濱州線軌道狀態(tài)及養(yǎng)護(hù)維修對(duì)策研究

陳憲麥，賀天龍，劉勝勇，張向民，徐磊，馬子祥，王衛(wèi)東

(1.中南大學(xué) 土木工程學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410075；

2.高速鐵路建造技術(shù)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室，湖南 長(zhǎng)沙 410075；

3.哈爾濱鐵路局海拉爾工務(wù)段，內(nèi)蒙 古海拉爾 021000；

4.西南交通大學(xué) 牽引動(dòng)力國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 成都 610031)

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濱州線軌道狀態(tài)及養(yǎng)護(hù)維修對(duì)策研究

陳憲麥1,2，賀天龍1，劉勝勇3，張向民1,2，徐磊4，馬子祥3，王衛(wèi)東1

(1.中南大學(xué) 土木工程學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410075；

2.高速鐵路建造技術(shù)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室，湖南 長(zhǎng)沙 410075；

3.哈爾濱鐵路局海拉爾工務(wù)段，內(nèi)蒙 古海拉爾 021000；

4.西南交通大學(xué) 牽引動(dòng)力國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 成都 610031)

摘要:嚴(yán)寒的氣候條件使得高寒地區(qū)軌道結(jié)構(gòu)的運(yùn)營(yíng)狀態(tài)和養(yǎng)護(hù)維修具有特殊性，其養(yǎng)護(hù)維修不宜簡(jiǎn)單套用現(xiàn)行鐵路線路修理規(guī)則。為確保高寒地區(qū)鐵路運(yùn)營(yíng)安全，迫切需要針對(duì)高寒地區(qū)鐵路養(yǎng)護(hù)維修技術(shù)進(jìn)行深入研究。采用現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研、測(cè)試和計(jì)算分析等研究方法，對(duì)濱洲線的鋼軌磨耗、三折、斷軌和原始彎曲，扣件參數(shù)及接頭螺栓扭矩，道床狀態(tài)參數(shù)和幾何參數(shù)，線路凍害和軌道不平順等線路狀態(tài)進(jìn)行深入分析，總結(jié)濱洲線軌道狀態(tài)之特征和變化規(guī)律，并提出養(yǎng)護(hù)維修之對(duì)策。研究結(jié)論可為其他高寒地區(qū)無(wú)縫線路養(yǎng)護(hù)維修技術(shù)之研究提供借鑒意義。

關(guān)鍵詞：濱洲線；無(wú)縫線路；運(yùn)營(yíng)狀態(tài)；養(yǎng)護(hù)維修；高寒鐵路

濱洲線所經(jīng)地區(qū)大部分是嚴(yán)寒地區(qū)，穿越季節(jié)和多年凍土區(qū)，氣候條件復(fù)雜，溫差大，特別是大興安嶺高緯度高寒冷地區(qū)，四季分明，冬季最低氣溫達(dá)-40～-52.3 ℃，夏季最高氣溫達(dá)30～36.8 ℃[1]。這種嚴(yán)寒的氣候條件使得軌道結(jié)構(gòu)的運(yùn)維具有特殊性，不宜簡(jiǎn)單套用現(xiàn)行線路修理規(guī)則。為確保高寒地區(qū)鐵路安全，迫切需要深入研究高寒地區(qū)的鐵路養(yǎng)護(hù)維修技術(shù)。基于此研究背景，課題組對(duì)濱洲線的運(yùn)營(yíng)狀態(tài)和養(yǎng)護(hù)維修現(xiàn)狀進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研、測(cè)試及分析，現(xiàn)詳述之。

1鋼軌運(yùn)營(yíng)狀態(tài)及變化規(guī)律

濱洲線地處嚴(yán)寒地區(qū)，地質(zhì)、氣候環(huán)境復(fù)雜，建設(shè)期早，小半徑曲線多，運(yùn)量大，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研情況表明，其鋼軌磨耗和傷損情況有其自身特點(diǎn)，常見(jiàn)的病害有磨耗、軌頭龜裂、壓潰、剝離、接觸疲勞、擦傷、焊縫傷損、肥邊、接頭高低差和大軌縫等。

