资源描述
毕业设计(论文)
题目:高速铁路线路病害分析及预防整治
专 业: 铁道工程系
班 级: 高速铁道技术
摘要
2003年10月12日秦沈客运专线正式运营,它是中国铁路步入高速化的起点,可以说,是中国铁路里程碑式的建筑。它是中国自己研究、设计、施工的时速200公里的第一条快速客运专线。在当今社会经济高速发展的情形下,铁路运输的发展将偏向高速和重载运输,这样就会加重铁路线路的承载能力,造成铁路线路损害,严重影响铁路运输。铁路线路设备是铁路运输业的基础设备。因此,合理养护铁路线路,及时有效的分析、预防和整治设备病害,提高铁路线路抵抗灾害的能力,为实现铁路跨越式发展,确保铁路线路质量是保障铁路运输安全的必要。
线路病害的整治工作一直以来都是铁路部门极为重要的环节,我通过查阅大量有关铁路线路病害和整治资料的基础上,针对我国高铁线路病害现状,有针对性的提出一些常见高铁线路病害发生的机理,介绍了高铁线路病害的类型、防治原则和整治措施。
关键词: 高铁线路;病害原因;预防方法
- I -
引言
多数铁路线路常年裸露在大自然中,由于机车车辆的动力作用和自然条件对线路的影响,轨道几何尺寸不断发生变化。加之路基、道床随时发生变形,线路设备不断机械磨损,计划维修、紧急补修和重点整治比例安排的不合理,维修方法不当,以及周期性的大、中修工作未能够及时进行,因而对铁路线路造成诸多病害。为保持铁路经常处于符合铁路技术标准规定的良好状态,我们就必须对铁路路基、轨道等进行养护维修作业。铁路线路养护的基本任务就是通过对线路的系统检查,及时发现线路上的一切不符合技术标准的现象和病害,并查清其原因,以便合理地计划和组织线路的养护作业,消除病害和缩小病害影响,使线路经常处于完好状态,保证列车按照规定的速度,平稳、安全和不间断地运行。
1.线路爬行病害
列车车轮沿钢轨运行时,除产生竖直力和横向力外,还有纵向水平力。由于纵向力的作用,使钢轨沿着轨枕或轨道框架沿着道床顶面纵向移动,这种现象称为线路爬行,使钢轨产生爬行的纵向水平力称为爬行力。
1.1 线路爬行的原因
线路爬行是万病之源,形成爬行的主要原因有:钢轨在动荷载下的挠曲、列车运行的纵向力、钢轨温度变化、车轮在接头处撞击钢轨、列车制动等。当线路上防爬设备不足,扣件的扣压力及道床纵向阻力不够时就会加剧线路爬行。一般认为钢轨挠曲是线路爬行的最主要原因,而其他的因素则促成和加剧了线路的爬行。
1.2 预防线路爬行的方法
防止线路爬行的措施主要是增加线路纵向阻力。加强轨枕与道床间的防爬阻力,方法是保持道床的标准断面,做到轨枕底下道碴厚度足够、轨枕盒内道碴丰满、轨枕两端碴肩够宽、加强捣固、保持线路平顺、夯实道床。此外对脏污严重的道床一定要进行清筛,以防止因翻浆冒泥和线路爬底,降低线路纵向阻力。还应保持扣件的应有扣压力。为了增加钢轨与夹板之间,垫板与轨枕之间的阻力,应及时拧紧螺栓,拧紧扣件。对于失效的扣件应及时更换和整修。
2钢轨接头病害
钢轨接头
钢轨接头是线路的薄弱环节,混凝土轨枕线路更为严重。机车车辆的轮对通过接头时,因其不平顺而产生剧烈振动,加速线路状态的变化,以致形成接头病害。接头病害产生之后,又进一步加剧机车车辆轮对对线路的破坏作用,互为因果,使病害发展变化加速。在钢轨、道床和路基状态基本相同的情况下,混凝土轨枕线路接头比木枕线路接头变化快,各类接头病害产生周期短,发展迅速。如不从根本上整治病害,接头就很难维持正常工作状态,影响铁路运营。
2.1 钢轨接头病害分类
按接头轨面状态分:低扣接头、磨耗不均匀接头、错牙接头、金属剥离接头、大轨缝。
按接头道床状态分:翻浆接头、翻白接头、溜塌接头、硬结接头。
按接头的结构状态分:接头夹板下弯、上缘磨蚀、夹板螺栓的螺帽扭矩不足;扣件螺帽扭矩不足、扣板或轨距挡板不密贴、扣件失效等。
2.2钢轨接头病害的原因
钢轨接头病害的发生,最根本的原因在于轨道接头存在结构上的不平顺,这就导致轮轨之间产生较大的附加动力作用。过大的附加动力作用又促使不平顺的发展和附加动力的增长,同时也就促进了接头病害的发展,可见,钢轨接头病害的发生与发展是互为因果的。另外,由于养护方法不当也会促使接头病害产生和发展。
(1)结构不平顺
钢轨接头在结构上的不平顺,指的是接头轨缝;车轮压在钢轨的输出端时,邻接钢轨的接受端有抬高趋势,形成台阶;荷载下钢轨接头处的挠曲不是连续曲线,而是折线。当折角、轨缝、台阶三个因素同时出现,都将产生轮轨冲击,从而增大接头处的附加动力。
