合金钢组合辙岔单根更换伤损轨件技术研究

时间：2024-08-31

杨志斌中国铁路上海局集团有限公司蚌埠工务段

既有线有砟轨道结构以其弹性道床及钢轨件结构构成其特有结构形式，轨道结构又分成区间轮轨结构及机车车辆转线所需的道岔结构，而道岔以其结构复杂，岔区轨道结构纵横向刚度不均匀分布及轨线中断、结构不平顺的因素，轮轨作用剧烈目。目前，在全路范围内，工务部门更换伤损辙岔时，都采取整组更换的方法，施工时间至少需要120 min（含钢轨焊接、打磨时间），另外，施工前准备、施工后旧料回收等工作非常繁重，需要提前将辙岔心运送至相关车站备料区，整个过程需要投入大量人力、物力及天窗资源，在已经繁重的运输与施工矛盾之间更加剧了运输计划的编排。综上所述，一种有效快捷的更换辙岔心的施工工法迫在眉睫，本文根据多年来现场探索，逐步形成一套行之有效的快捷的更换辙岔心的施工工法，以期对既有线道岔养修技术提供有益的思路。

1 新技术研究目标

（1）天窗资源运用目标：既有更换辙岔心天窗时间120 min（两个天窗）；新工法目标更换辙岔心天窗时间40 min～50 min（一个天窗）；

（2）劳力组织运用目标：既有更换辙岔心30人；新工法单根更换辙岔心8人；

（3）工法程序目标：既有辙岔更换：第一天窗推运轨料-第二天窗更换辙岔心-回收旧料；新工法单根辙岔心：在一个天窗内实施完毕。

（4）安全风险控制目标：更换既有辙岔心：人员及天窗资源运用多，安全风险因素多，安全防控系数高新工法单根更换辙岔心：单一天窗内，人员利用少，安全目标简易受控。

2 施工技术流程

根据合金钢组合辙岔的构造及辙岔心轨部位易出现伤损特点，采取单独对相关组件进行更换的技术，其主要施工流程：施工时拆卸心轨与岔跟水平螺栓及辙岔间隔铁水平螺栓，直接将伤损心轨取出，更换新的心轨，然后恢复各部位联结零件，经过专业专用仪器测量技术参数与设计技术参数比对，对新换心轨作用面、作用边进行轮廓修正，恢复心轨翼轨构造差，再对既有翼轨进行修磨，最后用粘合剂进行螺栓封口。

2.1 单独更换心轨技术在施工过程中存在的技术难点

针对单独更换心轨在施工过程中存在心轨水平螺栓难以拆卸问题。我段采取对已下道的合金钢组合辙岔进行解体试验，联系制造厂家共同确定施工最佳方案。最终确定只拆卸辙岔心轨部位的水平螺栓、岔跟水平螺栓、心轨与翼轨间隔铁水平螺栓，其他部位水平螺栓不拆卸，螺栓拆卸后，直接将心轨取出然后进行更换。但是存在以下2项技术难点：

（1）辙岔心轨水平螺栓不易取出。贝尔辙岔心轨与岔跟轨采取3根水平螺栓进行联结，且翼轨与心轨之间空间狭小，心轨松卸后水平螺栓不能正常取出。

（2）心轨间隔铁及心轨不易取出、安装。翼轨与心轨之间空间狭小，水平螺栓松卸完毕后，间隔铁及心轨不易取出、安装。

2.2 解决技术关键问题

2.2.1 辙岔心轨水平螺栓不易取出技术难题

在翼轨对应水平螺栓投影位置钻55 mm眼孔取出心轨水平螺栓。通过利用改造后的钻孔机在心轨水平螺栓对应的翼轨轨腰处钻3个55 mm眼孔，如图1所示，施工时卸3根心轨水平螺栓从翼轨轨腰对应钻孔处将水平螺栓抽出。通过报废岔心反复研究实验解决了在钢轨上钻大孔径圆孔问题，同时研究解决线上钻孔消除噪声、减轻钻孔机重量、压缩钻孔时间和通过钻孔效率问题。同时经过制造厂家对钻孔后翼轨强度进行检算，达到列车运行强度要求，该方案完全可以实施。

图1 翼轨钻眼示意图

（1）由于心轨与翼轨空间小，在钻孔机的前部研制快速卡轨器。利用杠杆原理研制快速卡轨器，研发新式控制钻头的轴承，使钻头孔经偏差在0.3 mm以内。

（2）研制新式功率大，体积小的静音电机。

（3）研制了数模结合的自动进刀控制装置，提高自动化程度。具体是钻孔机在使用前设置好进刀参数，钻孔机会自动按照要求进刀，自动进刀技术的使用减轻了职工的劳动强度，提高了工作效率，使钻孔工作轻松完成。

（4）技术参数：钻孔机钻孔范围，Φ9.8～Φ55 mm，电机功率 0.25 kW，工作转速 150 r/min，装、卸机时间 2 s～10 s。钻一个55 mm圆孔时间小于3min，孔经偏差±0.25 mm。钻孔机总重量15 kg左右。本机适用于P43 kg/m～P75 kg/m各种型号钢轨钻孔。

2.2.2 解决心轨间隔铁及心轨不易取出问题

经过反复试验，采取起道机与牙条压机配合使用，使得间隔铁及心轨能够正常取出、安装，如图2所示。具体使用方法：用2台起道机把曲股翼轨轨底抬到辙岔垫板扣件台以上，再用牙条压机撑开曲股翼轨末端，扩大翼轨与心轨之间的距离，依次取出 5、4、3、2、1 位间隔铁，然后取出心轨，安装时同样采取该方法。

