無碴無枕鐵道線路固軌裝置的研制

周 恒，李桂君，韓延勤

（兗州煤業(yè)股份有限公司鐵路運(yùn)輸處，山東 鄒城273500）

1 鐵路專用線無碴無枕鐵道線路存在的問題

兗礦集團(tuán)自營鐵路全長約196km，其中大鳧線、鄒南線、東灘線、大機(jī)線、大興線、濟(jì)東支線等線路咽喉地段都要通過無碴無枕橋, 無碴無枕橋上鐵道線路關(guān)系著礦區(qū)鐵路運(yùn)營安全。目前，鐵路專用線的無碴無枕鐵道線路的鋼軌固定一般采用以下三種簡易固軌設(shè)施：鐵墊板及焊接加長螺旋道釘、預(yù)埋混凝土預(yù)制塊、直接在混凝土道床或橋梁上鉆孔錨固等。隨著鐵道線路運(yùn)營年限的增加，列車對(duì)線路的破壞程度加劇，上述簡易固軌設(shè)施在長期使用中存在著諸多問題：錨固深度、固軌強(qiáng)度不足，鐵墊板易松動(dòng)及開裂、加長螺旋道釘易生銹折斷，混凝土預(yù)制塊、混凝土道床及橋梁水泥面易饋爛、碎裂等多種問題，造成無碴無枕鐵道線路壓饋、扣件固定不牢，線路的幾何尺寸變化較大，線路軌距超限和方向、高低不能保持等嚴(yán)重病害。日常維修雖然在凹陷處采取一些措施, 如墊膠墊或墊快硬水泥砂漿，但均不能解決根本問題，無碴橋上線路但都處于咽喉地段，一旦出現(xiàn)扣件失效等病害日常線路維修作業(yè)無法治理，直接危及鐵路行車安全。

2 研制無碴無枕鐵道線路固軌裝置的必要性

目前，市場上沒有針對(duì)鐵路專用線無碴無枕線路的專用固軌裝置，如果采用對(duì)無碴無枕線路大修方式進(jìn)行治理，需要將線路全部拆除、混凝土預(yù)制塊重新澆筑或在橋上重新制安錨固，上述方式工程造價(jià)高、施工難度大，同時(shí)還需要長時(shí)間中止鐵路正常運(yùn)行，致使影響各礦煤炭外運(yùn)，嚴(yán)重時(shí)可能影響礦井的正常生產(chǎn)。如何解決鐵路專用線無碴無枕鐵道線路存在的病害問題，消除線路存在的安全隱患，確保鐵道線路安全、持續(xù)、穩(wěn)定運(yùn)行，是工程技術(shù)人員亟需解決的問題。根據(jù)鐵路專用線運(yùn)行及現(xiàn)有固軌設(shè)施配件情況，本著安全可靠、簡單易行、經(jīng)濟(jì)適用的原則，設(shè)計(jì)、研制一種新型固軌裝置，代替原鐵路專用線簡易固軌設(shè)施，既能加強(qiáng)軌下砼承載力，又能使無碴無枕線路保持軌距、高低、水平，最終可根治存在安全隱患，確保鐵路專用線安全運(yùn)輸，達(dá)到“安全隱患及時(shí)治理，拓展線路養(yǎng)護(hù)作業(yè)范圍；不中斷鐵路運(yùn)輸，保證煤炭正常外運(yùn)”的目的。在充分調(diào)研、論證的基礎(chǔ)上，課題組設(shè)計(jì)、研制一種適用于鐵路專用線的“無碴無枕鐵道線路固軌裝置”（以下簡稱“固軌裝置”），確保無碴無枕線路安全、可靠運(yùn)用。