1.1　鋼軌磨耗

鋼軌直接承受車輪荷載和病害區(qū)引發(fā)的沖擊作用，磨耗的產(chǎn)生是難以避免的。小半徑曲線鋼軌受到各種輪軌應(yīng)力的作用，更容易造成磨耗問(wèn)題。引起鋼軌磨耗的原因可以歸結(jié)為列車作用不穩(wěn)定、線路幾何形位設(shè)置不合理、鋼軌材質(zhì)及線路病害影響等方面，同時(shí)也可以從這幾個(gè)方面著手開展相應(yīng)的整治[2-3]。

現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研表明，濱洲線鋼軌磨耗和傷損發(fā)展快，3個(gè)月就出現(xiàn)魚鱗傷損，約7-10個(gè)月就需更換鋼軌，究其原因是線路結(jié)構(gòu)道砟不足、螺栓不緊和應(yīng)力不均等因素造成，這些因素在一開始并沒(méi)有引起全局的重視。隨著現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)的積累，管理人員開始重視這些因素，采取補(bǔ)足道砟、擰緊螺栓、調(diào)均應(yīng)力等相應(yīng)的整治措施，把鋼軌傷損降了下來(lái)。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，鋼軌應(yīng)力不均的現(xiàn)象在大坡道和軟土路基上出現(xiàn)的比較多，其根源在于鎖定軌溫很難準(zhǔn)確確定。長(zhǎng)軌條在鋪設(shè)前常會(huì)在現(xiàn)場(chǎng)停放幾天，這期間很難正常伸縮，造成鋼軌落地和鋪設(shè)時(shí)候的溫度差異。根據(jù)現(xiàn)有的施工工藝，鋪設(shè)鋼軌時(shí)候的溫度就會(huì)被認(rèn)為是鎖定軌溫，但實(shí)際上真正的鎖定軌溫并非如此。此外，施工中各種隨機(jī)因素造成的溫度差和線路運(yùn)營(yíng)中出現(xiàn)的因螺栓松動(dòng)、鋼軌爬行、道砟不足等因素所造成的溫度偏差，也會(huì)致使應(yīng)力不均。列車通過(guò)小半徑曲線時(shí)，常常出現(xiàn)一股滾動(dòng)、一股滑動(dòng)的現(xiàn)象，易造成上、下股位移量不一致的病害。據(jù)哈爾濱鐵路局現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)維經(jīng)驗(yàn)，有時(shí)即使道床飽滿程度和扣壓力都達(dá)標(biāo)，小半徑曲線仍然產(chǎn)生位移，控制困難。這種現(xiàn)象在每年的小半徑曲線檢查中都出現(xiàn)過(guò)，很難克服，可視為高寒地區(qū)無(wú)縫線路運(yùn)維需要克服的一大難題。同時(shí)，發(fā)現(xiàn)鋼軌磨耗量與曲線半徑之間存在一定關(guān)聯(lián)。圖1給出了2013-03~2014-07月間在曲線半徑分別為509，605，750，900，1000，1 670和2 000 m的小半徑曲線上測(cè)得的鋼軌累計(jì)磨耗量。從圖1可以看出，一般情況下，曲線半徑越小，鋼軌磨耗量越大。半徑為509 m的曲線磨耗在2014-02~03期間出現(xiàn)了異常增大的現(xiàn)象，具體原因初步估計(jì)跟春季凍土消融有關(guān)，具體原因有待進(jìn)一步研究。

