鐵路病害整治設計階段風險管理研究

周 陽

1. 蘭州交通大學 甘肅 蘭州 730070

2. 中鐵二院工程集團有限責任公司工經院 四川 成都 610031

高速鐵路系統中，道岔屬于列車轉線、停站的重要部位，也是鐵路路線中最薄弱的位置之一，因此道岔屬于高速鐵路病害整治項目中設計的重點，需要設計人員精心做好道岔的病害整治與養護維修，尤其是要針對道岔扣件系統的病害特點，設計針對性的整治方案，采取一定風險管理措施，降低道岔扣件系統發生病害的風險，維護高速鐵路正常運行。

1 高速鐵路道岔及扣件系統的病害特點

道岔屬于高速鐵路重要的連接設備，主要設置在鐵路線路的分支部位，組成方式有多組、單組等形式。高速鐵路在運行過程中，高速鐵路運輸量、運輸頻率直接會影響道岔的耐久性和穩定性，道岔會因為較大的外部負荷發生各種病害[1]。在高速鐵路道岔病害的整治項目中，設計人員要根據高速鐵路運行的實際情況，結合現場檢查結果，準確評估道岔的病害情況，便于在項目設計中制定針對性的病害整治方案。在高速鐵路道岔的病害整治項目中，如果扣件系統出現病害，引起系統失效、零件固定不牢等情況，直接會引起道岔故障。如果道岔枕位置發生偏移，扣件系統直接會受到影響，設計人員要考慮導致道岔偏移的原因，如螺栓錯位。在病害整治設計中，如果不注重對道岔扣件系統的病害采取針對性養護和維修措施，可能會導致病害問題加劇，如螺栓在外部環境作用下會出現腐蝕，如果病害整治不到位，會導致螺栓無法發揮出相應作用，道岔扣件系統質量直接會受到影響，給列車的正常運行帶來巨大安全隱患[2]。

2 高速鐵路道岔扣件系統的常見病害

2.1 岔枕螺栓病害

道岔扣件系統中，M30岔枕螺栓和預埋尼龍套管連接在一起，受外部環境影響，高速鐵路在長期運營后，外部環境作用于螺栓和尼龍套管，可能發生銹死的問題，無法對螺栓或尼龍套管進行拆卸；螺栓銹蝕后發生折斷的風險較高，尤其是在運輸量和運輸頻率增加后，這一風險會不斷延長；部分項目中岔枕內的尼龍套管會發生失效的情況，M30無扣壓力扭力矩[3]，這可能引起道岔枕上鋼軌部件脫軌，導致空吊等幾何尺寸發生變化，使動態荷載加劇，巨大的外部荷載可能引起混凝土岔枕被壓斷，或者鐵墊板發生開裂的現象。

2.2 硫化墊板彈性衰弱

高速鐵路在運行過程中，道岔扣件系統如果長時間未得到有效維護，可能造成硫化墊板的保護層破壞，促使彈性墊板和鐵墊板發生分離情況，在列車行駛帶來的外部荷載影響下，鐵墊板可能發生折斷的風險。硫化墊板有一定使用壽命，在外部環境影響下硫化墊板老化，其會發生彈性衰弱的問題，這會導致硫化墊板作用受到限制；硫化墊板彈性衰弱容易引起保護層破損，最終引發鐵墊板斷裂。

2.3 軌下墊片壓潰

軌下調高墊片受列車行駛帶來的荷載影響，可能發生壓潰病害。墊片出現壓潰之后，膠墊的邊緣會逐漸超出鋼軌軌底邊緣位置，鋼軌軌底對墊片施加的壓力會不斷增加，直接會導致墊片與膠墊發生損壞，直接會影響扣件系統正常運行。

2.4 彈條病害

道岔扣件系統中，彈條是易發生病害的部件，如彈條折斷、缺損、位置偏移等問題，會給扣件系統正常運行造成不良影響，此類病害不易被察覺，因此在設計過程中，要將彈條病害問題作為風險管理的要點。

