曲线病害（精选6篇）
曲线病害 篇1
1 概述
密东线是条由转业官兵在沼泽地上修建的, 由于受地理环境和建造成本的限制, 造成曲线多、坡道多, 特别是小半径曲线多, 16l公里正线共有曲线117 条, 半径不足350 米的曲线36 条, 半径小于300 米的曲线有7 条, 并有部分曲线设置在坡道上。 由于小半径曲线受力复杂, 轨距易扩大, 维修养护困难, 是引起晃车、危及行年安全的原因之一。
2 小半径曲线病害种类
密东线在全冈铁路网中是属于支线地位, 运量相对少些, 同时获得设备改造的机会就更少, 造成设备陈旧老化、基础不稳定、设备故障较多。 通过现场调查分析小半径曲线病害主要有:轨距扩大、钢轨接头支嘴、轨距变化率超限、曲线“ 鹅头”与反弯。
3 病害成因分析
3.1 轨距扩大
(1) 钢轨侧磨影响轨距扩大可达6- 10 毫米, 半径小于:300 米的曲线最大可达12 毫米。 钢轨侧磨值与曲线半径成反比, 与列车列数、牵引吨数、运行速度成正比。 在同等条件下曲线半径的大小是决定侧磨的主要因素。
(2) 曲线上股外口尼龙挡肩的机械磨损、挤碎、挤翻等造成曲线上股钢轨里口扣件与钢轨底边缘离缝, 使轨距扩大, 较严重地段静态轨距可增加3- 5 毫米, 动态时该数值还要大的多。
(3) 钢轨在列车通过时产生的外倾导致轨距扩大。 扣件的扣压力小足是钢轨外翻的主要原因, 根据轨道实验资料, 轮轨间侧向压力最大可达到10 吨, 通过对轨检车数值的跟踪分析发现:在曲线半径小于300 米曲线加宽为15 毫米, 单线超高为125 毫米的曲线上, 列车速度60 公里每小时, 轨距动态平均值可达到20- 24 毫米。
(4) 轨距挡板的锈蚀、机械磨损、变形等。
3.2 曲线钢轨接头支嘴
由于钢轨硬弯、道床道砟厚度不足、道床不密实、接头轨枕或扣件失效、接头螺栓松动、夹板变形或强度不足、轨缝不良、维修养护时作业方法不当等原因都能引起曲线钢轨接头支嘴。
3.3 轨距变化率超限
由于小半径曲线长期受到外挤和侧磨钢轨受力不均, 特别是有钢轨接头处和圆缓点附近, 由于车轮对钢轨的作用力的突然改变;外股钢轨侧磨和内股钢轨压溃不均等造成轨距扩大, 距变化率超限。
3.4 曲线“ 鹅头”与反弯
养护维修作业方法不当, 在小调整时习惯于上挑, 从而破坏曲线头尾的正确位置;使用简单方法计算拨道, 由曲线中间向两端拨道;设置的缓和曲线长度、超高及轨距加宽不和理, 道床不实。
3.5 综合病害
小半径曲线维修标准不高、设备陈旧、相对投人不足、曲线设置不合理, 设置在长大坡道上, 造成曲线上下股爬行不同步, 缩短了维修周期, 增加了维修量等等, 致使各种病害处理不及。
4 小半径曲线综合整治对策及建议
4.1 保持轨距
(1) 通过调整另配件来解决轨距扩大
轨距必须保持在规定的数值内, 如果过大很会造成列车的脱轨事故。 整治小半径曲线的轨距超限, 一是采用调整扣板的型号, 可改轨距l-2MM, 适用于扣板式扣件和弹条式扣件, 但操作困难。 二是使用加厚的尼龙挡肩改道, 每股可改2- 4MM, 适用于扣板式扣件、轨距挡板弯曲或磨损严重的地段, 该种方法作业人员少, 劳动强度小。 三是有计划地更换楔型胶垫, 可改轨距5- 8MM, 适用于整条曲线超高不足、轨底坡不良钢轨外倾并轨距扩大地段。
(2) 更换磨耗钢轨、减少钢轨磨耗来解决轨距扩大
对钢轨磨耗较重地段要有计划地进行更换, 减小轨距扩大。 对钢轨磨耗较轻地段要加强保养, 一是每年根据全年客货车实测平均速度, 检算设计超高, 并根据现场外股钢轨侧磨和内股钢轨压溃情况及时调整曲线超高。 二是及时修正轨底坡使轮轨接触面积增大。三是保持曲线园顺度, 定期检查从预防的观点出发, 治小治早。
4.2 加强曲线稳定
(1) 对改正轨距作业后, 及时加装轨距杆, 并适当增加轨距杆的数量, 每25 米钢轨最好安装15- 20 根轨距杆, 轨距杆直径应不小于28MM。
(2) 加强道床横向阻力, 曲线地段道床必须饱满, 特别是曲线上股外侧, 适当堆高对巩固曲线稳定效果显著。
4.3 曲线接头支嘴整治
(1) 补足道砟, 按规定加宽和堆高曲线外侧道砟, 把地锚拉杆安装在曲线外股钢轨水平位置上。
(2) 调换“ 支嘴”接头夹板, 矫直硬弯钢轨, 更换钢轨接头里外口夹板、 在曲线上股接头外侧, 里口接头内侧钢轨与夹板之间加入6- 9 毫米的开发丝胶垫。
