货场小半径曲线换铺下道混凝土枕的技术经济分析

货场小半径曲线换铺下道混凝土枕的技术经济分析
作者：谭雄兵
来源：《管理观察》2010年第12期
摘要:货场半径小于300米的曲线原铺设时均设计为木枕线路,轨道稳定性差,轨距容易扩张造成掉道事故,而混凝土枕具有纵、横向阻力大、使用寿命长、养护维修工作量小等木枕无法比拟的优越性。

经过理论分析和现场实践,利用正线下道的混凝土枕对货场小半径曲线木枕进行更换,无论从技术上、还是经济效益上的效果都是显著的。

关键词:货场小半径曲线混凝土枕技术经济分析
1.问题提出
株洲工务段石长线管内货场半径为200米的曲线有18条,长度2.8km,全部为木枕线路。

自1998年运营以来,未进行过换枕大修。

随着使用时间延长和货运量的增大,枕木腐朽失效严重,有的枕木已不能持钉,工区反映改轨距养护维修工作量大,轨距难以保证,给行车安全带来隐患。

众所周知,货场行车速度慢,引起机车车辆掉道的因素大部分是由于轨距引起的,而混凝土枕对于保持轨距方面的优越性远远大于木枕,混凝土枕还具有纵、横向阻力大、使用寿命长、养护维修工作量小等优点,对提高线路的稳定性,尤其是保持轨道几何尺寸方面有着木枕不能比拟的作用。

2005年以来,石长线由于正线更换三型枕下道了大量的S-2型混凝土枕以及P50弹条扣件,如能利用正线下道的混凝土枕用于更换货场小半径曲线的木枕,如在技术上可行,则可大大的节约经济成本。

但由于有部分正线半径小于300米曲线使用混凝土枕更换原有木枕后,出现过尼龙座和挡肩挤坏的现象后不得不重新换回木枕的情况,因此对于货物线换铺混凝土枕仍需进行具体分析,采取相应措施,保证更换后的轨道设备稳定。

2.现行标准及原因分析
2.1技术标准依据:现行的《铁路轨道设计规范》中规定,“曲线半径小于300米及以下曲线正线应铺设小半径用曲线混凝土枕,站线宜铺设小半径用曲线混凝土枕”,对正线采取了“应”的硬性规定,而对于站线是“宜”,尺度有所放宽。

而06年10月1日实行的《铁路线路修理规则》中取消了原《铁路线路维修规则》中规定的曲线半径小于300米以下曲线不宜铺设混凝土枕的规定。

2.2原因分析:《铁路轨道设计规范》中的规定宜使用小半径曲线专用混凝土枕依据是现有的轨枕挡肩设计未考虑300米以下小半径曲线使用,轨枕挡肩抗水平剪切力强度不高,容易发生破损。

而破损的根本原因是机车车辆在曲线上运行时产生的横向水平推力超过混凝土枕挡肩的能承受的极限值,横向水平推力包括列车通过曲线时产生的导向力/未被平衡的离心力的水平分力/车辆摇摆及蛇行运动产生的惯性力的水平分力。

而上述的横向水平推力又与轨道结构/牵引重量/机车车辆轴重/列车速度/牵引重量/曲线半径大小/超高设置等因素有关。

离心力J的计算公式:J=GV2/gR。

J-离心力(N) G-车辆重力(N)V-速度(m/s) g-重力系数(9.8m/s2) R-曲线半径(m)
从式中可以看出在同等条件下曲线半径越小,产生的横向水平推力就越大。

据实测曲线半径从800米减小到300米时,横向水平力系数增大42%,而曲线半径大于800米时横向水平力系数与直线接近。

而在同一个曲线上,离心力的大小,则取决于列车的运行速度和牵引重量大小。

3.技术分析
3.1列车通过总重分析及列车速度分析:
由于受货物线装卸区长度限制(平均装卸区长度约200米),货场列车编组数量一般只有十几个车,且有50%为空载。