3 高速鐵路道岔扣件系統病害問題的成因及整治

3.1 岔枕螺栓病害成因及整治措施

3.1.1 成因

列車行駛過程中，車上留下的油漬污水落在道岔上，導致M30岔枕螺栓污損，加劇螺栓銹蝕；當列車在過岔的時候，道岔曲股為設置曲線超高，會有很高的離心力產生，這種外部作用力會使得原本銹蝕的螺栓頸部被剪斷。高速鐵路投入使用后，養護單位對M30岔枕螺栓的養護不及時，長時間不涂油，尼龍套管內因為缺少一定的潤滑作用，螺栓與尼龍套管可能會發生銹死。在道岔設計中，國產道岔的中間連接結構設計，一般選用鐵墊片，缺少混凝土擋肩設計，列車通過時車輪產生垂向和橫向的巨大荷載作用于鋼軌，鋼軌通過M30岔枕螺栓向岔枕傳遞荷載的過程中，在螺栓頸部下的一定位置會有一個較強的受力點，導致螺栓在該處折斷，從既往工程項目的現場勘察情況來看，多數螺栓折斷都在這個部位。維修過程中，在道岔的改道階段，維修人員使用大錘在敲擊鋼軌時，會直接對M30岔枕螺栓產生較大作用率，螺栓斷裂的風險會隨之增加。M30岔枕螺栓的扭力矩標準為300～350N·m[4]，如果未執行這一標準，會因為過大扭力矩反復拆卸，導致尼龍套管內的螺紋失效，加劇螺桿銹死的問題。高速鐵路施工中，新鋪設的道岔可能面臨M30岔枕螺栓未擰緊或復緊不及時的問題，安裝時扭力矩達不到設計標準，在后期列車行駛過程中受高頻振動的作用力影響，螺桿螺紋和尼龍套管絲扣在相互作用下會導致螺紋磨損。部分施工單位可能未考慮氣候條件，在氣溫較低的條件下施工，低溫條件下施工尼龍套管發生收縮，M30岔枕螺栓在加熱后擰入時可能導致尼龍套管和螺栓發生膠合，引起尼龍套管內側螺紋失效。

3.1.2 整治措施

1、銹死

①M30岔枕螺栓的整治中，對螺桿銹死可以采用16磅大錘敲擊，震松后使用大扭力矩扳手拆卸。②使用加長力臂的呆頭扳手，3人同時用力進行拆卸；如果仍然無法拆卸，可以使用長手柄套筒扳手，1人負責固定螺栓，兩人同時用力進行拆卸。③如果M30岔枕螺栓和尼龍套管銹死，上述措施無法解決問題，可以先對尼龍套管進行加熱，尼龍套管軟化后再進行拆卸。

2、折斷

①遺留部分高出岔枕面的，采用起吊方式抬起道岔鋼軌，卸下硫化墊板，平移至不影響正常作業的區域。使用高強度螺栓桿與預留在外面的螺栓進行焊接，焊接時對遺漏的螺桿進行加尼龍套管軟化后及時采用扳手擰出折斷的螺栓。②對低于岔枕面的折斷，根據螺桿距離岔枕頂面的距離，選擇不同擰出方式。如螺桿較深，可以采用一根空心鐵管，鐵管外徑要略小于斷裂螺桿的外徑，內徑要略粗于焊條直徑，外壁要保持一定能夠厚度。采用內徑焊接方式將鐵管和短螺栓進行焊接，使用管鉗將鐵管按照逆時針旋出從而帶動斷螺桿旋出。