(2)附加不平顺
附加不平顺是在运营过程中形成的,以下几种情况都可能引起附加不平顺,如:结构薄弱、轨面不均匀磨耗、弹性不足。
(3)动态不平顺
动态不平顺一般有两种情况:一种是轨道弹性不均和荷载波动,轮轨接触点轨迹呈波浪形不平顺;另一种是线路存在暗坑吊板和道床不均匀的弹性下沉。这两种不平顺只有在动态情况下才能表现出来。线路的动态不平顺增大了列车运行中的冲击和振动。有的养护单位使用厚度不等、弹性不均的轨下垫板以及线路养护质量不良,都加剧了轨道动态不平顺。
综上所述,车轮通过钢轨接头处的轨缝,形成剧烈的冲击和振动,这是造成钢轨接头病害的外因;钢轨断面及接头部分设计不合适以及淬火工艺不良则是钢轨接头产生病害的内因,所以,长度25 m钢轨混凝土轨枕线路解决接头病害的根本途径要首先从改善钢轨材质、淬火技术要求、淬火工艺、钢轨及夹板的设计等方面着手,同时在养护维修工作中也要采取符合混凝土轨枕线路特点的方法进行作业,以改善钢轨接头的工作状态。
2.3.钢轨接头病害的整治措施
a.接头螺栓要达到应有扭力矩,使用加铁片或弯制夹板整治左右、上下接头错牙,轨缝最好应保持在8mm以内。
b.及时打磨钢轨,防止轨缝顶死;焊接接头轨端掉块,应及时对掉块进行焊补,并打磨平顺。
c.利用大型养路机械设备进行破底清筛。以恢复道床弹性。
3.曲线钢轨病害
3.1曲线钢轨病害的原因
钢轨在空间的位置不正确是造成钢轨磨耗的主要原因。钢轨本身质量不好;曲线不圆顺、方向不良,使列车通过时产生摇晃;缓和曲线超高的递减距离不够,引起列车在缓和曲线运行时发生震动、摇晃和冲击;超高不合适,引起里外股钢轨受偏载和轮轨的不正常接触;轨距超限,使车轮与钢轨的内接情况不好,增加行车阻力与摇晃;轨底坡不正确,使钢轨顶面与车轮踏面不相吻合,钢轨顶面受偏压,这些都会使钢轨加速磨耗。
3.2预防曲线病害的方法
a.保持正矢不超限,定期调查现场正矢,细心计算,全面拨正。特别是要保持曲线头尾的圆顺。
b.做好缓和曲线超高顺坡和正矢的递减,顺坡和递减时应等量进行,不要忽大忽小,缓和曲线头尾可适当增减3mm 的超高。
c.合理设置外轨的超高。超高过大会加剧外股钢轨的侧面磨耗和里股钢轨的垂直磨耗。相反如超高过小,对外股钢轨也不利。
d.加强养护,经常保持曲线状态良好,保持方向顺、轨面平、轨距水平不超限是减少列车的摇晃,减少车轮冲击力的有效措施之一。因此,应定期拨道,经常养护,预防病害的发生。
e.调整轨底坡,使钢轨踏面坡度符合车轮踏面。使车辆的重心落在钢轨中心线上,减少钢轨磨耗。
f.贯彻定期涂油制度,钢轨侧面涂油是减少曲线外股钢轨侧面磨耗的有效方法之一,一般能使曲线上股钢轨的所有寿命延长2倍。
4.混凝土轨枕常见病害
混凝土轨枕线路由钢轨、混凝土轨枕、扣件、道床等部分组成。钢轨直接承受由机车车辆传来的巨大压力,并传向轨枕。混凝土轨枕通过轨下弹性垫层和中间扣件承受钢轨传来的竖向垂直力、横向和纵向水平力后再将其分布于道床,并保持钢轨正常的几何位置。混凝土轨枕在我国铁路铺设使用已有多年的历史,多年的经验表明,混凝土轨枕的使用对强化轨道结构、保证行车安全起到了重要作用。但是,轨枕在设计、制造和使用中的问题,致使部分轨枕早期发生裂损,影响了正常作用。
4.1.混凝土轨枕伤损的主要形态
(1)轨下截面出现过大的横向裂缝
混凝土轨枕是一个接受不稳定重复荷载的构件,荷截的变化带有随机的性质。混凝土轨枕在使用期内轨下截面有可能出现大于该截面抗裂强度的荷载弯矩,在这种情况下就产生了横向裂缝。一般来说,这种裂缝较小,不致引起轨枕的失效。但在某些情况下,轨下截面的荷载弯矩远远大于轨枕的抗裂强度,那就会出现过大的横向裂缝,导致轨枕失效。
(2)轨下截面压溃
轨枕轨下部分由于橡胶垫板损坏或串出,使钢轨直接作用于承轨槽,引起轨下部分混凝土压溃。有些轨枕由于轨下截面横向裂缝过大,混凝土受压区产生过大的压应力使混凝土压溃。
(3)轨枕中间部分出现过大的横向裂缝
轨枕中间部分出现的裂缝包括中间上部裂缝和下部裂缝两种。 轨枕中间上部出现裂缝,是由于轨枕中部产生较大的负弯矩所致;轨枕中间下部出现裂缝,是由于中部产生较大的正弯矩所致。通过调查得知,因轨枕中部出现过大的横向裂缝而失效的轨枕多于因轨下截面出现横向裂缝而失效的轨枕,因轨枕中间下部出现过大横向裂缝而失效的轨 枕多于因轨枕中间上部出现横向裂缝而失效的轨枕。
