針對通霍線開行重載列車的無縫線路設(shè)計與穩(wěn)定性研究

耿文忠

(沈陽鐵道勘察設(shè)計院有限公司，沈陽 110013)

1 既有線概況

通霍線位于內(nèi)蒙古自治區(qū)通遼市和興安盟境內(nèi)，南起大鄭鐵路的通遼站，經(jīng)由通遼市、科爾沁左翼中旗、扎魯特旗、科爾沁右翼中旗，終點至霍林河站，既有線全長416.6 km。通霍線是東北路網(wǎng)的重要組成部分，是東北西部地區(qū)一條主要的鐵路支線，也是內(nèi)蒙古自治區(qū)的一條主要煤炭運輸大通道。

既有通霍線為單線I級鐵路，限制坡度4‰～6‰，內(nèi)燃牽引5 000 t、部分開行1萬 t及2萬 t組合列車，到發(fā)線有效長850 m、部分車站1 700 m及3 500 m。

該線為煤運通道，2008年既有貨流密度已達4 301萬t，目前開行旅客列車2對，貨物列車21對，能力緊張。

既有線大部分地段鋪設(shè)區(qū)間無縫線路，鋼軌類型主要有60 kg/m、65 kg/m，大多為2003—2006年鋪設(shè)的再用軌。軌枕大部分為69型混凝土枕，有少部分Ⅱ型枕，每公里鋪設(shè)1 840根。道床采用二級碎石道砟，厚度0.45 m，頂寬3.3 m。

存在的薄弱環(huán)節(jié)為鋼軌狀態(tài)較差，軌道框架剛度不足，道床厚度不足等，已不適應(yīng)開行重載列車的需要。

2 擴能改造工程概況

2.1 設(shè)計貨運量及列車開行方案

本線設(shè)計年度區(qū)段最大貨流密度2020年為7 300萬 t，2030 年將達到9 000萬 t。

增建二線擴能后本線通過能力緊張的局面將消除，運輸組織方式采用開行5 000 t列車和10 000 t組合列車;近期開行客車5對、貨車40對，遠期開行客車6對、貨車45對。

2.2 采用軌道類型

有砟軌道，采用60 kg/m重型軌道標(biāo)準(zhǔn)，按鋪設(shè)區(qū)間無縫線路設(shè)計。

鋼軌采用60 kg/m長鋼軌;軌枕采用Ⅲ型鋼筋混凝土枕，每公里鋪設(shè)1 667根;彈條Ⅱ型扣件;道床采用一級碎石道床，頂面寬度為3.4 m，砟肩堆高15 cm。

3 開行重載列車對無縫線路設(shè)計參數(shù)及穩(wěn)定性的影響

3.1 對最高軌溫的影響

1萬t及2萬t重載列車，在軌道上高密度運行以及頻繁制動對鋼軌溫升有一定影響。通過近年來開行重載列車后對軌溫的檢測，夏季在長大坡道及進站前頻繁制動地段，鋼軌踏面不斷吸收車輪制動和啟動引起的摩擦熱能，并向鋼軌軌腭、軌腰、軌腳、軌底傳遞，致使鋼軌全斷面溫度升高，再加上重載列車大軸重、長大列車在坡道上的運行致使軌溫升高較快。數(shù)據(jù)表明，1萬t重載列車致使最高軌溫，較該地區(qū)的最高設(shè)計軌溫升高約3.5℃，2萬t列車升高值則達到7.4℃。

該線擴能改造后重載列車采用開行1萬t列車的運輸組織模式，因此，將無縫線路設(shè)計參數(shù)中的最高軌溫較地區(qū)最高設(shè)計軌溫增加3.5℃。

3.2 對軌道橫向穩(wěn)定性的影響

通霍線重載運輸采用組合式重載列車，即將兩列普通列車用首尾相接的方式連掛在一起，本務(wù)機車分別掛于列車的頭部和中部。在重載、高速運行下，由于列車制動的不同步，導(dǎo)致軌道框架受到橫向沖擊，容易造成軌道橫移，影響重載無縫線路的穩(wěn)定性。

3.3 加大鋼軌磨耗對穩(wěn)定性的影響

鋼軌傷損對無縫線路的穩(wěn)定性存在一定影響。通霍線運量逐年增加，加之鋼軌更換之初多為再用軌，狀態(tài)較差，曲線鋼軌上股側(cè)磨是傷損的主要類型之一。據(jù)統(tǒng)計，半徑800 m以下的曲線鋼軌上股半年后出現(xiàn)12～16 mm的側(cè)磨，需實時監(jiān)測并及時更換。

