論重載鐵路岔區軌向不良病害的原因分析與整治探討

安生兵

摘 要：該文主要介紹了天津市李港線重載鐵路官港貨運站，就原岔區木枕交叉渡線本身存在易變形、整體穩定性差、軌道幾何尺寸難以保持等設備缺陷問題進行了探討。為了徹底消除病害，確保設備質量、運輸安全，結合軌道線路技術規范要求，在保證交叉渡線直向順直和5 m線間距的前提下撥正直線，以適當調整正線曲線來抵消原曲線一端切線方向的改變量，從而達到由源頭上直接根除岔區軌向不良病害的目的。通過此次實施整治線路病害得到了有效控制，并取得了良好效果。同時，形成了一套技術成熟的岔區軌向不良的病害整治方法，為今后在維修養管整治軌向不良病害的問題上積累了寶貴的經驗。公司后續將計劃對沿線軌向不良的病害問題安排整治，為西南環線開通創造條件。

關鍵詞：鐵路岔區 軌向 整治 安全

中圖分類號：U21 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）06（c）-0047-03

在西南環線即將開通、電氣化鐵路投入運營前期，針對既有正線鐵路長期運營形成岔區、曲線軌向不良的病害嚴重影響了行車安全與設備養護困難的問題，經過查閱相關存檔技術資料發現，多年未對既有線軌向進行有針對性的整治，通過現場實地測量調查，將實測數據結合標準線型數據在CAD圖上形成直觀的平面技術狀態對比圖，確定軌向不良問題的存在范圍與整治措施，將技術數據資料與組織實施整治技術方法等施工經驗相結合形成可行性施工方案，并結合行車運營狀況以及軌溫情況確定封鎖線路時間，以此綜合考慮上報封鎖線路施工計劃付諸實施整治作業，經過整治線路軌向病害，從一系列的數據顯示整治效果尤為明顯。

1 岔區軌向不良病害形成的原因分析

1.1 因原設備本身缺陷而積累的病害

原既有線上的木枕交叉渡線為建設時期現場直接組裝鋪設，已經使用數年，木枕交叉渡線本身存在易變形特點，在列車反復碾壓的作用下木枕交叉渡線幾何尺寸逐漸變化，經過反復維修養護調整幾何尺寸，原鋪設時整體結構已被破壞，原線間距為5 m的木枕交叉渡線已全然不是建設時的狀態，幾何尺寸發生改變。

1.2 新設備與既有線幾何尺寸不符

更新改造所更換的砼交叉渡線線間距為5 m，通過現場實地測設數據顯示，既有線線間距為5.15 m，為了滿足施工需要，施工時交叉渡線下行線因前方有一組單開道岔與鄰線另一組單開道岔相連導致此線位保持不變，而交叉渡線上行線需要與既有線線位順接上，則采取了調整交叉渡線上行線線位向外側偏移8 cm，線間距由5 m變成了5.08 m，逐步順接延伸至既有正線曲線頭線間距逐漸變大至5.15 m，不但直接改變了交叉渡線線間距，還變相改變了曲線一端的切線方向，使交叉渡線至曲線頭過渡段線型形成了不規則的折線，直接影響平面線型直順性要求，間接地造成了曲線鋼軌、道岔尖軌、基本軌及轍叉心作用邊側面磨耗以及鋼軌低接頭等病害的發生，極大地折減了設備使用壽命。

1.3 不規則線型病害引起連鎖反應

因曲線一端切線方向被改變引起線型不規則，軌道受力不均衡，在列車反復碾壓的作用下，直接影響著整個曲線的線型穩定，曲線線型在逐漸發生變化，為了滿足維修作用要求，維修作業僅只調整局部軌道，線型得不到整體性的恢復調整，曲線線型因不規則反復變化也逐漸變得不平順起來，形成長期的連鎖變化，導致病害復雜難治。

