咽喉區(qū)道岔病害成因分析及整治措施研究

牛增建

(朔黃鐵路肅寧分公司,河北肅寧 062350)

1 概述

重載列車對線路的沖擊破壞較普通鐵路大,尤其是對曲線、道岔等軌道結構的損傷更為嚴重。 我國重載鐵路一般采用75 kg/m 鋼軌,區(qū)間設置1 ∶40 軌底坡,采用提速道岔的技術標準:分開式彈性扣件,固定型轍叉或可動心軌轍叉[1]。

重載鐵路道岔病害凸顯區(qū)域主要集中在技術作業(yè)站咽喉區(qū),因側向過車頻繁,處于咽喉區(qū)的道岔設備病害種類多、難整治、發(fā)展快,常見病害有:零配件失效折斷、幾何尺寸超限、道岔框架不穩(wěn)定等。 道岔軌件傷損嚴重時,將危及重載列車的行車安全[2]。 國內(nèi)眾多學者對道岔病害成因及整治對策進行了研究。 王樹國等[1]通過分析國內(nèi)外重載道岔的關鍵技術及應用效果,認為延長尖軌和轍叉使用壽命是減少道岔病害的關鍵;房冬等[2]以朔黃線和大秦線應用實踐為例,主要采取了心軌加寬技術、高錳鋼組合轍叉與爆炸硬化技術相結合等方式,延長轍叉的使用壽命;郝強等[34]通過分析重載道岔常見病害,有針對性地提出了相關病害的整治措施;于洋等[5]分析了萬噸重載運輸對道岔設備的破壞規(guī)律,并提出了整修補強措施。 張東風等研究了鐵路30t 軸重的75 kg/m 鋼軌重載道岔,提出通過增大導曲線半徑、尖軌加寬技術、設置軌撐、采用鑲嵌合金鋼組合轍叉或高錳鋼爆炸硬化組合轍叉、增強重載道岔的結構穩(wěn)定性等方式,滿足行車安全性要求[68]。

朔黃鐵路西起山西省神池縣神池南站,東至河北省黃驊市黃驊港站,正線全長590 km,是我國西煤東運的第二大通道,2018 年的運量為3.05 億t,具備重載鐵路大運量、大軸重、高密度的特點[2]。 黃驊港站是朔黃鐵路的關鍵技術站,該站工務管轄設備包括道岔505 組、線路(含到發(fā)線及站線)近300 km,道岔型號以75 kg/m 鋼軌12 號[圖號SC559]、60 kg/m 鋼軌12 號[圖號SC(07)370]、60 kg/m 鋼軌9 號[圖號專線(02)4204]液壓外鎖閉提速道岔為主,包括單開道岔、菱形道岔、復式交分道岔以及交叉渡線組合道岔等多種形式。 隨著朔黃線運量的不斷增加,萬t、兩萬t列車的常態(tài)化開行,工務專業(yè)日常設備維修任務量也逐漸增多,主要工作量集中在道岔各部件的維修養(yǎng)護上,特別是咽喉道岔的病害處治。 自2015 年至2018 年,采取了多種措施進行道岔病害的整治,延長了設備維修周期,增強了重載列車通行時的道岔安全儲備。

2 技術站咽喉道岔病害種類及特點

2.1 道岔道床病害

受黃驊港站地理環(huán)境、歷經(jīng)多次站改未形成整體排水系統(tǒng)等因素的影響,道岔道床病害凸顯,道床臟污、道床板結、翻漿冒泥等道床類病害較為明顯(見圖1、圖2)。

圖1 230 號道岔翻漿冒泥

圖2 234 號岔前線路翻漿冒泥

2.2 幾何尺寸偏差較大

主要表現(xiàn)為軌距、水平超出標準范圍,尖軌爬行,尖軌與基本軌不密貼,轉轍部分軌距擴大,轍叉部分的間隔及護背距離尺寸超限,岔枕偏移,限位器頂死等[3]。

2.3 聯(lián)結零件損壞

主要表現(xiàn)為彈條折斷、螺母松動脫落、接頭螺栓松動、軌枕立螺栓剪斷、滑床板及槽型護軌墊板開焊或斷裂、軌下腳墊壓潰、尼龍底座破損嚴重、軌枕擋肩破損等零配件失效現(xiàn)象[4](見圖3、圖4)。

圖3 護軌墊板折斷

圖4 護軌墊板立螺栓折斷

2.4 道岔組件磨耗嚴重

主要表現(xiàn)為道岔轍叉壽命明顯縮短。 據(jù)統(tǒng)計,整鑄轍叉壽命不足3 個月,貝鋼組合轍叉平均壽命為6 個月左右,咽喉區(qū)道岔轍叉壽命為4 個月左右。 萬噸列車通行的道岔側向地段,曲尖軌平均壽命僅為4 個月左右。

