高速鐵路道岔扣件系統病害及整治

曲玉福

（武漢鐵路職業技術學院，湖北 武漢 430000）

道岔岔枕是無混凝土擋肩結構，扣件系統是連接道岔鋼軌與道岔軌枕之間的連接零件，扣件系統既要為列車提供豎向支撐力，還要為列車提供水平支撐力[1-2]。扣件系統結構復雜，高速鐵路扣件系統如圖1 所示，養修內容繁雜，既涉及到金屬部件，又涉及到橡膠制品部件，在日常道岔養護中維修量占比大，難度高。道岔在高速動車組的沖擊荷載作業下，加之運量的增大，道岔的病害便逐年增加，道岔病害的類型和病害惡化程度也隨之增加，道岔M30 大螺栓失效、扣壓力不足最為常見，同時，硫化墊板彈性衰減、軌下膠墊壓潰穿出、彈條扣壓力減弱甚至缺失等問題。這些病害一旦產生后，會牽扯維修部門大量精力，而且整治效率不高，病害反復出現，始終得不到根治，成為道岔日常維修的一大頑癥。

圖1 高速鐵路扣件系統圖

1 扣件系統傷損病害及原因分析

1.1 M30 岔枕螺栓病害、原因分析及整治措施

1.1.1 病害現象

M30 岔枕螺栓與預埋的尼龍套管粘連在一起而“銹死”，無法拆卸；M30 岔枕螺栓折斷；岔枕內預埋的尼龍套管失效，M30 岔枕螺栓無扣壓力扭力矩。導致鋼軌部件與混凝土岔枕脫離，引發空吊等幾何尺寸變化，增大動態荷載，壓斷混凝土岔枕和鐵墊板斷裂。

1.1.2 原因分析

（1）M30 岔枕螺栓銹死原因，一是列車上衛生間流入到線路上的臟水、機車上流下來的油漬污水等，在通過道岔時，玷污道岔直基本軌、曲基本軌、道岔內導曲線兩側扣件的M30 岔枕螺栓上，加之列車在過岔過程中，道岔曲股未設置曲線超高，產生過大離心力，巨大的離心力作用在銹蝕的M30 岔枕螺栓頸部，造成M30岔枕螺栓被剪斷。二是未按照道岔M30 岔枕螺栓養護標準養護，長期不涂油，尼龍套管內無潤滑油或潤滑油失效，造成M30 岔枕螺栓與尼龍套管粘連在一起，造成M30 岔枕螺栓銹死。

（2）M30 岔枕螺栓折斷，一是道岔設計的特殊性，國產道岔設計時均采用鐵墊板作為中間連接結構，無混凝土擋肩做支撐的結構設計，車輪將垂向和橫向荷載直接作用到鋼軌，鋼軌將作用力通過硫化墊板中的M30 岔枕螺栓傳遞到岔枕上，關鍵部位的M30 岔枕螺栓在頸部以下60～80 mm 處成為力矩的支點，造成M30 岔枕螺栓在此處折斷，經現場調查，大部分折斷M30 岔枕螺栓均在此處。二是工務人員的維修手段問題，在用大錘進行道岔改道中，敲擊鋼軌的力量最終傳遞到岔枕中的M30 岔枕螺栓上，導致M30 岔枕螺栓折斷。三是銹死的M30 岔枕螺栓在巨大的扭力矩外力作用下，造成螺栓在薄弱點脆斷。

（3）預埋尼龍套管失效，失效預埋尼龍套管如圖2所示。一是扭力矩過大，未執行M30 岔枕螺栓300～350 N·m 扭力矩要求，過大扭力矩反復拆卸造成尼龍套管內部絲扣失效，二是新鋪設道岔上道后，對M30 岔枕螺栓復緊不及時，安裝過程中扭力矩不達標，M30 岔枕螺栓在過車過程中，受到列車高頻振動，螺桿螺紋與尼龍套管絲扣相互作用，造成尼龍套內螺紋磨壞失效。三是非法施工，寒冷地區冬季施工時，溫度過低，尼龍套管收縮，M30 岔枕螺桿在加熱后擰入，尼龍套管與螺栓膠合一體，造成尼龍套管內側螺紋失效。

