铁路小半径曲线线路病害分析与处理

铁路小半径曲线线路病害分析与处理

安国帅

中国铁路北京局集团有限公司天津工务段  天津市河东区300171

摘要：随着交通行业的不断发展，铁路已成为当今人们的主要出行方式之一，作为国民经济的大动脉，铁路在提高人民生活质量、加快区域经济发展方面起到了至关重要的作用，而线路的安全与稳定也成为了铁路运输的重中之重。为减少铁路曲线病害，提高铁路运行安全性、稳定性、可靠性，本文针对线路小半径曲线病害进行分析，为现场病害整治提供一定的参考。

关键字：线路稳定；小半径曲线；病害整治

引言

为了减少影响铁路线路稳定的问题的出现，对于特殊地势和复杂受力情况的线路区段做出针对性的处理方案成为了铁路养护维修的一个重要话题，其中小半径曲线线路的病害整治也是如今线路维修工作的一个难点，由于其受力条件较为复杂，极易发生各种类型的病害，而为了减少病害的出现频率，我们需要认真分析病害的成因，做出针对性的措施。

一、对小半径曲线的受力情况分析

在对铁路线路进行铺设时，会遇到许多复杂的地形条件，受制于铺设成本、时间限制及环境因素等，需要将线路铺设成半径大小不一的曲线，不同于平直线路轨道，曲线需要针对列车的载重量、通过速度、地质条件等对曲线半径、超高、轨距加宽等数据做出不同的调整，而其受力情况则更为复杂，除了在竖直方向上列车通过轮对施加给钢轨的重力外，在水平方向上还会受到列车由于自身向心力带给钢轨的横向压力，随着半径越小、速度越快，列车带给钢轨的横向压力越大。此外，还有列车在钢轨上爬行时带来的纵向摩擦力，以及温度应力等。由此可见，小半径曲线是极易出现线路病害的区段。

二、小半径曲线病害分析

（一）曲线侧磨、肥边病害

在目前曲线线路遇到的病害中，曲线侧磨及钢轨肥边是出现较为频繁的问题，二者都是由于列车在运行时轮对摩擦钢轨产生，而究其原因则是由于轨道几何状态不平顺，进而影响到列车在上下两股钢轨间运行不平稳导致，当曲线实际超高小于设计超高值时，列车受离心力影响挤压摩擦上股钢轨，致使其剥落掉块，磨耗情况见图1所示；反之则列车挤压摩擦下股钢轨，使钢轨极易出现肥边、掉块等病害，磨耗情况见图2所示，严重损耗钢轨使用寿命和线路稳定性，给列车运行带来不良影响。此外，曲线正矢的偏差也会对列车在小半径曲线上的运行产生影响，加剧钢轨的侧磨、肥边问题。

图1  曲上股钢轨磨耗廓形

图2  曲下股钢轨磨耗廓形

（二）轨道几何尺寸超限问题

由于小半径曲线复杂的受力条件，其高低、水平、轨距、正矢值、超高值等几何尺寸极易发生变化，且对病害整修完毕后维持周期较短，为线路养护维修工作带来很多困扰。对其病害原因分析后主要有以下几点原因：1、枕下道砟巩固不实，列车经过时产生震动导致线路沉降；2、长期降雨致使道床松软，同样会使线路沉降量变大；3、随着曲线磨耗的不断增加，其几何尺寸也更难以维持；4、随着铁路运输量的增加，列车载重量及运行次数也会随之提高，线路几何尺寸的变化也会越发明显。

（三）曲线钢轨扣件连续性破损

由于曲线半径较小，列车在经过小半径曲线时其向心力更大，给曲线上股钢轨带来更大的压力，当扣件扭力矩较小时，钢轨就会发生横向位移，线路就会出现钢轨内侧扣件离缝，外侧扣件立柱螺栓折断以及轨枕档肩破损等问题，对线路的稳定产生了严重的不良影响，危及行车安全。

（四）轨下胶垫压溃严重

相较于平直线路，小半径曲线地段复杂的受力条件使得上股钢轨受到更多的作用力，各种零配件的使用周期也更短、消耗频率更快，除了扣件外，轨下橡胶垫板也更容易出现位移、压溃等问题，尤其是曲上股钢轨下的橡胶垫板，因为受到更大的作用力，这种问题更加明显，如果不及时整治，会导致轨下枕木的使用寿命大大降低，给线路的稳定性带来不利影响。

总体来说，曲线线路病害是周期性出现的，由于列车在运行中的撞击、晃动、挤压使得线路出现几何尺寸超限等问题，进而让线路出现侧磨、肥边、连接零件失效等问题的出现，这些问题又进一步加剧了几何尺寸病害的发展，使得列车的运行愈发不稳定，成为一个恶性循环，若不及时整治就会带来极大的安全隐患。