(3) 在拨道作业中, 尽量避免上挑, 如必须上挑, 则采用拨动小腰带动接头方法进行拨道。
4.4 曲线“ 鹅头”与反弯的整治
(1) 用绳正法计算拨道量, 在曲线全长范围内拨道, 并适当预留回弹量。
(2) 在曲线定期拨道时, 在测量曲线正矢前, 要拨正曲线两端的直线方向。
(3) 合理设置轨距加宽、超高与正矢递减。
(4) l临时拨正曲线时, 不可从中间向两端拨道, 防止将作业误差赶到曲线两端。
(5) 曲线头尾处要保持足够的道床并夯实, 根据现场情况适当加设地锚拉杆, 用来解决曲线头尾经常变动。
4.5 进行设备改造
增加设备投入对小半径曲线集中地段进行全面测量、 重新设计, 在相对投入较少, 设计标准允许的前提下尽量优化原有曲线技术条件, 合理设置曲线半径, 规距加宽、曲线正矢和超高。 在条件允许的情况下, 成立专业拨道队伍、机械化工队对小半径曲线进行严格按照测量后的数据进行拨正。
结束语
密东线由于是支线先天不足, 后天改造不够, 因此造成小半径数量还是很多, 最小的半径290 米, 为保证行车安全, 减少晃车, 养护人员投入比直线、大半径曲线多出一倍的劳力, 但还不能达到预期的效果。 为保证行车安全, 提高运输效率, 降低成本, 减轻养护人员劳动强度, 应该从设计标准进行综合考虑。
摘要：结合实际, 针对密东线小半径曲线病害及整治进行了论述。
关键词：小半径曲线,病害,整治
曲线病害 篇2
1案例分析
以山东省的莱芜钢铁公司为例，历经数年时间的跨越式发展，目前公司所具有的人量的铁道线路已经人人增加到了接近一百多公里，拥有道岔将近300组左右。莱芜钢铁公司在地理位置上，地处山区，厂区内的铁路带有多曲线、小半径以及人坡度的特点，同时厂区内的铁道道岔很多，并且型号较小。整个厂区铁道线路当中的曲线、道岔以及轨接头常常被视为是铁路之中常见的几个关键薄弱部位。而整个的铁路维修工作当中，相当数量的工作又是围绕着整治以及确保曲线、道岔以及轨接头的状态等等相关工作进行的，可以说，这正是整个铁路维修工作的核心领域内容。为此，对曲线病害的整治也就是确保整个铁路曲线状态正常的最核心也是最根本的工作之一，不得不说整个的工作确实是带有一定的难度以及技术性的。
2曲线病害防治工作的必要性
如果发生了曲线方向问题、接头支嘴以及曲线钢轨出现了损坏等人量常见的铁路养路工作当中经常会遇到的一种病害，而之所以会产生此类的病害，究其原因而言，通常是会受到多重因素影响的，当然，由于原因的多样性，也就决定了对这些病害的整治同样应当从多个角度入手加以解决，并进行全方位的考虑，统筹规划。因此能够争取的对曲线病害发生的原因进行分析把握就显得十分的重要了，将直接的关系到此类问题解决方法的探寻，并且能否对原因形成一个全而客观地认知，将会直接关系到对线路状态的维护，对于回复以及保持铁路的正常运转的重要性，自不待言，除此以外还能够降低投入到铁路的建设维护当中的人、材、物等等成本消耗，如果不能形成对曲线病害原因的正确认识，则很有可能会由于病害的经常出现而带来反复的整修，从而耗费人量的时间以及物资成本等等，并且即便如此也无法达到理想的效果。本文将在下文之中对引发曲线病害的一些常见诱因进行分析，并针对性的寻找解决问题的出路。
3曲线方向存在问题的原因及应对策略
3.1曲线方向存在问题的原因
(1)拨道措施缺乏科学性常常是诱发曲线方向不良的重要因素，多数铁路工人往往在拨道的时候仅仅是依靠常年积累下的经验，仅仅使用眼睛进行估拨。这样简单的拨道方法假以时日就很有可能会造成误差的积累，甚至是出现曲线的头尾出现严重的方向不良问题等等。
(2)操作人员选择的具体养护方法不适当，在进行拨道的时候不考虑对水平以及高低的整治，没有留足足够的回弹量，铁路的钢轨带有硬弯，接头部位错牙，轨底坡不太一致，在拨道之前不轨缝，而在拨道之后有没有对道床进行及时的回填，造成捣固不够均匀。出现一系列的问题。
(3)铁路所用的材料未能发挥其应有的作用，其所铺设的枕术会出现损坏，底部的混凝土枕也会出现破坏，铁路沿线还有可能防爬设备不足，以及轨距杆也会出现问题，进而在此基础上出现了曲线方向上的巨人变化。
(4)铁路施工之后相关维修保障工作不够及时，甚至出现维修不是党的状况，引发了路基存水、铁路的路基翻浆冒泥甚至下沉等等一系列问题以及现象，特别是在桥隧的两头半填半挖的地方，常常会出现溜坍的问题病害，进而造成了线路的位移问题。
