永煤矿区铁路小半径曲线病害分析及整治

闫伟民

永煤股份有限公司铁路运输处， 河南永城 476600

0 引言

永煤矿区铁路地处黄淮冲击平原，村庄、河流众多，线路绕村跨河，曲线多、半径小，桥涵多，自然条件差，线路设计基建标准低，路基断面不标准，线路坡度随地面起伏，道床厚度不足150mm，造成道床排水不良，翻浆冒泥严重，线路几何尺寸难以保持。矿区共有曲线32 条， 其中半径在600m 以下的曲线有7 个，最小半径400m 的有4 个，最大坡度8‰，近几年来，随着永煤矿区经济效益的快速发展，煤炭运输量也随之迅猛增长。而主要用于运输的各条线路长期处于高负荷运营状态，尤其是线路上的小半径曲线，受当初设计速度关系影响、以及养护维修方式、牵引动力改型等原因，出现了曲线外股钢轨侧磨加剧、伤损掉块、正矢偏差超限、线路前后高低不良、连接零件松动等病害，这样不仅给养护维修带来许多困难，而且增加了运营的成本，影响铁路运输安全。

1 曲线设备现状

目前，永煤矿区铁路小半径曲线钢轨表现为轨面侧面磨耗、波浪性磨耗及接头部位钢轨变形掉块等病害，尤其是鱼鳞伤掉块好侧面磨耗，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、正矢相对其他线路容易发生变化，尤其是线路正矢误差偏大、轨距变化快等病害相当普遍。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，如无轨距拉杆和地锚拉杆加强设备，在列车通过时，小半径曲线连接零件容易松动，如果没有得到及时紧固或更换失效扣件，很容易造成夹板裂纹、螺栓折断、轨枕立螺栓拔出、木枕道钉浮离、轨距杆折断、尼龙座损坏、挡肩破损等病害。

2 整治实例

矿区铁路青永线DK2 公里曲线通过量大，线路变化快，集中体现了以上病害，可以说是矿区小半径曲线的典型代表，对研究和解决该曲线的养护维修与病害治理问题意义重大。

2.1 曲线要素：

曲线长：K1.768—2.432 664.33m；

曲线半径：400m；

缓和曲线：50m；

曲线超高：55mm；

其中K1.990 处跨度86m 中型梁桥一座（界洪河桥）。

2.2 病害统计

1）K1.00—1.200m 间路基边坡大面凹凸不平、裂缝、路肩宽度不足；

2）道床脏污板结、厚度不足300mm；

3）轨枕环裂、桥上木枕失效；

4）钢轨表面鱼鳞伤掉块、肥边达3mm 以上，下股钢轨凹陷、碎裂；

5）曲线正矢误差超限、前后高低不平顺；

6）钢轨缺乏润滑；

7）扣件尼龙座挤坏，胶垫压溃、窜出。

3 原因分析

1）路基问题主要是基建设计标准低、没有按照铁路路基有关规范进行设计施工，其次是在自然雨雪影响下，路基边坡自然滑坡、坍塌造成，另外村民占用坡角取土耕种也是造成边坡不稳定的原因之一；

2）道床板结主要原因是石渣厚度不够，没有达到300mm要求，经十余年运营，石渣在列车作用下与道床土壤反复碾压，形成板结；

3）该曲线轨枕经过多年使用，出现螺栓孔裂纹、螺纹道钉松动现象，影响轨枕使用；界洪河桥上木枕经抽验，失效率大40%，大多为木枕腐朽、不能持钉，木枕开裂，弯曲，无法保持轨距；

4）钢轨表面鱼鳞伤掉块，该曲线设计时按速度70km／h计算，超高设置为55mm，没有考虑曲线处于预告信号机内方，直缓点距离最近的201#道岔仅260m，由于车站是交接站，进出矿列车必须停车进行交接，几乎没有通过列车，也就不可能达到设计速度，实际造成过超高，由于向心力的作用，导向力减少，但转向架在小半径曲线运行时，转向架前轴外轮轮缘紧贴外轨引导转向架沿曲线运行，而后轴则在向心力作用下向曲线内侧移动，从而增大了轮对与钢轨的冲击力，对钢轨侧面磨耗不利。经过查阅有关资料表明，对于欠超高与过超高对曲线钢轨侧磨的影响进行过大量的试验研究，在现场建立了不少试验段进行了长期观测。根据实测的钢轨磨耗资料的分析表明，设置适当的欠超高对减缓钢轨侧磨是有利的，因此重新设置超高是解决钢轨侧磨掉块的有效方法；

