合武線曲線養護與質量控制

徐幼成 上海鐵路局合肥工務段

合武線是我國第一條按照250km/h設計和建設的有砟快速客運專線，動車運營時速為200～250km，其位于安徽省中西部、湖北省東部，東起合肥樞紐站，向西經安徽省合肥、六安、金寨，湖北省麻城等站，終至武漢樞紐漢口站，是中國東西向干線滬漢蓉快速通道的組成部分，建成后將是我國中西部地區與東部沿海地區的一條快速通道。合武鐵路正線全長359.361km，橋隧總長為182.895km，2008年12月31日全線開通，2009年4月1日開行動車組。我段管轄正線延長353.466km，站線延長40.437km，道岔86組（其中正線69組），其中曲線有66條，累計長度130.26km，占線路總長的三分之一還多，最大半徑11950m、最小半徑5462m。貨物列車最高時速120km。如何控制好線路質量，確保動車組列車高速、安全、平穩運行，這給我段線路養護維修工作提出了更高的要求，特別是長大曲線，部分曲線中還設有豎曲線，控制好曲線的動靜態幾何尺寸容許偏差成為我們養護維修的重點。實踐證明形成曲線病害的根源是來自于機車車輛與軌道相互作用，而曲線軌道比直線軌道受機車車輛的沖擊力更大、更復雜，加之構造特殊，因而曲線軌道是鐵路線路的薄弱環節之一，極容易產生病害。

1 影響曲線質量控制的因素

1.1 曲線頭尾反彎或“鵝頭”

曲線方向不良多發生在曲線頭尾處，曲線頭尾出現反彎或“鵝頭”的主要原因是養護維修作業方法不當，如目視指揮撥道過程中的人為因素影響，習慣于上挑，從而破壞了曲線頭尾的正確位置；臨時補修和經常保養作業時，使用簡易法撥道，由曲線中間向兩端撥道對曲線產生反壓，也會產生曲線的反彎或“鵝頭”；設置曲線緩和曲線長度、超高及軌距加寬遞減不合理，也會產生曲線“鵝頭”；曲線頭尾處道床橫向阻力不足時，在列車動力的沖擊作用下，也會產生曲線“鵝頭”。

1.2 軌道復合不平順影響

線路在同一位置上同時存在垂向和橫向不平順時，稱為軌道復合不平順。軌道復合不平順具有多種形式，當存在水平和方向逆相位復合不平順時，其對行車安全所造成的危害，較單項不平順和其他復合不平順狀態更為嚴重。水平和三角坑屬于軌道垂向不平順，正矢和軌距遞減不平順是橫向不平順。鋼軌存在硬彎或在日常保養作業時，如改道作業中沒有綜合考慮軌道方向、曲線圓順度，造成的局部軌距遞減不順或者軌距逆相位復合，也極易產生軌道復合不平順。因此，當軌道存在逆相位復合不平順時，更容易產生水平加速度和曲率變化率超限。

1.3 水平振動加速度影響

1.3.1 列車作用力影響

列車在通過曲線段時，機車車輛的轉向架最好以自由內接的形式通過，即機車車輛的轉向架的最前位車輪輪緣與外軌作用邊接觸，其它車輪輪緣無接觸地在軌道上自由行駛。當列車由直線段進入曲線段時，仍然會保持原有的行駛方向慣性，這時候主要是靠外軌的約束和引導方才會沿著曲線軌道行駛。而這種強制約束和引導就會產生橫向振動，主要有導向橫向振動、摩擦橫向振動、軌道幾何尺寸偏差引起的橫向振動、未被平衡的離心力引起的橫向振動等。軌道檢查車測量的水平振動加速度是上述橫向振動引起的綜合振動，它的大小和作用方向與軌道幾何狀態、車輛轉向架內接形式、輪軌接觸狀態及列車速度等因素有關，其中軌道幾何尺寸偏差和未被平衡的橫向振動是主要因素。

1.3.2 曲線過、欠超高值影響

高速鐵路欠、過超高允許值詳見表1[1]，曲線欠、過超高值大于80mm時，乘客舒適度變化規律是由一般向較差。根據軌檢車數據統計分析，當曲線欠超高值大于90mm時，Ⅱ級以內的水平加速度將成倍增加。合武線設計是客貨混跑線路，為控制曲線欠超高而設置較大的的超高值是不現實的，而且由于緩和曲線長度限制，超高順坡率也不可能無限大。現場能控制在不超過1/（10υmax）[2]規定值（最高速度200～250km/h時為0.5～0.4‰）以下是最理想的狀態。如采取降低超高的做法，來滿足超高順坡率的要求，會使曲線的欠超高更大，相對而言，水平加速度出分的可能性也將更大。

