铁路工程常见病害分析及预防整治技术

铁路工程常见病害分析及预防整治
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本人郑重声明：所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得研究成果。

尽我所知，除了文中特别加以标注的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果。

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目录
1.风沙对铁路的危害 (4)
2.混凝土轨枕常见病害 (5)
3.钢轨接头病害 (6)
4.参考文献 (8)
铁路工程常见病害分析及预防整治
一、风沙对铁路的危害
风沙对铁路的危害类型大体可分为路基吹蚀和线路积沙两种。

当风力达到起沙风而作用于路基时，沙植被风吹扬带走，产生路基风蚀。

风蚀过程中形成的风沙流不断地撞击地表，继续将沙粒扬起，纳入运动的气流之中，使风蚀过程逐渐扩展；另一方面，路基本身又是风沙流运行的障碍物，导致风速降低，在线路上形成旋涡，丧失其前进速度，所携带的沙粒在线路上沉落，引起线路发生积沙现象。

（一）产生风沙危害的原因
铁路受风沙危害的原因：有自然因素和人为因素两个方面。

在自然因素中，主要是风和沙源。

风是引起风沙危害的动力，丰富的沙源是形成风沙危害的物质基础。

人为因素是指人类活动破坏了线路附近的植被，以及工程技术措施采用不合理而引起的沙害。

我国大部分沙区均以西北风和偏西风为主，流动沙丘通常以摆动前进式向前移动，植被比较稀疏的半固定沙丘和轻质土地遭受强烈的风蚀作用。

同时，通过风沙地区线路的两侧，广泛分布着大面积流沙、固定和半固定沙堆、戈壁、沙质干河床、平沙地、沙荒及沙质草原等，沙源极其丰富。

这就是造成铁路沙害的根本原因。

一般说来，风沙对铁路的危害，主要在流沙地区或天然植被不足以控制风沙活动的轻质土壤地区，显然是自然因素起主导作用。

但是在固定沙丘和植被较稠密的沙质草原地区，有些地段的线路沙害也十分严重，这就是人为因素起主导作用。

在这些地区，往往由于不合理的开垦、放牧和打柴等人类活动，破坏了天然植被致使流沙再起，引起沙害。

这是应该特别注意防止的。

在施工过程中，由于破坏现有天然植被面积过大或者取土、弃土不合理，又未及时采取防护措施，也是人为造成线路沙害的重要原因，必须引起注意。

为了防止铁路沙害，在靠近路基附近设置防沙栅、树枝条高立式沙障或挡沙墙及聚沙堤等是十分有害的防沙措施，这种措施在短期内效果显著，但这正是在线路附近造成流动沙堆的条件，一旦积沙埋没障碍物时，就成为危害线路的沙源。

有人称这种防护措施为“引狼入室”，使线路造成舌状沙害，对线路威胁最大。

（二）防治风沙的措施
防治铁路沙害需要从预防和治理两个方面着手。

首先，应尽量把线路通过地区沙害的潜在威胁减少到最小程度，并注意不使沙害的范围扩大；第二，在发生沙害地段，本着因地制宜，因害设防的原则，积极采取工程措施、生物措施和化学措施治理。

因此，铁路沙害的防治工作是贯穿在选线、施工及运营等各个阶段的，每个阶段都不应忽视，龙其是运营阶段，防治沙害是保证列车正常运行的主要任务。

下面分几个主要部分叙述。

(1)选择合理的路线
在风沙地区修建铁路，正确的选择线路是防止铁路沙害最有效、最经济的措施。

①选择沙害威胁最轻地段。

②使线路通过起伏不大的沙丘地段、使线路由沙区内的古河道及山前平原的潜水带边缘通过。

③力求使线路通过植被较好的固定沙丘及半固定沙丘。

④将线路选择在沙丘体的上风一侧，将线路选择在沙区间沼泽地或草垫子地的下风侧。

⑤使线路与当地主风向平行，尽量避免弯道。

⑥少占耕地。

(2)路基本体防护
风沙地区的铁路路基，容易遭受风蚀，尤其是路堤的路肩部位风蚀最重，而且踩踏变形。

路基本体防护的原则是根据路基本体遭受风蚀为主的特点，因地制宜，就地取材，以达到不受风蚀的目的。

一般有下列措施：截砌碎卵石、路肩栽砌片石、平铺卵砾石、加宽路面、黏土包坡、泥糊抹面、铺草皮砖等。

(3)线路两侧防护
①铺设防护带，合理确定防护带的宽度。

②机械沙障固沙，一般采用高立式沙障、平铺式沙障和草方格沙障。

③植物固沙。

二、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，内轨枕在设计、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。

（一）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。

（二）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。

三、钢轨接头病害
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，养路工区几乎无法应付。

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。

石碴没有翻白之前，约每月保养一次，石碴一经翻白，几乎每周都要保养，石碴溜塌的接头甚至每两天就要保养一次，接头病害发展到这种程度之后，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。

（一）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。

（二）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。

参考文献
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