3 咽喉區(qū)道岔病害的成因分析

3.1 道岔道床因素

(1)黃驊港站歷經(jīng)了多次站場擴能改造施工,道岔插鋪施工多利用天窗時間段進行。 受天窗時間和施工環(huán)境制約,有些道岔處道床層底砟厚度不足、前后引軌部分的道床未作處理,造成后期道岔臟污板結甚至翻漿冒泥。 如2013 年黃驊港站擴能改造施工插鋪的2 號/4 號道岔,66 號～72 號菱形道岔均表現(xiàn)出道床厚度不足的問題。

(2)黃驊港站是終端站,機車減速噴砂、車列運行掉落煤渣等一定程度上造成咽喉岔區(qū)道床的臟污。 其中。 港前作業(yè)區(qū)西咽喉20 號/22 號、38 號～42 號菱形道岔,港口作業(yè)區(qū)Ⅰ場110 號～116 號菱形道岔、134 號～140 號菱形道岔因機車灑砂造成道床臟污板結的病害明顯。

3.2 道岔結構因素

(1)道岔范圍內(nèi)接頭數(shù)量較多。 在列車碾壓鋼軌的運行過程中,受沖擊力自然較大。 受尖軌、基本軌密貼程度的影響,轍叉部分受“有害空間”、查找間隔和護背距離尺寸的影響較大。

(2)受前后兩轉轍機拉桿影響,轉轍部分兩牽引點處不能進行日常搗固保養(yǎng),致使道岔轉轍部的整體平順性較差、易損壞。 如港前作業(yè)區(qū)東岔區(qū)29 號～35 號菱形道岔、47 號～53 號菱形道岔轉轍部的立螺栓折斷,幾何尺寸難以保持。

3.3 道岔鋪設質(zhì)量不高

部分道岔在上線運行前就帶有病害,造成運營后病害形成快且難以整治。 主要包括鐵墊板型號不符、安裝位置錯誤,軌枕間距不準確,軌距調(diào)整塊型號不符,支距擋板安裝數(shù)量不足和位置錯誤,大膠墊安裝錯誤等,易造成鋼軌碎彎多、直股與側股方向不能同時直順、道岔鋼軌磨耗掉塊加劇、道岔軌件不良等上線后道岔整體狀態(tài)不良的后果[6]。 如港前作業(yè)區(qū)88 號/90 號道岔、104 號～110 號菱形道岔,港口作業(yè)區(qū)Ⅰ場142 號～148 號菱形道岔因鐵墊板型號不符、軌枕間距不準確,造成后期設備養(yǎng)護問題較明顯。

3.4 道岔養(yǎng)護維修不當

(1)在道岔養(yǎng)護維修過程中,沒有樹立全方位綜合整修的理念, “頭疼醫(yī)頭、腳疼醫(yī)腳”,導致道岔的維修工作量越來越多,形成惡性循環(huán)[7]。

(2)沒有堅持大機搗固道岔的養(yǎng)護原則,多采取人工小型機搗,作業(yè)質(zhì)量不高,導致病害層出不窮。

(3)對道岔各部零配件的檢查整修不到位,對“限位器頂死”病害的整治力度不夠,造成道岔整體框架剛度不良,特別是在技術站的咽喉岔區(qū)處和萬噸列車側向接發(fā)車頻繁地段,病害發(fā)展迅猛。 如港前作業(yè)區(qū)46 號～48 號～50 號～52 號～58 號一渡一交道岔此類病害明顯。

(4)軌下膠墊更換不及時,導致軌距水平不良等問題。 如港口作業(yè)區(qū)Ⅳ場402 號～408 號菱形道岔膠墊病害明顯。

(5)道岔范圍內(nèi)接頭養(yǎng)護不當,墊板過多或者不注意接頭前后與整體道岔的順坡,特別是前后連接線路的順坡不良,直接造成接頭位置過硬,影響道岔的整體平穩(wěn)性。

(6)對道岔軌件打磨重視度不夠,直接造成因尖軌轍叉“肥邊”引起的裂紋掉塊病害較多,甚至作下線處理,降低了道岔軌件使用壽命,而且也增加了換軌工作量[8]。 如港前作業(yè)區(qū)17 號/19 號、63 號/65 號、86 號/88 號、114 號道岔因打磨力度不夠,造成轍叉下線問題明顯。

4 道岔病害的綜合整治措施

主要采用大機清篩和人工換砟、強化零配件整治、多措并舉穩(wěn)固道岔框架結構、使用貝氏體鋼軌、成立道岔打磨小組等措施,進行咽喉道岔的綜合整修整治,具體措施如下。

4.1 根治道床病害,恢復道床彈性

采取大機清篩道岔的做法,大大提升了道岔區(qū)道床的彈性。 黃驊港站每年有計劃地對咽喉區(qū)道岔進行大中修人工換砟或破底清篩工作,確保道床換砟厚度不小于300 mm,并將兩側道床砟坡篩透。 另外,在大中修期間增設各站場岔區(qū)的排水系統(tǒng),有效提升了咽喉道岔設備的運行穩(wěn)定性。

