咽喉區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域主要集中在技術作業站咽喉區,因側向過車頻繁,處于咽喉區的道岔設備病害種類多、難整治、發展快,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列車的常態化開行,工務專業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

受黃驊港站地理環境、歷經多次站改未形成整體排水系統等因素的影響,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 聯結零件損壞

主要表現為彈條折斷、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

主要表現為道岔轍叉壽命明顯縮短。 據統計,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 咽喉區道岔病害的成因分析

3.1 道岔道床因素

(1)黃驊港站歷經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道床的臟污。 其中。 港前作業區西咽喉20 號/22 號、38 號～42 號菱形道岔,港口作業區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)道岔范圍內接頭數量較多。 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,致使道岔轉轍部的整體平順性較差、易損壞。 如港前作業區東岔區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,軌距調整塊型號不符,支距擋板安裝數量不足和位置錯誤,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不良的后果[6]。 如港前作業區88 號/90 號道岔、104 號～110 號菱形道岔,港口作業區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,造成后期設備養護問題較明顯。

3.4 道岔養護維修不當

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

(2)沒有堅持大機搗固道岔的養護原則,多采取人工小型機搗,作業質量不高,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處和萬噸列車側向接發車頻繁地段,病害發展迅猛。 如港前作業區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。 如港口作業區Ⅳ場402 號～408 號菱形道岔膠墊病害明顯。

(5)道岔范圍內接頭養護不當,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]。 如港前作業區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,大大提升了道岔區道床的彈性。 黃驊港站每年有計劃地對咽喉區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的排水系統,有效提升了咽喉道岔設備的運行穩定性。

4.2 加強道岔核圖力度,提升根治道岔病害意識

依據道岔實際運行狀態的優劣程度,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區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。 對道岔區域的接頭進行大機搗固,徹底根除道岔范圍內軌枕“吊板”現象。 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,為大機撥正提供數據基礎[10]。

4.5 強化道岔結合部的聯合整治

聯合電務部門做好道岔結合部問題的檢查統計,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、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實現接頭的無縫化,包括膠接普通絕緣接頭和凍結道岔區段的普通接頭;②道岔全范圍內設置整體式軌距桿,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對墊板材質進行改良,將之前整鑄鐵墊板改造為熟鐵材質墊板,由偏脆性材質改為塑性較好的材質,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,已對港口作業區Ⅰ場西岔區114 號、134 號道岔進行升級改造,設備維修周期延長了3 倍,每月可節省天窗用工8 人以上,每年節約成本5 萬元以上。

4.9 強化道岔軌件材質的抗磨性

朔黃鐵路現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,每組道岔可節約5.7 萬元左右,按照咽喉道岔總數80 組計,每年可節約成本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,其保養周期從原來10 d 左右延長至25 ～30 d,運行效果良好。