3 固軌裝置的設(shè)計(jì)方案、組成及安裝

3.1 設(shè)計(jì)方案

為根治礦區(qū)鐵路無碴無枕線路存在的安全隱患，本著安全可靠、技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)適用的原則，通過大量調(diào)查、試驗(yàn)，確定研究科學(xué)合理的治理技術(shù)及適合于礦區(qū)鐵路的新型固軌裝置。首先，研究鐵路專用鋼制承軌槽墊板，代替原軌下壓潰墊板既加強(qiáng)了軌下砼承載力，又能保持軌距，水平。根據(jù)礦區(qū)鐵路常用P50 鋼軌截面尺寸及線路正常軌距，改進(jìn)設(shè)計(jì)、加工、制作無碴道床線路專用鋼制承軌槽墊板，鋼制承軌槽墊板采用球墨鑄鐵材質(zhì)以增加強(qiáng)度，增加厚度；改進(jìn)承軌槽墊板擋肩折角設(shè)計(jì)，墊板截面尺寸根據(jù)新JⅡ型砼枕承軌槽尺寸設(shè)計(jì)（如圖1所示）。同時(shí)按照《鐵路運(yùn)輸標(biāo)準(zhǔn)- 螺旋道釘》（TB564-1992）設(shè)計(jì)、加工制作M24×225 整體加長螺旋道釘代替原有普通螺旋道釘（如圖1 所示）；首次采用高強(qiáng)度尼龍膠墊代替原有橡膠膠墊；結(jié)合既有鐵路標(biāo)準(zhǔn)扣件的使用，形成一套完整的鐵路專用線無碴無枕鐵道線路固軌裝置，最終實(shí)現(xiàn)快速、高效、高質(zhì)量完成無碴無枕線路的病害治理，消除安全隱患、保障線路運(yùn)用質(zhì)量及行車安全。根據(jù)《鐵路線路維修規(guī)則》及《煤炭工業(yè)鐵路技術(shù)管理規(guī)程》的相關(guān)要求，無碴無枕橋上線路治理施工及技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)如下：

1）軌距執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)軌距1435mm。

2）線路軌面水平誤差±4mm。

3）線路的軌向、高低偏差均不超過±4mm。

4） 扣件扭矩達(dá)到90～100kN，錨固螺栓扭矩180kN 以上，當(dāng)錨固深度為120～160mm、錨固時(shí)間超過4h 時(shí)，地腳螺栓抗拔力58.0kN 以上。

3.2 固軌裝置的組成

無碴無枕鐵道線路固軌裝置，由鋼制承軌槽墊板、加長螺旋道釘、既有的鐵路標(biāo)準(zhǔn)扣件（包括：I 型彈條、軌距擋板、擋板座、M24 螺帽及平墊圈）三部分組成（如圖2 所示）。

圖1 無碴無枕鐵道線路截面及固軌裝置示意圖

圖2 無碴無枕鐵道線路固軌裝置組成示意圖

3.2.1 鋼制承軌槽墊板

鋼制承軌槽墊板厚度16mm（原有墊板厚度為14mm）、擋肩折角設(shè)計(jì)為120°，墊板截面尺寸根據(jù)新JⅡ型砼枕承軌槽尺寸設(shè)計(jì)，保證與彈條Ⅰ型扣件吻合，確保扣件、彈條、尼龍擋肩能壓緊壓牢，利于正常的線路養(yǎng)護(hù)作業(yè)。鋼制承軌槽墊板（具體尺寸如下圖3、圖4 所示），采用厚度16mm 鐵素體球墨鑄鐵板（QT450-10）加工制作，寬度為180mm、上表面長度為305mm、下底面長度為323mm,螺旋道釘開孔為φ30mm（比螺旋道釘直徑大6mm，以便左右調(diào)整承軌槽墊板位置）、中心孔距214mm，承軌槽兩側(cè)斜面垂直高度20mm、水平長度為11.5mm、角度為120°（以便放置尼龍擋肩）、斜角中心按直徑5mm 進(jìn)行打磨處理。

圖3 鋼制承軌槽墊板平面圖

圖4 鋼制承軌槽墊板剖面圖

3.2.2 加長螺旋道釘

鐵路專用線原有簡易固軌裝置采用兩根φ24×195mm 常規(guī)螺旋道釘截?cái)嗪蠛附蛹娱L，造成螺栓強(qiáng)度下降，易出現(xiàn)生銹斷裂的情況。根據(jù)應(yīng)用實(shí)際，課題組重新設(shè)計(jì)了一次性加工成型的“加長螺旋道釘”（具體尺寸如圖5 所示），尺寸M24×225，采用高強(qiáng)度10.9（Q235-A）型材加工成型，加工標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行《鐵路運(yùn)輸標(biāo)準(zhǔn) - 螺旋道釘》（TB564-1992）。加長螺旋道釘上部螺紋為M24，基本尺寸應(yīng)符合GB196 的規(guī)定，螺紋公差按GB197中規(guī)定的8g 制造；螺旋道釘下部螺紋為特M25.6×6-d24.0/25.6 螺紋，牙高為3.25-00.25mm；加長螺旋道釘進(jìn)行實(shí)物拉力試驗(yàn)，當(dāng)荷載為130kN 時(shí)，螺旋道釘不得拉斷。加長螺旋道釘通過標(biāo)準(zhǔn)扣件將鋼軌、高強(qiáng)度尼龍膠墊、承軌槽墊板與無碴無枕線路相連接（如圖6 所示）。

