地铁道岔尖轨线型复核及矫正

张士德

（上海地铁维护保障有限公司工务分公司，上海 200233）

1 道岔尖轨线型不良问题的现状及危害

1.1 尖轨线型不良的现状

地铁道岔是地铁列车实现交路折返、存车、进入库区的重要轨道设备。道岔转辙器是实现道岔转换功能的基础设备，它是由尖轨与基本轨及各种连接零配件组合而成[1]。一般尖轨线型不良是指尖轨纵断面竖向、水平向形状不符合设计要求。道岔转辙部工电结合部联检联整标准：尖轨尖至第一连接杆处尖轨与基本轨离缝不大于1 mm(外锁闭道岔不大0.5 mm)，其余部位不大于 2 mm；尖轨藏于基本轨轨头下颚的竖向间隙设计为 3 mm。由此可见，尖轨竖向偏差不宜大于2 mm；与基本轨靠贴部水平向偏差≯2 mm(尖轨尖至第一连接杆处≯0.5 mm)；尖轨自由状态平面位置须满足靠贴基本轨不反弹，撤离后不复贴。

因多种原因造成尖轨线型不良现象较为普遍，例如 2016年上海地铁因伤损、磨耗等原因先后更换 60根尖轨(曲尖轨49根)，而上道新尖轨存在线型不良38根，占比 63.3%，尤以曲线型尖轨居多(36根)，占曲尖轨更换总数的73%。

由于目前缺乏对尖轨线型复核的重视程度和缺少有效的检测复核手段，在更换作业时只能随带弯轨器以作应急之用，实因变形复杂、气温低、时间紧张等不利因素而无法矫正时，只得另行更换新尖轨。2016年也曾发生5起因尖轨线型严重不良而无奈重新更换，3起因作业时间超时影响了正常消点。

1.2 尖轨线型不良的危害

尖轨竖向不良表现为“翘头或拱腰”，导致尖轨“藏尖”困难，发生卡阻甚至无法靠贴；水平向(平面线型)不良造成尖轨与基本轨离缝超标及尖轨自由状态平面位置不准，出现“贴不上、撤不开”的现象而产生尖轨“弹性”，从而不仅会增大转换动力，同时还会产生动力不均、弹性过大、解锁困难、锁闭“框动”、勾头卡阻等现象[2]。其后果为轻则增大通号转辙机械的作用动力，恶化转辙设备的工况，缩短其设备的使用寿命；重则转换无法到位、道岔失去表示，使道岔丧失转换功能。

由于尖轨线型不良而造成密贴调试困难、转换弹性过大等问题时，工务只得采取应急方法以求临时性满足通号技术要求，先保开通使用，待日再整，使通号设备处于“亚健康”状态。由此，曾多次发生因锁闭构件损坏、“缺口”改变、勾头不落槽等引起的道岔故障，双方就责任归属而起争议，影响到日后道岔维护管理工作。另外，当尖轨因伤损或磨耗超标进而更换时，由于作业时间十分有限，一旦出现线型不良，处置不当很容易影响次日头班车发车，打乱运营秩序。

2 道岔尖轨线型不良成因

线型不良成因可从人、机、料、法、环、测等诸要素对尖轨从制造至使用的全过程加以认真分析，以制定相应对策，这里可归纳为以下几方面。

2.1 制造、验收的流程和规定执行不力

无论是生产制造还是验收把控，人的因素始终占主导地位。如何加强管理，严格遵循规范、流程，崇尚敬业精神是不可或缺的。目前在数控铣削工艺和厂内固定检测台检测的条件下，技术上应该可以避免出厂质量不符的情况，但不能排除流程、规定执行不严的人为影响。如由于尖轨具有细长杆件和数控铣床本身卡具的特点，不可避免会出现尖轨的局部硬弯及偏心，这将会使加工的尖轨线型产生偏差。同样作为进货单位由于道岔类型繁多、检测手段有限，一般只凭目视检测复核，这对曲尖轨来讲只能是流于形式，起不到有效复测把关的效果，为现场使用留下隐患。

2.2 装卸运输不规范

一根尖轨从出厂到现场备置要经历多次装卸和运输，其间如果规范执行不严，在吊装、卸过程中由于两吊钩(绳)位置不合理，加上起吊速度不均，产生瞬间加速度，使尖轨线型发生变化；运输途中多层尖轨叠放时垫木位置不合理同样也会造成下层尖轨线型变化。该现象在地铁基地往现场运送时尤为突出，有章不循、野蛮作业时有发生。

