地铁小半径曲线的养护维修与病害整治

小半径曲线的养护维修与病害整治

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。曲线地段特别是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。

以上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。

当钢轨的磨耗速度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、正矢相对其它线路容易发生变化，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，并在其它因素的作用下，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。

从造成曲线病害的诸多因素分析，运营条件和轨道结构属于客观因素，在一定条件下不易改变。造成小半径曲线病害的最直接因素是机车车辆作用在小半径曲线上的附加力。曲线状态好，附加力小，对曲线的破坏就小；曲线状态差，附加力大，对曲线的破坏越大。因此，保持曲线良好的状态，减少机车车辆作用在轨道上的附加力，是延长曲线维修周期、降低维修成本的关键。

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。

每年根据春季测速资料，夏季结合综合维修对超高进行调整，特别对钢轨出现伤损异常的曲线要做重点测速。

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《修规》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，上股按规定加宽到０．４ｍ。

３．２强化小半径曲线技术细节

按《修规》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，或采取轨距杆与轨撑配合使用的方法加强。