3、失效

如果尼龍套管失效，可以采用電加熱法、鉆頭垂直向下拔錨方法等進行處理，保證將斷裂的螺桿從尼龍導管內旋出，及時更換螺紋失效的尼龍套管。

3.2 硫化墊片彈性衰弱原因及整治措施

3.2.1 成因

高速鐵路施工中，施工單位未規范使用挖掘機等重型機械，在壓過鋼軌時巨大荷載直接作用于道岔硫化墊板，引起硫化墊板保護層壓壞。道岔扣件系統維護保養階段，施工人員使用倒垂敲擊墊板改道，或者對鋼軌病害進行整治時，可能導致鐵墊板的硫化保護層破壞。墊板硫化層容易老化，尤其是在與鐵墊板熔接的位置，容易因為老化發生破損。在鐵墊板上，通常會設置鐵座、錨固螺栓孔等，這會導致硫化層厚度不均勻，在較為薄弱的位置硫化層老化的速度更快[5]。在列車行駛的過程中，其在產生巨大后再后，如果M30岔枕螺栓扣出現壓力不足的情況，在沖擊時會使彈性墊板不斷變弱，從而引發空吊的問題；列車行駛產生的高頻振動，如果面臨彈性墊板彈性強度不足的情況，可能會促使下部的彈性墊板和上部鐵墊板發生分離，直接影響鐵墊板的使用壽命，嚴重時鐵墊板會發生折斷。硫化墊板扣壓鋼軌的方式存在差異，一般是在軌外側采用彈條扣件扣壓，基本軌道內側使用滑床臺板、剛彈片扣壓，不同結構產生的扣壓力存在差異，基本軌、長心軌、尖軌等面臨的壓力不夠均衡，可能引起硫化墊板的損壞。

3.2.2 整治措施

高速鐵路道岔扣件系統整治項目中，如果發現鐵墊片失效、損壞，要及時更換鐵墊片，盡量采用原廠生產的鐵墊片；整組道岔可以考慮對某一部位的硫化墊片進行更換，如果在道岔的轉折位置，建議從尖軌的尖端開始更換。在更換硫化墊板前后，都要加強對硫化墊板的剛度檢測，每年可以在每組道岔抽取3塊硫化墊板送往專業檢測機構進行檢測，一旦發現硫化墊板彈性衰弱，要立即采取應對措施，必要時可以更換硫化墊片。

3.3 軌下墊板壓潰病害成因及整治措施

3.3.1 成因

軌下墊板直接會受到列車荷載的影響，鋼軌直接對墊板產生作用力，長此以往導致墊板厚度變小，引起墊板破損的風險。設計人員可以在現場觀察中，直接觀察鋼軌軌底邊緣，判斷是否發生軌下墊板壓潰。膠墊受上部荷載影響會不斷變寬，拆卸后可以部分膠墊中部存在壓穿的病害；道岔尖軌與長心軌位置的滑床臺板經常要涂潤滑油，潤滑油下滲作用于翼軌、基本軌，會導致膠墊受到腐蝕，膠墊老化速度變化，引發壓潰病害的概率上升。膠墊和墊片設置的位置不合理。膠墊主要發揮防止鋼軌發生爬行的作用，設置在鋼墊下方，調高墊板是起到提高的作用，其必須設置在膠墊下部，調高墊板的安裝需要在膠墊拆除后進行，安裝呈現比較復雜，部分施工單位為追求施工效率，可能會將墊片設置在膠墊上，引起鋼軌爬行，引發墊片穿出的問題。

3.3.2 整治措施

軌下墊片因壓潰失效后，要及時更換墊片，對特殊位置如翼軌、基本軌等為部位的軌下墊片，可以選用耐油的高彈性焦點，通過這種方式提高線路的穩定性。由于在更換膠墊時，需要連續松懈多套前后扣件才能抽出膠墊和插入新膠墊，再加上作業空間狹小、作業難度較大，膠墊的取出和插入有較高難度，因此每次在更換膠墊時都要做好質量檢測工作，保證新膠墊的質量，盡量延長膠墊的使用壽命，減少維修和更換的頻率。