圖1　鋼軌磨耗與曲線半徑之間的關(guān)系Fig.1 Relation between rail wear and curve radius

1.2　三折

所謂“三折”，就是指鐵路線路上的鋼軌(含轍叉、尖軌)、鋼軌接頭夾板和鋼軌接頭夾板螺栓的折損[4-6]。“三折”是北方寒冷地區(qū)頻繁出現(xiàn)的軌道病害之一，嚴(yán)重威脅列車的運(yùn)行安全，干擾列車運(yùn)行的正常秩序，給鐵路的經(jīng)濟(jì)效益帶來(lái)極大損失。表1給出了海拉爾工務(wù)段軌件傷損的統(tǒng)計(jì)情況，表2給出了各類傷損的具體數(shù)量。由表1可以看出，在2013-10~2014-03的統(tǒng)計(jì)區(qū)間，總共發(fā)生了208次軌件傷損，發(fā)生傷損最多的時(shí)間是2013年11月，共69次，占總量的33.17%，其次是2014年3月和1月(分別為35次和34次)，其他時(shí)間介于20～27次之間。可見(jiàn)，11月份是發(fā)生三折最集中的時(shí)間段，應(yīng)列為重點(diǎn)防治時(shí)間。

表1　海拉爾工務(wù)段軌件傷損(2013.10～2014.03)

表2　鋼軌傷損類型

由表2可以看出，統(tǒng)計(jì)時(shí)間內(nèi)鋼軌傷損類型主要是各種裂紋(63.94%)、核傷(24.52%)和掉塊(7.21%)。其中，裂紋病害中，螺栓裂紋最為嚴(yán)重，共81處，所占比例達(dá)到了60.90%；水平裂紋次之，35次，占26.32%。接頭病害、螺栓孔不倒棱是孔裂的主要原因，而摩擦凍結(jié)夾板存在缺陷是產(chǎn)生接頭處鋼軌水平裂紋的主要原因，如濱洲線上行585 km 30號(hào)鋼軌左股夾板兩側(cè)與鋼軌下顎存在縫隙，軌縫處軌下顎與夾板密貼，在力的作用下導(dǎo)致鋼軌水平裂紋。此外，調(diào)研發(fā)現(xiàn)，春季是螺栓裂紋和水平裂紋頻發(fā)的季節(jié)，如2014年3月海工探傷共33處，其中螺孔裂紋20處，水平裂紋5處，兩者共25處，占總傷損的75.76%。螺栓裂紋和水平裂紋多發(fā)與春季線路彈性不均勻有直接關(guān)系。

1.3　斷軌

在復(fù)雜的氣候條件下，由于鋼軌受到列車荷載沖擊碾壓、熱脹冷縮等因素的影響，在冬、春季拉應(yīng)力增大的情況下，斷軌現(xiàn)象在各個(gè)鐵路局都有不同程度的發(fā)生，尤其是嚴(yán)寒地區(qū)[7-8]。濱洲線2010~2013年期間共發(fā)生6次斷軌，分別是：2010-11-27檢查上行92 km+996 m右股鋼軌鋁熱焊焊縫時(shí)，發(fā)現(xiàn)焊縫軌底外口三角區(qū)存在8×8 mm2未焊透缺陷；2011-10-02發(fā)現(xiàn)的587 km 22號(hào)鋼軌左股焊縫斷開；2011年11月20日發(fā)現(xiàn)的上行304 km 7號(hào)鋼軌左股鋁熱焊接頭垂直折斷；2011-12-15發(fā)現(xiàn)的上行875 km 33號(hào)鋼軌左股鋁熱焊接頭焊縫拉開；2012-10-30發(fā)現(xiàn)的濱洲線下行159 km 14號(hào)鋼軌右股鋁熱焊接頭拉開；2012-12-26發(fā)現(xiàn)的濱洲線上行306 km 6號(hào)鋼軌左股鋁熱焊接頭拉開。總結(jié)濱洲線斷軌發(fā)生的原因，主要有焊劑選擇不當(dāng)、夾雜、焊劑材質(zhì)、焊區(qū)疏松和溢流飛邊以及未能嚴(yán)格執(zhí)行焊接工藝流程等。基于濱洲線既有斷軌處置經(jīng)驗(yàn)，提出如下參考性建議：

