杨林基
广西华银铝业有限公司 广西百色 533700
摘要：介绍了厂区铁路专用线路小半径曲线（R≤300m）轨道结构常见病害，总结了轨道结构破坏的原因及解决方法，通过试验对比，以及现场长期观测和效果评估等验证程序。研究结果表明：在小半径曲线优化轨道加强设备配置后，轨道强化效果显著，起到了保持轨道结构线形的作用，间接减少了小半径曲线钢轨磨耗，延长了小半径曲线钢轨使用寿命，减少了养护维修工作量，对增强铁路运营安全具有重大意义，并且有着非常好的经济效益。
关键词：小半径曲线轨道；轨道强化；轨距拉杆；轨撑
1.铁路小半径曲线（R≤300m）常见病害
某公司厂区铁路R≤300m的曲线5条共计1.3 km，占曲线长度的19.1%。铁路线路长时间暴露在外部环境中，且承受着机车的碾压和冲击，导致线路状态不断变化。其中，曲线地段特别是小半径曲线地段较直线地段所受到的冲击、摩擦、碾压和推挤更为突出，对应线路状态变化更快，且轨件的磨损也较严重。
小半径曲线因受轮对横向冲击力较大，轨枕易挡肩破损，橡胶垫板及尼龙挡板座损坏严重，部分曲线破损率高达60%。小半径曲线区段采用弹条I型扣件、Ⅱ型砼枕，因轨枕自身缺陷，虽经补强，但轨道横向强度不足，挡肩破损，承轨槽下切，几何尺寸难以保持，造成轨枕严重破坏，养护工作量大且频繁。除几何尺寸变化较快外，轨道结构由于受到较大的冲击易产生缺陷。常见的有轨枕挡肩破损、尼龙后座挤烂、钢轨倾翻、轨距拉杆折断、联接零件松动失效、胶垫压溃等结构性病害。
2.轨道结构破坏成因分析及应对策略
2.1轨道结构破坏成因分析
根据曲线轨道的受力分析，小半径曲线地段病害往往在多种因素的复合作用下形成。从造成曲线病害的诸多因素分析，运营条件和轨道结构属于客观因素，在一定条件下不易改变，造成小半径曲线病害的最直接因素是机车车辆作用在小半径曲线上的附加力。轨道横压传递的途径为钢轨→扣件→尼龙挡板座→轨枕挡肩。按照材料力学理论，材料发生破坏的原因是外力产生的应力超过材料本身的允许应力。
2.2应对策略
在没有轨道加强措施的情况下，单位延长轨枕受力面积为尼龙后座与其接触的面积,其中计算公式为：S=H×L×r；式中：S—单位延长轨枕受力面积（m2），H—挡肩高度（m），L—尼龙后座长度（m），r—轨枕配置数。从上述公式可以，增加曲线地段轨枕配置数是解决问题的关键。但该接触面面积在轨枕数配置一定的情况下是固定的，对于既有线而言增加轨枕配置数显然不是最佳方案。
在实践中，在不增加轨枕的前提下，通过加装轨撑及轨距拉杆也可增加钢轨接触面积，能显著降低尼龙后座、橡胶垫板及挡肩接触应力。
3.方案实施与比对分析
3.1试验方案
针对前文所提及问题，设计了三种不同的强化技术改进方案，并用分组式对比方法进行了试验研究。
试验曲线：区间线路JD14#曲线，半径250m、有效长度422.21m、缓和曲线长40m、超高40mm、加宽15mm。从该曲线的圆曲线部分开始进行，试验长度为300m，共12对钢轨，分为三组，每组4对钢轨，长度均为100m，分别进行试验。每组方案均使用全新扣件、I型弹条、橡胶垫板、挡板座、号码配置为：左股钢轨，外侧0→14，内侧20→6，右股钢轨，内侧6→20，外侧14→0，标准轨距1450mm。
试验方案：试验设计了三个对比方案，具体见表1。
试验周期：三组试验于2019年8月同步上线实施，试验时间为2019年8月～2020年6月，共11个月。
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3.3试验方案结果分析
（1）方案一结果分析
方案一由于未安装及配置加强配件，造成尼龙后座垫大面积损坏，轨枕崩缺，橡胶垫板压烂，钢轨侧翻，轨距超限等等病害，试验结果表明尼龙后座及轨枕本身的强度明显不足以来抵抗机车运行当中产生的横向冲击力。
（2）方案二结果分析
方案二由于安装了轨道加强配件（轨距拉杆)，与方案一比较尼龙后座损坏率明显降低68％左右，橡胶垫板损坏率降低20％，但陆续出现了轨距杆挤弯，变形、松动等现象，数据表明单方面依靠轨距拉杆增加钢轨接触面积依然不能完全抵抗横压。
（3）方案三结果分析
方案三在方案二原有基础上加装轨撑，继续扩大钢轨接触面积，加强横向强度，根据长达11个月的数据分析、观测跟踪，发现尼龙后座损坏、轨枕崩裂、拉杆变形断裂、橡胶垫板压烂等等病害基本消缺，轨距正常。
3.4试验结果讨论
（1）使用轨距拉杆增加钢轨接触面积，能更好地保持轨距，并大幅降低了尼龙后座和轨枕崩缺的损坏率，但对保持橡胶垫板完好率作用不大。
（2）分析发现Ⅱ型轨枕加装轨撑增加接触面积为轨距拉杆的1.3倍，且对钢轨结构能起到一定的保护作用，并解决了加装轨距拉杆后所产生的橡胶垫板压烂、钢轨侧翻、轨距杆受力变形等一系列问题，减少了信号、电路、工电结合的发生。
（3）根据目前试验数据及现场观测表明，加装轨道加强配件（轨距拉杆、轨撑）后，对钢轨磨耗无明显加速或减缓作用。
（4）上述试验证明，在加装轨距杆的基础上安装轨撑，两者相结合所达到的横向强度足以抵抗机车运行产生的横向冲击力。
4.经济效益分析
4.1铁路专用线路全长17.8km,曲线共计37条约6.8km，占线路长度的38.2%。按每公里配置Ⅱ型轨枕1520根、尼龙后座3040片、橡胶垫板3040片来计算，则6.8km曲线共需使用尼龙后座20672片、橡胶垫板20672片。技改前，平均每3个月需要更换一次，损耗量大,工人劳动强度大，养护成本高。
4.2经过加装轨道加强配件后，按目前曲线维修养护频率来计算，6.8km的曲线每年可节约配件成本及设备成本共计约210万元，并大幅度的延长了铁路线路曲线的维修、养护周期，减少了养护维修工作量，对增强铁路运营安全具有重大意义。
5.轨道加强配件配置建议
5.1曲线半径R≤300m的曲线需加装轨距拉杆及轨撑，轨距拉杆按隔4装1，轨撑隔1装1的技术要求进行安装；曲线半径R≥350m的曲线，安装间隔可适当递增。
5.2为保证轨道加强配件的横向强度在日常使用中不产生降低和损耗，轨撑、钢轨、尼龙后座、轨距挡板离逢问题，轨距拉杆螺帽松动、锈蚀问题，都是维修养护的重点。
5.3针对因设计及建设之初所遗留的线路问题，需及时增强补缺，并建立起重载铁路线路轨道结构技术改进体系，提高工作质量，减少职工的劳动强度，从而降低维修、养护成本。
参考文献
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