高速鐵路道岔綜合維修整治方案

2023-10-09 12:34:20李曉光金琳涵王磊閆洪賀侯銀慶劉永乾張宇超

鐵道建筑 2023年8期

李曉光金琳涵王磊閆洪賀侯銀慶劉永乾張宇超

1.中國鐵路沈陽局集團有限公司長春高鐵基礎設施段，長春 130051； 2.中鐵物總運維科技有限公司，北京 100073

道岔結構復雜，是線路的薄弱環節［1-2］。由于道岔降低值、組合廓形的存在，輪軌過渡不良形成的沖擊載荷也會極大地影響道岔行車安全性。

國內學者對岔區尖軌基本軌、心軌和翼軌過渡區域輪軌關系開展了試驗研究和仿真分析，發現道岔區廓形不良、降低值偏差過大等問題均會影響輪軌關系，惡化動車組的運營環境［3-6］。輪軌關系不良會加速鋼軌表面病害的發展，還會引起動車組的異常振動［7］。鋼軌打磨能預防及緩解道岔鋼軌傷損，提高動車組的過岔穩定性，顯著改善道岔質量，已成為道岔養護的有效手段［8-11］。針對局部廓形、病害等問題可采用打磨手段進行整治，而道岔問題往往錯綜復雜，治理時需要進行精細化檢測，結合檢測結果制定綜合維修整治方案。本文對某車站叉跟尖軌折斷問題進行深入研究，提出道岔綜合整治方案。

1 現場調研

一高速鐵路設計速度為350 km/h，道岔側向通過限速45 km/h，主要運行車型為CRH380B和CR400BF。某站12#道岔叉跟尖軌魚鱗紋、剝離掉塊等疲勞傷損發展較快，嚴重影響動車組的行車安全性。為深入分析病害產生原因，對該道岔進行全面檢測。

經調研，該組道岔主要問題為光帶寬窄不一、前后存在突變，部分位置存在雙光帶現象，尤其是心軌及叉跟尖軌位置光帶問題表現最為突出，見圖1。

圖1 軌面光帶調研情況

除軌面光帶存在多處不良外，該道岔還存在疲勞傷損問題。魚鱗紋病害多為岔前、直尖軌、長心軌、短心軌、叉跟尖軌等位置。直尖軌魚鱗紋和叉跟尖軌剝離掉塊見圖2。

圖2 軌面病害調研數據

由該道岔鋼軌廓形數據（圖3）可知：其右股鋼軌廓形一致性、左右股對稱性較差。與目標廓形對比，工作邊最大偏差約為1.1 mm，非工作邊的偏差約為1.0 mm，左右股工作邊的廓形偏差約為0.7 mm。

圖3 道岔鋼軌廓形數據

采用降低值測量儀采集12處關鍵斷面的降低值，見表1。可知：降低值偏差在±1.0 mm 內的有3 處，降低值達標率為25%；降低值偏差超出±2.0 mm 的有6處，達50%。

表1 道岔降低值采集結果

2 問題分析及整治方案

2.1 現場問題原因分析

根據現場調查，該組道岔主要存在光帶異常和疲勞傷損問題，同時道岔幾何尺寸存在缺陷。根據檢測數據，分析得出主要原因如下。

1）道岔長期未進行鋼軌打磨，鋼軌表面疲勞傷損未及時打磨消除，疲勞傷損的進一步發展引發了叉跟尖軌剝離掉塊。

2）道岔大機和小機配合打磨時缺乏前期廓形調研，未能根據實際廓形進行非對稱打磨，導致廓形差異大，輪軌間的橫向、垂向振動加劇，輪軌間動載荷的增大加速了疲勞傷損的發展。此外，側向通過時輪軌間橫向位移增大，加劇了輪緣對尖軌的沖擊振動。

3）降低值偏差過大，導致動車組在尖軌、心軌通過時，尖軌向基本軌過渡不良，尤其是降低值過大，輪軌在組合廓形區域受力不均勻，加劇了輪軌橫向振動，進而引起岔區內軌距、軌向及軌距變化率惡化，影響光帶形成和動車組運行品質。

道岔打磨可以消除鋼軌表面的疲勞傷損、修復鋼軌廓形、優化道岔降低值不良等問題，進而改善輪軌接觸關系，提升動車組運行品質。

2.2 道岔打磨機械設備

目前國內道岔打磨主流車輛為CMC-20 型，屬大型道岔打磨機械，具有磨削量大、作業效率高等優勢，符合天窗時間內道岔打磨作業需求。全車由兩節打磨小車組成，共20 個磨頭單元。其中，杯形砂輪磨頭有16個，直徑為152 mm；碟形砂輪磨頭有4個，直徑為280 mm。日常道岔打磨時主要采用杯形砂輪進行打磨作業。打磨時，液壓系統作用于打磨小車，使砂輪平面與軌頭接觸，通過高速旋轉的砂輪對鋼軌軌頭進行磨削。該打磨車可有效去除鋼軌表面疲勞，修復鋼軌廓形，但受限于打磨車長度、磨削量和操作的靈活性，道岔打磨車作業時岔區內存在多處受限（圖4），增加了起落刀位置，導致岔區平順性差，且無法針對局部問題進行打磨處理。