3.2整治方向不良的方法
(1)必须确保轨距以及水平不会出现错误。在关于铁轨的高度以及宽度进行设置的时候，应当严格的遵照基友的规定进行，做到线路的完全锁定，避免出现线路的爬行问题。及时对钢轨的硬弯进行矫正。一旦发现磨损过于严重的道钉或者垫板、扣件等等及时更换，如果出现不适当的轨底坡，则应当及时进行修正，对道床做好清理工作，避免出现翻浆现象，强化捣固，避免出现坑洼和其他的问题。
(2)保证正矢不超限，尽力做好曲线整力。尽可能地保证拨、改、捣三者的结合，对于整个的曲线我们要做好全而的考虑，以及如何保证协调。在进行拨道时应当考虑留下足够的回弹量。对于一些拨量相对更人、行车更加繁忙的路段，应当考虑使用分次拨道的方法，在每一次波动一小部分，在经过几次之后确保满足拨量的最终要求。当需要借助拨道器的时候，应当格外关注拨道器窝，以避免出现抬道，确保拨后正矢可以符合工程的基本要求。
(3)保证曲线的头尾圆顺。在我们调查测量现场以前，先就是把曲线两头的直线方向拨正，以防止其出现变弯，将曲线头和尾矫正到正确的位置，此处为求保险，可以借助合适的仪器，而后在进行实量正矢环节，进入到拨道作业的时候，建议采取从外到里的顺序进行，同时，确保小半径曲线的头尾位置应当维持一定的厚度与宽度，夯实道床。
(4)清理污物，确保路基足够干燥。对于路基两侧很有可能会出现妨碍排水的废弃物，所以我们要做好相应的清理工作，配置一些有效的排水设备，同时保证水可以畅通地排出，避免出现路基有过多的水等情况，同时还要对路基加以防护，以保证不会出现边坡溜坍等情况。
4接头支嘴产生的原因及调整策略
4.1钢轨的弹性以及硬弯问题
这种病害人多经常会在一些小半径曲线上出现，尤其是一些采用了相对式接头。除此之外，接头部位若是有道碴不足等一系列问题，将极有可能造成支嘴磨损的更快。
4.2接头支嘴的调整策略
(1)借助拨道，对接头支嘴进行调整，在支嘴处进行拨道的时候，常常可以借助间接影响法进行。比如将接头向外拨动时，可以拨两侧小腰，进而带动接头的移动。同样如需要向里拨小腰时，恰好相反操作即可。如此就能够很好的降低接头支嘴现象。
(2)避免在接头位置使用起道机做硬顶拨道。
(3)加强支嘴处的轨道联结，使轨道的横向运动得以调整。
5钢轨磨耗的原因和防治策略
5.1钢轨磨耗的原因分析
从客观上来看，使得钢轨磨耗严重的原因非常多，人多数还是因为曲线的半径过小，而机车以及车辆的轴重加人所造成的。此外，当下六轴机车的人量使用也人人增强了曲线的横向力，造成严重的曲线磨耗。另外如果线路状态并不好，也有可能加剧锅轨的磨耗状况。
(1)设置曲线超高时存在不当，铁路的轨底坡不够准确，造成钢轨容易出现偏载或者是轮轨之间接触的不正常现象，引发严重的钢轨磨损。
(2)曲线的方向不够圆顺，这有可能会造成列车就会开始发生剧烈的晃动，曲线的两侧超高在距离的递减上会出现不等，或者还会出现过人的顺坡率，很有可能使得列车出现强烈的震动或者摇晃等问题，引发钢轨的磨损。
(3)曲线状态影响钢轨的磨耗。常见的轨距超限或者铁路道碴缺乏，铁路线上地有空吊板等等，铺设的钢轨存在硬弯，以及某些防爬设备或者轨枕的联结零件不足甚至失效等等，都有可能加剧磨损。
5.2钢轨磨耗的防治策略
5.2.1总体流程
(1)保证曲线外轨在高度上超过适当，对行车的速度要有准确的估计。在平均速度的计算过程中，我们要遵照《维规》规定进行，至于曲线超高及时检算。
(2)做好轨底坡整正工作。及时检测钢轨顶而的光带是否处于中心线上，如果出现偏差，就表示轨底坡出现异常时，我们要及时修正。至于混凝土枕地段，我们要铺上坡形胶垫，对轨底坡进行调整，以确保车轮与钢轨之间有一定的接触，并保证钢轨顶而光带在轨顶的中心位置。
(3)确保曲线能够定期涂脂、涂油，这一手段可以人人降低对外轨的磨耗。
5.2.2增加曲线圆顺度减少钢轨侧磨
一般来说由于钢轨所具有的钢轨接头以及曲线的硬弯等等一系列因素，容易造成线路曲线不具备很好的圆顺度，由此就很有可能造成轮轨的横向力以及导向力发生变动，如果存在圆顺度不良问题，则很有可能就会加人钢轨的导向力以及冲角，造成钢轨上的人量侧磨点。通常情况下的钢轨接头部位迎车端在位于接头处人约3-6根轨枕的位置，常常会存在较为严重的钢轨侧磨问题，多数的侧模点距离人致为25米左右，可见钢轨的接头对于侧磨的作用程度。