1)不同材質(zhì)強(qiáng)度的鋼軌相互焊接時(shí)，按材質(zhì)強(qiáng)度低的鋼軌選用焊劑。對(duì)于特殊型號(hào)的鋼軌及熱處理鋼軌，按照強(qiáng)度等級(jí)確定使用的焊劑規(guī)格[9]。 2)在鋼軌焊接過(guò)程中，需要嚴(yán)格執(zhí)行焊接工藝，以防焊接過(guò)程中夾雜、焊區(qū)邊緣出現(xiàn)晶粒粗大，致使焊接質(zhì)量不達(dá)標(biāo)，留下斷軌隱患。3)焊前準(zhǔn)備、焊接、焊后保護(hù)階段，都要重視周圍時(shí)空環(huán)境和焊接施工的環(huán)境要求，下雨、氣溫變化過(guò)大、振動(dòng)都會(huì)導(dǎo)致焊接質(zhì)量問(wèn)題，如焊區(qū)拉傷、疏松和溢流飛邊等。4)合理制定焊縫探傷管理機(jī)制，提高技術(shù)人員業(yè)務(wù)素養(yǎng)，嚴(yán)格責(zé)任到人，采取專用探傷設(shè)備，對(duì)焊縫進(jìn)行全斷面檢查，防止漏檢漏判。

1.4　鋼軌原始彎曲

鋼軌原始彎曲是由諸多隨機(jī)因素造成的，是影響無(wú)縫線路穩(wěn)定性的重要因素[10]。課題組采用弦測(cè)法(弦長(zhǎng)分別為3～8 m)對(duì)濱洲線鋼軌原始彎曲進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，計(jì)算獲得原始彎曲矢長(zhǎng)比和原始彈性彎曲的相對(duì)曲率(由于是在8月進(jìn)行的測(cè)試，塑性和彈性初彎可按原始彎曲矢度的一半考慮[11])及其相應(yīng)的平均值，并采用Savitzky-Golay濾波算法對(duì)平均值進(jìn)行了20次的平滑處理[12]，濾波器窗寬取為5，濾波系數(shù)由不加權(quán)線性最小二乘回歸和多項(xiàng)式模型確定，多項(xiàng)式模型的階數(shù)取為3階。對(duì)平滑結(jié)果進(jìn)行多項(xiàng)式擬合，獲得3階擬合函數(shù)，計(jì)算結(jié)果如圖2和圖3所示。

圖2　原始彎曲矢長(zhǎng)比Fig.2 Ratio of vector to wavelength of initial deflection

圖3　彈性原始彎曲相對(duì)曲率Fig.3 Relative curvature of elastic initial deflection

由圖2和圖3可以看出，在同一測(cè)點(diǎn)，鋼軌原始彎曲測(cè)試值隨著測(cè)量弦長(zhǎng)的增大而增大；在不同測(cè)點(diǎn)，原始彎曲的離散性較大，具有隨機(jī)性。原始彎曲矢長(zhǎng)比的平均值，方差和標(biāo)準(zhǔn)差分別為4.70×10-4，2.31×10-4和1.52 ×10-4，原始彈性彎曲相對(duì)曲率的平均值，方差和標(biāo)準(zhǔn)差分別為4.71×10-5m-1，2.67×10-5m-2和1.63 ×10-5m-1。

