5.无缝道岔养护维修中存在的问题及对策
无缝道岔作为无缝线路的转折部位,最易出现直尖轨拉成旁弯,尖轨中部轨距减小,直基本股钢轨有较大的附加温度应力,道岔前后钢轨锁定轨温失控,道前与限位器间实际锁定轨温严重超限等问题。
5.1 道岔养护中存在的问题
1)无缝道岔直尖轨产生旁弯、尖轨中部轨距减小
应为我国采用的都是半焊型无缝道岔,即道岔内接头全部焊接或胶接,道岔两端只有直轨接头与无缝线路焊接(如图1),部分无缝道岔岔内的曲下股甚至都未焊接(胶接)(如图2)。这样的结构造成道岔的曲基本轨实际位于无缝线路伸缩区,随着钢轨温度变化发生较大的伸缩,伸缩方向与直尖轨伸缩方向相反,而控制直尖轨横向移动的仅是间距较大的连接杆,因此,造成尖轨向内产生旁弯,使尖轨中部轨距减小。
图5.1 半焊型无缝道岔
2)无缝道岔维修作业轨温范围减小
无缝道岔的轨道结构与区间线路不同,是由两股道交叉而成的四线结构,外面两股钢轨与普通无缝线路一样轨距线连续,里面两股钢轨在尖轨轨尖处轨距线中断,尖轨与基本轨间采用限位器辙跟结构,可动心道岔辙叉的长心轨与翼轨间采用间隔铁辙跟结构相联。当轨温变化时,里面两股钢轨发生伸缩,并且通过扣件、岔枕、道床和辙跟结构外面两股钢轨产生附加温度应力。
无缝道岔内产生的附加应力,以60Kg/m钢轨12号可动心轨辙叉无缝道岔为例,根据北京交通大学现场测试和模拟计算结果,当轨温升高19℃时,直基本轨
最大附加拉力为125KN,道岔直基本股钢轨位于无缝线路固定区,温度力P=242.8
△tF,P为钢轨内温度拉力,△t为轨温变化幅度,F为钢轨截面积为77.4平方厘米,
当轨温升高19℃时,P=242.8×19×77.45=357KN,附加温度力P附=125KN,直基本轨受力P总=P+P附=482KN,附加温度应力的产生使直基本轨所受温度力增加的百分率为P附/P=35%。因此,随着轨温的升高,无缝道岔内产生较大的附加温度应力,使直基本轨所受压力增加,对保持无缝道岔的稳定不利,《铁路线路维修规则》规定,在无缝道岔尖轨其前方25米范围内进行综合维修,作业轨温为实际锁定轨温±10℃,这一作业轨温范围较普通无缝线路缩小5℃~10℃,使日常维修作业有诸多不便。
图5.2 全焊无缝道岔
3)无缝道岔前后钢轨的锁定轨温失控
以单组道岔为管理单元进行锁定轨温管理,忽略了道岔间钢轨的锁定轨温,同短轨线路一样进行换轨和焊轨,造成这些钢轨的锁定轨温失控,留下较大的安全隐患。以回凤站东侧岔区为例,如图3。图中9号道岔与5号道岔间12.5m钢轨锁定轨温失控,留下了胀轨隐患,无缝道岔大机捣固后,无缝道岔转辙前线路发生严重变形,造成列车颠覆,原因定责为捣固地段与非捣固地段结合部空吊严重,整修不力,但也不排除无缝道岔前钢轨锁定轨温不准,夏季捣固后钢轨胀出。
图5.3 回风站东侧岔区示意图
4)无缝道岔实际锁定轨温严重超限
《铁路线路修理规则》规定无缝道岔设3对位移观测桩,即岔头、岔尾各设1对,即位器或间隔铁设1对。而12号可动心轨道岔的岔头与限位器间距离仅11.3m,准直仪测量误差充许值为1㎜,当两个测点的累计误差最大值为2㎜时△t=△l/0.0118L=2/0.0118L=15℃,即因为位移观测误差就会造成两桩间15℃的锁定轨温变化,据此计算的正常养护维修情况下的无缝道岔实际锁定轨温普遍超限,严重的甚至高达100℃以上,按规定进行调整放散将造成经济上的很大浪费;不处理,观测出的实际锁定轨温又丧失了对养护维修的指导意义,因此岔头与限位器间距过短造成计算出的无缝道岔锁定轨温严重超限。
5.2 解决道岔养护中存在问题的对策
5.2.1 无缝道岔直尖轨中部轨距减小
1)将无缝道岔岔内的曲下股焊接(胶接),使伸缩区端部位于道岔外,限位器处曲基本轨位移减小,曲基本轨与直尖轨间的作用力随之减小,可避免直尖轨被拉成旁弯,尖轨中部轨距亦不会减小。
2) 在既有限位器后再安装一个限位器,使原来一个限位器受的力由两个限位器来分担,同样可使曲基本轨与直尖轨间的作用力减小,避免直尖轨被拉成旁弯和尖轨中部轨距减小。