所以出于减轻轮对震荡影响的考虑，应当适当的强化轨道结构的维修养护工作，增强曲线的圆顺度。表示的是我国京九线402km曲线的试验段上由于曲线的不够圆顺所造成的钢轨侧磨材料，分析可见，通常曲线正矢差与钢轨轨头的侧磨速率存在着正比例关系。
5.2.3使用合金钢轨及淬火钢轨减少钢轨侧磨
因为钢轨的类型相似，因此往往人运量的曲线线路上钢轨的轨头侧而磨耗速率相当人，极易引发针对损耗钢轨的比较严重的频繁更换问题。实践证明，对于降低曲线侧磨来说增强钢轨的强度是一个比较有效的措施。本文建议选择合金轨或者淬火轨，因为这两者具有很好的硬度与强度，两者对于增强钢轨的耐磨性作用十分明显，人人的延伸了曲线钢轨的使用寿命。
6结束语
曲线病害 篇3
关键词：无缝线路;稳定性;病害
一、无缝线路的稳定性理论
无缝线路，是将轨端不钻孔、不淬火的标准钢轨在工厂焊接成一定长度，然后运到铺轨地点，再焊接成1000m到2000m的长钢轨的铁路轨道。无缝线路最大的特点是它在结构上限制了钢轨的伸缩，当温度变化较大时，钢轨内将集聚较大的温度应力，进而可能造成轨道的膨曲，亦即丧失“稳定”。这将极大地威胁列车的行车安全。因此，无缝线路稳定性分析具有重要的理论与实践意义。无缝线路稳定性分析主要研究轨道的膨曲，即：胀轨跑道的发生规律，分析其产生的原因及主要影响因素。
影响无缝线路稳定性的主要因素有四个：即温度变化、初始平顺性、道床横向分布阻力和列车动力。首先，温度变化引起钢轨纵向温度应力，要保持轨道的稳定，轨道框架一般不足以抵抗轨道变形，正常需要道床的横向约束来保证轨道的稳定。但由于道床是由散体介质构成，道床结构易于发生变化，因而道床约束阻力受到削弱或被破坏是轨道失稳的直接原因。为保证线路稳定性，目前基本上采用Ⅲ型轨枕、Ⅱ型弹条扣件、优质道砟并保持足够的道床厚度、加大道砟肩宽和保持外股150mm道砟堆高、加轨距杆、上地锚拉杆等措施。
二、小半徑曲线无缝线路的稳定性分析
（一）小半径曲线无缝线路的稳定性加强理论。在小半径曲线上，由于曲线轨道实设超高与行车速度不相适应，车轮转向时，作用于钢轨上的附加横向力以及车轮进入或驶离缓和曲线时，对钢轨的横向和竖向冲击作用，使轨道产生变形。曲线轨道的变形，将导致列车在曲线上的摇摆，增加作用于轨道上的横向力，使曲线轨道变形加剧，形成严重的方向不平顺。小半径曲线无缝线路由于承受温度力、纵向力及横向分力，而横向分力又指向曲线外侧，即可能发生跑道的方向，到了高温季节很可能会引起胀轨跑道进而威胁行车安全。
小变形下，道床的横向阻力和轨道横向位移呈非线性关系。因此，小半径曲线无缝线路应采取一定的加强措施以提高道床纵横向阻力和轨道框架刚度来保障行车安全。
小半径曲线的变形曲线图，由许多单波组合而成。波长无规律，但基本上是呈现一个主半波，波长及矢度较大，两侧则为矢度及半波长很小的副半波。按势能驻值原理，在弹性原始弯曲矢度和塑性原始弯曲矢度及等效道床阻力均相等的条件下，曲线的轨道半径愈小，容许的计算温度力愈小，轨道的横向变形量较大。因此我们把曲线加强的重点放在半径小于400m的曲线上。
安装钢轨桩即是线路加强的一个有效措施。采用钢轨桩后，路基土摩擦力通过钢轨桩和拉杆与横向分力和离心力形成方向相反的近似的共线力系，这将有助于降低列车通过曲线线路时的离心加速度，使列车通过更为平稳。
三、小半径曲线无缝线路的病害整治
（一）小半径曲线无缝线路的病害分析。引起小半径曲线无缝线路病害的原因是多方面的，一般病害也是由多个条件共同引发的，病害和影响条件之间一般没有对应关系，只有主次之分，且大部分病害之间相互影响。
通过对造成小半径曲线病害的诸多因素进行分析，最直接的无疑是机车车辆作用在小半径曲线上的附加力。在同等运营条件下，小半径曲线无缝线路钢轨将承受更大的径向力。如果线路局部不平顺，将加剧曲线上股钢轨的磨耗和下股钢轨的压溃，钢轨的磨耗和压溃会减弱轨道的框架刚度并且会使线路轨距扩大，不但会加大其他零配件的磨损程度，而且会使该处不平顺程度加剧，使轨道状态恶化。因此，保持线路的平顺性，以降低机车车辆作用在轨道上的附加力，是延长小半径曲线维修周期、降低维修周期的关键。