表1高速鐵路欠、過超高允許值 單位：mm

1.4 曲線圓順度影響

1.4.1 曲線曲率影響

對一條曲線來說，在圓順度理想狀態下，其半徑是一個不變的常數，而實際上，在列車荷載的不斷沖擊下，曲線的圓順度是變化的。

由公式（1）可以看出曲率△與曲線半徑R成反比關系。

由（1）、（2）公式則可推導出 f=50000×△成立，而曲率的變化也可以通過正矢來反映其變化規律，如果正矢好，則曲率就穩定，反之正矢差則曲率變化大，曲線的圓順度就差。

根據軌檢車對超限峰值摘取的原理，當曲線不圓順時，即在一個檢測距離范圍內有多處不圓順，如出現緩和曲線現場正矢與計劃正矢差之差、圓曲線正矢連續差時，會產生偏差疊加現象，軌檢車會檢測出高一級別的超限。特別是曲線頭尾存在“鵝頭”、反彎或線路縱斷面不良時，極容易產生晃車現象。在對軌檢車檢測分析中，曲線的圓順度是造成曲率變化率扣分的主要原因。

1.4.2 養護方法不當影響

曲線養護不當也是造成曲線不平圓順的主要原因。在撥正曲線工作時，沒有結合軌道幾何尺寸偏差值的影響，而單純撥道。如鋼軌硬彎、軌距遞減不順、軌底坡不一致，造成撥道后不能鞏固方向。撥正曲線時，沒考慮道床橫向阻力的作用，撥正時強壓鋼軌，使撥道后鋼軌很快發生彈性恢復。

2 控制措施

2.1 整治曲線反彎或“鵝頭”，保持曲線頭尾的位置

在曲線整治作業前，首先要把曲線兩端直線大方向撥好，使曲線頭尾處于正確的位置上，與前后直線線路銜接順直。曲線頭尾出現反彎或“鵝頭”時，必須及時整治，以免加劇曲線方向不良。曲線頭尾的直線段必須采取激光撥道，每隔200～400m確定激光對中點，每次撥道量不宜超過30mm，超過30mm要分次撥道。

按規定合理設置好緩和曲線各點正矢，曲線頭尾直緩（ZH）或緩直（HZ）點正矢做到寧大勿小。我國高速鐵路規定，旅客乘坐舒適度要求的豎向離心加速度允許值取0.4m/s2，當超過這個值時，緩和曲線的超高順坡要做到“削頂補坑”，即以豎曲線線型連接，緩和曲線始點直緩（ZH）點為補坑（超高大點），緩和曲線終點圓緩（YH）點為削頂（超高小點）。在緩和曲線的始點和終點設置的豎曲線小長度不宜小于25m，并以曲線HY和YH點作為豎曲線的頂點，豎曲線半徑不得小于15000m。

2.2 合理設置欠、過超高

列車運行至曲線地段時，會產生離心力使乘客感覺不適，因此曲線地段應根據列車運行速度及曲線半徑進行超高設計。超高H計算公式為：（式中v為設計速度，R為曲線半徑）。對于高低速列車共線的情況，還要對曲線超高進行合理匹配，合武鐵路是按250km／h客運列車和120km／h貨物列車匹配、“欠小過大”的設計原則來設置曲線超高。其中欠超高允許值影響旅客乘坐的舒適度，在超高設置時將高速列車欠超高控制在“良好40mm”左右，過超高控制在“一般80mm”以內，使高速列車獲得較好的乘坐舒適度（見表1）。

2.3 制定曲線靜態幾何尺寸容許偏差管理值規定

為實現對高速線路養護和質量的有效控制，我段根據軌道檢查車對峰值管理項目內容，即軌道動態局部不平順十個檢查項目（軌距、水平、高低、軌向、三角坑、車體垂向振動加速度、橫向振動加速度、加速度的變化率、軌距變化率和曲率變化率），制定曲線靜態幾何尺寸容許偏差管理值規定。軌道靜態幾何尺寸容許偏差管理值、曲線正矢容許偏差管理值分別見表2和表3。

表2線路軌道靜態幾何尺寸容許偏差管理值 單位：mm

表3曲線正矢容許偏差管理值 單位：mm

2.4 建立曲線橫距精確定位系統

建立曲線橫距（精確定位系統），采用控制樁進行三維控制，曲線地段每20m埋設一處，自曲線起始里程埋起，至曲線終點不足20m按實際長度埋設，保證最后一根樁對準曲線終點。每半年刷新一次曲線的各種標志，包括曲線要素、超高、正矢以及線下的反光標牌等，要求正確清晰，對反光標牌損壞的要及時更換新標牌。曲線橫距容許偏差管理值分別按表4規定。

