既有线有砟轨道垂向不平顺影响因素分析及对策

夏孝维 上海铁路局蚌埠工务段

既有线有砟轨道垂向不平顺影响因素分析及对策

夏孝维 上海铁路局蚌埠工务段

针对管内有砟轨道垂向不平顺病害情况，统计分析车载仪垂向加速度数据，结合现场调查复核，指出站场道岔、站内正线、路桥（涵）过渡处、信号机绝缘接头处及曲线缓和部位是有砟轨道垂向不平顺的主要部位；提出及时清筛脏污道床，做好站场排水，在路桥（涵）部位、绝缘接头处道床下铺筑橡胶铺面实现减振目的等措施，以期对治理有砟轨道垂向不平顺提供有益的思路。

有砟轨道；垂向不平顺；道床脏污；路桥（涵）过渡段

有砟轨道结构是由钢轨、轨枕、碎石道床、道岔、联接零件及防爬设备等部件组成。有砟轨道结构引导着机车车辆的运行，并承受机车车辆传递的动荷载，共同构成了轮轨接触式运输系统，轨道结构状态的好坏直接影响机车车辆运行的稳定性、舒适性及安全性。有砟轨道结构以散体碎石作为道床，具有较好的弹性，且易于养护维修等优点，繁忙干线以其客货混跑，行车速度、密度高，载重量大等特点，加速了对有砟轨道结构的破坏。钢轨的不均匀磨耗，轨枕的空吊，道床的板结，道床下不同材料属性结构物之间的过渡等不利因素的存在，使得轨道结构难以保持应有的几何形位，严重时还会危及行车安全。

综合利用动静态的轨道几何尺寸检测设备对轨道结构周期性的进行检测是科学线路养护维修的重要手段，同时也为轨道结构病害分析提供了可靠的实测数据。本文以蚌埠工务段宿州线路车间管内京沪线2016年4月至9月车载式线路检查仪实测数据为依据，通过现场调查复核的方式，对车载仪垂向加速度进行统计分析，查找管内京沪线车载仪垂向加速度出分的原因，并针对病害类型，提出建议性的整治措施，以期对管内线路养护维修提供有益的思路。

1 管内车载仪垂向加速度值统计分析

1.1 管内京沪线线路概况

蚌埠工务段宿州线路车间管辖京沪线上下行K859+000-K910+000，线路折合102 km，正线道岔84组，铺设60 kg/ Mu75钢轨无缝线路，线路采用Ⅲa型混凝土枕（1 667/km），正线道岔为多为单开12号AT弹性可弯道岔。包含符离集、宿州、芦岭等主要站场，其中K880+ 000-K910+000为200 km/h提速区段，高速重载、高密度是管内京沪线行车的特点。

1.2 车载仪垂向加速度值选取

因京沪线每年安排春秋两季集中修理时段，结合2016年度宿州线路车间管内京沪线集中修时间安排在3月份和10月份，为避免线路施工对车载仪数据的干扰，选取4月至9月时段管内京沪线车载仪数据。同时，为使数据更具有概率统计性，将所有车次的的车载仪垂加在0.15 g及以上的数据纳入考察分析范围，本次数据统计剔除车载仪水平加速度及水平加速度与垂向加速度同时出现的地段。

在进行数据现场复核分析时，根据线路设备单元及垂向加速度出分的特点，将分析单元分为道岔部位、路桥（涵）过渡段、曲线地段、站内正线、信号机绝缘接头处及一般线路地段。同时，因管内京沪上下行 K883+000-K893+000及K895+000-K900+500为弱膨胀土变化地段，为避免数据干扰，本次车载仪垂向加速度统计分析剔除上述地段数据。

1.3 数据统计分析

根据分析单元的分布情况，以月份为单位，统计车载仪垂向加速度出分次数，并将同一地点重复出现处所按一处统计。图1、图2分别给出了管内京沪线上行、下行2016年4月-9月份车载仪垂向加速度统计情况。

图1 管内京沪上行线垂加统计情况

图2 管内京沪下行线垂加统计情况

由图1、图2可以看出，上行车载仪垂向加速度在4-8月份出分处所处于低值稳定状态，而9月份在道岔部位、路桥（涵）过渡段及一般地段相对增加；下行线车载仪出分处所则按照4到9月份逐月增长，8月及9月份相对高于其他月份；对比图1、图2可知，下行线垂向加

速度出分处所要明显高于上行线。

根据分析单元的划分，横向比较道岔部位、路桥（涵）过渡段、曲线地段、站内正线、信号机绝缘接头处及一般线路地段车载仪垂向加速度出分情况，如图3、图4。

图3 管内京沪上行线垂加分布比例

图4 管内京沪下行线垂加分布比例

由图3、图4可以看出，对于管内京沪上下行线，除去一般线路处所外，道岔部位、站内正线、路桥（涵）过渡段是车载仪垂向加速度病害的主要部位。现场复核后发现信号机绝缘接头部位及R〈2 000的曲线缓和曲线部位也是车载仪垂向加速度出分的顽固地点。