（二）小半径曲线病害的整治措施。（1）调整好小半径曲线各部尺寸。1）有计划地整治小半径曲线范围内漫坑，及时消灭小坑。2）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监测。3）小半径曲线轨距易变化，需进行常态化调整以达到要求的轨距。
4）在小半径曲线拨正中，采用增加副矢点的办法控制曲线圆顺度效果较好。5）在小半径曲线养护中要注意缓和曲线的超高、正矢递减是否符合标准。6）小半径曲线范围内联结零件要经常保持全、紧、润、无失效，扭力矩符合《维规》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。（2）对小半径曲线进行技术加强。1）按《维规》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支撑配合使用的方法进行小半径曲线加强。2）在小半径曲线上铺设合金轨和Ⅲ型轨枕及相应的扣件。
结语：无缝线路的稳定性作用机理相对较复杂，本文通过借鉴无缝线路典型分析及自己的工务实践，对小半径曲线无缝线路作了简要分析，并得出了一些结论，同时对小半径曲线无缝线路的病害产生原因及应对措施提出了一些自己的见解，以供参考。
参考文献：
[1] 铁道部，铁路线路维修规则[M]，北京：中国铁道出版社，1997;
曲线病害 篇4
关键词：小半径曲线,钢轨,轮轨关系,打磨
0前言
近些年随着公司运量日益提升, 工务维修成本也相应增加, 一些小半径曲线钢轨往往达到通过吨数之前因重伤而下道, 造成成本增加, 目前我公司管辖普速铁路黎钦、南防、钦北、钦港线半径600 m以下小半径曲线57个, 占线路总长度425 km的6.37%, 这些小半径曲线养护约占用工务1/3养护时间。笔者认为对小半径曲线钢轨进行监测, 制定科学有效的方案进行修理, 这样既可延长钢轨使用寿命, 减低成本支出, 又可以减轻工区养护劳动强度。
本文对广西沿海铁路公司 (以下简称“公司”) 管辖内的小半径曲线进行监控, 笔者通过长期对钢轨的观测、分析, 认为:目前我公司所铺设小曲线钢轨的主要病害表现为小半径曲线上股钢轨侧磨异常、下股钢轨垂磨压宽形成凹槽、曲线下股钢轨波磨、钢轨磨耗区裂纹发展过块等。这些钢轨病害的存在给钢轨防断安全、线路日常养护的正常开展带来极大的困难。
1 钢轨的主要病害及产生的原因
1.1 小半径曲线钢轨侧磨异常
据观察曲线半径越小、车辆轴重越大、行车速度越高, 侧磨越严重 (如图1) 。严重的钢轨侧磨导致钢轨几何形态发生改变, 钢轨面变窄, 钢轨强度降低, 影响运营安全。
1.2 钢轨波磨严重
就目前我公司普速铁路工务养护, 其维修养护标准是参照速度<120 km/h日常作业要求进行常态保养, 确保轨道平顺性, 道床弹性、阻尼通过清筛换砟增强倒床厚度及饱满度, 下股砟肩堆高、夯拍是通过定期大机捣固作业进行, 日常维修对道床弹性等在保养重视程度上有欠缺, 造成小半径曲线波磨病害发展过快过多导致钢轨重伤 (如图2) 。笔者分析认为产生钢轨波磨的因素有:轨道弹性、阻尼、机车车辆及其走行部结构特性、曲线半径、轮轨之间的粘着系数及轮轨蠕滑力特性曲线、轨道不平顺等, 而这些恰恰是影响波磨病害的关键因素, 而在日常维修保养时考虑过少。
1.3 曲线下股钢轨压宽, 形成凹槽
沿海公司铁路网基本为单线, 业务以货运为主, 主要从沿海港口发往全国各地, 基本下行为空车, 上行为重车, 造成在单线上下行速度相差较大, 因此对钢轨下股磨耗影响较大。造成下股轨枕切压、胶垫压溃、铁垫板外口磨耗等原因, 使下股钢轨外翻, 进而改变了原有的轮轨接触关系。将先出现下股钢轨压宽 (如图3) , 如不及时处理将出现凹槽导致钢轨伤损下道。
1.4 钢轨磨耗区裂纹发展过块
钢轨踏面斜裂纹是铁路线路曲线钢轨的典型破坏现象, 属于滚动接触疲劳裂纹伤, 钢轨斜裂纹不同于以往的鱼鳞状剥离裂纹, 一般不发展成剥离掉块, 裂纹萌生后沿钢轨作用边呈45°角 (如图4) 。裂纹发展到一定程度后, 便快速扩展成大尺寸横向疲劳裂纹, 直至钢轨发生横向折断, 严重危及行车安全钢轨踏面斜裂纹多数发生在曲线外股钢轨的内轨角处、曲线内轨顶面外侧、车轮轮缘根部和车轮踏面尾部。
2 消除和减缓钢轨病害的措施
2.1 合理设置超高
随着运量的增加, 机车的类型、牵引重量以及电气化改造, 笔者认为超高设置应该每年及时进行重新核算, 通过综合运量、列车速度以及轮轨关系等计算出合理超高。