表4曲線橫距容許偏差管理值 單位：mm

2.5 檢查與偏差處置

2.5.1 動態檢測與偏差處置

客運專線以動態檢查為主，靜態檢查為輔。目前動態檢測主要有四種方式：一是鐵道部動檢車；二是部、局軌道檢查車；三是車載式線路檢查儀；四是便攜式線路檢查儀。

動檢車是同速檢測（250km/h）每月三次，上、中、下旬各一次；軌檢車是低速檢測（200km/h以下）每月一次。除此之外，動車組機車上還裝有晃車儀，以及日常添乘檢查。對動態檢查出現的Ⅱ級及以上報警處所，及時傳至相關車間和工區，以便工區派員現場進行復核，對于確實存在的病害則利用當日的維修天窗進行消滅。同時根據軌道實際狀態制定維修計劃，進行日常保養、預防性計劃維修和緊急補修。

2.5.2 靜態檢查與偏差處置

線路車間每季度用手推式軌道檢查儀對曲線全面檢查一遍。對靜態檢查出的Ⅱ級及以上偏差，工區應及時消滅。軌距、水平檢查時要做到逐根檢查。作業驗收時，軌距遞減率控制在0.3‰以內，水平連續2mm范圍內，遞減率也控制在0.3‰以內。正矢用20m弦繩測量時，每5m點逐點檢查，正矢標定精確到小數點后一位，現場檢查目估到小數點后一位。2.5.3晃車點檢查與偏差處置

(1)晃車點正矢檢查與偏差處置。對動檢車、添乘機車等檢查出來的不良處所，檢查時找準晃點對應的現場地點，在前后各延長30m范圍內，用20m弦線按2.5m加密逐點檢查，記錄下現場量測各點的實際正矢，以平均值為該段曲線的設計正矢，算出現場正矢和該平均值的差值，同時用簡易撥道法計算出各點的撥量(詳見圖1)。

圖1 晃點加密2.5m檢查圖

平均正矢計算公式為：F=（f1+f2+f3+f4+f5+f6+…+fn）/N，偏差處置時，按照計算出的撥量，對點依次進行撥道。對局部存在反向彎曲的地點，宜采用四臺撥道器對向撥道。撥道后及時回填道碴，平整道床。撥道完畢后，全面復查一遍該區段正矢，偏差大的再重復上一流程，直到所有正矢差滿足表3規定限值，本次作業完畢。

（2）晃車點軌道不平順檢查與偏差處置。曲線軌道不平順處所起道作業時，在作業點前后軌枕頭外側應有足夠的道砟。起道量控制在30mm左右，搗固前先放正枕木，一律用電動搗固棒搗固，要注意搗固均勻，消滅暗坑吊板。搗固作業時，做到夯拍道床邊坡和砟肩同步進行。對小方向和軌距變化率超過0.3‰的的部位，通過細撥細改矯直鋼軌硬彎，達到方向良好。改道時以調整軌距塊為主，及時消滅扣板離縫現象。

2.6 制定曲線地段大機作業標準

合武線養護維修作業采用機械化，它不僅提高了養護維修的工作效率，而且提高了養護維修的質量。人工作業只是在檢測車檢測出現個別晃車點時，才由養路工區上道作業。大型養路機械組合主要由搗固機（D）、穩定車（W）、配碴車（P）組成，每2D1W1P為1個作業組進行實施（3X搗固機按2D1P配置）。前面一臺搗固機按精確法起撥道，后面一臺搗固機順平，隨后穩定、配碴。

2.6.1 大機作業準備

(1)大機作業前，車間安排人員對曲線頭尾直線段的大方向進行預撥。

(2)軌距、膠墊必須整正到位。軌距控制在（0，-1.5）之間，軌距變化率嚴格控制在0.3‰以內，且連續10塊板無交替變化；橡膠墊板無缺少、損壞、歪斜。

(3)零配件齊全有效。軌距擋板位置準確，平貼軌底，頂緊擋肩；彈條扣件螺栓扭矩達到80～150Nm，彈條中部前端下顎貼緊軌距擋板（離縫不大于1mm）；螺桿除銹涂油。

(4)預卸預拉石砟。搗固作業前預拉石砟，根據起道量提前預卸石砟，保證搗固區域和砟肩堆滿石砟；穩定作業前及時回填鎬窩，保證左右股道床石砟均衡；不得破壞搗固車夯拍成形的砟肩面。

(5)軌枕狀態良好。大機作業前更換失效軌枕；軌枕間距達標，不得歪斜。

(6)提供技術資料和起撥道量。準確提供曲線要素等技術資料。作業前應利用精測樁復核曲線正矢，線形不良曲線必須重新精測，確定曲線要素并計算撥道量，個別正矢點偏差也應提供撥量，每隔5根軌枕標注；直線段每隔200～400m提供激光對中撥道量；作業前利用精測樁，組織縱斷面測量，拉坡設計計算起道量，豎曲線地段起道量進行修正，每隔5根軌枕標注起道量。

