小半径曲线轨道养护难点与对策研究

罗小虎

（厦门市轨道交通有限公司，福建 厦门 361000）

0 引言

传统轨道修程修制是利用列车间隔进行设备养护维修，长久以来都存在无针对性、效率低、安全风险极高的问题，由于安全生产和节支增效的经营理念深入人心，轨道检测与分析技术不断发展，传统按周期修理“全面开花”的人海战术养修管理模式已难以适应当今的轨道养修工作，尤其是小半径曲线轨距、轨向病害问题突出，严重影响轨道质量，根据轨道实际状态制定维修计划的“状态修”， 以全面、准确地掌握轨道质量状态， 制定经济合理的轨道维修计划， 减少天窗点外上道作业，科学地指导养护维修工作非常有必要。

1 小半径曲线特点

由于轨道曲线选型受到地形、特殊地物的影响，采用半径小于400m的曲线来绕避障碍，这类曲线称为小半径曲线，小半径曲线多出现与山区铁路、部分专用线、城市地铁等。

1.1 轮轨接触方式复杂

列车在轨道上运行，其方向由钢轨控制，列车能够转弯是由于曲线外轨对车轮的挤压作用，曲线外轨作用于车轮一法向向（动）量，曲线半径越小，瞬时碰撞所产生的法向向量越大，外轨对车轮作用的力越大，根据作用力与反作用力相等原理，车轮作用于外轨的法向力也越大，由于曲线半径较小，内外侧车轮与钢轨之间运动、摩擦方式既不是单一方式，也不完全相同，难以描述。

1.2 养护难度大

曲线是轨道的重要组成部分之一，也是线路养修工作中的薄弱环节，长期以来小半径曲线严重制约和影响轨道质量的提升，直线与圆之间过渡的缓和曲线轨距质保期极短且极易出现轨向大峰值。

2 小半径曲线轨控情况

2.1 各轨道检测数据在曲线上的分布情况

对曲线，曲线半径越大，实际线型与理论线型越趋于一致，小半径曲线由于曲线半径较小，弧弦差较大，线路实际线型与理论线型往往不一致。小半径曲线在缓和曲线上曲率变化大，缓和曲线理论上在连接点上的折角更大，当车辆通过时会附加更大的垂向力和横向力，尤其是在始终点处，即曲线的四大桩点处尤为明显，影响车辆的安全性及平稳性。

表1直观地表达了鹰厦线该区段2021年各月份轨道检测车二级出分分布情况，全年平均89.9%二级出分均在桩点附近，实际情况与分析结果相吻合。

表1 鹰厦线某区段2021年轨道检测车二级出分分布情况

2.2 轨道检测各分项出分比例情况

轨道长期在列车通过小半径曲线时的横向力作用下，极易导致曲线上股外口的连接零件的劣化和磨损，且列车通过过程中，钢轨呈现细微的外翻状态，即轨距、轨向在动态情况下往往大于静态检查数据，这也是四大桩点轨距、轨向病害比例较高且难以整治的原因。

通过表2可以看出上半年轨道动态检测各项出分比例较为平稳，上半年TQI平均值为13.21，轨距TQI平均值为2.03，单项TQI出分比例最高。通过图1可以看出2021年上半年平均TQI中，轨距出分占比已高达16%，且轨距出分在一定程度上会影响轨向出分，实际轨距影响比例远高于16%。

图1 2021年上半年鹰厦线某区段轨检车TQI扣分比例图

表2 2021年上半年鹰厦线某区段各检测项目TQI（mm）情况

3 对策

轨距、轨向出分无论是单项峰值还是出分比例均是最高的，想要保证轨道质量、提高列车舒适度须做好轨距、轨向的重点专项整治，尤其是小半径曲线桩点附近的轨距、轨向变化速率较快，必须纳入盯控和整治的重点。轨距、轨向的精改、精拨整治理论上来说只是对几何尺寸的“纠偏”，能够延长养修周期，但也只是治标，想要达到标本兼治的目标，必须以轨道下部结构完整、作用良好来保上部几何尺寸平顺，从“根”上控制几何尺寸的变化，对小半径曲线桩点处出分较多等薄弱地段须加密日常检查周期，及时更换损耗零配件、加强扭力复拧和适度的几何尺寸“纠偏”，即以动态轨道质量检测数据结合轨道结构状态来制定线路养修计划，是较为科学，且行之有效的整治措施。