从计算理论上可以采用曲线通过理论和NUCARS动力学仿真分析软件, 建立车辆曲线通过动力学仿真分析模型, 从理论分析超高设置、轨底坡对磨耗指标的影响。根据仿真分析结果, 优化出小半径曲线参数合理设置。曲线超高和轨底坡是对小半径曲线钢轨磨耗最直接的影响因素, 可以通过NUCARS动力学仿真建立不同超高、速度和轨底坡对比模型来对曲线超高、轨底坡对轮轨冲角、横向力、磨耗的影响来进行分析, 可以综合得出合理曲线参数。
2.2 合理设置轨底坡
一般来说, 轨枕的轨底坡为1∶40, 然而在小半径曲线采用此坡度设置正确与否, 需要对其进行数据监测和对比分析。参考铁科院实验模式, 轨底坡调整量一般在曲线下股进行调整, 而上股仍保持1∶40轨底坡, 因此, 在外力不变情况下, 当轨底坡由1∶40增加到1∶20时, 横向水平力可减少3.6%, 竖向垂直力增加2.9% (车辆运行安全系数K=垂直力/水平力) 。因此, 适当增大轨底坡, 将减轻钢轨上股侧磨 (见表1) , 也将增加钢轨的稳定性, 此外, 加大轨底坡, 还可以使轮轨接触点靠近轨头中央, 进而减轻轨头上圆角的应力集中, 缓和轻钢轨侧面磨耗和剥离。
mm
合理设置轨底坡, 简易算法是根据光带调整轨底坡。光带在钢轨中轴线以内表明轨底坡不足;亮光带在钢轨中轴线以外侧说明轨底坡太陡。调整的方法是测出光带偏离钢轨中轴线的距离, 按下式计算出合理的轨底坡, 然后进行调整 (见表2) 。
轨底坡=X/H
式中X—亮光带偏离钢轨中轴线的距离;
H—钢轨高度。
m
由表2统计可见, 半径R=400 m圆曲线部分的轨底坡应设置在1∶15左右, 缓和曲线部分的轨底坡应设置在1∶20左右。现场试验也说明了这点, 具体的调整方法为:在既有1∶40轨底坡的铁垫板下垫坡度为1∶24或1∶20的楔形胶垫。
2.3 合理安排钢轨打磨
定期对钢轨打磨, 不仅能消除和延缓钢轨波磨, 同时也可以消除钢轨表面的接触疲劳层, 防止钢轨剥离等病害, 据铁科院研究资料表明, 钢轨打磨可延长钢轨使用寿命50%~100%, 打磨的经济效益较为显著。公司在日常保养中仅利用普通砂轮进行打磨, 消除飞边、接头低塌等, 没改善轮轨接触关系, 笔者建议采取预防性打磨、曲线轨头非对称打磨及修复性打磨等相结合的办法。
新铺线路钢轨在铺设后通车前或则在钢轨病害发展初期一般考虑进行预防性打磨, 对钢轨面打磨可消除钢轨表面的原始不平顺, 释放钢轨表层在加工过程中形成的残余压力, 有助于延缓钢轨波磨、侧磨等病害的形成, 对侧边轨距头打磨, 可以消除飞边以及飞边旁边斜裂纹, 防止进一步发展成为钢轨内部核心而导致直接断裂。
曲线轨头非对称打磨使轮轨接触面增宽, 减少轮轨接触点的斜向摩擦, 从而增大轮缘与钢轨的侧面磨耗, 减轻的斜裂纹的形成, 如图5中A和B表示钢轨打磨前后轮轨接触点, C-C为打磨区域, 理论上打磨后使轮轨接触点从B点移到A点, 由1个点变为A与A’的接触。在钢轨打磨车打磨时, 建议在小半径曲线对轨头进行曲线轨头非对称打磨, 而对小半径曲线钢轨日常性打磨, 尽快配置数控仿形打磨机, 及时消除病害, 以便延长钢轨寿命。
对波磨达一定程度的钢轨进行修复性打磨, 可消除钢轨波磨, 恢复轨面的平顺性。由于波磨钢轨的存在可激化轮轨振动, 加剧轮轨垂向力波动和轮对的粘滑振动, 构成波磨的恶性循环, 要中断钢轨波磨的这种恶性循环过程, 应减缓钢轨波磨的发展速率。
2.4 合理安排钢轨涂油
轮轨相互作用的摩擦力基本可分为二类: (1) 轮轨踏面上的摩擦力; (2) 轮缘与钢轨轨头侧面间的摩擦力。在保证轮轨踏面间必要粘着力的前提下, 通过涂油使轮缘与钢轨轨头之间形成油膜, 以降低轮缘与轨头作用边的摩擦力, 达到减缓轨头侧磨的目的。在线路钢轨涂油过程中, 一方面由于轮轨接触关系和油脂等原因, 造成钢轨表面细微鱼鳞伤损随着油脂的增加而向轨面深层发展成小掉块, 而鱼鳞伤损存在给探伤、防断工作带来极大压力, 另一方面笔者认为涂油机无法保证油全部在钢轨轨头作用边, 我公司2012年已经在南防线、黎钦线安排车载钢轨涂油器定期对钢轨涂油进行实验一段时间, 由于考虑轮轨关系不够充分, 车载钢轨涂油器细节技术掌握不够细致, 在钢轨整个面涂有油脂且部分线路油脂涂抹不均匀特别在小半径曲线, 因此列车又因为小半径曲线上运行受到此影响, 造成机车车轮空转, 擦伤钢轨, 钢轨波磨、侧磨明显加剧。据统计涂油前小半径曲线一季度平均侧磨值0.7 mm, 涂油后二季度平均侧磨值1.1 mm, 停止涂油后一季度钢轨侧磨上升57.1%, 建议小半径曲线采用人工钢轨涂油机涂油确保涂油工作科学性。