(4)轨枕中间部分压溃
轨枕中间部分由于受了过大的正弯矩,不仅使轨枕中间部分的下部产生过大的裂 缝,而且还引起截面受压区的过大压应力,致使混凝土压溃,这种情况一般发生在钢轨接头。有些轨枕由于中间部分承受了过大的负弯矩,不但引起中间部分的上部裂缝,而且还使中间截面下部受到过大的压应力以致压溃,甚至出现钢筋外露。
(5)轨枕纵向裂缝
轨枕沿长轴线方向的裂缝统称纵向裂缝。纵向裂缝一般有端头裂缝、端部上表面裂缝、侧面水平纵向裂缝、钉孔纵裂、贯通纵裂等,纵向裂缝较多的部分是沿螺栓孔的两侧或应力钢筋处发生,并向端头及中部发展。这种裂缝的出现,将严重地影响轨枕的使用寿命。
(6)轨枕的龟裂
龟裂是轨枕表面纵横交错的细小裂纹,一般多发生在轨枕端部及中部顶面和侧面处。龟裂对轨枕的使用寿命影响也很大。
(7)轨枕中间部分斜裂及扭伤
轨枕中间部分斜裂扭伤是指沿对角方向的破损。线路维修工作中的捣固作业,因在轨枕两侧进行对角捣固,过车时容易使轨枕中间部分产生斜裂或扭伤。据调查统计,因线路维修养护不当使轨枕中部扭断、折断的轨枕在伤损轨枕总数中占有一定的比例。
(8)轨枕挡肩破损
轨枕挡肩承受由扣件传来的水平推力而产生破损,特别在小半径曲线上这种现象十分普遍,有的采用加宽铁座仍不能解决问题,据统计,在半径为400 m的曲线上,挡肩破损高达70 %。另外,由于垫片损坏或在轨枕制造过程中挡肩部分的缺陷也可能造成挡肩破损。
(9)轨枕的腐蚀
在长期放水地段和车辆装载有害介质散落在轨枕上,都会造成轨枕的腐蚀,轻者混凝上表面出现麻点、脱层等现象,重者钢筋锈蚀,并逐渐向里延伸。
(10)轨枕底边掉块
手工捣固冲击轨枕底边使混凝土掉块,严重时掉块面积可多达100 cm2,其结果是轨枕受力状况恶化,容易出现应力集中而造成其他各种伤损,并且削弱了轨道的稳定性。
4.2.混凝土轨枕伤损的原因
造成混凝土轨枕伤损的主要原因主要有制造质量、养护维修作业和结构三个方面。
(1)制造质量
在混凝土轨枕各类损伤中,纵向裂缝对行车安全危害最大,而且一经发生,发展极为迅速,严重者贯通轨枕全长,造成劈裂和龟裂,混凝土疏松、剥落,对轨枕承载能力、保持轨道状态能力和使用寿命危害很大,这类损伤一般都是由于制造质量不良引起的。
(2)养护维修作业
混凝土轨枕断面和配筋的设计都是在一定受力条件的前提下进行的,而混凝上轨枕截面实际承受的荷载弯矩与线路养护维修作业有密切关系。在养护维修作业中,如果使轨枕受力状态发生了变化,就可能出现轨枕断面荷载弯矩大于轨枕抗裂强度的现象,以致产生轨枕伤损。养护维修作业对轨枕伤损的影响主要表现在以下几方面:捣固作业、轨下垫层及绝缘缓冲垫片损坏没有及时更换、没有及时整治道床病害对轨枕受力极为不利、接头养护不良、没有及时消灭轨面不平顺。
(3)轨枕结构
为了了解混凝土轨枕的使用情况进而采取措施,提高轨枕结构的可靠性,多年来, 铁道部有关单位曾组织了多次较大规模的现场调查。历次调查的资料表明,现有轨枕按50年使用寿命的要求,考虑可能出现的非正常运营条件,轨枕结构强度必须适当提高。
4.3.混凝土轨枕病害整治
根据使用情况设计出更合理轨枕来提高轨枕结构的可靠性和高强度的轨枕。在维修作业时要小心尽可能的不要去损坏轨枕。
5.道床病害
道床是轨道框架的基础。轨道变形的主要原因是道床的变形,道床的不均匀沉降将引起一系列的病害,直接危及行车安全。因此,必须知道道床变形原因及其病害整治以保证线路的平顺性使列车安全运行。
5.1.道床病害产生的原因
(1)道砟质量不良
有些道砟是石灰岩材质该类道砟的强度低耐磨性和抗冲击性、抗压碎性能差。现在的铁路逐步实现重载化。在列车重力反复作用下道砟相互挤压磨损而且磨损后是粉末状容易出现翻浆、板结等病害。
(2)路基基床翻浆:
路基基床的密实度不足,在列车荷载的长期作用下道床颗粒嵌入基床形成一层膜致使地表水无法排出形成翻浆积水等病害。
b.日常维修工作中将路基面的平顺度破坏导致基床表面不平路基表面的排水不畅。
c.其他成因沙尘客车的垃圾及粪便严重污染道床减小了道床的渗水性和弹性易行成板结翻浆等病害。
5.2.道床病害的整治
(1)加强道床质量管理
a.严格执行碎石道砟标准,从源头上把住道砟质量,坚决杜绝不合格的道砟进入铁路线上。