圖4 道岔大機直股打磨受限情況

道岔小型打磨機具通常作為大機的補充打磨裝備，可對道岔進行補充打磨作業，作業區域通常為大機打磨受限區。與大機相比，小機磨削量小，天窗利用率低，但小機具有大機無法比擬的靈活性，可以對局部區域進行單獨打磨作業，而且通過多種小型打磨機具相互配合，具有打磨角度覆蓋范圍廣、道岔全斷面打磨的優勢。為了探索道岔小機整組打磨的可行性，采用多臺小機協同配合作業，利用小機群對道岔進行打磨，彌補小機打磨作業效率低的缺點。道岔小機打磨群配備方式為5+1+1，即5 臺垂直打磨機、1 臺道岔打磨機和1臺手持拋光機。

2.3 綜合維修整治方案

該組道岔局部問題突出，重點打磨區域多為大機打磨受限區、局部廓形差異區段以及道岔大機從未打磨過的曲股。此外，道岔幾何尺寸調整也是道岔維護的重要策略之一。因此，綜合維修方案包括幾何尺寸調整+小機群配合打磨，具體實施方案如下。

1）打磨前，依據TG/GW 115—2012《高速鐵路無砟軌道線路維修規則（試行）》對道岔的幾何尺寸進行調整。根據現場檢測數據，對三角坑和軌向問題進行調整，對軌距變化率不良、小軌向、小高低進行精調。整治后軌距、水平、三角坑、軌距變化率各項指標均控制在TG/GW 115—2012要求的合理范圍內。

2）打磨實施。①將直曲尖軌按照道岔大機打磨受限區進行劃分，分為直曲尖軌部分、尖軌和心軌連接處、心軌位置、心軌后基本軌部分。②打磨時，根據先局部再整體原則，即先修理基本軌、尖軌、心軌的局部廓形差異大、光帶突變位置的廓形，確保修理后同股廓形前后一致性偏差在±0.2 mm 范圍內。③對尖軌、心軌、基本軌進行貫通打磨。受限區位置打磨時，需在斥離狀態下打磨尖軌軌頂至非工作邊位置區域，基本軌打磨工作邊至軌頂；閉合狀態下打磨尖軌工作邊及基本軌非工作邊區域，將整體廓形修至目標廓形。④對整組道岔的每個股別進行整體貫通式拋光打磨，根據病害程度增加打磨量，在不改變廓形的前提下提升道岔整體的平順性。

3）打磨后對道岔基本軌廓形和尖軌、心軌組合廓形進行驗收，使廓形偏差控制在±0.2 mm范圍內；同時對道岔的平順性和軌面粗糙度進行檢測。

4）打磨后對動車組進行添乘，采集動車組過岔時的振動加速度，通過數據精準分析打磨質量。此外，定期對道岔光帶進行觀測，綜合評價道岔打磨效果。

3 道岔整治效果

通過對該組道岔的綜合整治，道岔的魚鱗傷病害基本消除，叉跟尖軌的剝離掉塊得到控制，光帶異常問題同樣得到有效改善。打磨后實測鋼軌廓形與目標廓形偏差基本控制在±0.19 mm范圍內，輪軌接觸關系得到改善，動車組運行品質明顯提升。

3.1 軌面狀態

圖5為該道岔叉跟尖軌疲勞傷損及軌面光帶整治效果。該組道岔在上道后未及時打磨的情況下短時間發生了剝離掉塊，換軌后通過初次預打磨避免了疲勞掉塊的再次形成；而后經過綜合整治修復了鋼軌廓形，并調整了幾何尺寸。整治后1 年未再產生剝離掉塊，光帶異常問題得到有效解決。

圖5 叉跟尖軌疲勞傷損及光帶異常整治效果

圖6為直尖軌40 mm 斷面位置打磨前后鋼軌表面狀態。可知：打磨前存在明顯的魚鱗紋；打磨后鋼軌表面的魚鱗紋得到明顯改善，未見魚鱗紋發展跡象。

圖6 直尖軌40 mm斷面打磨前后軌面狀態

圖7、圖8 分別為直股左股岔前和直股右股106 號軌枕不同程度的光帶突變、雙光帶等問題的打磨整治效果。可知：打磨后光帶突變問題得到有效控制，雙光帶位置打磨后未再出現雙光帶。

圖7 直股左股岔前軌面光帶打磨整治效果

圖8 直股右股106號軌枕軌面光帶整治效果

圖9 為道岔長心軌軌面光帶打磨整治效果。可知：打磨前長心軌和翼軌光帶過渡不良，長心軌光帶呈蛇形；打磨后光帶突變問題得到控制，未再出現光帶過渡不良現象。

圖9 長心軌軌面光帶整治效果

3.2 降低值及輪軌關系

打磨前后道岔降低值變化情況見圖10。

圖10 打磨前后道岔降低值變化情況

由圖10 可知：打磨后，降低值偏差在±1 mm 內的有4處，降低值達標率由打磨前的25%提高到33%；降低值大于±2 mm 的有3 處，較打磨前減少3 處，降幅為50%。

圖11為該組道岔右股打磨后廓形一致性、左右股對稱性情況。可知：打磨后最大偏差約為0.19 mm，廓形偏差相較打磨前減小約0.91 mm，右股廓形前后的一致性提升明顯；打磨后左右股基本貼合，偏差控制在±0.1 mm左右。

圖11 道岔打磨后廓形一致性及對稱性情況

計算12#道岔短心軌及叉跟尖軌20 mm、50 mm 斷面打磨前后等效錐度，見表2。可知：打磨前20 mm 斷面等效錐度均大于0.300，50 mm 斷面的等效錐度在0.130 左右，前后相連斷面等效錐度差異大；打磨后僅短心軌20 mm 斷面等效錐度為0.211，其余位置的等效錐度均控制在0.130左右，等效錐度前后變化均勻。