圖2 失效的預埋尼龍套管

1.1.3 整治措施

（1）M30 岔枕螺桿銹死整治

一是首先用16 磅大錘敲擊，震松后，使用大扭力矩扳手松卸。使用大扭矩內燃扳手，更換上M30 螺栓的套筒，可直接逆時針方向直接松卸；困難時，可先順時針轉動一定小角度，待松動后，再逆時針旋轉，大部分銹死的M30 岔枕螺桿可松卸下來。

二是使用內燃扭力矩扳手，更換上M36 的套筒，扭力矩可達400 N·m，當內燃扭力矩扳手空轉時，證明扭力矩不夠，無法松卸此螺栓。可采用加長力臂的呆頭扳手，3 個人同時用力，扭力矩可達500 N·m，如果M30 岔枕螺桿銹死特別嚴重時，仍然無法拆卸時。也可使用加長手柄的套筒扳手，1 人固定螺栓，加長手柄部分一邊各兩人，同時用力，扭力矩可達600 N·m，絕大部分螺栓可松卸下來。

三是如果采用上面的辦法仍不能解決問題時，M30 岔枕螺桿與混凝土的尼龍套管融在一起了，尼龍套管與混凝土岔枕是靠預留的定位釘固定，用外力辦法無法解決，只能通過外加熱的辦法使尼龍套管軟化。但在加熱過程中，火焰會燒烤混凝土岔枕，混凝土結構在受熱過程會使混凝土炸裂，也會造成道岔硫化墊板保護層、墊板下彈性膠墊、鋼軌下調高墊片等橡膠制品失效，此辦法一定慎用，使用后，也要做好更換新混凝土岔枕的準備。

（2）M30 岔枕螺桿折斷整治

M30 岔枕螺桿在外力作用下，極易發生折斷，對于折斷的M30 岔枕螺桿必須將其旋出，更換新的，如不及時整治，會加劇線路空吊，同時也會使相鄰的岔枕過度受力，繼續折斷，蔓延到整組道岔，嚴重時會影響到行車安全。

一是遺留部分高出岔枕面的,將道岔鋼軌通過起吊方式抬高，將硫化墊板卸下，平移到不影響作業的地方，用一個強度為10.9 級帶六角頭的高強螺栓桿與預留在外面的螺栓用電焊焊接在一起，焊接的同時，相當于對遺留的螺桿進行了加熱，軟化了混凝土岔枕中的尼龍套管，再趁熱用加長的呆頭扳手或者內燃螺絲機，將折斷的螺桿擰出。

二是對低于岔枕面的折斷M30 岔枕螺桿，這時要看折斷后的螺桿距離混凝土岔枕頂面的距離，如果距離很小時，同樣可以用焊接10.9 級帶六角頭的高強螺栓桿方式處理，因空間限制，此時焊接的螺桿與折斷的螺桿存在偏心關系，在旋出過程中需謹慎慢擰，取出螺桿。如果斷的螺桿很深，無法采用焊接的螺桿時，可是使用一個空心的鐵管，外徑略小于斷螺桿的外徑，內徑要粗于焊條直徑，保持一定厚度的外壁，以保持鐵管的強度。焊條通過內徑焊接方式，將鐵管與斷螺桿焊接在一起，再用管鉗將鐵管逆時針旋出，帶動斷螺桿，將斷螺桿旋出。如果此方法失敗，可采用高強度的合金鉆頭在折斷的螺桿中心鉆孔，螺紋為反螺紋，待鉆取深度達10 mm 時，選入加工后正螺紋的尖頭螺桿，在緊固正螺紋的螺桿時，順便將斷螺桿旋出。