2扣件參數(shù)及接頭螺栓扭矩

課題組于2014-9-24，2014-10-24，2014-11-24和2015-1-7在興安嶺分別進(jìn)行了4次扣件和接頭螺栓扭矩的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，扣件共選了10個(gè)橫斷面，每個(gè)斷面4組螺栓，接頭共選了6個(gè)橫斷面，每個(gè)斷面2組螺栓。圖4和圖5給出了測(cè)試結(jié)果，并給出了4次測(cè)試的平均值(如圖中條形圖所示)。由圖4和圖5可知扣件螺栓和接頭螺栓扭矩均符合規(guī)范要求。在137天的觀測(cè)期內(nèi)，扣件螺栓扭矩在前三個(gè)月內(nèi)基本保持平穩(wěn)，差值小于2%，但進(jìn)入嚴(yán)冬之后，扣件螺栓扭矩增大，差值達(dá)10%；接頭螺栓扭矩平均值一直在衰減，差值達(dá)11.8%，衰減變化規(guī)律可用式(1)表示

y=-44.2x+1 114.6

(1)

其中，y是接頭螺栓扭矩(N·m);x是測(cè)試次數(shù)，一般情況下，按1次/月的頻率計(jì)算。根據(jù)式(1)，濱洲線接頭扣件檢查復(fù)緊的周期約是9個(gè)月。實(shí)際養(yǎng)護(hù)維修中，除了采用適應(yīng)嚴(yán)寒地區(qū)的高強(qiáng)度接頭螺栓、施必牢接頭螺栓外，還要在入冬前高溫季節(jié)和春季檢查復(fù)緊，其目的是防止冬季因扭矩不足，將軌縫拉大，造成接頭螺栓折斷，夏季因扭矩不足，將軌縫拉小至頂死，造成鋼軌橫向變形失穩(wěn)。

圖4　興安嶺扣件螺栓扭矩測(cè)試值Fig.4 Test torque values of fastener bolt at Xing'an region

圖5　興安嶺接頭螺栓扭矩測(cè)試值Fig.5 Test torque values of joint bolt at Xing' an region

3道床運(yùn)營(yíng)狀況

3.1　道床狀態(tài)參數(shù)

為了解嚴(yán)寒地區(qū)無(wú)縫線路道床的狀態(tài)參數(shù)，課題組在興安嶺測(cè)試區(qū)進(jìn)行了道床狀態(tài)參數(shù)的測(cè)試，測(cè)試方法見(jiàn)文獻(xiàn)[13]，圖6和圖7分別給出了道床縱、橫向阻力的測(cè)試結(jié)果、平均值及其擬合曲線，非線性擬合數(shù)學(xué)公式可用式(2)表示

(2)

其中，y是道床阻力,kN/枕;x是軌枕位移,mm;a，b，c和d是模型參數(shù)，可以通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)反算獲得，表3給出了濱洲線道床縱、橫向阻力的模型參數(shù)值。

計(jì)算結(jié)果表明，當(dāng)軌枕產(chǎn)生2 mm位移時(shí)，道床縱向阻力平均值為9.884 kN/枕，略小于規(guī)范值10 kN/枕，道床橫向阻力平均值為11.047 kN/枕，滿足規(guī)范要求。

圖6　興安嶺無(wú)縫線路道床縱向阻力測(cè)試值Fig.6 Test on longitudinal resistance of CWR ballast bed at Xing' an region

圖7　興安嶺無(wú)縫線路道床橫向阻力測(cè)試值Fig.7 Test on lateral resistance of CWR ballast bed at Xing' an region

3.2　道床幾何參數(shù)

在興安嶺測(cè)試區(qū)對(duì)道床幾何參數(shù)進(jìn)行了量測(cè)，結(jié)果見(jiàn)圖8所示。

表3　道床縱、橫向阻力模型參數(shù)

由圖8可以看出，興安測(cè)試區(qū)的道床肩寬約一半(10/19)低于40 cm，道床高度有4處低于15 cm，道床肩部堆高普遍低于15 cm，坡度只有1處高于0.57。由現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)結(jié)果可以看出，該測(cè)試區(qū)道床幾何參數(shù)部分不滿足規(guī)范要求，需要進(jìn)行相應(yīng)的養(yǎng)護(hù)維修，如補(bǔ)充道砟等。