b.按道床的实际情况做好线路清筛并及时更换道砟材质不达标的道砟,彻底回复道床的良好状态。
c.结合维修对道床边坡进行清筛保证道床的排水性,预防积水翻浆等病害的发生。
(2)整治基床病害恢复基床的密实度和排水顺畅,对基床填料不良或基床密实度不足引起翻浆的病害应采取基床土换填、改善基床填料的土质条件、彻底恢复路拱,确保路基面排水顺畅
(3)加强作业标,避免养护维修对原有路基面的破坏
(4)改善外部条件减少对道床的污染,严格客车垃圾的回收和到站统一清理,保持道床的清洁从而改善工务工作的环境,减少对环境的污染。
6.道岔病害
道岔是把一条轨道分支为两条或两条以上的轨道设备。道岔构造复杂,零件较多,过车频繁,技术标准要求高,是轨道设备的薄弱环节之一,易于磨损变形,产生各种病害。
道岔质量的好坏,直接影响行车安全。因此道岔养护维修的首要任务是预防发生病
害,经常保持其状态良好;各部尺寸符合要求;零件齐全发挥作用;延长道岔使用寿命;保证道岔畅通无阻。
6.1.道岔常见病害及产生原因
(1)道岔方向不良
造成道岔方向不良病害的原因主要由于养护维修部彻底。在经常维修中,只顾道岔本身,随弯就弯,不考虑前后线路接续情况,有的铺设道岔时,位置不正确,其方向靠道钉把持,列车通过后,轨距、方向保持不住,加之各部连结零件不好,尺寸不符、道钉失效,轨撑、滑床板、跟端连接零件松弛,护轨长度不够,轮缘槽宽度不够,轨距不合等,列车通过时,增加列车的冲击和摇晃,使道岔方向发生变化。
(2)转辙器部位的病害
转辙器部位的病害有:尖轨跳动、尖轨不密贴、尖轨磨耗、尖轨爬行以及尖轨扳动不灵活等
a.尖轨跳动一般是由活接头、间隔铁、夹板、尖轨螺栓孔、双头螺栓等磨耗;尖轨跟部桥型垫板和防跳动卡铁缺少和失效;捣固不均匀、岔枕弯曲有空吊板;跟部接头错牙;尖轨中部滑床板和尖轨拱腰等造成的。
b.轨与基本轨不密贴主要由于滑床板本身不平直、轨撑外形不标准、组装不合适、道岔爬行、滑床板与轨撑磨耗、基本轨轧出飞边、滑床板挡肩被挤开等。基本轨框架尺寸,尖轨动程不符合规定;尖轨顶铁过长;基本轨弯折点位置不恰当或弯折量不当,基本轨或尖轨有硬弯;尖轨断面宽50mm处内侧刨切长度不够;道岔爬行,四股钢轨错位,各设计对应点不对应。
c.转辙部分轨距扩大是由于基本轨外侧轨距块与基本轨轨底边缘有缝隙,经过列车长时间的碾压,造成框架尺寸扩大;螺栓直径与垫板孔直径配合公差及螺栓、垫板锈蚀造成的螺栓直径变细,垫板圆孔扩大,加之制造误差导致轨距扩大;尖轨、基本轨侧磨严重;轨距块安装号码不正确。
d.尖轨、可动心轨爬行窜动是由于尖轨处于半自由伸缩状态,容易产生爬行;制造、运输、存放装卸等环节易造成尖轨侧弯,上道后与基本轨不密贴,列车通过时易造成晃车;长心轨仅依靠6根岔枕上的扣件阻力和3块间隔铁间螺栓摩阻力来阻止心轨窜动,因阻力不足易造成心轨爬行。
e.道岔尖轨磨损分为直尖轨磨损和曲尖轨的侧磨,都会带来行车不平顺,尤其直尖轨侧磨直接影响直向通过的高速旅客列车,造成行车舒适性下降。曲尖轨侧磨:曲尖轨侧磨多集中在出发列车通过的侧向道岔,列车起动后逐步加速,轮轨作用下,机车轮在大功率的扭动下,形成滚动加滑动的趋势,列车进入侧向道岔时轮缘紧贴钢轨内侧的踏面圆弧,形成刨切趋势,并逐渐积累,产生钢轨侧磨。直尖轨侧磨:直尖轨侧磨跟道岔结构及养护状态密切相关。尖轨是一个变截面钢轨件,其可动部分支承在滑床台上,与滑床台无扣件联结,尖轨上部密靠基本轨,在尖轨中部设置顶铁与基本轨贴靠。这种结构造成道岔转辙部分的线性刚度较低,结构相对松散。我认为尖轨与基本轨不密贴是造成直尖轨侧磨的重要原因。在列车动态作用下,不密靠的尖轨会形成一定的矢度,顶铁过长则尖轨向线路内 部侧弯,顶铁过短则向线路外部侧弯。在列车经过时由于受到离心力的作用在尖轨不密靠的地点及前后挤压摩擦尖轨,造成直尖轨侧磨。同时岔前后轨向不良使列车蛇行运动,也是造成直尖轨侧磨的原因之一。
f.尖轨扳动不灵活,将造成尖轨与基本轨密贴长度不足。造成尖轨扳动不灵活的原因是:尖轨爬行,两股前后不一致;拉杆或连接杆位置不正;基本轨有小方向,滑床板不平直和各种连结零件磨损等。
(3)辙叉部分的病害
辙叉部分的病害有:辙叉水平下沉,辙叉方向不良,轨距变化,磨耗严重等。由于叉心通过车轮的次数比上下股钢轨通过的次数多一些,同时由于辙叉存在“有害空间”,车轮从翼轨过渡到叉心时的冲击力很大,加上辙叉体积大,叉心道床不宜捣固,因此往往造成叉心部分木枕弯曲,辙叉下沉,水平不良。