2.3 垫放不合理

目前地铁备轨有基地和现场两个存放阶段，由于随意错叠而造成倾覆、垫木间距过大，在长时间自重作用下也会发生变形[3]。通常由于现场空间条件苛刻，这种现象尤为突出。“垫放合理”只停留在概念上，对垫木间距及位置等没有量化要求。

2.4 维护不到位

由于维护欠缺，直、曲基本轨在尖轨靠贴的直线段存在方向(硬弯)或基本轨位置、弯折点不准，尖轨和基本轨组合连接使用的间隔铁、提供尖轨自由段抵抗横向力的顶铁产生磨损及顶靠不实，尖轨在横向力频繁冲击下会随之发生线型变化。另外，道岔滑床板的平整度不良、尖轨及基本轨的“飞边”、两尖轨连接用的拉连杆长度偏差等也会影响到尖轨线型的良好保持[6]。

3 尖轨线型现场检查复核

3.1 尖轨纵断面竖直向线型检查复核

对于直尖轨，现场一般采用“弦线测量法”和“水准仪测法”检查复核，由于曲尖轨线型为小半径曲线，故不宜采用弦线测量法。在仪测时必须确保尖轨水平放置(加垫校正)，水准尺底部需加装特殊尺垫(减小测尺底部与轨顶面的接触面)以提高测量精度，同时要掌握各类型道岔的尖轨顶面纵坡段的降低值(见表1)。

表1 尖轨顶面纵坡降低值[5]Tab.1 Vertical slope reduction value of the rail top surface

3.2 尖轨纵断面水平向线型检查复核

就直尖轨而言，可以借用直线轨道方向检查的方法[6]。而曲尖轨的平面线型复核一直是困扰工务轨道维护人员的难点，现有的“支距法”和“现场参考法”皆存在各自的弱点。“支距法”由于理论基线(切线)难于定准和测量繁琐而基本不采用；“现场参考法”是指采集线上道岔同类型尖轨的数据作为参考，因其操作简便深得现场维护人员运用。但当既有道岔框架存在偏差时，极有可能出现误判，在整治道岔几何尺寸偏差时，往往牵连到尖轨线型的重新矫正，因而该法只能说是治标不治本。

为此，本文借鉴直尖轨复核原理，重点介绍操作简便、根治变形的“一弦矢距法”来检测曲尖轨线型偏差。为便于说明，以 60-1/9单开道岔(图号：STBGJ-030501)为例。

首先根据相应的道岔铺设加工图掌握尖轨长度(10 680 mm)、导曲线实际起点位置(距尖轨尖端2 256 mm)、导曲线半径(上股作用边半径200 717.5 mm)等要素，见图1。

图1 尖轨要素示意Fig.1 Schematic diagram of switch factors

其次建立曲尖轨作用边直角坐标系模型：曲尖轨线型分为直线段、曲线段两部分，在尖轨尖后2 256 mm处相切于o点。建立以直线段为x轴、切点o为原点、过原点的垂线为y轴的平面直角坐标系，见图2。

图2 直角坐标系模型Fig.2 Model of Cartesian coordinate system

计算各测点矢距：自尖轨尖a点(0号点)向尖轨跟b点沿纵向实量间距为1 m的各测点(10～11号点间距为0.680 m)，并在图2直角坐标系中分别计算各测点坐标，a至b测点的连线即为弦线位置，建立ab直线方程，从而利用点到直线距离公式可分别得到各测点矢距。例如第10测点(d点)矢距f10计算：第10测点距尖轨尖端为10 m(尖轨纵向实长)，即离导曲实际起点(坐标系O点)7.744 m，该点在圆弧上，其坐标值如下计算，见图2。

得第10测点(d点)坐标为(7 742.08，-149.37)，同理尖轨跟b点坐标计算得(8 422，-176.75)，a点坐标为(-2 256，0)，ab直线方程：

式中：176.75、10 678、398 745.74分别为该直线方程系数A、B、C。

各测点理论矢距值f理见表2。

矢距法复核曲线型尖轨时须保证尖轨处于自由状态，目视尖轨无硬弯或小方向，否则须预先矫正，确保目视直线段平直、曲线段圆顺。

从上海地铁11号线迪士尼站11#道岔(60-1/9单开道岔(图号：STB-GJ-030501))的实践效果看是十分有效的，见表2。

表2 各测点矢距复核结果Tab.2 Review result table of each measuring point of curved rail

由于预先掌握了尖轨的线型情况，针对1～4号点范围的曲率偏小实施了增大曲率矫正，使其误差控制在1 mm以内，更换当天作业非常顺利，新上道尖轨与基本轨竖切密贴符合规范。