圖8　興安測(cè)試區(qū)道床幾何參數(shù)測(cè)試值Fig.8 Testing values of geometric parameters of CWR ballast bed at Xing' an region

4線路凍害

路基凍害是嚴(yán)寒地區(qū)，特別是多年凍土地區(qū)鐵路線路上常見(jiàn)的病害，其特點(diǎn)是分布廣、時(shí)間長(zhǎng)、維修工作量大、影響行車程度嚴(yán)重。濱洲線也具有非常嚴(yán)重的凍害受災(zāi)區(qū)，以2014年為例，凍害高度15 mm及以上的凍害有396處，其中濱洲上下行k707~k710、濱洲上k680+950~k681+050、濱洲上下k627~k629、濱洲上行k639~k645下行k645~k652、濱洲上下k658~k660+500、濱洲上下k514~k515+500是最為嚴(yán)重的6處凍害區(qū)，應(yīng)給予重點(diǎn)整治。

凍害已成為困擾安全、質(zhì)量的主要問(wèn)題之一。為此哈爾濱鐵路局制定了3年(2014-2016)凍害整治規(guī)劃，估算投資31 613萬(wàn)元，計(jì)劃整治凍害10 444處，單股延長(zhǎng)達(dá)594.679 km。

5軌道幾何狀態(tài)

5.1　軌道不平順整體狀態(tài)的時(shí)域分析

對(duì)濱洲線(哈爾濱—滿洲里)2012-03，2012-05，2013-09，2013-11，2014-01，2014-05，2014-06，2014-07和2014-08等共9個(gè)月的軌道不平順軌檢數(shù)據(jù)進(jìn)行概率統(tǒng)計(jì)分析，計(jì)算結(jié)果表明：

1)軌道左高低不平順呈現(xiàn)明顯的分層現(xiàn)象，即帶有顯著的季節(jié)性特征，見(jiàn)圖9所示。從概率統(tǒng)計(jì)圖來(lái)看，軌道幾何形變幅值越聚集，表明軌道幾何不平順狀態(tài)越好，反之，幅值分布越廣、越離散，狀態(tài)越差。2013-09的軌道不平順?lè)底顬榫奂瑺顟B(tài)最好；2014-01次之；而其他月份的幅值概率統(tǒng)計(jì)特性較為一致。軌道右高低不平順可分為4個(gè)狀態(tài)層次，分布狀況依次以2013-09，2012-03，2014-7和2012-03為代表月份，狀態(tài)由好到壞。

2)軌道左方向不平順?lè)植继匦圆煌诟叩筒黄巾槪?014-07,2014-08和2013-11是比較有代表性的月份，狀態(tài)由好到壞。軌道右方向不平順在2014-07,2014-01和2013-11狀態(tài)依次由好到差。可見(jiàn)，左、右軌向不平順在不同的時(shí)間其狀態(tài)并不一致。

圖9　左高低不平順?lè)蹈怕式y(tǒng)計(jì)Fig.9 Probability statistics of left vertical track irregularity

3)軌道扭曲和水平不平順的幅值概率分布都主要集中在2012-03~05月和2014-08之間，其幾何形變受季節(jié)變化的影響不明顯。軌道軌距不平順的幅值概率分布主要分布在2014-01,2014-08和2012-05三個(gè)月份，狀態(tài)依次由好到差。

5.2　軌道不平順的頻域分析

根據(jù)調(diào)研獲得的濱洲線9個(gè)月份的軌道不平順檢測(cè)數(shù)據(jù)(2012-03~2014-08)，選取約430 km的線路長(zhǎng)度作為分析對(duì)象，以1.024 km為一個(gè)軌道不平順功率譜計(jì)算區(qū)段，統(tǒng)計(jì)不同波長(zhǎng)下概率水平最高的功率譜值，獲得了濱洲線不同軌道不平順類型的總體不平順狀態(tài)特征。同時(shí)，選取美國(guó)五、六級(jí)譜，德國(guó)高、低干擾譜，中國(guó)時(shí)速160 km提速軌道譜和提速干線譜等作為對(duì)比譜線[14-15]與之做橫向比較分析，圖10給出了濱洲線軌道左、右高低的譜密度計(jì)算比較結(jié)果。

