高速鐵路道岔打磨技術方案探討

顧建華

(1.武漢大學經濟與管理學院，湖北 武漢 430072;2.廣州大型養路機械運用檢修段，廣東廣州 511486)

經過50多年的經驗積累，鐵路專家普遍認同鋼軌打磨具有延長鋼軌軌道的壽命、延長軌道加工周期、改善車輛運行平穩性、減少噪音等［1］優點。鋼軌打磨可以實現糾正和減少鋼軌頂面損傷、制造連續無縫鋼軌斷面、調整軌頭斷面等目的。

DM-21是從美國引進的新型打磨設備［2］。該車一共有20個磨頭，在打磨的過程中，針對鋼軌磨耗的類型，進行有針對性地打磨，各個磨頭偏轉到設定的位置，設定行車速度、打磨功率和打磨角度，把鋼軌打磨成有利于行車的各個鋼軌橫斷面和縱斷面。在打磨過程中，根據鋼軌實際病害情況，如鋼軌肥邊嚴重，磨石角度應該側重于內側區［3］;軌面波磨較嚴重，磨石角度應針對軌面角度來設置等，正確的打磨角度能更有效地修復鋼軌［4］，因此，打磨模式的選擇極其重要。

1 高速鐵路道岔問題調查和分析

1.1 道岔問題調查

1.1.1 武廣客運專線道岔情況

武廣客運專線正線使用的是德國BWG公司動態軌距優化轉轍器道岔，道岔進口軌部分(動態軌距優化轉轍器和可動心轍叉心)光帶情況良好，道岔國產軌部分(基本軌)光帶寬度在30～50 mm左右，且光帶分布不均勻，頂面和內側都有光帶，形成兩個接觸點。光帶和廓形情況如圖1和圖2。

圖1 BWG進口軌光帶良好

圖2 國產軌部分光帶不集中

1.1.2 海南東環線和廣珠城際鐵路道岔情況

海南東環線和廣珠城際鐵路正線使用的是客運專線60 kg/m鋼軌18號國產可動心道岔，道岔轉轍器部分未采用動態軌距優化技術，光帶寬度同樣在30～50 mm左右，且光帶分布不均勻，情況與BWG道岔的國產軌部分相同。

1.1.3 杭深線道岔情況

杭深線正線使用的是客運專線60 kg/m鋼軌18號國產可動心道岔，道岔轉轍器部分未采用動態軌距優化技術，道岔存在的光帶方面的病害可以歸納為光帶嚴重偏內、光帶偏內、光帶嚴重偏外、光帶偏外、光帶過寬、尖軌寬度＜15 mm處受力、岔后U型寬鋼軌雙光帶左右不對稱7種。而這幾種病害，光帶偏內和光帶過寬是最普遍存在的問題。

1.2 原因分析

針對現場調查情況，經過專家和現場維護人員的分析，出現這種情況有以下原因。

1)德國BWG公司動態軌距優化轉轍器道岔中，動態軌距優化轉轍器和可動心轍叉心是進口軌，基本軌是國產軌，左右股鋼軌、前后段鋼軌交替使用國產軌和進口軌，造成道岔部位輪軌接觸關系非常復雜，光帶出現“蛇行”變化。

2)正線鋼軌使用前進行過一次預打磨，上道后又進行了一次全線打磨，而道岔及前后300 m渡線一直未安排打磨施工，造成了道岔區域的光帶普遍向內側擴散。

3)國產鋼軌存在一定缺陷，部分地段軌冠不飽滿，與高速動車組的車輪踏面不匹配，造成輪軌接觸關系不良，光帶過寬甚至雙點接觸。

4)杭深線道岔在通車前未進行預打磨，加上有砟道岔幾何尺寸變化大，造成后期工務部門養護困難，不進行大機道岔打磨，病害難以根治。

2 道岔問題解決方案

2.1 解決方案的制定

為有效消除高速道岔存在的問題，提高道岔區域動車組運行品質，應在打磨作業時有針對性地采取不同的解決方案［5］。

1)優化打磨方式。打磨方式按現場調查和病害消除所需制定，每遍打磨施工完成后，與工務人員一起對作業后的打磨情況進行復檢，并根據檢查出的遺留問題調整打磨遍數和打磨方式，打磨遍數一般為15遍。

2)編制新的打磨模式。為了解決鋼軌光帶分布不勻問題，對出現的各類光帶分布不均情況進行研究，重新編制 1#/11#，2#/12#，3#/13#，4#/14#，5#/15#，6#/16#，7#/17#，9#/19#等 16 種廓形打磨模式。根據現場調查資料，細化每日施工組織，根據鋼軌實際狀況對作業范圍、模式組合進行調整，以達到最優的打磨效果。

2.2 解決方案實踐運用

2.2.1 武廣客運專線打磨模式

武廣客運專線采用15遍廓形打磨模式，巡航速度設定為6 km/h，功率設定為65%(11 kW)。各遍打磨設計如下:

第一遍:采用5#/15#模式，15°～24°均勻分布8個磨頭，針對15°～24°打磨是為了預防打磨后在此位置形成的突出棱角，避免內側輪軌有接觸，修整光帶。

第二 ～ 四遍:采用 1#/11#，3#/13#，7#/17#模式，12°～42°均勻分布24個磨頭，主要是針對12°～42°范圍內有輪軌接觸形成的光帶，造成光帶過寬偏向內側。目的是消除內側偏移的光帶，在鋼軌頂部形成20～30 mm光帶，避免內側輪軌有接觸形成的蛇行運動。