3 结束语
曲线病害 篇5
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
曲线病害 篇6
随着曲线钢箱梁桥的大规模使用,各种病害也随之发生,易发生安全事故,在社会上产生恶劣的负面影响。因此分析独柱墩曲线钢箱梁桥的常见病害,查找病害成因,采用相应的加固维修措施,整治曲线梁的现存病害,是十分必要的[2]。
1 工程概况
某立交桥G线匝道桥采用六跨钢箱连续梁桥,桩号为G13～G19。桥梁跨径为24.4 m+25 m+50 m+50 m+40 m+32.912 m。桥型平面图及横断面如图1所示。桥梁结构形式:上部结构为六跨钢箱连续梁桥,单箱3室;下部结构为圆柱形高墩及钻孔灌注桩基础。部分桥跨位于半径为R=85 m的平曲线上,部分桥跨位于半径R=2 000 m的竖曲线上,桥面纵坡0.3%～3.5%,桥面横坡为1%～2%,由钢箱梁的顶板自倾而成。该桥的一个边跨和一个次边跨为变高度梁,其余各跨均为等高度梁,梁高变化范围为0.95～1.50 m,按二次抛物线变化,是一个典型空间钢结构曲线。
2 病害类型
2.1 梁体位移
经现场实测,梁体发生了严重变位,实际位置偏移原设计位置位移量较大,各墩梁体位移量见表1。可知梁体径向位移最大值发生在G17墩,最大位移量为11 cm;切向位移最大值发生在G15墩,最大位移量为7.5 cm;扭转位移最大值发生在G15墩,最大位移量为1.37°(向外扭转)。
2.2 支座破坏
梁体发生位移后,各墩顶的橡胶支座均有不同程度的剪切变形和脱空。G13和G19墩顶内侧支座轻微脱空;G14、G15和G18墩柱支座剪切变形严重。
2.3 墩柱倾斜
在桥墩墩身上布置测点,分别采用垂线法和全站仪对墩柱垂直度进行测量,发现桥墩存在倾斜现象,各墩柱倾斜量测量结果见表2。可知,采用垂线法和全站仪测量墩柱的倾斜量取两者的平均值作为各墩柱的最终倾斜量。切向位移和径向位移的最大值均发生在G16墩,分别为59.0 mm和47.5 mm。
2.4 桩基承载力安全系数
根据原设计图纸和地质资料对桥的桩基承载力进行复核,计算结果见表3。可知,桩基承载力的安全系数为1.01～1.46,承载能力虽满足要求,但安全系数较小,桩长富裕量不足。
2.5 桥墩裂缝
桥G13～G19墩身都产生了裂缝,裂缝位置多发生在桥墩内侧,G15桥墩裂缝最为严重,裂缝最大宽度达到0.23 mm,深度5 mm。
2.6 伸缩缝破坏
由于主梁发生位移,G13和G19墩顶的伸缩缝均已完全破坏。
3 主要病害成因分析
3.1 梁体位移成因分析
造成梁体位移主要有以下3点原因[3]。
1)支座系统设置不合理。从整联桥的受力性能分析,上部结构所承受的扭矩不能通过G14～G18独柱墩单点支座来承担,而是通过G13和G19桥台处的双支座抵抗扭矩。中间墩采用单支座,梁体抵抗水平力作用较差,桥台处双支座抗扭性能很弱。
2)温度变化引起的横向累加位移。在温度变化长期作用下,曲线梁体因两端约束较大,中间部位在平面内缓慢向外侧移动和转动,升温时侧向位移为△1 (朝圆心外),降温时位移为△2 (朝圆心方向),在降温时,由于重力分力作用,△2<△1,如此循环,整个梁体不断向外移动。
3)车辆离心力作用。曲线梁桥由于温度变化在梁端产生了横向变形,在运营时汽车离心力也是指向外侧,并且产生主梁向外弧方向翻转的扭矩。在汽车动荷载反复作用下,梁体在横向的变形不能完全、及时地恢复,随着时间的延长而发生累计,从而使梁体发生横向位移。
3.2 支座和伸缩缝破坏成因分析
随着上部梁体的扭转和横向位移,支座发生了脱空和剪切变形等病害,伸缩缝也随之破坏。
3.3 桥墩倾斜成因分析
桥墩倾斜主要有2点原因[4]。
1)施工过程中,施工质量较差,测量精度不足。
2)在横向荷载作用下,桩基础产生挠曲变形,桩顶约束较小,桩头水平位移较大,从而导致桥墩倾斜。
3.4 桩基承载力安全系数较小成因分析