3.2.3 標(biāo)準(zhǔn)扣件

無碴無枕鐵道線路固軌裝置還包括既有鐵路標(biāo)準(zhǔn)扣件，由I 型彈條、軌距擋板、擋板座、M24 螺帽及平墊圈組成，上述鐵路配件均屬于標(biāo)準(zhǔn)件，不再描述。

圖5 加長螺旋道釘

圖6 承軌槽墊板、加長螺旋道釘與鋼軌連接圖

3.2.4 固軌裝置的快速安裝技術(shù)

為避免中斷鐵路運(yùn)輸，保障行車安全，需采用合理技術(shù)方案，確保各礦煤炭外運(yùn)。安裝固軌裝置時(shí)采用隔一裝一的治理方案，并采用快速錨固劑。安裝時(shí)，首先鉆出無碴無枕橋失效地腳螺栓，鉆孔沖擊鉆鉆孔深度180mm，螺旋道釘錨固長度160mm；用普通沖擊鉆擴(kuò)孔成正三角形提高抗拔力，將孔內(nèi)砼鑿除并清理干凈，用清水清洗鉆孔，再用棉紗吸水干凈。采用新型快速劑錨固地腳螺栓，用預(yù)埋螺栓固定工具將螺栓位置精確固定，把配置好的快速錨固劑緩緩倒入螺栓孔內(nèi)，錨固螺栓。安裝鋼制承軌墊板，將線路走行軌移至墊板上，上緊軌道連接零件，恢復(fù)線路。

原有螺旋道釘采用硫磺錨固，熬制硫磺砂漿產(chǎn)生的煙氣毒性較強(qiáng)污染環(huán)境，不符合當(dāng)下的環(huán)保形勢(shì)，采用了新型快速錨固劑，具有快硬、高強(qiáng)、微膨脹、冷操作施工和對(duì)環(huán)境無污染等特點(diǎn)。主要技術(shù)參數(shù)：扣件扭矩達(dá)到90～100kN，錨固螺栓扭矩180kN 以上，當(dāng)錨固深度為120～160mm 時(shí)地腳螺栓抗拔力58.0kN 以上，經(jīng)檢驗(yàn)快速錨固劑達(dá)到了技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

省去了硫磺錨固道釘時(shí)需要熬制加熱工序，避免混凝土軌枕、橋枕因局部受熱可能產(chǎn)生裂縫和降低道釘使用壽命。允許在-10℃以上氣溫環(huán)境下施工，直接摻水?dāng)嚢杈鶆蚝?，倒入螺旋道釘預(yù)留孔，60分鐘可以迅速凝固。硬化快、抗拔力高：道釘錨固后4h 抗拔力≥60kN。潮濕絕緣性能好，符合鐵道應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)要求，執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)TB/T2093-2002。通過在泗河橋無碴無枕橋的應(yīng)用及測(cè)試，證明了快速軌枕錨固劑能夠滿足強(qiáng)度要求，可替代硫磺砂漿錨固。

4 固軌裝置的應(yīng)用效果

該固軌裝置通過在礦區(qū)鐵路大興線K6+653 及鄒南線K5+093 (鄒南線、大鳧線、東灘線)共4 處無碴道床線路1 年多的持續(xù)應(yīng)用，效果良好，完全實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)目的，有效解決了線路關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)病害治理的問題，消除了因原有簡易固軌設(shè)施長期使用易損壞、使用壽命短、不能牢固固定鋼軌，造成線路軌距、方向、高低不能保持影響行車的安全隱患，滿足了現(xiàn)場需要，提高了線路運(yùn)用的安全性、穩(wěn)定性，保障了鐵路運(yùn)輸安全。該固軌裝置設(shè)計(jì)科學(xué)合理、安全可靠、簡潔實(shí)用、成本低、易實(shí)施，提高了無碴無枕鐵道線路病害治理效率、質(zhì)量，降低了維修成本。通過“無碴無枕鐵道線路固軌裝置”的成功應(yīng)用，為同類條件下其它鐵路專用線無碴無枕鐵道線路病害治理具指導(dǎo)和借鑒意義，具備廣泛的推廣應(yīng)用的價(jià)值。同時(shí)，課題組對(duì)自行設(shè)計(jì)、研制的“一種無碴無枕鐵道線路固軌裝置”申請(qǐng)了實(shí)用新型專利，已獲得受理并通過了國家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局審核。