论重载铁路岔区轨向不良病害的原因分析与整治探讨

安生兵

摘 要：该文主要介绍了天津市李港线重载铁路官港货运站，就原岔区木枕交叉渡线本身存在易变形、整体稳定性差、轨道几何尺寸难以保持等设备缺陷问题进行了探讨。为了彻底消除病害，确保设备质量、运输安全，结合轨道线路技术规范要求，在保证交叉渡线直向顺直和5 m线间距的前提下拨正直线，以适当调整正线曲线来抵消原曲线一端切线方向的改变量，从而达到由源头上直接根除岔区轨向不良病害的目的。通过此次实施整治线路病害得到了有效控制，并取得了良好效果。同时，形成了一套技术成熟的岔区轨向不良的病害整治方法，为今后在维修养管整治轨向不良病害的问题上积累了宝贵的经验。公司后续将计划对沿线轨向不良的病害问题安排整治，为西南环线开通创造条件。

关键词：铁路岔区 轨向 整治 安全

中图分类号：U21 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）06（c）-0047-03

在西南环线即将开通、电气化铁路投入运营前期，针对既有正线铁路长期运营形成岔区、曲线轨向不良的病害严重影响了行车安全与设备养护困难的问题，经过查阅相关存档技术资料发现，多年未对既有线轨向进行有针对性的整治，通过现场实地测量调查，将实测数据结合标准线型数据在CAD图上形成直观的平面技术状态对比图，确定轨向不良问题的存在范围与整治措施，将技术数据资料与组织实施整治技术方法等施工经验相结合形成可行性施工方案，并结合行车运营状况以及轨温情况确定封锁线路时间，以此综合考虑上报封锁线路施工计划付诸实施整治作业，经过整治线路轨向病害，从一系列的数据显示整治效果尤为明显。

1 岔区轨向不良病害形成的原因分析

1.1 因原设备本身缺陷而积累的病害

原既有线上的木枕交叉渡线为建设时期现场直接组装铺设，已经使用数年，木枕交叉渡线本身存在易变形特点，在列车反复碾压的作用下木枕交叉渡线几何尺寸逐渐变化，经过反复维修养护调整几何尺寸，原铺设时整体结构已被破坏，原线间距为5 m的木枕交叉渡线已全然不是建设时的状态，几何尺寸发生改变。

1.2 新设备与既有线几何尺寸不符

更新改造所更换的砼交叉渡线线间距为5 m，通过现场实地测设数据显示，既有线线间距为5.15 m，为了满足施工需要，施工时交叉渡线下行线因前方有一组单开道岔与邻线另一组单开道岔相连导致此线位保持不变，而交叉渡线上行线需要与既有线线位顺接上，则采取了调整交叉渡线上行线线位向外侧偏移8 cm，线间距由5 m变成了5.08 m，逐步顺接延伸至既有正线曲线头线间距逐渐变大至5.15 m，不但直接改变了交叉渡线线间距，还变相改变了曲线一端的切线方向，使交叉渡线至曲线头过渡段线型形成了不规则的折线，直接影响平面线型直顺性要求，间接地造成了曲线钢轨、道岔尖轨、基本轨及辙叉心作用边侧面磨耗以及钢轨低接头等病害的发生，极大地折减了设备使用寿命。

1.3 不规则线型病害引起连锁反应

因曲线一端切线方向被改变引起线型不规则，轨道受力不均衡，在列车反复碾压的作用下，直接影响着整个曲线的线型稳定，曲线线型在逐渐发生变化，为了满足维修作用要求，维修作业仅只调整局部轨道，线型得不到整体性的恢复调整，曲线线型因不规则反复变化也逐渐变得不平顺起来，形成长期的连锁变化，导致病害复杂难治。