3.1 轨距精改

日常轨距修理性作业是针对某处轨距超出限值的病害在超限标准范围内进行“改顺”，是单点的、小范围的“小修”，对整个曲线单元的TQI几乎没有提升，轨距精改不同于日常轨距超限修理性作业，是将整个曲线作为一个修理单元，将轨距和结构同步精细整修至更高标准的、程度更高的“中修”。轨距精改作为专项整修需制定合理的质量控制目标，精准分析需整修曲线，作业前做好工作量调查，在作业过程中加强几何尺寸和结构作业质量管控，作业后进行分析、验收、考核，保证整治效果。

制定质量控制目标如下：1）轨距具体精改范围，尤其是轨距变化率的控制。2）正线全线TQI值年度目标控制根据上半年各区段TQI值进行加权平均，分段制定。3）正矢、零配件和扭力同步达标。4）曲线整治后轨距TQI出分比例、全线轨距TQI出分比例及整体TQI目标。

控制目标如下。1）轨距+4mm、-2mm，且轨距变化率小于1‰。2）曲线正矢：符合《普速铁路线路修理规则》第3.1.10条表3.1.10-1的规定。3）主要零配件：扣件齐全、位置正确，作用良好，轨距挡板与轨底缝隙小于2mm，扭力矩保持80 N·m～150 N·m，尼龙座消灭离缝，轨底胶垫无平移串动，螺旋道钉、轨距挡板无锈蚀和机械磨损引起的折断和失效，零配件状态不良率小于8%。

曲线精改细拨后，轨检车检查轨距、轨向不良扣分和TQI值明显下降，具体目标如下。1）正线全线TQI值年度目标控制12.3及以下。2）单条曲线精改细拨后：轨距项TQI值占比少于10%。3）年底全线轨距单项出分比例控制在8%以内。

每月筛选轨检车轨距TQI出分较大曲线（优先安排曲线轨距TQI值2.0及以上），下达精改任务。

在精改工作前认真调查工作量，全面调查精改地段轨距状态，在检查过程中进行轨距细查（按缓和曲线2枕1量、圓曲线3枕1量、直线4枕1量），彻底查清轨距超限和轨距变化率，划撬时还需加密检查，以准确确定“撬头撬尾”位置和工作量。同时彻底查清精改地段零配件状态和轨枕是否居中，作为材料投入计划的依据和确定方枕和串枕的工作量。

加强作业质量管控：1）精改作业过程要统筹兼顾，既保证轨距达标、又确保零配件状态（全、正、密、靠和扣件扭力）同步达标，做到“改一处、达标一处、巩固一处”。2）整条曲线精改作业结束后，要对该曲线正矢进行全面检查，并针对曲线正矢超限情况安排一次细拨，确保曲线正矢同步达标。

质量分析、验收与考核具体如下包括以下内容：1）建立精改质量分析制度。每次轨检车检查后，专人负责对所有曲线精改前后质量情况逐条进行对比分析，提出存在的问题和精改建议，为做好曲线精改工作积累经验。2）静态质量验收制度。坚持二级验收制度，即每完成1条精改曲线（或一个区间内所有计划精改的曲线）由专业小组对照上述标准组织自验，自验问题整改合格后报上级组织复验，不管自验、复验，都要把轨距（含变化率）、曲线正矢、零配件状态和轨枕居中情况进行全面检查验收。所有验收问题都要落实销号闭环，使曲线精改取得成效。3）建立激励考核机制。根据整治计划完成进度及曲线精改前后动、静态设备状态进行相应得到奖惩激励。

由表3可以看出，通过轨距精改任务实施，每月轨距TQI出分都呈现下降趋势，总TQI也随之呈下降趋势。通过表4对比2021年上下半年数据可以明显看出轨距单项出分由上半年平均值2.06下降至1.86，下降幅度9.7%，因轨距精改轨向总体下降15.8%，总TQI也下降7.2%，轨距单项出分占比由上半年的15%下降至8%，达到年度整治目标，轨距整治效果明显。

