矿区铁路线路常见病害原因分析及整治方法

时间：2024-07-06

吴金哲

【摘要】目前，在我国矿区工作中，运输环节所选用的运输方式还是以铁路运输为主。虽然铁路运输的运输总量大，但是矿区铁路线路与民用铁路线路相比较为复杂，并且矿区铁路线路的安全性也不如民用铁路线路高。除此之外，由于地势环境等因素，矿区铁路线路的曲线与交叉线路较多，这也导致矿区铁路线路经常发生病害，因此解决矿区铁路线路的病害对于矿产资源的安全运输有着重大意义。文章分析了矿区铁路线路常见病害原因及整治方法。

【关键词】矿区铁路;病害原因;整治方法

【中图分类号】U216.4 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2019）05-0162-03

0 引言

由于铁路线路设备受力复杂，在机车车辆的动力作用下和风砂雨雪、冰冻等自然环境下，不仅会发生弹性变形，而且在不断地产生永久变形，永久变形逐渐积累，达到一定程度时，将大大降低设备的强度和稳定性，严重时威胁或危及列车运行的安全。线路设备的永久变形不可避免，它同运输强度（轴重、密度、速度）有着密切关系。在重载、快速线路上，列车对线路设备的冲击振动大，线路设备的永久变形的积累就快。矿区地势环境较为复杂，且在矿区铁路运营中，不得不采用一些特殊的结构设计（最典型的铁路线下采煤，下沉区线路）来便于运输列车的通行，但这些结构也使得铁路线路安全性降低。并且在增加铁路线路病害发生率的同时，也极大地增加了检修工作的难度。尽管矿区铁路线路复杂，病害的种类也比较多，但是仍需要相关工作人员根据不同类型病害分析病害原因，再针对病害类型提出正确的整治措施，从而保证资源运输的安全。

1 铁路线路组成部分及结构

在对矿区铁路线路常见病害原因进行分析前，需要先明确铁路线路的组成部分，并且了解各组成部分易发生病害的环节。下面将对铁路线路组成部分进行概述。

1.1 铁路线路的组成部分

铁路线路的组成部分除了正线以外，还包括了用来指定用途的站线、工务或机务等相关管理线路的段管线、通向其他方向的岔线等。在矿区铁路线路中，避难线也较为常见。

1.2 铁路线路的组成结构

铁路线路的主要组成结构包括道床、轨枕、钢轨、道岔、连接零件及防爬设备（如图1所示）。

道床的使用材料主要以碎石道砟为主，直接铺在铁路路基之上，轨枕则直接埋在道床中，道床起到固定轨枕位置，防止轨枕纵横向位移，承受轨枕传来的压力，并向下传递至路基面，常见的轨枕以钢筋混凝土为主要材料，通过中间连接零件把钢轨固定在规定的正确位置上，轨枕与钢轨接触面加装（铁或橡胶）垫板，从而在列车行驶过程中缓解列车给线路造成的冲击及振动。道岔的作用是引导列车从一条线路转向另一条线路。钢轨与钢轨、钢轨和道岔之间通过双头夹板和螺栓联结。列车在行驶过程中不仅会对线路产生纵向的压力，也会传递横向的压力，因此连接零件及防爬器、防爬撑等防爬设备就是抵抗纵横向压力的部件。

2 铁路线路常见病害类型及形成原因

在对铁路线路组成部分及组成结构进行概述后，下面将对各组成部分及结构发生的病害及原因进行分析。

2.1 铁路道口常见病害及原因

2.1.1 铁路道口下沉

由于矿区运输列车的装载量较大，列车总质量也随之增大，因此铁路线路所要承受的荷载过大，尤其是在铁路道口部位，受列车和汽车（特别是大吨位载重汽车）双重冲击、碾压，在经过长期使用后便会导致铁路道口下沉，这一病害现象如果不及时进行整治，便会导致道口轨面与两端无法在同一水平线上。如果不及时整治，使道口钢轨下沉过深，还会使钢轨由于受较大荷载而产生较大永久变形，甚至断轨、断枕，从而大幅度降低列车运行的安全性及稳定性。