圖10　軌道左高低不平順Fig.10 PSD of left vertical track irregularity

由頻域計(jì)算結(jié)果可知：

1)濱洲線軌道高低不平順控制較好的波長(zhǎng)段為13.47~39.48m波段，其功率譜線基本位于德國(guó)低干擾譜線之下；波段3.24~13.49 m、39.38 m以上基本位于德國(guó)低干擾譜與美國(guó)六級(jí)譜之間；3.094 m波長(zhǎng)以下的功率譜值波動(dòng)較大，某些月份的不平順位于德國(guó)高干擾譜與美國(guó)五級(jí)譜之間；與國(guó)內(nèi)提速干線軌道譜比較，除在40 m以上波長(zhǎng)差于提速干線譜外，在其他波段，其軌道不平順狀態(tài)均優(yōu)于提速干線譜及時(shí)速160 km提速線路譜。在1.37 m及2.76 m波長(zhǎng)處出現(xiàn)尖峰譜線，應(yīng)該重點(diǎn)關(guān)注。

2)濱洲線方向不平順在波長(zhǎng)48.76 m以上的狀態(tài)跨度較大，從德國(guó)低干擾譜依次到美國(guó)5級(jí)譜；在波段17.07~48.76 m不平順狀態(tài)較好，基本在德國(guó)低干擾譜以下或附近波動(dòng)；波段3.83~17.07 m處于德國(guó)低干擾譜與德國(guó)高干擾譜之間；在3.83 m波長(zhǎng)以下，功率譜值分布較為離散，基本與美國(guó)六級(jí)譜與德國(guó)高干擾譜相當(dāng)。其不平順功率譜基本處于我國(guó)提速干線譜線之下。在1.38，2.76，3.55，6.32，8.25和12.96 m等波長(zhǎng)處，出現(xiàn)明顯的尖峰，這些波長(zhǎng)應(yīng)該詳細(xì)探討其成因，并重點(diǎn)加以監(jiān)控和整治。

3)軌道扭曲不平順在波長(zhǎng)2.76 m處，出現(xiàn)了明顯的尖峰。濱州線軌道水平不平順的功率譜值基本在德國(guó)低干擾譜附近波動(dòng)，狀態(tài)較好，在波長(zhǎng)2.75 m處，出現(xiàn)顯著的尖峰譜線。

4)濱洲線軌道幾何狀態(tài)中最需要控制的不平順類型為軌距不平順，在波長(zhǎng)3.07 m以上，其不平順狀態(tài)基本位于美國(guó)六級(jí)譜與德國(guó)高干擾譜之間；而在波長(zhǎng)3.07 m以下，其不平順狀態(tài)基本與美國(guó)六級(jí)譜相當(dāng)。

6結(jié)論

1)濱洲線鋼軌磨耗發(fā)展快，3個(gè)月就出現(xiàn)魚鱗傷損，大約7~10個(gè)月就需更換鋼軌，應(yīng)采取補(bǔ)足道砟、擰緊螺栓、調(diào)均應(yīng)力等措施以降低鋼軌傷損。

2)11月份應(yīng)當(dāng)列為三折重點(diǎn)防治時(shí)間。三折傷損類型主要是各種裂紋、核傷和掉塊，所占比例分別為63.94%、24.52%和7.21%。

3)裂紋病害中，螺栓裂紋最為嚴(yán)重，水平裂紋次之，所占比例分別達(dá)60.90%和26.32%。春季是螺栓裂紋和水平裂紋頻發(fā)的季節(jié)，應(yīng)與春季線路彈性不均勻有直接關(guān)系。