4 标准尖轨线型的保持或矫正对策措施

4.1 制造、运输、备置环节对策措施

首先要重视人为因素的影响，紧抓流程、规定的执行力度，坚持质量标准，做好各环节的把控。同时在实践的基础上，不断总结完善流程、规范。

在尖轨制作环节密切注意铣削编程的插补数量及位置、顺逆铣和出刀线路的选择[7]；鉴于尖轨的密靠特性应适用负偏差，使尖轨实际轮廓线向非工作边偏移；铣削前必须预矫轨件，避免因局部硬弯导致轨腰偏心[8]。

严格执行到货验收制度，积极采用“一弦矢距法”等有效检测手段，有条件可增设固定检测台进行复核。

认真执行起吊装、卸标准，杜绝野蛮作业。垫木布置须合理稳固，尖轨刨切段间距不宜大于2 m、全断面段≯3 m，垫木顶面须保持同一高度(垫层调整)。轨件叠置时上下垫木必须在同一铅垂线上，并确保尖轨竖立放置。

4.2 维护环节对策措施

日常维护时，加强基本轨线型及平面位置的检查、纠缺，及时消除基本轨直线靠贴段的方向(硬弯)，剁除尖轨、基本轨的“飞边”；按标准安装间隔铁、顶铁、拉连杆和通号的角钢等零部件及附属设备；整正道岔滑床板的平整度。

4.3 尖轨不良线型的矫正

尖轨竖向变形矫正可使用竖向钢轨矫正器，也可确保尖轨处于竖直放置的前提下，采取调整垫木位置、间隔，利用尖轨自重或加重进行缓慢成形。尖轨竖向不良一般靠目视也能进行初步分辨，因而在矫正过程中随时可以掌控矫正质量。

尖轨平面线型矫正时，由于曲线型尖轨的问题涵盖了直线型尖轨，故重点研究曲线型尖轨的线型矫正。

4.3.1 曲线型尖轨曲率过大、过小的矫正

曲率过大反映在尖轨与基本轨靠贴时出现尖轨尖部离缝，俗称“后靠前不靠”，矢距复核检测数据比理论值大。同样曲率过小会出现尖轨刨切始点离缝，俗称“前靠后不靠”，矢距复核检测数据比理论值小。原则上弯轨器放置点间距控制为两外侧作用点间距离，对目视明显变形处做好标记，根据不同类型弯轨器的工作原理准确放置弯轨器方向(见图3)，从头至尾按序逐点适量弯折[10]。

图3 A、B型弯轨器实样及工作原理Fig.3 Real sample and working principles of type A and type B curved tracks

4.3.2 尖轨刨切段中部线型不良的矫正

尖轨刨切中部线型不良表现为两种情形：一是尖轨刨切始、终点密靠良好，而中部出现离缝现象；二是刨切中部先靠贴，刨切始、终点皆离缝。

矫正前先要检查基本轨平面位置、滑床板状态、拉连杆等是否良好，如存在缺陷时应优先消缺，只有当尖轨自身线型不良时才考虑弯折矫正。尖轨刨切中部存在离缝或先靠可比照上述增大曲率和减小曲率利用B型弯轨器矫正。

由于尖轨与基本轨间空间狭小，在尖轨不拆卸抬起的情形下，B型弯轨器只能置于道心侧作增大曲率的矫正。现场弯轨作业很难做到“一次到位”，因而在抬起尖轨的弯轨作业时，建议弯折量“宁过不欠”，力求减少尖轨拆卸抬起次数。

4.3.3 道岔尖轨靠贴不良、弹性过大的应急处置

在日常维护检查或更换尖轨作业中，发现尖轨与基本轨靠贴不良或弹性过大问题时，由于作业时间有限，需作应急处置。当尖轨靠贴不良时，目视检查整根尖轨的线型，寻找方向突变点，进行重点弯轨矫正。在无明显突变时，依据几何原理：弯折点越靠前尖轨靠贴影响越大，故要抓住尖轨刨切始点这一关键部位进行校正，并做好顺撬；当尖轨转换弹性过大时，同样依据几何原理：弯折点越靠后尖轨弹性影响越大，可将弯折点尽量向尖轨方向后移，同时做好顺撬。

5 结语

地铁道岔(折返)转换使用频率高，一旦出现故障会严重打乱正常的运营秩序，而道岔转辙部既是结合部又是重灾区，工务人员务必高标准、严要求地确保自身尖轨等设备良好。把好尖轨入库前的质量验收关，在装卸运输过程中严禁野蛮作业，备置时做到垫支合理、堆放整齐，更换使用前可采用“一弦矢距法”复测线型状态及做好矫正工作，在使用过程中严格执行道岔保养标准及时做好消缺整治，为地铁安全、舒适、准时运行创造条件。