第五遍:采用7#/17#模式，12°～19°均勻分布8個磨頭，目的是修整軌形，避免頂部打磨后光帶往內側漂移。

第六遍:采用5#/15#模式，15°～24°均勻分布8個磨頭，針對15°～24°打磨是為了預防打磨后在此位置形成的突出棱角，避免內側輪軌有接觸，修整光帶。

第七 ～ 九遍:采用 1#/11#，3#/13#，7#/17#模式，12°～42°均勻分布24個磨頭，主要是針對12°～42°范圍內有輪軌接觸形成的光帶，造成光帶過寬偏向內側。目的是消除內側偏移的光帶，在鋼軌頂部形成20～30 mm光帶，避免內側輪軌有接觸形成的蛇行運動。

第十 ～ 十一遍:采用 7#/17#，9#/19#模式，4°～19°均勻分布16個磨頭，目的是修整軌形，避免打磨后光帶往內側漂移。

第十二～十三遍:采用2#/12#模式打磨2遍，－6°～－14°均勻分布16個磨頭，目的是修整軌形，避免打磨后光帶往外側漂移。

第十四～十五遍:采用4#/14#模式打磨2遍，－2°～－5°均勻分布16個磨頭，目的是修整軌形，避免打磨后光帶往外側漂移。

2.2.2 海南東環線模式

海南東環線為250 km/h有砟軌道，采用客運專線60 kg/m鋼軌18號可動心道岔，結合工程線實際情況，采用了預防性打磨與廓形打磨模式相結合的方式［6］。

2.2.3 廣珠城際鐵路打磨模式

廣珠城際鐵路為200 km/h無砟軌道，采用客運專線60 kg/m鋼軌18號可動心道岔，使用武廣客運專線15遍廓形打磨模式，作業效果與武廣客運專線基本相同。

2.2.4 杭深線打磨模式

杭深線采用局部打磨和整體打磨相結合的方式，先對光帶嚴重偏內、光帶偏內、光帶嚴重偏外、光帶偏外、光帶過寬、尖軌寬度＜15 mm處受力、岔后U型寬鋼軌雙光帶左右不對稱7種病害進行局部打磨，再對整副道岔進行14遍整體打磨，整體打磨的模式與武廣最后2遍打磨模式基本相同，目的為修整軌形，確保光帶位置居中，巡航速度設定為6 km/h，功率設定為65%(11 kW)。

3 打磨效果分析

1)武廣客運專線打磨效果見圖3，經檢測，列車運行光帶基本居中，蛇行現象基本消除，工務檢查反映良好。通過武廣客運專線打磨前后的效果對比發現，打磨后光帶明顯改進，但為了在頂部形成20～30 mm光帶，廓形與標準廓形有所偏差，內外側廓形均比標準廓形要磨耗多一點，在廓形圖中可以非常清楚地看出來。

圖3 武廣客運專線打磨后效果

2)海南東環線打磨效果見圖4。經道岔打磨后，只有聯調聯試的動車組運行，故輪軌接觸關系需要一段時間的驗證［7］，但為了在鋼軌頂部形成20～30 mm光帶，內外側鋼軌均要加強打磨，以保證光帶不向鋼軌兩側漂移，在打磨痕跡和廓形圖中可以非常清楚地看出來。

3)廣珠城際鐵路打磨模式采用武廣客運專線15遍廓形打磨模式，打磨痕跡和廓形圖與武廣客運專線基本相同。經道岔打磨后，因只有聯調聯試的動車組運行，故輪軌接觸關系同樣需要一段時間的驗證。

4)杭深線道岔打磨后，光帶寬度控制在12～15 mm，光帶處于居中偏內的位置。通常速度越高、車輛越輕、鋼軌材質越硬，則光帶越窄，但由于材質硬度的問題收得太窄易變形，且很難保持。

圖4 海南東環線打磨效果

4 結論

在實際調查分析的基礎上，通過有針對性地制定不同鋼軌打磨方案，改善了道岔區域的軌道不平順、優化頂面波磨和輪軌接觸關系;消滅了道岔區域的嚴重晃車病害;提高了動車通過時的舒適度，延長了鋼軌的使用壽命。

［1］張未，GUIDAT A.預防性鋼軌打磨的基本益處［J］.上海鐵道科技，1997(3):47-49.

［2］曹巖.我國高速鐵路用鋼軌打磨列車選型及應用研究［J］.鐵道標準設計，2011(8):31-34.

［3］宋旭.鋼軌波形磨耗打磨工藝［J］.鐵道建筑，1995(6):14-16.

［4］段劍峰.道岔綜合打磨技術探討［J］.鐵道建筑，2008(11):75-76.

［5］胡海波，高亮.道岔打磨車在道岔不平順病害整治中的應用［J］.鐵道標準設計，2008(6):32-34.

［6］馬良民.高速鐵路鋼軌打磨技術研究與應用［J］.鐵道建筑，2011(5):114-116.

［7］周清躍，田常海，張銀花，等.高速鐵路鋼軌打磨關鍵技術研究［J］.中國鐵道科學，2012，33(2):66-70.