2.1.2 混凝土预制道口板破损

铁路道口板是重要的铁路设施，它的质量直接影响列车能否安全通行。民用铁路道口板通常采用钢板作为主要材料，而在矿区铁路线路中，为了缓解列车给铁轨造成过大的荷载而采用混凝土预制板作为道口板。然而混凝土预制道口板经常发生破损的现象，极大地影响列车通行的安全。发生该病害现象的原因主要是由于在铺设混凝土预制道口板时没有完全将道口板与轨枕完全接触，由于道口板与轨枕之间存在缝隙，当重型运输车辆经过时，轨枕无法帮助道口板分担压力，从而使得道口板破损甚至断裂。

2.2 铁路道床常见病害及原因

2.2.1 道床板结现象

道床是铁路线路的重要的组成结构，道床的质量直接影响钢轨承受来自列车所产生荷载的能力。然而在矿区铁路线路运营过程中，车辆泄露的煤末、矿渣末等，风力刮入的尘埃和沙土，道砟本身的机械磨损，日常维护线路起道、捣固作业时人为因素等，造成道床的不洁率将逐渐增加，道砟孔隙逐渐被堵塞，阻碍道床的正常排水，形成道床板结病害。大幅度降低了线路的弹性，最终导致整个轨道下沉变形。

2.2.2 道床翻浆现象

道床翻浆现象即道床中的道砟往外翻泥浆，该现象通常出现在降雨量较大的矿区中，发生原因与道床板结现象有直接关系。由于道床没有经常清理，从而发生道床板结现象，在经过降雨后，雨水無法及时从道床中渗入地下，从而堆积在道床中，使得道床中的泥浆上升到道床表面，进而影响列车的通行安全。

2.2.3 道砟粉化现象

道砟粉化现象即原本为块状的道砟逐渐碎裂甚至变成粉末状。发生道砟粉化现象主要是因为矿区列车满载的情况下，长期进行运输，从而对铁轨产生较大的振幅，振幅通过铁轨传导到道砟，道砟在受到约为1 680 MPa的应力后，经过长时间风化，导致逐渐粉化。

2.3 小半径曲线钢轨磨损及原因

2.3.1 钢轨侧面磨损

钢轨侧面磨损是较为常见的现象，虽然将其归为钢轨长时间而发生的磨损现象，但也属于严重的病害现象。钢轨侧面发生磨损的原因主要是由于曲线半径不符合列车转向幅度，从而使列车在转向时，列车轮缘挤压铁轨侧面，久而久之钢轨侧面被磨损。

2.3.2 钢轨擦伤

钢轨擦伤现象并不是在铁路全线路中，而是集中于列车启动地段、小半径曲线地段及坡道地段。钢轨擦伤程度与擦伤地段的坡长、坡度成正比，与曲线半径成反比。钢轨发生擦伤现象的原因主要有以下几点：①在坡度较大的地段，列车需要加大车轮的转动频率，从而对于钢轨的摩擦力也随着增加，久而久之铁轨便会擦伤;②列车驾驶员操作不当，在有坡度的地段选择停车后采用冲坡的方式上坡，从而对钢轨造成擦伤;③铁路线路养护措施不达标也是造成钢轨擦伤的一个重要原因。

2.4 铁路单开道岔病害及原因

铁路单开道岔病害及原因如图2所示。

2.4.1 单开道岔转辙部位病害产生原因

转辙部位是单开道岔的重要组成部位之一，同时也是最容易发生病害的部位。由于该部位结构较为复杂，因此发生病害的原因也比较多，主要有以下几个原因：①主轨道的方向在修建时存在误差，从而导致以主轨道修建的分岔轨道也发生偏移;②转辙部位框架与列车转向跨度不相符，从而影响列车转辙速度，并对侧向轨道产生较大压力，减少轨道使用寿命;③转辙部位的螺栓孔和螺栓因为老化而产生缝隙，在执行变轨命令时，转辙器与尖轨之间无法完全同步运行，从而导致尖轨与基本轨道之间存在误差且轮缘槽小;④热胀冷缩是钢轨中常见的现象，在一些气候较为极端的矿区，单开道岔的转辙器也极易因为温度过低而发生形变。

2.4.2 单开道岔尖轨部位病害产生原因

单开道岔的尖轨部位是列车向分岔铁轨行驶最先经过的部位，因此要承受火车所产生的冲击力。由于矿区运输列车在满载的情况下质量过大，因此使得单开道岔尖轨部位最容易发生病害。其病害原因如下：①尖轨部位长时间受到列车冲击而发生形变或者横弯;②在尖轨的铺设过程中没有按照设计标准进行铺设，从而加大了尖轨所承受的冲击力，这也会导致尖轨进一步产生横弯现象。

