為損耗軌料的補充換鋪入準池線。本方案投資估算10 090萬元。

該方案采用一個天窗點同一個區間兩頭向中間焊接（需要4臺焊機，2臺單元焊，2臺鎖定焊）。單元焊1個天窗焊接8個接頭（線下焊接），鎖定焊1個天窗焊接4個接頭（線上焊接）、換軌3km、長軌放散3km。4臺焊機1個天窗完成3km的焊接和更換。無其他干擾狀態下90個天窗可完成全線換鋪任務（具體費用明細見表4）。

該方案相對前2種方案而言，具有可實施性強，質量均衡，影響運輸小及費用少的優勢。

4 費用分析

參考現階段各項標準，鋪設線路按照140萬/km，有縫線路年維修成本約為6 000萬元，軌料回收0.12萬元/t，有縫線路鋼軌大修周期按照7年，無縫線路鋼軌大修周期按照9年考慮。

4.1 總費用情況

一個鋼軌大修周期，無縫線路較有縫線路可節約維護成本共計12 027萬元（詳見表1），無縫化改造需投資10 090萬元（詳見表4），即一個鋼軌大修周期可節約費用1 937萬元，年均節約費用276.7萬元。另外換鋪無縫線路有利于提高線路運營安全水平，該部分優勢是無法用經濟效益來衡量的。

4.2 平均成本情況

改造前有縫線路每億噸通過總重成本：

（140萬元/km×178km-0.12萬元/ t×178km×150t/km+6 000萬元/年×7年）/7億t=9 102.3萬元/億t；

改造后無縫線路每億噸通過總重成本：

（140萬元/km×178km-0.12萬元/ t×178km×150t/km+5 300萬元/年×9年+10 090萬元）/9億t=8 834.0萬元/億t；

改造后無縫線路每億噸通過總重成本小于改造前有縫線路每億噸通過總重成本。

5 結論

本文通過數據分析，對準池重載鐵路無縫化改造從符合規范要求、延長軌道使用壽命、降低養護維修成本、節約養護維修勞動力及有利于提高線路運營安全水平等方面進行分析。另從費用和實施方案角度分析，提出了3套可實施性較強的施工方案，并通過對該3套方案的技術經濟分析，提出了適用于準池鐵路的方案，即在準池線建立臨時焊接基地，在焊接基地將標準軌焊接為長軌條，租用長軌車運輸軌料的可行施工方案，為今后類似的有縫線路改造為無縫線路可行性和具體實施方案提供參考。

參考文獻

[1]鐵道部經濟規劃研究院.TB10082-2005 鐵路軌道設計規范[S].北京：中國鐵道出版社，2005.

[2]中華人民共和國鐵道部.鐵科技[2004]78號 鐵路主要技術政策[S].北京：中國鐵道出版社，2004.

[3]王旭榮.大秦鐵路鋼軌使用壽命和延長措施研究[J].中國鐵路，2011（6）：43-46.