摘要：分析了曲线轨道的受力情况，探讨了小半径曲线病害的成因与危害，提出了曲线病害的整治办法，介绍了曲线轨道的日常养护与检查以及曲线养护中的技术管理.
关键词：铁路线路养护；小半径曲线轨道；曲线养护
铁道线路不间断地受到机车、车辆的碾压和冲击，所以线路状态处在不断的变化当中。曲线地段特别小半径曲线较直线地段所受到的冲击、碾压和推挤更为突出，不但线路状态变化较快、较大，而且轨件的磨损也比较严重，因此小半径曲线的养护维修与病害整治成为线路养护维修工作的一个重要环节，其养护任务的好坏直接关系着维修投入与行车安全。
１ 曲线轨道的受力分析
小半径曲线病害的产生与钢轨受力有着直接关系。当列车在曲线地段运行时，产生的力十分复杂。通过力的分析，可将列车作用于钢轨上的力分为3个方向，即竖直方向、水平横向以及水平纵向。
1.1 作用于钢轨上竖直方向分力的构成
机车和车辆在轨道上运行时，作用于钢轨上车轮的静压力（即分配到该车轮上的车辆重量——轴重）随着铁路运输的发展将不断增加，而加强轨道结构，首先是增加钢轨的重量，这样才有可能满足轴重不断增加的要求。列车通过轨道不平顺地段以及不平顺车轮运行时会产生附加力。轨道不平顺分为长不平顺和短不平顺两种。长不平顺通常因捣固不良、枕木腐朽、三角坑以及轨道弹性不均匀而形成；短不平顺的形成与钢轨波浪形磨耗、车轮空转有关。在曲线地段还有因外轨超高以及车架对车轮横向压力而引起的附加垂直力。
1.2 作用于钢轨上横向水平力的构成
横向水平力主要指车轮对钢轨的侧压力和曲线上的附加横向力。
由轮缘对轨头的压力（传递车架压力）和车轮在钢轨上横向滑动时产生的摩擦力组成，因此车轮对钢轨的侧压力可以取上述两力之和或两力之差。曲线地段产生的横向水平力比较大。曲线半径愈小，横向水平力愈大。曲线上产生的离心力和因外轨超高使车辆倾斜而产生的机车车辆重力分力有关。这些横向力（导向力、侧向力及车架压力）的大小取决于离心力、行车速度、曲线半径和外轮超高。当在压应力和横向力的共同作用下超过了钢轨的屈服强度时，在钢轨作用边产生碾堆（即塑性变形），在踏面形成局部压陷特征，压陷处不易和车轮踏面接触（即短不平顺）而形成暗斑，最终形成疲劳裂纹。
当钢轨的磨耗速率小于疲劳裂纹的扩展速度时，最终将发展成剥离掉块。曲线半径越小，出现掉块的情况就越严重。
1.3 纵向水平力
产生纵向水平力的主要原因是轨道爬行和温度作用，在曲线地段，钢轨上还作用着滑动引起的摩擦力。轨道爬行主要是在车轮滚动下钢轨的蛇形起伏而产生的，在列车制动地段尤其明显。
如钢轨和轨枕之间连接不够牢固，弹性道床抵抗轨枕纵向位移的阻力大于钢轨在支座上滑动的阻力，此时钢轨可能纵向移动，而轨枕则仍然留在原地。轨道爬行实质上取决于轨下基础刚度，刚度愈大，因钢轨扭曲及其断面转动而引起的爬行也愈大；钢轨扭曲增大也将使爬行增加。
2 曲线病害产生的原因及危害
小半径曲线在以上各种力的作用下，导致钢轨、线路几何尺寸、轨枕、道床等设备产生变化，经过一段时间的列车运行，各种残余变形进一步扩大，线路各种病害逐步显现出来。
2.1 主要病害
一是钢轨伤损病害：钢轨侧磨、波磨及接头伤损是小半径曲线常见的病害，尤其是侧磨，是小半径曲线最突出的伤损类型。二是轨道几何尺寸易超限：小半径曲线上高低、轨距、超高、正矢相对其他线路容易发生变化，保持的周期短，特别是轨距扩大病害相当普遍，并且随着钢轨侧磨的增加而逐渐加剧。三是连接零件易松动且破损率高：小半径曲线上连接零件承受的冲击力和横向作用力都比较大，在相同扭力矩的情况下，小半径曲线连接零件容易松动，而且当冲击力和横向力达到一定值时，易造成夹板及接头螺栓折断、混凝土枕连接螺栓失效、枕木道钉浮离、轨距杆折断、轨撑压裂、尼龙座挤碎、轨枕挡肩破损等病害。
2.2 成因分析