三、小半径曲线病害整治方法

（一）进行综合性线路维修作业

日常加强小半径曲线巡视检查，对发现问题做好记录并与之前数据进行对比，对曲线病害进行全方面问题分析，进行维修作业时对线路磨耗、肥边进行打磨的同时，对线路进行区段性的捣固、更换扣件、垫板等作业，防止线路因为部分病害整治不到位使其他病害短期内重复出现。在进行整修的同时，由于列车经过时的实际速度与设计速度有所偏差，所以需要结合线路实际情况对曲线超高进行适当调节，缓解线路侧磨情况。

（二）加强对钢轨轨头与列车轮对接触面的廓形打磨

在进行钢轨打磨作业时，由于钢轨与车轮间的接触面的受力不同，导致钢轨的侧磨量也有所差异，尤其是上股钢轨顶面和侧面同时受力，受力面较大时其侧磨情况也更严重，受力面较小时顶面所受压强也更大，对钢轨使用寿命产生不利影响，所以线路在铺设后及日常养护中需要针对小半径曲线钢轨的接触面按照60N钢轨标准进行廓形打磨，能有效的提高钢轨耐磨度，延长钢轨使用寿命。

（三）提高扣件扭力矩，减少钢轨横向位移

钢轨横向位移量过大是小半径曲线线路扣件、垫板等配件损坏严重的主要问题之一，所以在日常养护维修作业中，要针对扣件的扭矩达标情况进行检查，不达标或失效的扣件及时组织人员进行更换、复拧工作，加强扣件对钢轨的固定作用，确保其能有效的抑制钢轨的横向位移。

（四）更换斜型橡胶垫板，强化轨下橡胶垫板承压能力

由于小半径曲线上股钢轨承压较大，轨下垫板作为传递钢轨与轨枕间荷载作用的主要结构，容易发生位移和变形失效，强化扣件扭力矩可以减少胶垫位移的出现，而挤压变形失效可以采用更换斜型橡胶垫板的方法进行改善，斜型橡胶垫板中厚的一侧承压能力较强，将其放置钢轨外侧，不仅能减少垫板失效问题的出现，还能利用垫板调整轨底坡，改善轮轨受力情况，调节轮轨间接触的几何位置，对减少钢轨的磨耗产生有利影响。

（五）在小半径曲线加装轨撑、轨距杆等调节装置

曲线地段增加轨撑，可以有效提高小半径曲线强度，减少钢轨相对位置的变化，同时可以降低轨下胶垫压溃问题的出现；而加装轨距杆也能减少扣件、轨枕的负担，延长二者使用寿命，在提高轨道纵向阻力、增强抗爬行能力方面也有不错的效果。轨撑和轨距杆配合使用，能有效提高小半径曲线线路的稳定性。

（六）换铺强度等级更高的热处理钢轨

热处理钢轨是在热轧成型后的钢轨进行再次热处理，分为在线热处理和离线热处理两种，在线热处理已经是主流了，更加节约能源而且更加高效。由于小半径曲线区段钢轨受力更大，同类型钢轨在平直线路上的使用寿命长于在小半径曲线线路上的使用寿命，也使得曲线线路钢轨更换频率较高。根据表1-1中实验数据结果显示，热处理钢轨较热轧钢轨有更高的屈服强度，强度等级也更高，采用热处理钢轨，能提高轨道抗压能力和抗磨能力，延长轨道使用寿命。

表1-1  国内钢轨屈服强度

（七）使用润滑剂减小钢轨摩擦系数

减小摩擦系数也是有效降低轮轨之间摩擦力的方式之一，而在钢轨侧面使用润滑剂是当前铁路最常见的降低摩擦力的方法，而液态润滑剂在使用时容易飞溅至轨头踏面，对列车运行产生危害，所以当前铁路普遍使用固体润滑材料降低曲线磨耗，常见的固体润滑装置有钢轨固体润滑装置和机车轮缘固体润滑装置两种，而钢轨固体润滑装置按涂覆方式区分又有溶剂型固体涂覆方式、固体直接涂覆方式、固 - 液 - 固涂覆方式、固 - 液 - 固智能涂覆方式4种类型，均能有效的降低钢轨与轮对间的摩擦力，有效减小钢轨磨耗况。

图3  机车轮缘外弹式固体润滑涂覆装置

四、结语

在当前铁路无缝线路养护维修工作中，小半径曲线的整治占有相当一部分的比重，而其特殊的环境因素与复杂的受力条件也加大了养护维修工作的难度，只有综合分析其问题原因、危害，才能“对症下药”，从根本上解决问题。相信随着我国铁路技术的不断进步，针对小半径曲线问题的处理方法会越来越多，铁路事业也一定会更好的造福社会。