5）曲线正矢超限也就是曲线不圆顺，部分地段曲线的半径不一致，列车在通过曲线时，由于存在正矢误差，车辆轮对沿钢轨左右摆动，形成钢轨的不均匀磨耗，即影响钢轨使用寿命，更不利于行车安全。曲线的不圆顺也可以说是轮轨之间产生横向力的源泉。此外钢轨接头处的支嘴和钢轨硬弯引起的曲线圆顺度不良，对钢轨轨头的磨耗影响尤为严重。要保持钢轨接头附近的侧磨均匀，有必要消灭“接头支嘴”，加强线路养护，确保接头夹板螺栓扭矩达到标准要求；

6）钢轨缺乏润滑；因该曲线处于进站区段，如果钢轨涂油不当，易造成列车在进站时轮对滑动摩擦系数减少，制动距离延长，有安全隐患；列车在出站时又会造成动轮打滑，提速困难，严重时有可能擦伤钢轨，因此暂不考虑进行钢轨涂油；

7）连接零件类问题主要是轨距拉杆、胶垫、尼龙座受力不均造成，当超高不足时，钢轨受列车向心力作用，向上股方向横移，扣板将外力传递给尼龙座，而尼龙座系塑料制品，无法抵御强大推力，发生变形挤坏，同时又拉坏轨距拉杆；当过超高时，列车重量分布在曲线下股的重量要大于上股，造成下股钢轨磨耗，凹陷，胶垫压溃、窜出。

4 整改方案

对矿区小半径曲线进行全面调研，根据设计的曲线要素正确测定曲线位置、长度，经过计算重新确定曲线主要标桩点的位置，正确测定现场正矢，全面拨正线路。对路基边坡进行砌筑片石来加固，通过调整超高、消灭空吊板、锁定线路等整修方式对曲线进行彻底全面养护维修。同时深入探索分析其状态的变化规律，强化小半径曲线技术管理细节，保持其良好的技术状态。

5 实施步骤

1）对界洪河桥两侧路基边坡进行砌筑片石加固，加宽路肩不小于0.6m；全面更换失效、毁损轨枕，保持联结零件完整齐全；对曲线进行起道、捣固作业，消灭空吊暗坑，清筛接头泛白石渣，更换变形夹板、压溃胶垫；

2）锁定线路；根据行车密度增加轨距杆和安装地锚拉杆的方法，防止线路爬行，上股轨枕外侧加宽道床，石渣堆高并夯实；

3）进行测速、合理设置超高

该曲线目前已限速30km/h、结合工务人员添乘观察和回放列车录像证实，列车通过该曲线速度：最小为15km/h、最大为29km/h，匀速递减或递增运行。

一昼夜列车次数：经咨询处调度室每天24 小时通过列车大约为12—15 列；计算设定为14 列。

各类列车重量：一对列车按50 辆计算约为5600t，7 对为39000t。

经过计算得出外轨超高为：H=11.8u²／R（平均速度设为25）

=11.8×25²/400=11.8×1.5625=18.4375mm

若以30km/h 计算，超高为26.55mm，

经过现场查看线路几何尺寸、钢轨磨耗及尼龙座挤压情况，结合国铁技术人员建议；调整曲线超高为30mm；

4）曲线方向整正

测量曲线正矢，进行拨量计算；但由于该曲线中有一座桥梁，因而对桥梁中线和线路中线进行了测量，发现二者误差达70mm，必须进行调整，但是这样曲线正矢调整量加大，我们采取了先将桥梁中线和线路中线误差消除掉，并使桥上线路正矢调整在允许误差内，然后固定桥上各正矢点、调整桥梁两侧的曲线正矢，达到曲线圆顺。

6 结论

通过应用以上治理方法，观察线路变化情况，曲线圆顺度，线路横移、爬行、曲线外股钢轨不均匀磨耗等病害整治效果明显，证明此次治理有效提高了该小半径曲线设备质量，延长了钢轨使用寿命，降低了养护维修成本及工作量，保证了运输生产安全。