小半径曲线钢轨磨耗特别是侧磨往往在多种因素的复合作用下形成。其一，线路的先天不足是钢轨磨耗的最主要原因。列车驶经小半径曲线时，由于车轮踏面与钢轨面发生滑动，使相同牵引力下列车的行驶速度大大降低，使钢轨受到的力较直线地段大的多，导致机车车辆与轨道部件都受到伤损，特别是钢轨的侧磨较大，使用寿命变短。其二，我国铁路运输逐步向“快速重载”方向发展，运量的增加对钢轨冲击破坏是最明显的，在车轮的快速碾压撞击下，并在其他因素的作用下，钢轨头部内侧接触面逐渐剥离，钢轨侧面磨耗逐步形成，并快速变化。曲线超高设置应根据实际通过的列车对数和实际通过的车速来确定。而事实上车速和通过对数是在不断变化、逐步增加的，超高数值的合理性很难确定。其三，超高偏大，车轮在向心力作用下撞击摩擦下股钢轨，从而逐渐形成下股钢轨波磨。其四，超高偏小，车轮在离心力作用下撞击摩擦上股钢轨，上股钢轨侧磨逐渐形成。其五，轨枕预留轨底坡是1/40，用于直线地段是合适的，而在曲线地段，由于超高的作用，使车轮踏面与钢轨顶面未全部接触，车体荷载就集中于钢轨内顶接触面，形成偏载，有时轮缘挤压钢轨头部内侧面，对钢轨破坏很大，容易形成磨耗。只有增大轨底坡，方可消除偏载作用。其六，车轮踏面对钢轨的冲击摩擦，使其踏面形成不均匀磨耗，从而使列车进行蛇形运动，冲击钢轨，助长磨耗的形成。另外，车体与车体、车体与轮对之间连接不牢固，增加列车的晃动，也会助长磨耗的形成。
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3 曲线病害的整治办法
3.1 调整好小半径曲线各部尺寸
有计划地整治小半径曲线范围内的漫坑，及时消灭小坑及低接头。小半径曲线轨距易变化，需经常不断地进行调整。在曲线拨正中，采用增加副矢点的办法对控制曲线圆顺度效果较好。具体办法是：在现有10ｍ 间距中间增设一点副矢，其正矢在缓和曲线上为两相邻正矢点之和的一半，圆曲线上为圆曲线计划正矢，检测工具仍为20ｍ弦线。
在曲线养护中要切实注意缓和曲线的养护。超高、轨距和正矢递减是否符合标准，是缓和曲线养护的关键。为便于缓和曲线上超高、轨距加宽顺坡和三角坑的检查与确定，可将超高和轨距加宽值在缓和曲线钢轨上的标记间距改为6.25ｍ，检查时可不受原钢轨检查点位置的限制，按超高和轨距加宽标记点放置道尺，记录时在线路检查记录簿“水平”一栏中划斜线，斜线上填写实际检查超高值，斜线下填理论值。
曲线范围内连接零件要经常保持全、紧、靠、密，无失效，扭力矩符合《维规》规定，挡肩破损的混凝土枕要及时修复，失效的要及时更换，道床不洁要及时清筛，道床要饱满。
3.2 强化小半径曲线技术细节
按《维规》规定安装轨距杆或轨撑时，可根据曲线的实际情况采用增加轨距杆，或采取轨距杆与支撑配合使用的方法加强。
在小半径曲线上铺设淬火轨和Ⅲ型轨枕及相应的扣件是小半径曲线技术加强的发展方向。淬火钢轨具有较高耐磨强度和足够的硬度。对曲线上股轨枕外侧挡肩挤坏严重、动静态检查病害较多的曲线换铺Ⅲ型轨枕及相应的扣件。坚持钢轨涂油。在曲线上利用钢轨侧面涂油的办法可以减缓钢轨磨耗特别是侧磨，这在国内外已是成熟的经验。我国有的小半径曲线经涂油后可以延长钢轨使用寿命１/３或更长一些。涂油的方法有两种，一种是装在列车上的叫做车载涂油器，一种是安装在地面上的涂油器。加强对钢轨的养护工作。钢轨在通过一定运量后，在其顶面可能出现两大类病害：一类为有规律的周期性病害，叫做波形磨耗，简称波磨；另一类为无规律的非周期性病害，如擦伤、龟裂、剥落掉块、压溃、接头坍低等。整治波磨钢轨，一般为使用大功率的钢轨打磨列车，有效地消灭波磨轨。为延缓波磨的产生或发展，对钢轨表面的擦伤、坍低接头、马鞍形磨耗等进行喷焊，以整平轨面。除采取以上直接措施外，在日常养护中还应加强捣固、消灭接头病害，清筛道床并应铺设坡形胶垫以改善轮轨接触条件，减少或延缓波磨的发生。