1.4 人工維修作業局限性形成病害。

既有線路建設時期，路基填筑土質為普通黏土，建設標準不高，導致基床沉降量大，而既有線又為碎石道碴道床，人工搗固密實度不高，從基礎至道床整體穩定性都很差。在重載列車的沖擊下，線路易出現不均勻沉降，為了滿足日常維修作業標準需要，維修作業僅只能依靠人工配合小型軟軸搗固機搗固，僅局部范圍調整沉降變化改善道床縱斷面高低及軌面水平狀態，難以直接恢復整體的縱斷面線型及穩定道床的作用，從整體上看縱斷面線型還是未得到實質性的恢復。因線型不平順而導致列車運行時軌道受力不均衡，直接影響著線路出現不均勻的沉降變形，線路的穩定難以保持，致使線路軌道結構加劇變化。

2 實施病害整治的方法及過程

2.1 測設采集數據、數據計算、數據放樣等前期準備工作

（1）對李港線上、下行正線曲線、交叉渡線、相鄰單開道岔及其前后300 m線路按5 m步長分中標出線路中心線點位。

（2）在線路兩側設置控制點位建立任意坐標系。

（3）采用GPS-RTK測量技術直接對所有中心線點位進行采集坐標數據，形成能反映實地線型的高精度數據群。

（4）通過坐標數據利用展點的成圖方式，在CAD軟件中繪制實地線型平面圖。

（5）通過原始圖形，確定線型基準線。先對下行線交叉渡線及相鄰單開道岔正線直向、曲線、直線線型實測數據進行線型擬合，擬合計算發現下行線線型平順性基本符合設計規范要求，確定以下行正線為基線保持不變。

（6）結合數學模型與坐標法測量線型數據進行擬合計算，方法如下：①順次求出通過連續3點的圓曲線半徑及圓心坐標。②求各測點的曲率并初選曲線半徑。③初選緩和曲線長。④繪制曲線。⑤優化計算求撥距值。

將計算得到的半徑、緩和曲線長、圓心坐標作為設計參數，在圓曲線范圍內，通過求出各點到圓心距離再減去半徑值作為各點的撥距值；在緩和曲線范圍內，將曲線長、緩和曲線長、半徑作為參數，求出對應點的緩和曲線上各點的坐標值，并求出該點到對應測點的距離作為該點的撥距，求出的撥距值不一定滿足要求，需要通過優化的方法求出最優解。

優化的目標函數：使各測點撥距的絕對值之和為最小或使各測點撥距的平方和最小。

約束條件：使各測點撥距的絕對值的最大值不超過一常數。

優化參數：半徑、前緩和曲線長、后緩和曲線長。

優化步長：半徑根據需要可取0.5 m或0.1 m，前緩和曲線長、后緩和曲線長可取10 m。endprint

優化步驟：第一，將求出的半徑作為初始值，按優化步長的正反兩個方向值對半徑優化取舍，直至目標函數值滿足要求為止。第二，將求出的初選前緩和曲線長、后緩和曲線長作為初始值，按優化步長的正反兩個方向值對前緩和曲線長、后緩和曲線長進行優化取舍，直至目標函數值滿足要求為止。第三，將以上兩步求出的半徑、前緩和曲線長、后緩和曲線長進行綜合優化取舍，直至目標函數值滿足要求為止。

通過以上優化后求出的半徑、前緩和曲線長、后緩和曲線長即可作為設計參數值。

（7）考慮到交叉渡線結構的特殊性，只有在滿足其線間距為5 m的前提下時，才能確保交叉渡線的線型結構得到控制。以交叉渡線下行正線直向為基線，以5 m線間距為控制垂線，使交叉渡線上行正線直向及其延伸線至正線曲線頭過渡段直線平行于交叉渡線下行線直向，確定交叉渡線上行正線及其延伸線直線方向（即曲線一端的切線方向），然后通過實測數據擬合曲線另一端切線方向確定直線方向，并以設備臺賬原曲線半徑、緩長等要素作為計算參數進行擬合，確定擬合調整結果以其滿足撥道量最小為原則，所計算的既有上行線各測點與相對應的新擬合線各點位的偏移量即撥道量數據。