（3）尼龍套管失效整治

方法一，直接利用鉆頭垂直向下拔錨施工，此方法是利用高強度的系列組合鉆頭如圖3 所示，鉆頭直徑要大于M30 岔枕螺桿的直徑，在鉆取過程中將露在混凝土岔枕螺紋外的尼龍套管旋出，通過更換更大直徑的鉆頭分次除去尼龍套管，直到只剩余尼龍套管外螺紋的殘余部分在混凝土岔枕的螺紋內，用尖嘴鉗鉗住剩余尼龍套管的頭部，旋轉著將其取出，取出來殘余的尼龍套管如圖4 所示。

圖3 高強度組合鉆頭

圖4 取出剩余在混凝套管內的尼龍套管

方法二，采用電加熱法，采用發電機或者鋰電，對金屬加熱棒進行加熱，加熱的金屬棒會燃燒一部分尼龍套管，剩余部分不多時，將高強度合金六棱錐，打入到尼龍套管內，再將六棱錐旋出，此時可將底部定位釘以上剩余的尼龍套管取出，剩余底部的尼龍套管部分可用金屬長尖工具將其啄碎，再用長鑷子結合鼓風機，將其取干凈。

方法三，直接將高強度的六棱錐打入到尼龍套管中，使用加長力臂的扳手，扳手頭部套入到六棱錐，4人同時用力，將其整體取出，此方法簡單有效，但有時尼龍套管在中部斷裂，剩余部分將更難取出。

方法四，如果尼龍套管通過以上三種方法仍不能取出時，可使用混凝土空心鉆孔機，鉆頭直徑大于尼龍套管外直徑，中間采用定位方式，防止鉆頭在垂直鉆取過程中偏斜，直接將尼龍套管鉆出，重新灌入植筋混凝土，重新安裝尼龍套管。

在安裝尼龍套管時需注意，首先將混凝土螺紋清洗干凈，維修尼龍套管外部涂高強度的緊固膠，維修套管上下無定位的突出部分，在套管頂部加工出對稱的四個槽口，便于使用工具安裝，再將維修尼龍套管旋入，安裝到位的尼龍套管如圖5 所示。

圖5 安裝到位的尼龍套管

1.2 硫化墊板彈性衰減病害及原因分析

1.2.1 病害現象

硫化墊板保護層破損，彈性墊板與鐵墊板分離，在列車荷載作用下鐵墊板折斷。

1.2.2 原因分析

一是施工單位在施工過程中非法使用挖掘機等重型機械對道岔硫化墊板進行碾壓，造成保護層破損。

二是維修過程中養護不當，使用大錘敲打硫化墊板改道、整治鋼軌病害時造成鐵墊板硫化保護層破損，先是有小的破損，逐步發展，造成鐵墊板暴露在空氣中，致鐵墊板生銹。

三是墊板硫化層本身橡膠老化，在與鐵墊板熔接薄弱處所產生破損，由于鐵墊板上焊接鐵座、加工錨固螺栓孔等原因造成硫化層厚度不一，薄弱處橡膠先老化。在道岔滑床臺板上為減少尖軌和長心軌的轉換阻力而涂液體潤滑油，過多的潤滑油會流入到硫化墊板的橡膠層上，對橡膠保護層造成污染而加速橡膠層老化。

四是在列車振動荷載下M30 岔枕螺栓扣壓力不足，在沖擊過程中使彈性墊板變薄，產生空吊，高頻振動彈性墊板強度不足會使鐵墊板與下部的彈性墊板產生分離，嚴重影響鐵墊板的使用壽命，嚴重者造成鐵墊板折斷。道岔直股過車時，直基本軌和直尖軌沖擊長墊板一側，造成另一側的墊板翹起；道岔曲股過車時，尖軌和曲基本軌沖擊長墊板另外一側，造成相對一側的墊板翹起，鐵墊板在左右兩側荷載的反復沖擊下會發生形變，在直股和去曲股過車不均衡的情況下，加劇了彈性墊板的損傷。