(4)滑床板及护轨垫板开焊
滑床板及护轨垫板设计本身存在缺陷,在作业中不易捣固,很容易造成暗坑、吊板、开焊;滑焊接质量低,焊层薄,滑床板所能承受的拉力小;滑床板与钢轨轨底不完全密贴,受到列车荷载作用,护轨垫板开焊是由于焊接质量低,焊层薄,强度低。开焊后导致护轨平直段轮缘槽宽度不满足《修规》要求。
(5)混凝土岔枕尼龙套管失效产生原因
尼龙套管失效是由于组装时各种人为原因伤及尼龙套管和枕下空吊板,加之涂油周期不当,个别螺栓存在折断的现象。
(6)道岔螺钉的病害
由于螺钉所受的横向冲击力大、道岔区导曲线半径小辙叉护轨地段横向冲击较大等原因,列车通过道岔时尤其是通过辙叉区段时,作用于钢轨的横向力偏大,进而传递给铁垫板以较大的横向冲击,螺栓承受横向力,螺栓同时承受弯曲、拉伸及剪切作用,因此螺栓易折断。组装缺陷,或制造偏差。螺钉长期缺乏养护,松动后拔起造成水汽进入螺孔使螺钉锈蚀。轨枕空吊或者道床弹性不均,在列车动力作用下螺钉受到巨大的向上的抗拔力,这种情况下在列车反复的动力作用下螺钉不断拔起。螺栓扭矩过大时内螺纹易破损。上述原因导致了螺钉容易失效,岔枕与道岔大垫板的连接被破坏,使大垫板不能牢固的固定在岔枕上,在列车动力作用下岔枕以上结构失去牢固连接,使道岔几何型位难以保证,造成道岔晃车等问题,严重时可能造成钢轨外翻使列车脱轨。
(7)道岔垫板病害
对于道岔大垫板折断现场分析,铁垫板和轨枕间的不密贴是造成其折断的主要原因。尤其是心轨部分长大垫板折断较多。此部分垫板位于长岔枕中部,在列车荷载作用下长岔枕产生一定的挠度,长大垫板随岔枕共同变形,但由于垫板与岔枕间不密贴使垫板同时受弯剪作用而损坏。滑床板开焊既有设计、制造上的原因,又有养护维修方面的原因。制造上的原因主要是焊接件质量不过关,强度不够。设计制造方面的原因主要体现在曲基本轨 一侧开焊较多,究其原因主要是直向行车时行车速度高、密度大,直尖轨受力带动 滑床板下沉,而曲基本轨则被动施加滑床板以向上的力。高频率反复振动造成曲股 滑床板开焊较多。从养护原因上看,钢枕前后滑床板开焊多,主要是钢枕部不易捣固,容易形成暗坑、吊板造成滑床板开焊。道岔垫板损坏使得钢轨件失去与轨下基础的牢固连接造成道岔的几何尺寸难以保证进而影响行车。滑床台的脱焊造成尖 轨扳动所需要的力矩增大,可能造成尖轨卡死无法扳动造成严重行车事故。
6.2.提速道岔病害的整治措施
(1)根据《铁路线路修理规则》规定,道岔维修应包括两线间距小于5.2m的连接曲线轨向,维修中要拨正道岔前后方向,弯好曲基本轨,加强道岔及前后各75m线路锁定,防止爬行,使道岔方向经常处于良好状态。
(2)转辙器部位的病害整治措施
a.尖轨跳动
如果是由于零件磨耗严重而造成尖轨跳动,可以用焊补、更换零件的办法加以解决;如果是因桥型垫板和防跳卡铁的毛病造成的,则应增补跟部桥型垫板和卡铁。如果是因捣固不良造成的,则应加强尖轨跟部捣固,使轨底坚实,强度均衡,清除吊板;是错牙造成的就消灭错牙;是拱腰造成的就整治滑床板拱腰和尖轨拱腰。为防止跳动,也可以在基本轨底下增设防跳板,把防跳板一头用螺栓固定在尖轨中部,另一头弯折紧贴在基本轨轨底,起道阻止尖轨跳动的作用。
b.尖轨与基本轨不密贴
用烘炉将滑床板挡肩打直,在原位16~20mm加厚滑床板上,再焊上一块铁代替挡肩;在轨撑与滑床板之间用立柱螺栓连接;用螺纹道钉把滑床板牢固地钉固在枕木上;在轨撑与基本轨之间用横穿螺栓固定在一起。这样就可以保持基本轨的稳固,解决了尖轨的不密贴和“三道缝”等病害。①严格按标准控制两基本轨间的框架尺寸,使框架尺寸保持在允许范围以内。②采用拨、改、弯等方法,调整直基本轨方向,调整曲基本轨第一、二弯折点位置及弯折矢距,使第一、二弯折点间成直线。③尖轨竖切部分可利用专用液压尖轨调整器,对尖轨的线型进行调整,保证尖轨与基本轨密贴良好。顶铁太短应采取在顶铁与基本轨间加垫调整片的方法来解决。④尖轨硬弯,一是更换;二是在天窗时间内,与电务人员配合,用液压尖轨调整器进行调整。
c.转辙部分轨距扩大
