小半径曲线无缝线路的加强措施

小半径曲线无缝线路的加强措施

刘积成

郑州中原铁路工程有限责任公司河南郑州450000

摘要：在新技术、新材料、新设计理论的应用下，高坡、小半径铁路线路由准轨线路改造成全区间无缝线路的禁区得到突破。通过分析轨道受力，确定了防止无缝线路胀轨跑道的主要因素，提出了对小半径无缝线路的加强措施。为增加小半径曲线的稳定性，采用钢轨加强桩对曲线内股进行锁定，保持了曲线的正矢，限制了钢轨的外翻，防止了钢轨的爬行，增强了曲线的稳定性，使列车通过更为平稳，降低了养护人员的劳动强度。

关键词：无缝线路；加强措施

一、概况

1998年1月1日起实行的《铁路线路设备大修规则》中规定：铺设无缝线路的最小半径为400m，铺设全区间无缝线路的最小半径为600m。但随着新技术、新材料、新设计理论的应用，这一禁区已被突破了。

在太焦线晋城北至月山间下行线铺设了46.8Km60轨全区间无缝线路，线路最大坡度20.2%，其中12‰以上坡道占整段线路的70%；曲线半径600m以下的38条，其中半径400m及以下的32条，最小半径297m，计长10.3?Km。为了这段全区间无线路试验段的成功铺设，对既有小半径曲线的线路框架整体进行了加强。

二、工作重点

曲线轨道由于实设超高与行车速度不相适应，也由于车轮转向时，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。反过来，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。曲线上无缝线路受力和普通线路稍有区别，它承受着温度力和其它纵向力及其横向分力，此横向分力指向曲线外侧，即可能发生跑道的方向。若轨道方向不良，则到了高温季节，在一定条件下，多种不利因素的叠加，则会引起胀轨跑道，严重威胁行车安全。

对无缝线路大量调查后得出这样的结论：很多次的胀轨跑道并非温度力过大所致，而是由于对无缝线路起稳定作用的因素认识不足，养护维修跟进不力或破坏了这些因素而发生的。

小半径曲线铺设无缝线路，控制因素主要是强度和稳定性。稳定因素包括道床阻力和轨道框架刚度，它们是防止无缝线路胀轨跑道，保证线路稳定的主要因素。由于小半径曲线受力复杂，稳定性较差，在铺设无缝线路时，应加强曲线的稳定性。

小半径曲线的变形曲线，由许多个单波组合而成。波长无规律，但基本上是中部出现一个主半波，波长及矢度较大，两侧则为矢度及半波长均很小的副半波，因此我们把曲线加强的重点放在圆曲线上。

按照势能驻值原理，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，轨道的横向变形量越大，因此我们应把曲线加强的重点放在R≤400m的曲线上，提高道床纵横向阻力和轨道框架刚度。

三、施工

我们在圆曲线上自缓圆点开始，在曲线内股外侧每隔10m开挖一基坑，最后一个基坑设在圆缓点以外。在列车进入曲线先通过的缓和曲线地段，距缓圆点15m处开挖一基坑。当基坑中心与枕木头相对时，可适当错开距离。基坑截面为50×50cm。在路肩上时，基坑中心距曲线内股枕木头100cm，在两线间时，基坑中心距曲线内股枕木木头80cm。从路基面算起，当路基为土质路基时，基坑深为100cm，当路基为石质时，基坑深为60cm。在基坑中心竖直放置已量好长度的60kg／m钢轨桩，轨腰与线路中心线平行，桩顶比曲线内股轨面低5cm。在基坑中灌注200级砼包裹钢轨桩。路基面以上，如道床较厚，钢轨桩外露较多时，可立模50x50cm灌注，保持钢轨桩端部外露55cm为止，灌注砼时采用机械振捣。

钢轨加强桩与线路联接采用拉杆。在钢轨桩轨腰上用气割割开一长方形孔。位置：从桩顶点量取126m加外轨超高值加拉杆直径，即大致为孔的中心位置。为安装拉杆及起落道的方便，孔长以20cm为宜，孔宽略大于拉杆直径。

在钢轨桩对应的线路上，穿入标准轨距拉杆。在内轨一侧拉杆端部拧上套筒，再以特制的短拉杆一端与套筒拧紧，一端穿入钢轨桩，以钢垫片、螺帽拧紧。两种拉杆的螺纹内外径宜相同。

在安装拉杆前，应先对曲线正矢、超高检查、曲线状态良好方可安装。

四、效果

理论上，道床的横向阻力QZ和轨道横向位移y可成非线性关系，QZ随y的增大而增大。当y达到某一定值时，QZ接近常量，y继续增大，道床即被破坏。采用钢轨桩加强后，限制了y值的增大，保持了线路方向。

在曲线上，纵向力的横向分力、外轨超高未能平衡掉的离心力，都指向曲线外股方向。采用钢轨桩加强后，强大的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，削弱了这两个力，降低了离心加速度，使列车通过更为平稳。

钢轨加强桩的采用，增大了对钢轨的扣压力，缓解了钢轨的外翻，减轻了扣件及轨枕的负担，提高了轨道框架的刚度。

全区间无缝线路防爬能力较强，一般无需设防爬设备。但该段线路处于连续大坡道，荷载对线路冲击力较大，比平缓地段较易发生爬行。一旦发生爬行，不仅影响到轨道的强度和稳定性，而且整治也较困难。钢轨加强桩的应用，増加了一部分纵向阻力，提高了防爬能力。

通过运营观察，该段无缝线路状态良好。在小半径曲线地段，由于钢轨加强桩的应用，增强了曲线的稳定性，曲线正矢容易保持，线路圆顺，轨检出分大为降低，也减轻了养护人员的劳动强度。

参考文献：

[1]姜振亚,马培德.铁路工程结构的构造与施工[M].人民铁道出版社,1998.

[2]舒玉.铁路路基工程[M].人民交通出版社,2014.