重載鐵路軌道結構適應性評估及強化技術研究

李振基

（國能朔黃鐵路公司肅寧分公司，河北滄州062350）

0 引言

通過全面評估重載鐵路軌道結構的適應性，應用強化技術，不僅能全面了解和掌握軌道部件的傷損規律，還能將輪軌動力作用降到最低，有效提升軌道的結構強度，延長軌道部件的使用壽命，為完善養護、維修制度及提高鐵路運輸的安全、可靠性，提供了重要的技術支撐。因此，如何科學地評估重載鐵路軌道結構適應性、應用強化技術，是相關技術人員必須思考和解決的問題。

1 重載列車對軌道結構的影響

通過對軌道結構進行準靜態化計算與分析，可以全面了解和把握軌道結構參數對鋼軌部件受力性能的影響程度。同時，還能全面了解和把握不同軸重參數對軌道強度的影響程度，確保重載列車穩定、可靠、安全地運行。

2 朔黃線軌道結構適應性及安全性分析

對于重載鐵路軌道而言，其結構強度、傷損程度與列車的軸重、列車牽引重量之間存在著密切聯系。軌道各部件位移、作用頻率會隨著列車密度和軸重增加成正比增長[1]。結合朔黃線軌道設備測力，采用數據對比的方式，全面分析鋼軌、軌枕、道岔等結構部件的疲勞受損程度，對朔黃線軌道結構適應性和安全性進行綜合分析和評判[2]。

2.1 軌道結構強度動態試驗分析

2.1.1 測力輪的測量結果與分析

在朔黃線試驗中，主要選用了C80 重載測試車，車輛上安裝了相應的測試儀器和數據采集設備，第一軸位安裝了ECS 系統軸測力輪對和加速度傳感器，對道岔進行全方位測試與分析[3]。測試車輛在經過朔黃線黃驊南42#道岔期間，其行駛時速為28km/h，輪軌橫向力、輪軌曲基本股、輪軌脫軌系數曲導股、輪軌曲基本股最大值、輪軌輪重減載率最大值分別為119kN、70kN、0.9、0.65、0.44。側向過岔動力學指標最大值如表1所示。從表1 中的數據可以看出，當列車側向經過道岔曲股時，脫軌系數等指標不斷增加。其中，輪軌橫向力最大值、脫軌系數最大值分別達到了114kN、0.9，接近安全限值。通過對岔區設備檢查情況分析，道岔區段心軌掉塊，尖軌側磨，彈條變形失效，道岔結構強度不足等問題顯現[4]。

表1 側向過岔動力學指標最大值

2.1.2 地面布點動力性能試驗與分析

在該試驗中，通過全面測試C80 萬噸大列（該大列主要是由朔黃線運營），在全面結合運營線路現場情況的基礎上，確定具有代表性的區段，并將該區段作為試驗工點進行處理。試驗工點主要包括以下幾部分：

（1）橋上有砟軌道。該試驗地點所對應的線路必須設置為直線形式，鋼軌上線時間和線路坡度分別為1年和1.3%。此外，還布置了兩個測試斷面，一個是跨中測試斷面，另一個是梁端測試斷面[5]。現場實測橋對應的上道砟厚度為200mm。

（2）60-12 號可動心軌道岔。將集寧南站設置為試驗地點K497+746，將道岔部件上線時間控制在一年內，并確保萬噸大列均通過所設置好的直側方向，道岔支距不斷下降至5mm，查照間隔通常被設置為1389mm。此外，道岔內含有兩種接頭，一種是普通絕緣接頭，另一種是膠接絕緣接頭，且護軌與軌間通常會存在大量金屬屑。

（3）60-12 號固定型道岔。道岔上線時間為一個月，萬噸大列對應的過岔相對較多，鋼軌內部接頭出現比較嚴重的傷損現象。此外，尖軌出現明顯的拱起現象，導致尖軌與滑床板之間的距離不斷增加，使其間隙值達到了5mm。三個工點的動態化試驗結果如表2所示，從表2 中的數據可以看出，型號為60-12 專線4249 的固定型道岔在直向通過期間，其脫軌系數為0.13，輪重減載率為0.1；在側向通過時，其脫軌系數為0.79，輪重減載率為0.29。型號為75-12SC559 的固定型道岔，在直向通過時，其脫軌系數為0.30，輪重減載率為0.19；在側向通過時，其脫軌系數為0.87，輪重減載率為0.19。盡管這些安全性指標低于設定的標準值，但是，脫軌系數和輪重減載率呈現上升趨勢，說明安全儲備量相對較小。