5.2.2 无缝道岔维修作业轨温范围缩小
无缝道岔内接头全部焊接后,温度力能沿着交叉的轨线传递是产生附加温度应力的直接原因,而轨线的交叉是因为曲股接头焊接造成的,而侧股最大充许通过速度仅为50㎞/h(1/12道岔),所以为了解决轨线交叉问题,对道岔内接头焊联
方式进行改进,只焊接道岔内直股接头,而曲股接头全不焊接,这样轨线没有分支和交叉,就不会产生附加温度力。
5.3 无缝道岔前后钢轨的锁定轨温管理
将道岔两边的钢轨纳入道岔管理单元进行管理,因为道岔两边的钢轨长度不一样,根据实践,采取了如下办法:
1 无缝道岔的一端(如岔头)与无缝线路相连(以单元轨条的末端为例),根据岔头至无缝线路尾桩的距离L按以下要求设桩:(原则上无缝道岔与无缝线路单元轨节间的长度≤50m)①当L≤50m时,无缝线路尾桩作为岔头桩;②当50m﹤L≤200m时,设岔头桩,岔头桩与无缝线路尾桩间的线路纳入无缝道岔单元一起管理,无缝线路尾桩在无缝道岔管理单元内编号为0或3;③L﹥200m时,岔头桩至无缝线路尾桩间的线路作为一个单元轨节单独管理,并按单元轨节有关管理要求设桩。
2 两组无缝道岔相连(以对口道岔为例),视其间线路长度L按以下要求部桩:①当L≤50m时,在两组道岔中间设桩作为两组道岔的共用岔头桩;②当50m﹤L≤200m时,在两组道岔岔头处分别设岔头桩,两岔头桩之间的线路纳入任一组无缝道岔单元一起管理;③当L﹥200m时,两岔头桩之间的线路作为一个单元轨节单元管理,并按单元轨节有关管理要求设桩。
5.3.1 无缝道岔实际锁定轨温严重超限
道岔内只计算岔前与岔后桩间的锁定轨温,桩距增加到43.2m,可消除观测误差的影响。只观测位移,不参与锁定轨温计算。
5.4 小结
通过改进无缝道岔结构方式,直股全部焊接,曲下股全部焊接,曲上股不焊接,可以消除附加温度应力和直尖轨旁弯;以岔区为管理单元进行锁定轨温管理,限位器处位移观测桩作为辅助桩只控制位移不参与锁定轨温计算,可以解决道岔前后钢轨锁定轨温失控和实际锁定轨温严重超限问题。
6.曲线养护维修
曲线是线路上的薄弱环节之一。列车在曲线上运行时,受力条件十分复杂,使养护工作更加困难。在一般地形条件下,铁路曲线约占正线延长是30﹪左右,山区铁路曲线多达50﹪以上,做好曲线养护,对均衡提高线路质量,延长轨道各部件的使用寿命,保证行车安全有着重要意义。 6.1 曲线主要病害
1.方向不良:曲线方向不良主要表现为正矢超限、钢轨硬弯、街头值嘴、直线和曲线连接不顺等。
2.轨距水平超限:一般情况下,曲线轨距、水平超限不突出,但缓和曲线的顺坡率超限却比较普遍,在缓和曲线的始终点尤其明显。
缓和曲线病害的主要表现是超高和正矢的突变。缓和曲线的始、终点一旦出现病害,必须立即消除,否则,线路状况将迅速恶化。
3.轨底坡不统一:轨底坡的设置是否均匀合理,对列车蛇行运动和钢轨的磨耗影响很大,对线路的稳定也有一定危害。钢筋混凝土轨枕线路轨下胶垫破坏、失效和磨损,都会改变轨底坡,使用非标准轨下垫层,也会使线路的钢轨轨底坡不统一。木枕线路由于木枕腐朽、磨损,也会产生类似现象。据调查,一般线路轨底坡约在1/60~1/10之间变化。
4.曲线钢轨侧面磨耗、剥离和波浪磨耗:随着行车密度和轴重的提高,不少区段钢轨侧面磨耗和剥离严重,用1~2年就磨耗到限,严重的区段经过8个月就需要成段更换磨损轨。在有的区段,钢轨波浪磨耗已成为控制钢轨使用寿命的主要因素,轨面波磨一经形成,发展十分迅速。
5.超高设置不当:设置曲线超高应依据定期测速资料。不少地段多年不测速,只凭经验调整超高,致使超高与速度不相适应,存在较大的欠超高或过超高。
6.设备薄弱和养护不当:木枕地段小半径曲线缺少轨距杆或轨撑,有的轨撑没有撑住轨头下颏,没有充分发挥作用。 6.2 曲线养护的措施
搞好曲线养护必须从曲线的结构特点入手,使组成曲线轨道的各部件符合设计标准。在此基础上,保证轨距、水平、前后高低、三角坑等几何状态符合《铁路线路维修规定》的规定标准,从而保证列车安全平稳地运行。同时采取各种措