1.4 人工维修作业局限性形成病害。

既有线路建设时期，路基填筑土质为普通黏土，建设标准不高，导致基床沉降量大，而既有线又为碎石道碴道床，人工捣固密实度不高，从基础至道床整体稳定性都很差。在重载列车的冲击下，线路易出现不均匀沉降，为了满足日常维修作业标准需要，维修作业仅只能依靠人工配合小型软轴捣固机捣固，仅局部范围调整沉降变化改善道床纵断面高低及轨面水平状态，难以直接恢复整体的纵断面线型及稳定道床的作用，从整体上看纵断面线型还是未得到实质性的恢复。因线型不平顺而导致列车运行时轨道受力不均衡，直接影響着线路出现不均匀的沉降变形，线路的稳定难以保持，致使线路轨道结构加剧变化。

2 实施病害整治的方法及过程

2.1 测设采集数据、数据计算、数据放样等前期准备工作

（1）对李港线上、下行正线曲线、交叉渡线、相邻单开道岔及其前后300 m线路按5 m步长分中标出线路中心线点位。

（2）在线路两侧设置控制点位建立任意坐标系。

（3）采用GPS-RTK测量技术直接对所有中心线点位进行采集坐标数据，形成能反映实地线型的高精度数据群。

（4）通过坐标数据利用展点的成图方式，在CAD软件中绘制实地线型平面图。

（5）通过原始图形，确定线型基准线。先对下行线交叉渡线及相邻单开道岔正线直向、曲线、直线线型实测数据进行线型拟合，拟合计算发现下行线线型平顺性基本符合设计规范要求，确定以下行正线为基线保持不变。

（6）结合数学模型与坐标法测量线型数据进行拟合计算，方法如下：①顺次求出通过连续3点的圆曲线半径及圆心坐标。②求各测点的曲率并初选曲线半径。③初选缓和曲线长。④绘制曲线。⑤优化计算求拨距值。

将计算得到的半径、缓和曲线长、圆心坐标作为设计参数，在圆曲线范围内，通过求出各点到圆心距离再减去半径值作为各点的拨距值；在缓和曲线范围内，将曲线长、缓和曲线长、半径作为参数，求出对应点的缓和曲线上各点的坐标值，并求出该点到对应测点的距离作为该点的拨距，求出的拨距值不一定满足要求，需要通过优化的方法求出最优解。

优化的目标函数：使各测点拨距的绝对值之和为最小或使各测点拨距的平方和最小。

约束条件：使各测点拨距的绝对值的最大值不超过一常数。

优化参数：半径、前缓和曲线长、后缓和曲线长。

优化步长：半径根据需要可取0.5 m或0.1 m，前缓和曲线长、后缓和曲线长可取10 m。endprint

优化步骤：第一，将求出的半径作为初始值，按优化步长的正反两个方向值对半径优化取舍，直至目标函数值满足要求为止。第二，将求出的初选前缓和曲线长、后缓和曲线长作为初始值，按优化步长的正反两个方向值对前缓和曲线长、后缓和曲线长进行优化取舍，直至目标函数值满足要求为止。第三，将以上两步求出的半径、前缓和曲线长、后缓和曲线长进行综合优化取舍，直至目标函数值满足要求为止。

通过以上优化后求出的半径、前缓和曲线长、后缓和曲线长即可作为设计参数值。

（7）考虑到交叉渡线结构的特殊性，只有在满足其线间距为5 m的前提下时，才能确保交叉渡线的线型结构得到控制。以交叉渡线下行正线直向为基线，以5 m线间距为控制垂线，使交叉渡线上行正线直向及其延伸线至正线曲线头过渡段直线平行于交叉渡线下行线直向，确定交叉渡线上行正线及其延伸线直线方向（即曲线一端的切线方向），然后通过实测数据拟合曲线另一端切线方向确定直线方向，并以设备台账原曲线半径、缓长等要素作为计算参数进行拟合，确定拟合调整结果以其满足拨道量最小为原则，所计算的既有上行线各测点与相对应的新拟合线各点位的偏移量即拨道量数据。