不同号码的轨距块不能解决时,可在垫板孔内增加厚度不等的半圆形铁片,或安装轨距拉杆来控制,拉杆长度、数量,安装位置应根据具体情况来确定。曲基本轨重新进行弯轨处理,调整弯折点位置和弯折矢距。使用绝缘轨距杆将其两股钢轨固定,防止轨距扩大,同时使用加宽轨距挡块,消灭轨距挡块与钢轨侧面离缝现象。提速道岔安装绝缘轨距杆时应提前测试,以提高轨道框架刚度。另外,高低、水平调整应以机械捣固为主,对于Ⅱ型弹条的混凝土岔枕提速道岔,可以在轨下垫入不超过6mm调整垫片;对于Ⅲ型弹条的混凝土岔枕提速道岔,由于弹条直接扣压钢轨,不能采用轨下加入垫片的方法进行调整,只能采用机械捣固。道岔大方向应以拨道为主,由于道岔的钢性大,拨道困难,拨道量小,难以稳定。因此道岔内小轨向,难以用拨道方法有效整治时,可采用同时调整两股钢轨内外侧轨距块号码的方法进行改道,不能改道时,可先单根窜动岔枕然后再改道。
d.尖轨、可动心轨爬行窜动
尖轨、长心轨未焊接的道岔,可调整尖轨、长心轨跟端范围内钢轨轨缝的大小,并拧紧道岔内扣件,同时在尖轨、可动心轨跟端采用冻结工艺,对接头进行冻结,以阻止窜动爬行的产生。对尖轨、长心轨跟端已焊接的道岔,除组装时严格按标准进行对方组装外,日常养护中须经常拧紧扣件,随时更换扣件衰减严重及失效的Ⅲ型弹条和磨损的轨距块,以保证钢轨有足够的扣压力。在岔后焊接上,增设防爬设备。将长心轨和翼轨进行胶结处理。对尖轨严重不对方,已焊接的道岔,切割钢轨拉方后,重新对方焊接。
e.尖轨磨耗
对曲尖轨加强监控,侧磨初期要及时进行打磨,在日常道岔养护维修中尽量消除道岔方向病害,减少尖轨附加应力,减缓曲尖轨侧磨发展,延长使用寿命,必要时可以对曲尖轨进行涂油润滑。注重顶铁的状态控制,做到不顶死不离缝。顶铁顶死会造成二动难以密贴 以及尖轨向内的侧弯,恶化了尖轨平顺度;顶铁离缝较大会造成尖轨自由长度加长, 尖轨由点位移转变为线位移,尖轨、基本轨受横向冲击力增加,转辙部位框架难以保持,二动部位不密贴加大,进而钢轨侧磨加大。应及时对道岔滑床板开展涂油,消除因滑床板涂油不良而造成的道岔转换力阻力过大,导致道岔不密贴的现象。减小道岔前后钢轨侧磨的发生,及时消灭轨道原始不平顺。
f.尖轨扳动不灵活
串动尖轨、基本轨使之处于正当位置,并将尖轨跟端螺栓方正,锁定爬行;摆正拉杆或连结杆位置;整平滑床板;更换磨耗配件。
(3)辙叉部分
目前,现场整治这种病害的主要方法是将叉心枕木翻转使用或者用长铲垫砂方法垫高叉心。在整治辙叉部分轨距和“91、48”经常变化的病害时,首先检查各部分的间隔尺寸是否合适,然后,具体分析,对症下药。为加强各部分的相互联接可在前后接头安装桥型垫板,用扣板和立柱螺栓把辙叉固定在垫板上,用螺纹道钉把垫板固定在枕木上;同时在护轨增加轨撑的办法来增加辙叉及护轨的整体性。
(4)滑床板及护轨垫板开焊
滑床板、护轨垫板安设时,必须做到与轨底密贴,减少受力不均匀。滑床板、护轨垫板开焊后,应该拆下,打磨后再进行焊接。提高捣固质量,消灭暗坑、空吊板等现象。
(5)混凝土岔枕尼龙套管失效
减少野蛮作业。严禁用锤敲打螺栓。对已失效的尼龙套管,应先用钻孔机将尼龙套管顶出,再用环氧树脂将新尼龙套管固定。
(6)道岔螺钉的问题整治方案。
保持道岔的良好几何型位,尽量减少道岔内部以及前后100米内的小方向,保持道岔的框架尺寸及道岔支距以减少列车经过道岔是产生的横向力;安装大螺栓不能用锤打,难拧时要分析原因,修正后再耐心拧入;螺钉要经常检查,发现有松动现象要及时复紧;要定期涂油,且每年不少于两遍,及时更换失效弹簧垫圈,涂油时套管底孔,不能封闭堵死;道岔应采用机械捣固,及时消灭空吊板,综合整治有病害的接头,焊接接头要打磨平整减少轮轨间动力作用;改进螺纹的结构,增加强度等。
(7)道岔垫板出现的问题整治措施
对岔区加强捣固,尤其是岔心长岔枕中部,以减少岔枕在列车荷载作用下的变形;加强监视,对垫板上的大螺钉进行及时复紧,保持垫板与岔枕接触良好;及时更换垫板及滑床板下大胶垫,保持弹性,减小列车的冲击力;保持转折部分的几何尺寸,尽量减少尖轨与滑床台间离缝;滑床台要及时涂油,减少尖轨扳动时的磨阻力;加强滑床台焊接质量等等。
7.重载铁路线路设备现状的基本情况分析
