针对通霍线开行重载列车的无缝线路设计与稳定性研究

耿文忠

(沈阳铁道勘察设计院有限公司，沈阳 110013)

1 既有线概况

通霍线位于内蒙古自治区通辽市和兴安盟境内，南起大郑铁路的通辽站，经由通辽市、科尔沁左翼中旗、扎鲁特旗、科尔沁右翼中旗，终点至霍林河站，既有线全长416.6 km。通霍线是东北路网的重要组成部分，是东北西部地区一条主要的铁路支线，也是内蒙古自治区的一条主要煤炭运输大通道。

既有通霍线为单线I级铁路，限制坡度4‰～6‰，内燃牵引5 000 t、部分开行1万 t及2万 t组合列车，到发线有效长850 m、部分车站1 700 m及3 500 m。

该线为煤运通道，2008年既有货流密度已达4 301万t，目前开行旅客列车2对，货物列车21对，能力紧张。

既有线大部分地段铺设区间无缝线路，钢轨类型主要有60 kg/m、65 kg/m，大多为2003—2006年铺设的再用轨。轨枕大部分为69型混凝土枕，有少部分Ⅱ型枕，每公里铺设1 840根。道床采用二级碎石道砟，厚度0.45 m，顶宽3.3 m。

存在的薄弱环节为钢轨状态较差，轨道框架刚度不足，道床厚度不足等，已不适应开行重载列车的需要。

2 扩能改造工程概况

2.1 设计货运量及列车开行方案

本线设计年度区段最大货流密度2020年为7 300万 t，2030 年将达到9 000万 t。

增建二线扩能后本线通过能力紧张的局面将消除，运输组织方式采用开行5 000 t列车和10 000 t组合列车;近期开行客车5对、货车40对，远期开行客车6对、货车45对。

2.2 采用轨道类型

有砟轨道，采用60 kg/m重型轨道标准，按铺设区间无缝线路设计。

钢轨采用60 kg/m长钢轨;轨枕采用Ⅲ型钢筋混凝土枕，每公里铺设1 667根;弹条Ⅱ型扣件;道床采用一级碎石道床，顶面宽度为3.4 m，砟肩堆高15 cm。

3 开行重载列车对无缝线路设计参数及稳定性的影响

3.1 对最高轨温的影响

1万t及2万t重载列车，在轨道上高密度运行以及频繁制动对钢轨温升有一定影响。通过近年来开行重载列车后对轨温的检测，夏季在长大坡道及进站前频繁制动地段，钢轨踏面不断吸收车轮制动和启动引起的摩擦热能，并向钢轨轨腭、轨腰、轨脚、轨底传递，致使钢轨全断面温度升高，再加上重载列车大轴重、长大列车在坡道上的运行致使轨温升高较快。数据表明，1万t重载列车致使最高轨温，较该地区的最高设计轨温升高约3.5℃，2万t列车升高值则达到7.4℃。

该线扩能改造后重载列车采用开行1万t列车的运输组织模式，因此，将无缝线路设计参数中的最高轨温较地区最高设计轨温增加3.5℃。

3.2 对轨道横向稳定性的影响

通霍线重载运输采用组合式重载列车，即将两列普通列车用首尾相接的方式连挂在一起，本务机车分别挂于列车的头部和中部。在重载、高速运行下，由于列车制动的不同步，导致轨道框架受到横向冲击，容易造成轨道横移，影响重载无缝线路的稳定性。

3.3 加大钢轨磨耗对稳定性的影响

钢轨伤损对无缝线路的稳定性存在一定影响。通霍线运量逐年增加，加之钢轨更换之初多为再用轨，状态较差，曲线钢轨上股侧磨是伤损的主要类型之一。据统计，半径800 m以下的曲线钢轨上股半年后出现12～16 mm的侧磨，需实时监测并及时更换。

4 无缝线路设计

4.1 无缝线路类型及设计参数选择

采用温度应力式区间无缝线路。

根据线路所在地理位置，设计最高轨温按照通辽地区最高轨温选取为58.5℃，再根据开行重载列车对最高轨温的影响上调3.5℃，采用62.0℃;最低轨温采用-33.9℃。

扣件、有砟道床设计参数，以及计算轨道稳定性和强度的有关参数，按照轨道设计规范选用。

4.2 无缝线路设计

4.2.1 锁定轨温

根据地区气象条件，经无缝线路检算，确定锁定轨温范围为14℃ ～24℃。

4.2.2 轨条布置

在长轨条与道岔之间设置缓冲区，缓冲区采用2～4根60 kg/m长25 m标准新轨(含厂制缩短轨)，无缝线路长轨及缓冲区钢轨的连接，采用接头夹板和高强度螺栓。螺栓扭矩力保持在700～1 100 N·m，伸缩区的长度根据计算确定，本线采用75 m。

4.2.3 其他计算及设计

首先，采用标准公式法计算轨道稳定性，确定允许温升;其次，计算由轨道强度决定的允许温升和允许温降;再根据确定的锁定轨温及锁定轨温上下限进行预留轨缝的计算。

5 保证无缝线路稳定性的措施

5.1 影响无缝线路稳定性的主要因素

影响无缝线路稳定性的主要因素，是温升幅值、初始不平顺、轨道框架的抗弯刚度和道床横向分布阻力等。开行重载列车对温升幅值有升高的影响，对轨道框架的横向冲击及道床横向阻力的要求，较普通列车要严格一些。

5.2 保证无缝线路稳定性的措施

5.2.1 合理确定锁定轨温

根据开行重载列车的特点，增建二线及改建既有线新建无缝线路地段，应结合重载铁路最高轨温升高情况合理确定锁定轨温;对既有锁定轨温不明、不准、不匀的既有线路要及时放散，并重新锁定。

5.2.2 保证轨道初始平顺

铺设无缝线路前，尽可能矫直长轨条的初始弯曲，保持线路方向顺直，使各项几何尺寸偏差值小于保养限值。

5.2.3 保持轨道设备状态良好

针对开行重载组合列车制动不尽同步对轨道横向冲击增大的特点，保持轨道设备的良好状态尤为重要，要做到轨枕有效且尺寸方正，扣件齐全并保持良好状态，按照要求安装防爬设备防止线路爬行，道床饱满肩宽及堆高亦应满足要求。

5.2.4 精心养护、高标准维修

严格维修和养护作业标准，施工作业安排应符合无缝线路作业条件。开行重载列车增加曲线钢轨上股侧磨，钢轨损伤对无缝线路的稳定性影响较大，因此，对曲线地段钢轨磨耗需加强监测并进行及时更换。

破底清筛、拨移线路、起道及更换轨枕等地段严格按“三温”(即作业前、中、后测轨温)安排施工，杜绝超温作业。

人工清筛严格按无缝线路作业轨温条件进行，逐孔倒筛，严禁超长作业，清筛后做好补砟及稳定道床工作，严禁清筛后不补砟、不捣固、不整修。

区间无缝线路严格掌握锁定轨温，按规定观测位移。综合维修与经常保养地段加强道床夯拍，有效控制无缝线路位移变化。

6 结语

货运重载化是铁路技术的发展方向，开行重载列车是提高铁路通过能力的一项重要措施，势必将在路网各繁忙干线中陆续推广。开行重载列车对铁路各项技术设备提出了新的要求，特别是列车直接作用的轨道设备必须满足开行重载列车的各项需求。深入研究开行重载列车对无缝线路稳定性的影响因素，对合理确定无缝线路的设计参数和保证其稳定性的措施是十分必要的。

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