3.3 整治重点病害
轨距病害是小半径曲线最普遍的病害，可用加宽尼龙座０～６号、０～８号、０～１０号，Ｐ６０坡形胶垫，特制６号、１０号轨距挡板，可调轨撑等进行整治。特制６号、１０号挡板座对改正轨距作用比较好，但需根据侧磨不断的变化和轨距的增大，经常调整轨距挡板，更换轨距挡板工作量大，且成本比较高；可调轨撑不但可调整轨距，而且可以增加钢轨抵抗横向的能力，效果颇佳，但在高冻害地段因冬季垫板造成轨撑后座高出挡肩，失去作用，反而减弱了钢轨抵抗横向力的能力，因此应慎用。钢轨支嘴也是小半径曲线常见病害，尤其Ｐ６０钢轨比Ｐ５０钢轨支嘴更普遍，除调整好轨缝、防止接头顶死外，采取用接头夹板里外口互换的办法。对一些顽固支嘴接头，可在支嘴处增设曲线稳定桩。
4 曲线轨道的日常养护与检查
由于曲线是线路的薄弱环节，产生病害较多，是线路质量优劣的主要控制因素，所以，对其进行周期性的检查，是掌握线路技术状态的重要手段。通过检查，按线路设备各种变化的不同程度，安排临时补修和经常保养工作。此外，对线路病害严重的地段，应适当增加检查次数，以使设备技术状态处于有效监控之下。曲线养护的重点是围绕曲线轨道何尺寸不超限，曲线轨道设备处于正常有效使用状态来进行作业。目前，对曲线轨道维修质量的监控主要是通过动静态检查手段来实现的。动态检查则是通过轨检车、动态添乘仪、人工添乘列车等几种方式进行的。静态检查仅反映曲线轨道在静止时的状态即静态质量，而动态检查则反映曲线轨道在列车运行时的受力变形状态即动态质量。随着高速重载列车的开行，对线路的质量要求越来越高。曲线轨道的养护要根据动静态检查结果来安排适时合理的维修方式。
在日常养护维修中，还应根据线路平面、纵断面、运量、轨道设备状况及自然条件等摸索出轨道变化规律，从而对其进行状态质量控制。
5 曲线养护中的技术管理
在曲线养护中要坚持做到“落实十项措施、研讨三条建议。
5.1 十项措施
一是清理路肩，整修排水设备，使路基排水畅通。二是保持道床弹性和排水良好，根据曲线半径或线路横移情况，适当加宽曲线外侧碴肩宽度。无缝线路地段可根据需要堆高碴肩。三是更换接头失效轨枕，接头的四根轨枕下垫高弹胶垫。四是整修钢轨坍低接头，对马鞍形磨耗、波形磨耗等要进行打磨，侧面磨耗曲线应定期涂油。五是根据具体情况，增设轨距杆及轨撑，必要时增加防爬器及支撑，杜绝线路爬行。六是绝缘接头采用高强绝缘螺栓（扭力矩保持７００ Ｎ•ｍ）。七是加强捣固及时消灭空吊板、三角坑等，补足道碴填满夯实。八是按规定做好超高及其顺坡，使超高顺坡均匀曲线圆顺。九是对变化较快的曲线，应埋设永久性拨道桩。十是小半径曲线要更换耐磨淬火轨。
5.2 三条建议
一是摸索曲线变化规律，做好曲线苗头性病害的预防工作。每一条曲线即使运营条件和轨道条件相同，其养护维修周期也不同。就一条曲线而言，其轨道结构各部分变化周期也不相同，因此在日常养护中工班长要注意摸索每条曲线及曲线各部分变化周期，有计划地进行预防，从而减少维修工作量，避免曲线状态恶化。二是对小半径曲线进行大修和技术改造时，上级部门在钢轨和轨枕的选型上应优先考虑合金轨和Ⅲ型轨枕。虽然这会使大修或技术改造费用增大，但从长远看，曲线状态稳定，安全保证性强，运营成本低，经济效益好。三是加大对钢轨修理的投入。目前各段钢轨修理仅局限于接头焊补，对波磨和飞边的修理受机具的限制，基本上没有进行此项工作，因此，集团公司和站段应增加钢轨修理方面机具的投资。
论文作者:郑洪宇
论文发表刊物:《防护工程》2018年第33期
论文发表时间:2019/2/25
标签：钢轨论文; 曲线论文; 轨距论文; 半径论文; 病害论文; 磨耗论文; 轨道论文; 《防护工程》2018年第33期论文;