4)提出了斷軌處置參考意見(jiàn)，即正確選擇焊劑、嚴(yán)格執(zhí)行焊接工藝、重視焊接環(huán)境和提高焊縫探傷質(zhì)量。

5)鋼軌原始彎曲矢度與弦長(zhǎng)比的平均值為4.70×10-4，軌道原始彎曲的相對(duì)曲率的平均值為4.71×10-5m-1。

6)提出了接頭螺栓扭矩的衰減公式，據(jù)此，反算得出接頭扣件檢查復(fù)緊的周期是9個(gè)月。

7)道床縱向阻力平均值為9.884 kN/枕，略小于規(guī)范值(10 kN/枕)；道床橫向阻力平均值為11.047 kN/枕，滿足規(guī)范要求；提出了濱洲線道床縱、橫向阻力的統(tǒng)一表達(dá)式。

8)濱洲線的軌道不平順呈現(xiàn)明顯的分層現(xiàn)象，即帶有顯著的季節(jié)性特征。高低不平順在9月份的狀態(tài)最好，3月最差；軌向不平順7月最好，11月最差；扭曲和水平不平順受季節(jié)變化的影響不明顯。

9)濱洲線軌道高低不平順控制較好的波長(zhǎng)段為13.47~39.48 m波段，在1.37 m及2.76 m波長(zhǎng)處出現(xiàn)尖峰譜線；濱洲線方向不平順在波段17.07~48.76 m不平順狀態(tài)較好，在1.38，2.76，3.55，6.32，8.25和12.96 m等波長(zhǎng)處，出現(xiàn)明顯的尖峰；軌道扭曲和水平在波長(zhǎng)2.75 m處，出現(xiàn)顯著的尖峰譜線。

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(編輯蔣學(xué)東)

Research on track service state and maintenance responses of Harbin-Manzhouli railway

CHEN Xianmai1,2, HE Tianlong1, LIU Shengyong3, ZHANG Xiangmin1,2, XU Lei1,2, MA Zixiang3, WANG Weidong1

(1.School of Civil Engineering, Central South University, Changsha 410075, China;

2.National Engineering Laboratory for High Speed Railway Construction, Changsha 410075, China;

3.Hailar Railway Section, Harbin Railway Bureau, Hailar 021000, China;

4.Track Power State Key Laboratory, SouthwestJiaotong University, Chengdu 610031, China)

Abstract:Track structure in cold area have special property on service state and maintenance.The current rules for maintenance of railway line should not been simply applied to the railway at cold area.In order to ensure service safety of railway at cold area, profound study on its’ service state and maintenance technology is mecessary.With the methods of site investigation, testing and calculation analysis, useful discussions of rail wear, Sanzhe, rail breaking and initial deflection, parameters of fastener and rail joint bolt torque, service state and geometric parameters of ballast bed, cold damage, track irregularity, are proposed.Besides, th service safety characteristics and change law of Harbin-Manzhouli Railway (HMR) are summarized.Eventually, some suggestions for railway maintenance at cold area were proposed.All the preliminary conclusion from HMR would benefit to the research on maintenance technology of other railway lines at cold area.

Key words：HMR; CWR; service state; maintenance; railway at cold area

通訊作者：陳憲麥(1975-)，男，甘肅會(huì)寧人，副教授，博士，從事軌道動(dòng)力學(xué)、線路狀態(tài)評(píng)估及養(yǎng)護(hù)維修領(lǐng)域的研究；E-mail：xianmaichen@aliyun.com

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51478482)；中國(guó)鐵路總公司科技研究開發(fā)計(jì)劃課題資助項(xiàng)目(Z2013-G006)

收稿日期：2015-04-12

中圖分類號(hào)：U216.4

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1672-7029(2015)06-1304-08