3 矿区铁路线路病害整治方法

3.1 道口病害整治方法

3.1.1 采用整体道口

常见的道口病害有很大因素是由于道口组成并不是一体化，过多的结构也使得道口易发生病害，因此选择整体道口可以有效避免大部分道口病害的發生。在通过载重（汽）货车较多的10余处主要道路道口上，几年来，我公司在大修道口时，采用整体道口取代传统的道口结构，预制成型的钢筋混凝土作为钢轨基础，效果明显，避免了道口病害发生，延长了道口线路的使用寿命。

3.1.2 做好道口维护

道口使用普通混凝土铺面板时，为了加强道口的荷载能力，可以根据实际情况，在道口两端安装相应数量的轨距杆。道口设置上不应有钢轨接头，不能避开接头时，应焊接，道口排水必须良好。在日常维护时，应加强道口翻修捣固，保持轨道的轨距、水平、方向处于良好状态，从而减少列车行驶在道口部位时对道口的冲击力。

3.2 道床病害整治方法

3.2.1 选择合适的道砟

一些矿区铁路在施工时为了节省成本而就地取材，选择矿区开采出的残渣作为道床道砟，因此影响了道床的使用质量。为了避免病害发生，修建铁路线路时，要按照国家铁路设计规范中的规定执行，道床选用优质材料的道砟，确保道床的质量，为上部的铁路施工打下良好的基础。

3.2.2 定期清筛道床

泥土及粉状物是形成道床板结的主要原因，道床由脏污发展成板结，可使道床失去弹性，加剧轨道的状态变化和设备损坏，因此铁路维护人员应根据道床不洁情况，结合综合维修有计划地进行清筛，要不断补充新渣，保证道砟的厚度和道床断面要求，保持道床有良好的渗水性和弹性，防止道床板结现象发生。

3.2.3 做好排水和治理

预防道床翻浆的主要措施，即清筛道床，保持道床清洁，做好道床排水工作，如产生路基翻浆时可铺道床砂垫底，使用沥青黏土或石灰土做封闭层，防止地面水渗入路基土体，还可以在路基面上铺设隔水材料，防止地面水渗入路基土体或铺设渗滤布以防止路基面泥浆往上冒，对路基面翻浆严重的地段也可采用路基面换填三七灰土、石块加炉渣等办法治理。我公司李家寨车站由于地处膨胀土地段，排水设施不完善，线路局部翻浆下沉，严重影响行车安全。对该处线路进行整治，对不同的路段拆除线路，将线路下膨胀土换填三七灰土或石块加炉渣，并在股道中间修筑纵向排水沟2条及横向排水沟8条。整改6年来，该路段没有再受到病害的影响，效果明显。

3.3 小半径曲线钢轨整治方法

3.3.1 合理设计线路

在设计小半径曲线线路时，要根据实际的转向角度合理地设计轨距及曲线超高，为了增加曲线线路的稳定性及平顺性，可以根据转向角度对铁轨进行垫高，确保曲线线路的平顺。

3.3.2 修正轮轨接触面

修正轮轨接触面，要先对钢轨进行打磨，修正时要使外轮的滚动半径大于内轮的滚动半径，在增加轮轨横向蠕滑力的同时减小轮轨冲角，从而减轻对钢轨的磨损。

3.4 单开道岔病害整治方法

3.4.1 确保各部位的稳固性

单开道岔是铁路线路中较为薄弱的环节，因此确保各部位的稳固性是避免单开道岔发生病害的首要措施。对于螺栓、螺栓孔等部位进行紧固，并定期进行检修，对于发生腐蚀的部位要及时除锈，或者更换部件。

3.4.2 定期测量道岔

在对单开道岔进行检修时，要对轨距和支距等定期测量，防止由于列车行驶中对钢轨的荷载使得道岔几何状态发生变化，影响列车通行速度及安全性。对于状态发生变化的要及时进行微调或者更换，必要时更换混凝土枕道岔。近年来，我公司在李家寨编组站逐步把木枕道岔更换为混凝土枕道岔，稳定性良好，使运输条件得到了明显改观。

4 结语

本文对目前我国矿区铁路线路中常见的病害原因进行了分析，并针对各病害类型讨论了相关整治方法。加强矿区铁路线路的安全性，及时对病害进行整治，提高矿产资源的运输效率，对于我国矿业发展来说意义重大。