4.2 加強道岔核圖力度,提升根治道岔病害意識

依據(jù)道岔實際運行狀態(tài)的優(yōu)劣程度,制定年度、月度、每周的道岔核圖計劃,逐組落實整修。 如利用道岔核圖的方法對港前作業(yè)區(qū)90 號、92 號、96 號、120 號、122 號進行了整治,病害得以根治。 整治后,道岔檢修周期從10 d 延長至25 d 以上,每組道岔可節(jié)約人力90 工日,整治效果明顯。

4.3 嚴格管控站場改造及大中修道岔換鋪的施工質(zhì)量

(1)技術站站場改造及大中修換鋪道岔的施工,一般是在不影響既有線運營的基礎上,利用天窗時間完成的。 因此,在確保高效、安全、正點、可行的基礎上,施工方案和步驟的合理性至關重要[9]。

(2)施工方應提前介入,做好道岔預鋪過程中的配合工作,確保零配件齊全、準確、有效,幾何尺寸不超限。 施工過程中,嚴格按設計樁位落槽,確保道岔渡線的順接,道岔平、縱面良好。

4.4 重視道岔大機搗固綜合維修工作

合理利用大機搗固對道岔進行綜合維修。 對道岔區(qū)域的接頭進行大機搗固,徹底根除道岔范圍內(nèi)軌枕“吊板”現(xiàn)象。 利用大機搗固的契機,針對岔后連接曲線不圓順、正矢不良等問題,提前做好曲線要素的摸底計算,為大機撥正提供數(shù)據(jù)基礎[10]。

4.5 強化道岔結合部的聯(lián)合整治

聯(lián)合電務部門做好道岔結合部問題的檢查統(tǒng)計,合理制定年、月、周的維修計劃。 加強工務相關病害的檢查整修,主要包括尖軌爬行、尖軌基本軌密貼、滑床板狀態(tài)、限位器頂死、軌枕吊板、道床翻漿冒泥等[11]。

4.6 加強道岔各部零配件的專項整治

如道岔各部零配件發(fā)生缺失松動,應及時進行整修;及時抽換擋肩破損嚴重的軌枕;及時更換損壞的鐵墊板、彈條、扣板、軌距擋板、各部螺栓等,對損壞的軌枕立螺栓及時鉆孔錨固。

4.7 強化咽喉道岔的整體框架性能

提升道岔整體框架性能采取的措施:①實現(xiàn)接頭的無縫化,包括膠接普通絕緣接頭和凍結道岔區(qū)段的普通接頭;②道岔全范圍內(nèi)設置整體式軌距桿,岔后連接曲線設置軌距桿;③岔后連接曲線設置地錨樁,增強連接曲線段運行的穩(wěn)定性[12]。

4.8 加裝特制軌撐和特制護軌墊板

在道岔的連接部分安裝特制墊板及軌撐,將直股和導曲股的普通彈條扣件改裝為軌撐,增強了軌道的框架強度,有效降低了零配件的損壞率,幾何尺寸得以保持。 在道岔的轍叉部分安裝特制護軌墊板:①將墊板長度由610 mm 升級為760 mm,寬度不變,理論上接觸面積增加了25%。 ②增加一條立螺栓固定,增強了扭力矩與摩擦阻力。 ③對墊板材質(zhì)進行改良,將之前整鑄鐵墊板改造為熟鐵材質(zhì)墊板,由偏脆性材質(zhì)改為塑性較好的材質(zhì),有效遏制了列車運行導致的墊板開焊和斷裂等病害[13](見圖5 ～圖8)。

圖5 特制軌撐

圖6 特制護軌墊板

圖7 連接部分加裝軌撐

圖8 轍叉部分加裝特制護軌墊板

目前,已對港口作業(yè)區(qū)Ⅰ場西岔區(qū)114 號、134 號道岔進行升級改造,設備維修周期延長了3 倍,每月可節(jié)省天窗用工8 人以上,每年節(jié)約成本5 萬元以上。

4.9 強化道岔軌件材質(zhì)的抗磨性

朔黃鐵路現(xiàn)在大多使用的是硬化貝氏體鋼軌、尖軌、基本軌和組合轍叉,其抗磨耐壓性能更好,適用于重載鐵路,可有效延長道岔各部軌件的使用壽命[14]。道岔平均使用壽命從4 個月延長至1 年6 個月左右,每組道岔可節(jié)約5.7 萬元左右,按照咽喉道岔總數(shù)80 組計,每年可節(jié)約成本456 萬元。

4.10 使用75 kg/m 鋼軌重載道岔[15]

在肅寧北站進行了30 t 重載鐵路75 kg/m 鋼軌18 號固定型轍叉單開道岔的換鋪試運行,其保養(yǎng)周期從原來10 d 左右延長至25 ～30 d,運行效果良好。