五是硫化墊板扣壓鋼軌的方式也不同，在基本軌外側采用彈條扣件扣壓，基本軌內側使用彈性夾、高強度鋼彈片、滑床臺板扣壓，不同結構會產生不同的扣壓力，造成基本軌、尖軌、長心軌、翼軌受力的不均衡性，導致硫化墊板的損壞。

旅游客源市場即旅游需求市場，是指在一定時期內對某一旅游產品現實和潛在的總體需求[2].客源市場在旅游目的地有著舉足輕重的作用，在一定程度上關系到旅游目的地的長遠發展.總體上來看，一般可將目的地的旅游客源市場劃分為國內旅游客源市場和海外旅游客源市場兩大部分.海外客源市場還可進一步細分，有關旅游統計資料顯示，我國在1999年以前通常把海外游客劃分為外國人(包括外籍華人在內)、海外華僑和港澳臺同胞[3]，2000年后則劃分為外國人和港澳臺同胞.

1.2.3 整治措施

對失效的鐵墊板進行更換，最好更換原廠出品的鐵墊板，整組道岔宜同時更換某一部位的硫化墊板，如道岔的轉折部分，最好是從尖軌尖端開始到尖軌跟端；轍叉心部位從翼軌過渡到岔尾；中間導曲線連接部分作為一個單元需進行整體更換。保證更換上的硫化墊板處于同一設備質量均衡發展。加強硫化墊板剛度檢測，定期按照TG/GW 115—2012《高速鐵路無軌道線路維修規則》規定，每年每組道岔抽取3 塊送到專業廠家進行檢測，發現彈性有逐步減弱時，進行分類分級管理，提前有計劃地更換。

1.3 軌下墊片壓潰病害及原因分析

1.3.1 病害現象

軌下調高墊片壓潰，膠墊邊緣超出鋼軌軌底邊，墊片中部被壓穿，膠墊穿出。

1.3.2 原因分析

（1）軌下調高墊片壓潰的主要原因是在列車荷載下，鋼軌直接作用在調高墊板上，調高墊板變薄，發生破損。目視可觀察到超出鋼軌底邊邊緣。

（2）膠墊的壓寬后，拆下可發現部分膠墊中部被壓穿；道岔尖軌和長心軌部位的滑床臺板經常涂潤滑油，導致潤滑油沁入到基本軌和翼軌下而腐蝕膠墊，加速膠墊老化。

（3）膠墊穿出，膠墊和調高墊片安放的位置不正確，膠墊起到防止鋼軌發生爬行的主要作用，安放在鋼軌下面，而調高墊板只是單純的起到調高作用，調高墊片須安裝在膠墊下方，安裝調高墊片時需要將膠墊拆除后，先安裝調高墊片，再安裝膠墊，施工程序復雜，因此經常為了現場方便，直接將調高墊片安放在膠墊上方，導致鋼軌爬行，帶動調高墊片穿出。

1.3.3 整治措施

更換失效壓潰的調高墊片和橡膠墊板，對于特殊部位如基本軌和翼軌下的膠墊，應使用耐油的高彈性膠墊來增加線路的穩定性。因基本軌更換膠墊時，須連續松卸多套前后的扣件才將膠墊從基本軌的滑床臺板抽出，新的調高墊板和膠墊才能插入；轍叉心部結構復雜，道岔翼軌是不規則形狀，翼軌內側插入到心軌的滑床臺內，拆卸困難。由于作業空間狹小，更換難度大，膠墊的取出和放入都會增加整治難度，因此在更換膠墊時，必須更換高質量的膠墊，延長維修周期，減少維修次數。