（8）在新擬合線上取得曲線要素，并以10 m為步長，分別取得各點位及曲線5個主樁點坐標數據。

（9）利用新曲線坐標數據，在現場對各點位進行數據測量放線定位、標出撥道量，并將新放線點位以引點的方式將各點位引至下行線鋼軌非作用邊做出標記，為撥道調整做準備。

2.2 線路調整施工作業方法及過程

（1）公司組織相關主要負責人召開現場分解布置會。

（2）根據制定的施工方案，對施工人員、機具、車輛等進行統籌安排、部署。

（3）根據線路封鎖起止時間，制定出指導性強的專項施工進度控制圖，并嚴格予以執行。

（4）結合線路調整長度情況，以公司董事長為現場總指揮，公司各部門負責人帶隊分成幾個平行作業小組，每個小組由技術和生產負責人帶隊組成，各個小組承擔各自管段線路撥移作業，撥移量卡控以各引點數據為依據，施工人員扒開撥移側軌枕頭部道碴以減小橫向阻力，施工人員聽從指揮、統一行動，組成齒條起撥道機聯合作業組在道心向撥移側方向同時撥移線路，撥移作業量以直至達到與各引點數據相吻合為準，人工目測軌道微調至圓順，技術負責人負責復核各引點數據直至無偏差，生產負責人負責安排施工人員填碴、搗固、整細。

（5）大型搗固機作業組以新曲線要素為作業依據，根據大型搗固機作業特點由交叉渡線上行線直向向正線曲線方向作業，并以新確定的曲線頭ZH點為超高設置起點，以曲線尾HZ點為超高設置終點，設置數據、操作大型搗固機對線路起撥道、搗固作業。

（6）大型搗固機作業完畢后與車站值班員聯控撤出現場，人工恢復線路外觀，施工人員、機具撤離現場，施工現場負責人查看線路，并與運輸調度匯報施工情況請求開通線路，現場防護員撤除作業標志，車站駐站聯絡員填寫消點手續并撤離，按施工作業計劃要求開通線路，如有限速地段，限速牌根據施工計劃要求設置直至恢復常速方能撤除、離開，確保線路恢復正常運營速度。

3 整治病害工作實施后的效果

經過對岔區交叉渡線、曲線、直線段的線型進行調整后，由技術員針對近幾個月的監測情況來看，岔區范圍的曲線鋼軌、道岔尖軌、基本軌及轍叉心作用邊側面磨耗程度有了較明顯的減緩，線路整體縱斷面高低線型、平面直順性線型從穩定性程度上得到了有效控制，既延長了設備使用壽命，又減輕了維修作業強度，同時也取得了一定的經濟效益，最終保證了列車安全、平穩通過。

4 今后維修整治病害工作的發展方向

通過實施有效的整治工作后，鑒于整治病害工作起到了顯著效果，公司積極組織技術人員，對管段內既有線軌向不良病害，尤其是車站岔區正線范圍內的軌向不良病害進行了全面調查、研究，并根據病害出現的輕重緩急情況統籌考慮、酌情安排，制定了可實施的施工方案，陸續安排人員上報天窗修施工計劃、組織開展施工整治前的準備工作，主要結合岔區道岔、曲線、直線等線路線型軌向不良的薄弱設備地段有針對性地開展了病害整治工作，力求在西南環線電氣化鐵路投入運營前完成整個既有線病害的整治工作，為即將運行環保的電氣化鐵路、列車提速、運輸增量作足準備。在提升設備質量的同時，不斷地追求提升維修養管施工作業技術水平，為公司在鐵路軌道維修養管方面有更好地發展做出應有的努力。

5 結語

綜上所述，經過一系列的調查研究，并結合既有線的實際現狀，通過前期對既有線進行測量調查及后期組織實施整治等全過程工作的有機統一，將既有線測量數據與標準數據完美地結合在CAD圖上完成了調整后的線型數據技術資料，將多年積累的施工整治方法與線型優化整治技術結合在一起，形成了一套完整的既有線軌向不良病害的整治施工作業技術方法，在李港鐵路沿線70多公里的既有線路范圍內付諸了實施，通過此次整治，線路軌向病害得到了根治，線路設備狀態得到了有效提升，從此解決了長期存在的維修作業、大機搗固作業等養護困難和影響行車安全因素存在的問題，從源頭上改變了既有不良線型引起的多種病害，從技術和經濟層面達到了預期的良好效果，同時為以后的維修養護工作發展開辟了新思路。

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