由于原设计荷载等级相对较低,且桥位于交通繁忙路段,车流量及车辆荷载均较大,通行车辆以大型拖挂车为主,超载现象严重,桥梁的实际通行荷载可能大于设计荷载,导致桩基承载力安全系数较小。
3.5 桥墩裂缝成因分析
桥墩裂缝主要有两点原因。
1)温度变化的影响。
2)混凝土收缩与徐变的影响。
4 加固维修措施
4.1 梁体复位和支座更换
梁体的变形和变位十分复杂,在3个方向6个自由度均存在不同程度的变形和变位,因此梁体复位对于桥梁加固工程非常关键[5]。主要包括:顶升梁体→梁体平移→调整坡度→更换支座→落梁就位步骤。具体顶升流程见图2。
4.2 支座系统重新布置
原桥G14～G18墩顶采用单支座,G13和G19桥台处采用双支座,拆除所有破坏的支座,同时为了提高整联钢箱梁桥的抗扭能力,将G14～G18墩顶单支座更改为双支座[6]。确保结构安全,方便施工,提出3种改造方案。
方案1:在墩柱上钻孔,安装钢承托,再安装支座(见图3)。
方案2:在墩柱上钻孔、植筋,并在原墩柱顶部浇筑混凝土盖梁,在盖梁上布置双支座(见图4)。为保证新增盖梁和原墩柱紧密结合,采用后张预应力筋施工方式。预应力筋采用直径为32 mm的高强精轧螺纹钢筋。
方案3:在墩柱上钻孔、植筋,增大墩柱的尺寸,使墩柱尺寸满足放置双支座的要求,在其上安装支座(见图5)。
对比方案1、方案2和方案3,方案3由于加宽了墩柱,恒载增加较多,同时也限制了桥下净空,影响正常通视,故不选用;而方案1和方案2简单可行,不存在以上弊病,增大了桥梁的抗扭能力,消除了倾覆的安全隐患,同时对原墩柱破坏较小。方案1与方案2的选取应考虑桥梁地理位置、结构形式以及施工技术水平等因素。
4.3 桩基础加固
针对桩基承载力安全系数较小、桩长富裕量不足的问题,采用以下2种方案对桩基加固补强,提高桩基承载力。
方案1:锚杆静压桩加固方案[7]。将锚杆和静力压桩结合形成桩基,原基础或桩基加固承台及上部结构传递来的重量作为压桩反力,通过压桩设备,将预制桩压入地基土中,然后封桩使静力压桩与原基础或承台连成整体,让新旧桩基共同承担上部使用荷载,达到提高桩基承载力和减少结构物沉降的目的。锚杆静压桩加固桩基所需空间较小,施工简单方便,对原桩无破坏作用。主要包括压桩和封桩2种施工工艺,具体工艺流程如图6和图7所示。
方案2:增补桩基加固方案[8]。在桩基础的周围补加钻孔桩,通过扩大原承台或增加新承台,将承台与桩顶连接在一起,使墩台的压力部分传递至新桩基,以此提高基础承载力,增加基础稳定性。为了确保基础加固的效果,增补桩基后,可在基础中预埋压浆管,对地基进行压浆处理,增加桩身侧摩阻力和桩底端承力。为使上部荷载由墩身很好地传递给新建承台,在新建承台与既有承台接触范围内,将原承台凿成锯齿状剪力键,设置钎钉;或采用植筋法连接新旧承台,通过植入的钢筋承接和传导弯矩及剪力,使新旧混凝土形成有机整体,达到扩大原承台尺寸的目的。
增补桩基如图8所示。为使新旧承台紧密贴合,在新旧承台相交处预留15 cm厚度的后浇带,新承台混凝土浇筑完成后,待混凝土强度达到要求后,将2个YBD100-15扁形千斤顶置于新旧承台间预留15 cm空隙内,千斤顶同步给油,待每个千斤顶顶升力达到设计荷载时,在预留范围内压注微膨胀水泥浆。
压力注浆前先用钢模板密封凹槽周围,顶模四角处预留4个直径2 cm的注浆圆孔;密封完成后,从压力注浆孔压注微膨胀水泥浆,待4个小孔均有水泥浆持续溢出时,方视为灌满。
5 结语
曲线梁桥受力复杂,病害成因多种多样,不仅有桥梁本身构造的问题,还与结构受力分析、温度和外荷载影响密切相关。本文以独柱墩曲线匝道桥为依托,分析曲线桥易发生的病害,查找病害成因,探讨了针对不同病害加固维修的措施。
1)独柱墩曲线桥采用单支座支撑上部梁体易产生位移,进而引发支座和伸缩缝破坏,设计时应综合考虑离心力和温度的影响;独柱墩曲线桥支座的选取、预偏心的设置以及支撑体系的布置都应加以注意。
2)针对独柱墩曲线桥产生的病害,经分析提出加固维修方案以供选择,为此类病害桥梁的加固改造提供参考依据。
3)独柱墩曲线桥结构型式简洁,受力复杂,设计时应综合考虑多种因素,运营期间应及时检查,发现病害,认真分析其成因,采取切实可行的加固措施。
参考文献
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