（8）在新拟合线上取得曲线要素，并以10 m为步长，分别取得各点位及曲线5个主桩点坐标数据。

（9）利用新曲线坐标数据，在现场对各点位进行数据测量放线定位、标出拨道量，并将新放线点位以引点的方式将各点位引至下行线钢轨非作用边做出标记，为拨道调整做准备。

2.2 线路调整施工作业方法及过程

（1）公司组织相关主要负责人召开现场分解布置会。

（2）根据制定的施工方案，对施工人员、机具、车辆等进行统筹安排、部署。

（3）根据线路封锁起止时间，制定出指导性强的专项施工进度控制图，并严格予以执行。

（4）结合线路调整长度情况，以公司董事长为现场总指挥，公司各部门负责人带队分成几个平行作业小组，每个小组由技术和生产负责人带队组成，各个小组承担各自管段线路拨移作业，拨移量卡控以各引点数据为依据，施工人员扒开拨移侧轨枕头部道碴以减小横向阻力，施工人员听从指挥、统一行动，组成齿条起拨道机联合作业组在道心向拨移侧方向同时拨移线路，拨移作业量以直至达到与各引点数据相吻合为准，人工目测轨道微调至圆顺，技术负责人负责复核各引点数据直至无偏差，生产负责人负责安排施工人员填碴、捣固、整细。

（5）大型捣固机作业组以新曲线要素为作业依据，根据大型捣固机作业特点由交叉渡线上行线直向向正线曲线方向作业，并以新确定的曲线头ZH点为超高设置起点，以曲线尾HZ点为超高设置终点，设置数据、操作大型捣固机对线路起拨道、捣固作业。

（6）大型捣固机作业完毕后与车站值班员联控撤出现场，人工恢复线路外观，施工人员、机具撤离现场，施工现场负责人查看线路，并与运输调度汇报施工情况请求开通线路，现场防护员撤除作业标志，车站驻站联络员填写消点手续并撤离，按施工作业计划要求开通线路，如有限速地段，限速牌根据施工计划要求设置直至恢复常速方能撤除、离开，确保线路恢复正常运营速度。

3 整治病害工作实施后的效果

经过对岔区交叉渡线、曲线、直线段的线型进行调整后，由技术员针对近几个月的监测情况来看，岔区范围的曲线钢轨、道岔尖轨、基本轨及辙叉心作用边侧面磨耗程度有了较明显的减缓，线路整体纵断面高低线型、平面直顺性线型从稳定性程度上得到了有效控制，既延长了设备使用寿命，又减轻了维修作业强度，同时也取得了一定的经济效益，最终保证了列车安全、平稳通过。

4 今后维修整治病害工作的发展方向

通过实施有效的整治工作后，鉴于整治病害工作起到了显著效果，公司积极组织技术人员，对管段内既有线轨向不良病害，尤其是车站岔区正线范围内的轨向不良病害进行了全面调查、研究，并根据病害出现的轻重缓急情况统筹考虑、酌情安排，制定了可实施的施工方案，陆续安排人员上报天窗修施工计划、组织开展施工整治前的准备工作，主要结合岔区道岔、曲线、直线等线路线型轨向不良的薄弱设备地段有针对性地开展了病害整治工作，力求在西南环线电气化铁路投入运营前完成整个既有线病害的整治工作，为即将运行环保的电气化铁路、列车提速、运输增量作足准备。在提升设备质量的同时，不断地追求提升维修养管施工作业技术水平，为公司在铁路轨道维修养管方面有更好地发展做出应有的努力。

5 结语

综上所述，经过一系列的调查研究，并结合既有线的实际现状，通过前期对既有线进行测量调查及后期组织实施整治等全过程工作的有机统一，将既有线测量数据与标准数据完美地结合在CAD图上完成了调整后的线型数据技术资料，将多年积累的施工整治方法与线型优化整治技术结合在一起，形成了一套完整的既有线轨向不良病害的整治施工作业技术方法，在李港铁路沿线70多公里的既有线路范围内付诸了实施，通过此次整治，线路轨向病害得到了根治，线路设备状态得到了有效提升，从此解决了长期存在的维修作业、大机捣固作业等养护困难和影响行车安全因素存在的问题，从源头上改变了既有不良線型引起的多种病害，从技术和经济层面达到了预期的良好效果，同时为以后的维修养护工作发展开辟了新思路。

参考文献

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