3.4 彈條病害成因及整治措施

3.4.1 成因

每次對道岔扣件系統進行保養維護時，都需要拆卸扣件，在改道或者墊片維修期間，都要重復拆卸扣件彈條[6]。安裝彈條時，如果工作人員未按照規定扭力矩擰緊螺栓，導致扭力矩過大，彈條容易被振斷，如果扭力矩過小，彈條位置會發生偏移，設置會出現脫落。彈條受到鋼軌振動影響，列車行駛時高頻振動可能引起彈條診斷；道岔轉折位置，基本軌內側鋼制高強度彈性夾扣壓，基本軌外側由彈條扣壓；撤叉心軌的翼軌內存由滑床臺扣壓，外側由彈條扣壓，在二者口壓力不一致的情況下，可能導致彈條斷裂。

3.4.2 整治措施

扣件系統的整治項目中，設計人員嚴格檢查彈條的情況，如果發現彈條彈性不足，或者發生斷裂，要及時更換彈條。如果發現T型螺栓受力不均，需要同時更換螺栓、彈條、螺帽、防塵帽和平墊圈。

4 高速鐵路病害整治設計中風險管理策略

4.1 做好現場勘察，實時掌握扣件系統的情況

扣件系統病害整治項目設計中，風險管理要貫穿于設計的整個流程，尤其設計前需要嚴格做好現場勘察工作，全面了解高速鐵路道岔扣件系統的情況，嚴格落實對扣件系統的質量檢查。設計人員在現場勘察過程中，要將扣件系統的M30岔枕螺栓、硫化墊片、軌下墊板、彈條等作為重點檢查對象，以便及時發現問題，并在設計中制定針對性的整治方案，明確不同問題需要實施的具體整治措施，以全面且準確的現場勘察結果為依據，為扣件系統病害整治設計的風險管理提供可靠依據。

4.2 整體更換扣件，維持系統正常運行

設計人員在工作中一旦發現道岔扣件系統達到整體更換的要求，在更換時必須保證扣件系統各部分剛度的均勻性。在高速鐵路道岔扣件系統中，其結構組成包括三個部分。第一個部分為基本軌起始端到基本軌末端；第二部分為撤叉心部位，從翼軌起始端到道岔尾部；第三部分為導曲部分，從尖軌末端到翼軌始端。設計人員要將扣件系統結構中不同部分作為一個管理單元，在具體設計中如果要更換扣件系統，要同時將三個結構部分作為把控重點，如果某一管理單元內的扣件系統發生損壞，或者出現零部件損壞問題，可以制定單元整體更換策略，在對對應單元進行更換時，統籌考慮其他兩個單元的情況，避免因為某一單元零部件更換導致其他單元剛度失衡。

4.3 強化材料管理，延長使用壽命

材料問題容易引發扣件系統的各類病害，不利于高速鐵路運行的安全性。在扣件系統病害整治設計中，設計人員要將扣件系統的各類備用材料作為管理重點，注重對備用材料管理風險進行防范。在扣件系統備用材料管理中，設計人員首先要完善備用材料的庫房設計，按照不同材料保存的標準進行庫房建設。在庫房設計中，設計人員要根據不同備用材料保存的要求，做好庫房的防潮、通風、防腐等設計[7]。各類備用材料到場后，要按照相關標準進行分類，并及時將材料表面的水漬、油污擦拭干凈，及時將備用材料轉移至庫房。由于扣件系統對墊板等材料的使用年限由較高要求，設計人員要將備用材料中的墊板作為重點檢查對象。對橡膠制品等備用材料，由于此類材料從出廠后就進入不斷老化環節，長時間保存不利于其使用壽命，因此設計人員可以根據既往整治數據，結合高速公路實際情況按需設計材料采購標準，保證所采購橡膠材料能及時投入使用。

5 結語

綜上所述，高速鐵路道岔扣件系統在整個鐵路系統中扮演著重要決策，扣件系統發生病害，會增加高速鐵路運行的風險，因此在高速鐵路道岔扣件系統的病害整治設計中，要采取相應的風險管理措施，在保證扣件系統病害整治效果的同時，降低病害問題給高速鐵路造成的安全風險。