表3 2021年下半年鹰厦线某区段各检测项目TQI（mm）情况

表4 2021年鹰厦线某区段轨距精改后轨检车TQI（mm）数据对比

3.2 轨向整治

从轨检车的数据分析，曲线四大桩点轨向大分值占比达80%以上，通过曲率反算出的曲线半径较现场实际半径大，故通过“顺超高”的方式“顺正矢”，降低现场缓和曲线的“顺坡率”。对曲线缓圆、圆缓点前后15米进行了多次现场拨道试验，通过降低小半径曲线缓圆、圆缓点的实际正矢，但正矢差保持在容许值范围内，使曲线动态情况下实际线型更接近理论线型，减少列车通过时的冲击力，这种“削峰填谷”结合曲率处理轨向大峰值的办法，效果非常明显，缓和曲线轨检车轨向二出分得到有效控制，目前在工务段广泛应用。

某线K309+149-K309+295曲线半径为300 m，轨检车实际检测曲线中心点K309+220，曲率为3.2 mm，反算该点正矢为160 mm，实际正矢设计为167 mm，轨检车检测圆曲线长18 m，实际曲线圆曲线长度为25.8 m。表现为小半径曲线在轨检车波形图中显示曲率更大，即半径比实际大，且四大桩点往外延伸，曲线更长。

2020年4月20轨检车检测出某半径300 m，缓和曲线60 m，曲线长度145.8 m的曲线存在峰值为11.52 mm的右轨向大分值Ⅱ级（III级为12 mm）超限，现场正矢自5号副桩至8号副桩偏大，通过对缓圆点（7号正桩）“削峰填谷”处理，即通过作业使实际正矢略低于设计正矢，5月22日轨检车显示该处右轨向峰值降为7.83 mm，整治处理后轨向出分明显下降，曲线拨道前后正矢情况见表5。

表5 某曲线整治前后正矢（mm）对比

处理前小半径曲线缓圆、圆缓桩点设计正矢与现场正矢之差为2mm～3mm，与设计正矢相差不大，相邻正矢连续差值也不大，但是轨检车却显示为大分值，通过反算曲率可得曲线实际半径为316m，缓圆桩点正矢应为158mm，整治后曲线缓圆点正矢为157mm，曲线缓圆、圆缓桩点设计正矢与现场正矢之差为负5mm至负6mm，相邻正矢连续差最大达10mm，符合《普速铁路线路修理规则》中曲线正矢计划维修容许偏差管理值（表3.1.10-2）中的要求，因此特将缓圆、圆缓桩点正矢点按照曲线真实半径，把正矢做小，与前后正矢连续正矢差保持在10mm左右，既能满足《修规》要求，且符合现场实际。

3.3 钢轨打磨

从轨检车检查资料分析，高低不良扣分主要相对集中波磨较为严重地段（波磨大于1.5 mm），因此首先加强对曲线地段波磨严重地段进行打磨工作。特别是要重视在HY、YH桩点前后的波磨值，前期做好预防性打磨，必须严格控制小半径曲线波磨的发展，加强做好波磨地段轨道零配件检查，注重做好连续小高低、暗坑、吊板、抵扣焊头等病害的整治工作。

无缝线路焊缝不平顺病害突出，而且主要集中小半径曲线上，增加了工区养护的难度。主要表现为焊缝低扣（普遍达1.5 mm）、轨端飞边、轨头打塌等综合病害，不但严重影响轨控难度（轨检车绝大部分短波不平顺扣分在钢轨焊缝）、而且潜伏设备安全隐患。加大焊缝接头抵扣整治和钢轨修理力度，同时规定不得在小半径曲线HY、YH桩点附近10m范围内插入铝热焊头，从源头控制大轨向的发展。按照上述原则进行处理，大轨向得到有效控制。

4 结论

轨道质量指数（TQI）作为轨道区段不平顺状态评价的重要指标，能够真实反应动态情况下轨道状态，为指导基层维修单位作业发挥极其重要作用，小半径曲线轨道条件复杂，利用TQI精准制定小半径曲线线路养护维修计划非常重要。1）小半径曲线是线路轨控养护难点，其中四大桩点处线路整治尤其重要。2）通过区段轨距精改前后轨距单项和整体TQI值变化趋势可以观察到，精改作业可以有效的减少轨距、轨向类出分，整治效果明显。3）小半径曲线桩点方向整治，须通过“削峰填谷”将正矢在直线和圆曲线进行“顺坡”，变相“增大”曲线半径，使曲线动态情况下实际线型更接近理论线型，减少列车通过时的冲击力。4）保持轨道结构完整、减少钢轨不平顺对提高轨道质量也有重要意义。