图2 心轨拆卸示意图

3 现场应用需求

我段砼枕道岔岔心基本合金钢组合辙岔化，岔心伤损主要体现是心轨垂磨、掉块病害，该伤损发展速率快，由于心轨垂磨、掉块伤损下道的岔心占下道岔心75%及以上，针对岔心伤损更换，目前我段采取的是整组更换合金钢组合辙岔。整组更换方法弊端较多，且安全风险大。一是成本高，更换一只合金钢组合辙岔需要5万元左右；二是更换前需要轨道车运输，干扰正常运输生产；三是更换需要劳力多；四是安全风险大，钢轨焊接受自然条件及人为因素影响可能出现焊缝重伤风险、施工可能晚点影响正常运输、施工过程中可能发生人身伤害等。因此，研究一项更换安全风险小、更换成本低、不需要轨道车运输、不受自然条件影响的更换伤损岔心技术，是为现场解决养修实际问题且迫不可待的关键技术。

4 工法应用要点

4.1 新技术应用主要流程

合金钢组合辙岔单根更换心轨施工主要分为三个部分：一是通过利用改造后的钻孔机在心轨水平螺栓对应的翼轨轨腰投影处钻3个55 mm眼孔，松卸心轨水平螺栓，从翼轨眼孔位置取出；二是松卸其他螺栓，取出间隔铁，单根抽换旧心轨，换入新心轨，恢复螺栓；三是轨件打磨、螺栓封口。

（1）心轨水平螺栓对应的翼轨轨腰投影处钻眼。更换心轨施工前，提前利用维修天窗在3根心轨水平螺栓对应曲股翼轨轨腰处钻3个55 mm眼孔，施工时卸3根心轨水平螺栓从曲股翼轨轨腰对应钻孔处将水平螺栓抽出（图3）。

图3 拆除心轨水平螺栓示意图

（2）单根更换心轨。

第一步：拆除心轨部位扣件。松岔心范围曲股站螺栓及间隔铁水平螺栓，同时对间隔铁水平螺栓外侧垫圈编号。

第二步：用2台起道机把曲股翼轨起到辙岔垫板扣件台以上，用牙条压机撑开曲股翼轨，依次取出 5、4、3、2、1 位间隔铁（图 4、图 5）。

图4 取出翼轨间隔铁示意图

图5 拆除心轨后示意图

第三步：取出旧心轨，同步更换压馈胶垫，新心轨安装复位。

第四步：对水平螺栓全部更换为新螺栓。先安装1.2号心轨水平螺栓，再安装1.2.3号间隔铁及水平螺栓，然后安装4号间隔铁螺栓，后安装3号心轨水平螺栓，最后安装5号隔铁及水平螺栓，复拧螺栓，对所有水平螺栓防松粘合剂封口（图 6）。

图6 安装水平螺栓示意图

（3）心轨平面打磨。测量各部技术参数，根据测量数据与设计参数比对，对于不匹配的部位进行平面及作用边打磨，恢复设计技术参数，打磨后使用抛光。

4.2 技术标准要求

（1）通过测量翼轨垂磨3 mm以上不宜单根更换心轨。

（2）打磨后心轨、翼轨工作边无肥边、圆滑，轨面平顺、无凹陷。

（3）心轨平面打磨后用1 m直钢尺测量比对，υmax＞120 km/h 线路矢度误差小于 0.3 mm,υmax≤120 km/h 线路矢度误差小于0.5 mm。

（4）心轨组合拼接处无肥边且圆滑。

（5）查照间隔不得小于1 391 mm、护背距离不得大于1 348 mm。护轨平直部分轮缘槽标准宽度为42 mm，容许误差为+3 mm～-1 mm。辙岔心轮缘槽标准宽度为46 mm，容许误差为+3 mm～-1 mm。

（6）心轨、翼轨降低值达标。

表1 心轨、翼轨降低值

（7）水平螺栓扭矩1 200 N.m～1 250 N.m。

4.3 现场应用注意事项

（1）更换前组织人员对辙岔前后50 m站螺栓进行复拧，确保螺栓扭力矩达标，防止辙岔水平拆卸后，岔心出现位移现象。

（2）气温过高时，应安排人员对辙岔前后钢轨进行浇水降温，防止心轨水平螺栓及辙岔间隔铁水平螺栓拆卸后心轨位移。

（3）曲股翼轨钻眼时，利用弦绳准确测量，确定钻眼位置，确保心轨水平螺栓与眼孔在同一直线上，防止心轨水平螺栓不能正常取出。

（4）辙岔位置间隔铁及垫片拆卸后要进行编号，以便准确对位安装。

（5）心轨更换后一周内要安排对辙岔部位的水平螺栓进行复拧2次，确保螺栓扭力矩达标。

（6）更换同步对岔心进行全断面捣固，改善道床弹性。

5 实施效果

5.1 现场施工效果

2017年5至10月分别对新马桥站1.9#、唐南集站 8#、宿州站 8#、宿南站11.8.5#、西寺坡站5.11#道岔计9根伤损心轨进行单根更换施工。至今单根更换心轨后的岔心使用状态良好，动态偏差值由更换前最大水加0.11、垂加0.13，更换后降低到水加0.06、垂加无数据，另外人体感觉明显良好，增加了旅客列车舒适度。

5.2 经济技术指标

单根更换一根心轨与更换一只岔心节约成本约4.7万元。整组更换岔心需要支出成本6万元左右，一是购买整组岔心新材料1.6万元，二是动用轨道车送、收运输成本、汽车使用费等2万元，三是更换人工费用1.2万元，四是焊接用前后配轨材料费0.6万元，五是焊接费用0.5万元。单根更换心轨需要支出成本1.33万元，一是心轨材料费0.73万元，二是更换人工费用0.6万元（更换6人、防护2人、把关2人），其他无支出。