重载铁路最主要的特点是运量大和轴重大。这两大特点必然使轨道结构承受较大的荷载,由此造成轨道结构及其部件的破坏速度较普通线路加快,线路变形也增加较大。从而使线路维修养护工作量和维修成本都较普通线路加大。 从过去几年的养护维修情况分析,重载铁路轨道结构破坏的主要形式有轨道部件破损(尤其是夹板裂纹,接头螺栓折断,弹条折断),钢轨表面的不平顺(波形磨耗等)及线路的严重下沉三种。轨道部件伤损和轨面不平顺产生的主要原因是接头部位的强大冲击力的反复作用,使得这些部位的部件产生疲劳伤损所致。线路严重下沉主要由两方面原因造成:一是道床的沉陷变形;二是路基病害造成的基床坍塌;三是桥涵两头路基的不均匀下沉。根据铁科院的研究资料,道床的破坏与通过总重成线形关系,而路基破坏则与通过总重的24成正比,所以这也同时说明重载列车对路基的破坏更加严重。由于路基的变形最终反映在轨道的变形上,因而这些破坏最终都导致了线路维修工作量的增加。所以我就从轨道结构加强与养护和路基设施养护两个方面做一些探讨。
7.1重载铁路线路的病害产生原因及整治方法分析
A、轨道结构的养护维修
(一)重载铁路轨道受力的影响因素
与任何其他工程结构一样,列车荷载与轨道抗力的相互作用关系决定了轨道的破损程度和使用寿命。按照目前国际上普遍采用的连续弹性基础梁轨道强度理论,影响轨道结构受力的因素主要有荷载、轨枕、道床和钢轨四个方面。
1、荷载是造成轨道受力的根本源泉,轨道受力主要是来自荷载。荷载与轨道的受力与变形成线形关系,荷载增加的百分数与轨道结构受力与变形增加的百分数基本相同。
2、轨枕的影响主要是轨枕间距(也即轨枕配置)的影响和轨枕支撑面积的影响。轨枕间距对轨枕上的饿压力和道床上的应力影响较大,而对轨道弹性下沉和钢轨弯曲应力影响较小。根据有关研究资料,每增减一个轨枕根数档次(按照我国1600根/km---1920根/km铺设标准,每增减80根/km为一个轨枕根数档次),枕上压力和道床应力变化3%-4%,而轨道弹性下沉和钢轨应力只变化1.2%左右。轨枕支撑面对轨道弹性下沉和道床应力都有明显影响,根据研究资料显示,Ⅲ型轨枕比我们目前使用的Ⅱ型轨枕在相同荷载作用下,受力与下沉减少11%左右。
3、道床刚性对道床应力和轨枕上压力影响较大,枕上压力和道床应力与道床钢度成同向变化,且幅度较大。而线路维修工作量与道床应力的3—4次成正比,所以道床刚性对维修工作量影响很大。
4、钢轨影响主要是断面尺寸(即钢轨类型)和钢轨状态的影响。
(二)铁路轨道病害整治养护方法探讨:
根据以上轨道结构受力的分析,对于工务部门能够改变的影响因素就是轨道结构零配件、道床的状态、轨枕间距及枕上弹性垫层和钢轨状态,所以日常维修以就要围绕这几个方面展开。
1、轨道的几何尺寸的整正是轨道养护维修的主要内容。根据不完全统计,工务部门60—70%的工作量都是进行轨道几何尺寸的整正。轨道的变形状态与列车荷载的相互影响的,列车的重复振动荷载使线路产生变形,而线路变形后产生的轨面不平顺又会使列车对线路的冲击破坏加剧。特别是对于重载铁路,轨道承受的荷载较大,列车运行的密度也较大,这就会使这种相互作用的影响更大,也会使得轨道几何尺寸的变化频率加快。所以要进行轨道几何尺寸的整正,尽可能地减少重载列车对线路的冲击破坏。
2、轨道结构的各部联结零件要经常保持齐全有效和良好的技术状态,每年的春秋两季要对所有联结零件进行两次全面复紧,使所有零配件都达到规定的扭力矩,从整体上锁定线路。这样可以防止暑期钢轨热胀爬行产生胀轨跑道或绝缘顶坏,也可以防止冬季冷缩爬行产生轨缝拉大进而拉断接头螺栓。另外每年要对所有联结零配件进行一次涂油,防止联结零件锈蚀,因为运输中粉尘较大,螺栓锈蚀也较快,因此要通过涂长效防锈油脂来缓减锈蚀的速度。
3、道床是均匀传布荷载、提供轨道纵横向阻力和弹性的重要组成部分,道床状态的好坏直接关系着线路技术状态的稳定和工务维修工作量的大小。使道床保持饱满、均匀、清洁、密实和良好的弹性是进行道床整修的主要目的。道床在列车长时间振动荷载的反复作用下,主要会出现板结、弹性下降和切入路基造成缺少等病害。由于运输中粉尘较大,在道床内聚集了很多的尘土,遇有下雨时极易形成道碴囊,天气干燥时就出现板结。所以维修中很大一部分工作量与道床有关,对于道床一是要及时进行补充。特别是桥涵两头和路基下沉地段,极易出现石碴缺少病害,这时就要补充石碴。只有石碴补足了才能保持住。二是要根据道床的板结情况及时安排相应的清筛,恢复道床的弹性。以为轨道部分的良好弹性是保持轨道几何状态的关键。