每个货场基本上都有2-3条货物线装卸,往往装满一整列编组,需分几个股道装,通过总重比较均衡。

据统计,石长线货物线每公里平均通过总重只有不到正线的二十三分之一左右。

3.2列车运行速度分析:货场内列车的运行是按调车速度控制较慢,有时还需顶进运行,运行速度一般不超过15km/h。

从离心力的计算公式中可以看出离心力是与速度的平方成正比。

在同等条件下,列车运行为15km/h和50km/h时的产生的离心力是相差极大的,运行速度15km/h时的离心力大约只有50km/h时离心力的1/11。

3.3 采取相应措施减小挡肩的水平剪切应力,保证轨枕挡肩不损坏。

3.3.1采用强度较高S-2型混凝土枕和弹条一型扣件。

3.3.2合理设置相应外股超高,以抵消一部分由离心力产生的对挡肩的水平剪切力。

按超高计算公式H=11.8V2/R,把速度15km/h半径200米代入公式,得出计算超高14mm,现场超高可稍高于计算超高,一般按20mm设置。

3.3.3按规定设置轨距加宽15mm,保证机车车辆车轮正常的游间,减小轮对在小半径曲线上对钢轨的外挤力。

3.3.4加密每公里轨枕铺设数量,增加受力面积,减小剪切应力。

原木枕铺设根数为每公里1520根,换铺混凝土枕时按《广铁(集团)公司站专线整治标准》加密到1680根/km。

3.3.5安装轨距杆,使上下股钢轨形成一个整体框架,列车作用于上股钢轨的横向水平力,通过轨距杆传给下股钢轨,并通过扣件作用于下股内侧混凝土枕挡肩,使上股外侧与下股内侧混凝土枕挡肩共同承受扣件传来的横向水平力,减小上股外侧混凝土挡肩所承受水平力。

安装标准比照《铁路线路修理规则》木枕线路的标准,每25.0米钢轨安装10~12根。

通过以上几点分析,在货场小半径曲线上利用下道的S-2型混凝土枕和弹条扣件进行换铺,在技术上是可行。

4.经济分析
近几年来,由于正线轨枕标准逐步提高,正线更换三型枕后下道的二型枕也较多,共计已下道了近四万根S-2型混凝土枕。

随着P60无缝线路的逐步更换,下道P50的扣件也随之增多。

利用正线下道材料用于站线的设备升级,一是对资源进行再用,减少大修成本。

二是设备改造完后,大大降低维修工作量,节约维修成本。

4.1下道混凝土枕及弹条扣件更换木枕比新购木枕逐年更换失效木枕成本费用分析:利用下道枕更换木枕的费用平均65元/根(下道枕收集整修15元/根,更换及整理人工费35元/根,尼龙座大胶垫等15元/根枕),而购新木枕更换逐年更换需花费210元/根(购新枕180元/根,更换整修人工费30元/根),由此推算换枕大修节约费用22万元/km。

且据现场使用情况来看,新木枕的使用寿命为8年左右,而混凝土枕无特殊情况可以使用15年以上甚至更长。

4.2更换后维修成本分析:
4.2.1维修材料成本:从工区材料消耗及盘存表上统计,混凝土枕地段维修材料基本上都是油料、尼龙座和大胶垫,从2007至2008年混凝土枕地段每公里平均材料成本为1210元/km,略低于2006年木枕地段的1370元/km。

4.2.2维修人工成本:换铺混凝土枕后,维修人工工作量大大减少,约减少78%左右,按照维修定员换算,每年可节约人工工资3600元/km。

5.铺设后现场情况
从2007年起至2008年5月,陆续对沿线8个货场18条货物线的2.8km木枕更换了混凝土枕。

从近两年的运行及养路工区反映来看,情况良好。

5.1 挡肩及尼龙座情况:共调查了4个货场11条曲线,除有一个曲线因轨距杆连续失效两根处有一处挡肩破损外,其余未发现有破损情况,上股尼龙座失效率平均在5%左右.
5.2 轨道几何尺寸变化情况:换铺混凝土枕后,能持久保持轨道几何尺寸稳定的优越性迅速体现出来,从几个工区的旬检调查本上统计,更换混凝土枕后工作量较更换前下降了78%,尤其是更换失效枕及改轨距工作量减少最多,改轨距由原来每月改五六十钉减少到只有四五处,有的甚至基本不用改。

换混凝土枕后原来木枕地段常见的空掉板情况也几乎不存在了。

6.结论
利用正线下道的混凝土枕,更换货场半径小于300米曲线上的木枕不仅可以使资源再用,节约成本,而且在技术上是可行的。

更换混凝土后曲线线路质量比木枕线路提高了一个台阶,使货物线行车安全得到有效保障。

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参考文献:
[1] 王秀田小半径曲线铺设混凝土枕的实践[J]铁道工务,2000,(4):34-35。

[2] 徐峰尤凤池赵爱生加强线路薄弱环节适应提速需要 [J]铁道工务,2000,(4):1-2。

[3] TB10082-2005 J-488-2005 铁路轨道设计规范[S]。

[4] 铁运[2006]146号铁路线路修理规则及条文说明[S]。

作者简介:谭雄兵,男,汉族,1979年1月生于湖南望城,工作单位:广州铁路(集团)公司株洲工务段;职务:助理工程师;学历:大本;从事专业:铁道工务。