2.6.2 大機作業方法

(1)大機起道。采取精確法起道，起道量原則上控制在30mm以下。實際起道量超過40mm時分層起道。遇有線橋結合部、橋涵過渡段、大抬道等薄弱地段視具體情況安排補強搗穩。

(2)大機撥道。直線地段采取激光撥道，無激光或激光不能正常使用時，禁止作業；曲線必須按提供的撥量精確撥道。

(3)大機起撥道應在直線上順坡，嚴禁在緩和曲線順坡，順坡長度不小于起道高度的1600倍，嚴格控制并確認起止點起道量、撥道量全部歸零。

(4)大機搗固。線路搗固必須按“2X”自動作業模式作業，全部兩次插鎬逐孔連續搗固，鋼軌接頭（包括絕緣接頭）等薄弱處所插鎬4次加強，插鎬深度設置416mm（Ⅲ型枕），夾持時間0.6s或以上，搗鎬下插深度須達到枕底以下15mm，夾持壓力和夾持幅度必須達到規定要求。穩定車橋上作業時，要求道砟厚度不小于150mm，振動頻率不小于30Hz，并不得在橋梁范圍內起停振。

(5)砟肩夯拍。與搗固同步全程振動夯拍道床砟肩，夯拍激振器必須打開，增強搗固密實效果。

(6)動力穩定：中低速穩定，垂直預加載8.0～10.0MPa，預置下沉量 5～12(mm)，振動頻率 28～35Hz，作業速度 0.8～1.5km/h。當天搗固應同步、連續、勻速穩定，穩定作業嚴禁出現脫節現象。

(7)檢測記錄。搗固車、穩定車作業時同步使用記錄儀，全程檢測作業后線路水平、軌向和曲線超高、正矢，監控作業質量。記錄數據作為驗收依據，并保存一年備查。

(8)配砟整形。搗前配砟搗后整形，配砟整形車來回作業，保證搗固前搗固區域配足道砟，搗固后砟肩堆高、道床斷面符合標準。

2.6.3 大機作業驗收標準

(1)搗固作業標準。搗鎬下插后與軌枕面平齊的位置必須在鎬掌上沿248mm以上；夾持油缸的伸出量必須達到50mm以上；作業后軌枕沒有插痕。

(2)線路定位系統質量標準。線路定位系統采用垂距控制縱斷面，采用橫距控制平面。允許偏差為：垂距差10mm，垂距變化值0.2mm/m。

(3)作業質量標準執行表2、表3中的第一項作業驗收標準。

3 結束語

合武線開通運營一年多來，特別是2009年4月1日動車組正式開行以來，我段安全優質地完成了線路質量的動靜態幾何尺寸容許偏差控制，特別是對曲線軌道靜態幾何尺寸容許偏差做到了有序可控，乘客舒適度良好，實現了動車組安全、平穩運行。鐵道部0#動檢車優良率達100%，均km扣分小于0.6。

高速鐵路在我國的發展仍處起步階段，養護維修標準仍在處在逐步完善過程中，特別是對于高速線路曲線的養護和質量控制更是處在研究與應用相互論證的階段。對于普通鐵路（120km/h以下），我們的養護維修工作積累了幾十年的經驗，形成了較完整的養護維修體系，但高速鐵路不同于普通鐵路，更何況曲線病害的形成原因錯綜復雜，要實現對高速鐵路的有效控制，應加強軌道動態檢測力度，及時掌握軌道質量狀態，指導線路養護維修，確保鐵路運輸安全。對此筆者有以下幾點體會：

(1)國外軌檢車技術已向著無移動部件、檢測項目齊全、故障判斷高智能化、檢測系統網絡化、檢測數據處理科學化的方向發展。加快引進并消化國外高速檢測新技術，研制適合我國高速鐵路的動檢車，加強對長波的檢測。

(2)高速鐵路的養護工作仍然要認真貫徹“預防為主，防治結合，修養并重”原則，嚴格執行綜合維修、經常保養和臨時補修標準化作業程序，把軌道不平順管理作為工務部門的重要工作來抓，綜合提高線路的安全性和穩定性。

(3)合理地實施“天窗修”和“狀態修”，各項檢查及作業應盡可能地全部安排在天窗點內進行，避免行車干擾。有條件時，天窗點盡量安排在白天進行，這樣能夠提高作業質量，降低養修成本，消除夜間施工作業的不利因素。

(4)建立全路和地區性地面綜合數據處理中心，并建設相應信息系統，負責所轄范圍內固定設備、設施檢測和維修信息的數據處理，進行惡化趨勢分析。根據處理、分析結果，制定工務設備、設施養護維修計劃建議，提供對養護維修的決策支持。