1.4 彈條病害及原因分析

1.4.1 病害現象

彈條折斷、缺失，彈條位置不正、歪斜情況。

1.4.2 原因分析

在道岔扣件部件傷損中，彈條的折斷、缺失及位置不正確是最容易發現的，也是最容易產生的設備病害。

（1）每次作業時都需拆卸扣件，如在改道或者墊片維修作業時，都要重復拆卸扣件彈條。安裝時未按照規定的扭力矩值緊固螺栓，扭力矩過大時，彈條被振斷；扭力矩過小時，彈條位置不正、歪斜，甚至脫落。

（2）扣件彈條受到鋼軌的振動，高頻振動時會使彈條振斷，轉折部位和轍叉心部位存在間隔鐵、限位器、防跳卡鐵、防跳間隔鐵等特殊部件，剛度不一致，在受力不均勻時，由彈條扣壓鋼軌，會使彈條折斷。

（3）在道岔轉折部位，基本軌內側鋼制高強度彈性夾扣壓，基本軌外側由彈條扣壓；轍叉心軌的翼軌內側由滑床臺扣壓，翼軌外側由彈條扣壓，二者扣壓力不一致，也導致彈條容易折斷。

（4）彈條本身的構造結構是由焊接在鐵墊板鐵座內的T 型螺栓來扣壓鋼軌的，由于T 型螺栓的不規范，安裝T 型螺栓必須旋轉90°才能使T 型螺栓下部與焊接鐵座受力，彈條扣壓鋼軌，在高頻振動下，容易使T型螺栓松動，造成彈條脫落。

1.4.3 整治措施

發現彈條折斷、銹蝕嚴重、彈性不足需及時更換，發現T 型螺栓受力不均勻時，應將T 型螺栓、彈條、螺帽、平墊圈和防塵帽同時更換。

2 扣件系統整治建議

2.1 定期巡檢

根據道岔周期檢查要求，在道岔進行周期性結構檢查時[3]，將扣件系統納入其中。結合每周一次的巡檢，重點關注扣件系統，除彈條、螺帽等外，必須加強對膠墊和硫化墊板的巡視和檢查，發現問題時及時更換。

2.2 整體更換

須保持道岔扣件系統剛度均衡[4]，道岔扣件結構分三部分，第一部分是轉折部位，基本軌起始端道基本軌跟端作為一個單元管理。第二部分是轍叉心部位，按照翼軌起始端到道岔尾部，作為一個單元管理。第三部分是導曲部位，從尖軌跟端到翼軌始端，作為一個單元管理。當發現某一單元內扣件系統聯結零件損壞時，進行單元整體更換。

2.3 加強備用料管理

加強道岔扣件系統的備用料管理，規范標準化庫房建設，做好通風、防潮處理。將備用扣件零部件從集裝箱中取出，按照道岔墊板型號進行分類匯總，油污和水漬擦拭干凈，避免雨淋。對于年限較長的墊板應先進行檢測。重點檢測剛度及彈性，發現有問題時及時進行補充更換。對于硫化墊板及膠墊，要根據橡膠制品的壽命建立使用年限，發現超過使用年限時須進行更換。對于更換下來舊零件及時處理，以免發生舊墊板、彈條等部件再次上道使用。

2.4 制定應急預案

道岔扣件系統是連接道岔內的鋼軌組件與下部基礎的關鍵連接部件，須高度重視。由于結構復雜，受力條件的特殊性，必須建立墊板扣件系統的應急狀態預案，扣件系統失效時，會造成鋼軌折斷及下部混凝土軌枕的折斷，嚴重時不能保持軌道的幾何尺寸，造成行車事故。

3 結束語

目前，我國高速鐵路運營已經超過10 年，運營維護部門急需掌握高速道岔扣件系統的劣化規律，扣件系統病害是道岔結構病害的具體表象，須深入探究道岔結構病害，研究制定道岔扣件系統的病害和整治標準，以更好地指導高速鐵路線路維修工作，保證高速鐵路列車的運營安全。