表2 試驗結果匯總

2.2 鋼軌適應性分析

軸重增加直接影響了輪軌接觸應力，同時，鋼軌接觸疲勞傷損、軌面剝離、壓潰及波磨病害顯著。將鋼軌軸重分別設置為22t、24t、26t，然后采用赫茲接觸理論，精確計算在不同軸重條件下，84kg/m 鋼軌的接觸應力和剪應力，計算結果見表3。輪軌接觸面附近位置容易出現輪軌接觸最大剪應力，當軸重從22t 增加到26t 時，其輪軌接觸應力從原來的1284.8MPa 上升至1362.2MPa，表面最大剪應力從398.3MPa 上升至424.8MPa。

表3 鋼軌適應性分析

2.3 軌枕扣件適應性分析

2.3.1 軌枕狀態評估

現階段，導致朔黃線軌道結構內出現枕失效問題的主要原因是鋼軌缺陷、道床板結、排水不暢。所以，在進行砟軌道維修期間，相關人員應做好對軌道結構質量的優化和完善。對于朔黃線III 型軌枕而言，其曲線地段經常出現開裂、折斷、掉塊等現象[6]。但是，整體裂縫寬度低于設定的標準值，III 型軌枕的傷損率較低，而II 型軌枕出現的傷損往往比較嚴重。

2.3.2 扣件狀態評估

在施工現場，通過利用游標卡尺，對朔黃線內的III 型軌枕釘根部直徑進行精確測量。經測量發現，螺旋道釘的直徑平均值達20.19mm，遠遠超過了螺旋道釘直徑。但是，位于曲線下端的螺旋道釘直徑平均值和直徑最小值分別為18.18mm 和17.25mm，遠遠超過了螺旋道釘直徑的最小值，這表明，螺旋道釘設計達標，并沒有出現失效問題[7]。但是，由于曲線下股直徑值相對較小，導致螺旋道釘出現嚴重的銹蝕問題。此外，經過全面檢查，發現螺旋道釘的質量達標。

2.4 道床狀態適應性評估

道砟層具有厚度不均勻的特點，其平均值被控制在0.3～0.7m 之間。當道砟層位于地質條件優越、施工現場環境較好的地段時，其厚度平均值被控制在0.2～0.4m 之間；當道砟層位于地質條件差、施工現場環境差的地段時，其厚度平均值被控制在1～2m 之間。朔黃線道砟下方與基床接觸，會對基床產生一定的影響[8]。由于地基處理操作不科學，導致路基面出現過大沉降區段問題，經過抬道整治處理后，往往會出現路肩寬度不足的問題，嚴重影響了道床的整體穩定性。

3 朔黃線軌道結構強化對策

在進行朔黃線軌道結構強化期間，相關人員可從以下幾方面入手：

3.1 鋼軌及鋼軌接頭的強化

在這一環節中，相關人員要利用凍結膠黏接法，不斷優化接頭結構的穩固性，使輪軌動力沖擊程度降到最低。同時，加裝新型重載聯結零件、熱塑性膠墊，全面提高框架剛度。

3.2 軌枕類型選擇

朔黃線上行線軌枕已全部更換為Ⅲ型軌枕，經過近年來的實際觀測發現，III 型軌枕在重載運營中傷損較少，建議在軸重為25t 的條件下，將下行線及部分站場的兩萬噸重車線站場更換為Ⅲ型軌枕。

3.3 道岔結構的優化

針對運量及軸重的增加，兩萬噸徑路道岔及連接曲線，通過道岔安裝整體式軌距桿、多功能防爬裝置、成組道岔通長軌撐鐵墊板；連接曲線安裝軌撐、軌距桿、地錨，絕緣膠接等多項措施，同時，使用心軌加寬型重載轍叉，周期性涂覆干式潤滑劑和打磨的方式，提升道岔的結構強度。目前，設備維修周期由原來的15d 延長至45d，軌料使用周期可延長45～75d。

4 結語

綜上所述，為了保證軌道結構適應性評估結果的精確性和真實性，現采用準靜態計算法、動態試驗法、車載探地雷達檢測法，對鋼軌結構的適應性進行全面分析，并制定出一套系統、完善的軌道結構強化方案，將軸重增大、運量增多等風險降到最低，為后期科學的維修線路提供重要的技術指導。