4 無縫線路設(shè)計

4.1 無縫線路類型及設(shè)計參數(shù)選擇

采用溫度應(yīng)力式區(qū)間無縫線路。

根據(jù)線路所在地理位置，設(shè)計最高軌溫按照通遼地區(qū)最高軌溫選取為58.5℃，再根據(jù)開行重載列車對最高軌溫的影響上調(diào)3.5℃，采用62.0℃;最低軌溫采用-33.9℃。

扣件、有砟道床設(shè)計參數(shù)，以及計算軌道穩(wěn)定性和強度的有關(guān)參數(shù)，按照軌道設(shè)計規(guī)范選用。

4.2 無縫線路設(shè)計

4.2.1 鎖定軌溫

根據(jù)地區(qū)氣象條件，經(jīng)無縫線路檢算，確定鎖定軌溫范圍為14℃ ～24℃。

4.2.2 軌條布置

在長軌條與道岔之間設(shè)置緩沖區(qū)，緩沖區(qū)采用2～4根60 kg/m長25 m標(biāo)準(zhǔn)新軌(含廠制縮短軌)，無縫線路長軌及緩沖區(qū)鋼軌的連接，采用接頭夾板和高強度螺栓。螺栓扭矩力保持在700～1 100 N·m，伸縮區(qū)的長度根據(jù)計算確定，本線采用75 m。

4.2.3 其他計算及設(shè)計

首先，采用標(biāo)準(zhǔn)公式法計算軌道穩(wěn)定性，確定允許溫升;其次，計算由軌道強度決定的允許溫升和允許溫降;再根據(jù)確定的鎖定軌溫及鎖定軌溫上下限進行預(yù)留軌縫的計算。

5 保證無縫線路穩(wěn)定性的措施

5.1 影響無縫線路穩(wěn)定性的主要因素

影響無縫線路穩(wěn)定性的主要因素，是溫升幅值、初始不平順、軌道框架的抗彎剛度和道床橫向分布阻力等。開行重載列車對溫升幅值有升高的影響，對軌道框架的橫向沖擊及道床橫向阻力的要求，較普通列車要嚴(yán)格一些。

5.2 保證無縫線路穩(wěn)定性的措施

5.2.1 合理確定鎖定軌溫

根據(jù)開行重載列車的特點，增建二線及改建既有線新建無縫線路地段，應(yīng)結(jié)合重載鐵路最高軌溫升高情況合理確定鎖定軌溫;對既有鎖定軌溫不明、不準(zhǔn)、不勻的既有線路要及時放散，并重新鎖定。

5.2.2 保證軌道初始平順

鋪設(shè)無縫線路前，盡可能矯直長軌條的初始彎曲，保持線路方向順直，使各項幾何尺寸偏差值小于保養(yǎng)限值。

5.2.3 保持軌道設(shè)備狀態(tài)良好

針對開行重載組合列車制動不盡同步對軌道橫向沖擊增大的特點，保持軌道設(shè)備的良好狀態(tài)尤為重要，要做到軌枕有效且尺寸方正，扣件齊全并保持良好狀態(tài)，按照要求安裝防爬設(shè)備防止線路爬行，道床飽滿肩寬及堆高亦應(yīng)滿足要求。

5.2.4 精心養(yǎng)護、高標(biāo)準(zhǔn)維修

嚴(yán)格維修和養(yǎng)護作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，施工作業(yè)安排應(yīng)符合無縫線路作業(yè)條件。開行重載列車增加曲線鋼軌上股側(cè)磨，鋼軌損傷對無縫線路的穩(wěn)定性影響較大，因此，對曲線地段鋼軌磨耗需加強監(jiān)測并進行及時更換。

破底清篩、撥移線路、起道及更換軌枕等地段嚴(yán)格按“三溫”(即作業(yè)前、中、后測軌溫)安排施工，杜絕超溫作業(yè)。

人工清篩嚴(yán)格按無縫線路作業(yè)軌溫條件進行，逐孔倒篩，嚴(yán)禁超長作業(yè)，清篩后做好補砟及穩(wěn)定道床工作，嚴(yán)禁清篩后不補砟、不搗固、不整修。

區(qū)間無縫線路嚴(yán)格掌握鎖定軌溫，按規(guī)定觀測位移。綜合維修與經(jīng)常保養(yǎng)地段加強道床夯拍，有效控制無縫線路位移變化。

6 結(jié)語

貨運重載化是鐵路技術(shù)的發(fā)展方向，開行重載列車是提高鐵路通過能力的一項重要措施，勢必將在路網(wǎng)各繁忙干線中陸續(xù)推廣。開行重載列車對鐵路各項技術(shù)設(shè)備提出了新的要求，特別是列車直接作用的軌道設(shè)備必須滿足開行重載列車的各項需求。深入研究開行重載列車對無縫線路穩(wěn)定性的影響因素，對合理確定無縫線路的設(shè)計參數(shù)和保證其穩(wěn)定性的措施是十分必要的。

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