4、轨枕及轨下弹性垫层的养护也是日常维修中的重要内容,轨枕部分主要是失效轨枕的更换和轨枕受力状态的改善。轨下弹性垫层是轨道弹性的重要组成部分,它对混凝土枕所受荷载有直接的缓冲和减振作用。根据北京铁路局的试验,铺设新的10mm厚橡胶垫板的道床其振动加速度比使用2年以后的橡胶垫板道床下降25%,换铺高弹性橡胶垫板则能下降40%。这说明改善轨下垫层的弹性不仅可以减小轨道下沉量,而且对于保持轨道的平顺性,减少养护维修工作量有很明显的效用。
5、钢轨是轨道结构的直接受力部分,是列车运行的“筋骨”,它将从车轮传来的冲击力传递给轨枕及以下轨道部分,它也是轨道结构中唯一直接与车轮接触的构件,钢轨状态的好坏直接关系着运营的安全。所以从检测上要高度重视钢轨伤损探测的质量,杜绝漏探漏检现象的发生。同时要加强钢轨的手工检查,充分发挥线路巡查人员的作用,进行钢轨伤损状态的跟踪检查,及时掌握伤损钢轨的技术状态。养护上及时对掉块、擦伤、轨面不平顺等能够焊补或打磨的小病害及时进行整治。因为在重载铁路高密度、大荷载列车的冲击作用下,钢轨的伤损发展的非常快,严重情况下可能一两天的时间一般轻伤轨就会发展为重伤轨。
(三)积极引进与推广“四新”技术,采取科学有效的方式进行线路的养护维修。这几年我们在木枕道岔进行了“五花大绑”加强、小半径曲线进行了“七桩定位”加强和接头垫砂垫板整治等多种行之有效的方法,效果非常明显。对于重载铁路的养护维修在提高设备整体稳定性上下工夫,是很重要的思路。由于重载铁路的冲击破坏较大,如果设备的整体稳定性提高了,这种冲击破坏就会减少,进而维修工作量也会跟着减少。今后还需在提高设备整体稳定性方面进行积极的探索。
(四)、重载标准轨铁路的接头养护是工务部门养护维修工作的一项重点和难点。工务部门养护维修工作量的60%-70%都用在了接头养护上。对于接头养护必须根据每一个接头的实际情况,采取综合整治措施才能取得成效。根据这几年的实践经验,对于接头的养护主要从以下几方面展开:1、根据当地的气温变化情况,及时调整不良轨缝,保持适合的轨缝;2、保持接头螺栓和扣件的扭力,使接头的部分连接保持稳定状态;3、接头部分道床在捣固时要保证良好的捣固质量;4、对于低扣接头要进行平轨处理;5、对于出现下弯的夹板要更换为上弯夹板或减振夹板;6、要重视对轨面的修理,对于出现的轨端不均匀磨耗、掉块、擦伤等缺陷和病害要采取焊补、打磨等多种方式进行修理;7、改善接头部位道床的弹性,主要是清筛板结和翻浆道床,更换磨圆的石碴;8、改善轨下弹性垫层,保持轨下垫层的良好弹性,可以采取更换高弹胶垫或TD型复合胶垫的方式来改善。
B、重视路基设施的养护
路基是铁路线路的基本组成部分,也是造成线路经常变化的一个重要因素。路基的变化会直接引起轨道结构的变化。重载铁路的路基下沉是主要路基病害,所以在日常的养护维修中要高度重视对路基及其附属设施的养护。按照目前上级提出的“立体养护”的标准,对路基的各类排水设施、浆砌护坡、浆砌骨架、浆砌护肩、路基边坡及路基边坡植被等要进行经常性的检查保养。要对路基边坡植被缺少的地段及时进行种草或栽种紫穗槐,通过对路基及其附属设施的养护,来保持路基的稳定状态。
四、逐级负责,责任到人,严格执行标准化作业和落实精细化管理
为了进行有效的维修工作组织,要在基层内部实施以定人员、定设备、定质量、定安全、定指标、定职责为内容的“六定”管理。具体是按照基层的人员情况和设备情况,在养路基层内部建立几个作业组,给每个作业组定人员、定设备数量、定质量指标、定成本指标、定安全责任、定管理职责。养路基层每月对各作业组的设备保养情况、任务完成情况和安全生产情况进行检查考核,根据考核结果兑现职工的奖励工资。通过这种定职化管理,一方面可以使养路基层生产任务和安全职责层层落实,最终落实到了每个职工头上,从而使职工的生产和安全责任明确,责任心强。另一方面也使得养路基层的每一项工作都能落实到具体的一个人身上,能够保证养路基层各项生产和安全指标的顺利完成。
现场作业要积极推行“全项目作业法”和标准化有效结合,所谓全项目作业法就是在进行日常的维修作业时要把维修项目尽可能地做全,杜绝作业项目单一现象。比如在某一段线路进行方向整修,那就不能只进行拨道作业,还要同时检查高低、水平、接头、钢轨、标志标记、路基等,如果发现这些项目存在问题要同时进行整治,不能只是去拨道而不去管别的项目
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