2 病害原因分析

2.1 板结道床力学行为变化

有砟轨道道床是由25 mm～63 mm窄级配碎石构成，为满足强度和稳定性的要求，一般选用质地坚硬的花岗岩和大理石作为道砟使用。新建或经过综合维修的有砟道床经过机车车辆的压实后，道床趋于稳定状态，如图5所示。带有不规则棱角的粗颗粒碎石之间密实排布，相互嵌挤、咬合，使得碎石道床具有较高承压能力和较好的弹性。随着线路的运营，道砟棱角逐渐磨掉，片状或针状碎石逐渐磨碎，粉尘、煤灰逐渐填充到道砟空隙中，图6到图8反应道床逐步脏污板结的过程。

图5 级配碎石道床示意图

图6 道床轻度脏污板结

图7 道床重度脏污板结

图8 道床完全脏污板结

道床脏污板结后，道砟空隙之间填充的石质碎屑、粉灰、煤灰等细小颗粒或粉状物，而这种细小颗粒或粉状物会隔离原有道砟碎石之间的嵌挤与咬合。在上部荷载作用下，道砟会沿着细小填充物的的隔离面攒动，已有的研究表明，脏污道床抵抗上部荷载的剪切能力大为降低，同时随着雨水的灌入及上部机车车辆动荷载的作用，会导致道砟空隙内的粉灰、煤灰细小颗粒逐渐运动，进一步导致道砟颗粒的不稳定，在宏观上表现为板结道床空吊板、道床翻浆等病害。同时，因道床的板结，导致弹性道床的有效厚度减少，研究表明，板结道床，道床应力增加，把车辆与轨道结构作用一个系统分析，若轮轨力增加20%，道床的振动加速度会增大50%，反过来板结道床造成的车辆振动也会增加。同时弹性道床的有效厚度减少，会显著降低轨枕底部的横向阻力，这也是站场内岔区、正线道床板结垂向及横向加速度同时频繁出现的一个原因。

管内站内道岔、正线就呈现这种状况，如符离集、宿州、芦岭站场内道床板结，排水不畅，如图9所示，车载仪垂向加速度频发。而在信号机绝缘接头处，由于电务信号平台的阻水作用更为明显，枕间道床灰浆上翻，道床边坡灰浆外溢，信号机绝缘接头处也成为车载仪垂向加速度出分的顽固地段。在半径较小的正线曲线缓和曲线地段，曲线下股道床板结严重，加之承受较大的荷载作用，这种道床板结攒动作用更加明显，管内表现较为明显的是京沪线上下行K866+028-K866+590和上下行K877+962-K878+ 841曲线缓和曲线处。

图9 站场内道床板结严重

图10 信号机绝缘接头处翻浆外溢

2.2 线路结构物刚度差异

铁路线路道床以下是由路基、桥梁、涵洞等不同构筑物共同组合构成的道床基础，由于各结构物之间因材料强度、刚度差异，在上部列车荷载作用下会导致下部结构物间存在沉降差异。而这种差异在路、桥、涵接触部位表现的更为显著，反映到轨面上形成轨面弯折及垂向不平顺。

管内桥涵因修筑时间段、维修状态不同，与路基过渡地段呈现不同的状态，路桥（涵）经过加固处理的过渡段处能够与路基较好的过渡。而部分钢梁桥及管内2004年至2006年顶进的框构涵是车载仪路桥（涵）垂向加速度出分的重点地段。如京沪上行线K869+360处框构涵，涵洞两侧与路基本体间存在明显的沉降差异，沉降最大处达15 cm,且在路涵过渡地段道床打白砟严重，如图11、图12所示。

图11 路基侧沉降测量

图12 路涵过渡处轨面打白砟

2.3 动荷载垂向冲击及运量差异

车载仪垂向加速度除道床及基础结构物材料差异外，轨面薄弱及缺陷部位也是产生车载仪垂加出分的的原因，主要表现在道岔辙叉有害空间部位，铝热焊焊接接头部位，扣件松动、失效处。在高速动荷载作用下，轨道结构受到较大的荷载冲击作用。

同时因管内京沪上下行线之间运量存在差异，京沪年通过总重：上行线为68 Mt，下行线为108 Mt，下行线通过的总重量大，机车车辆对轨道的破坏能力更强，恶化了车辆运行的平稳性，反映到车载仪上便是下行线病害地段明显高于上行线。

3 整治措施

3.1 站场道床防污排水

既有线站场正线、道岔地段因道床板结、厚度不足，线路两侧有月台存在，站场内排水不良，加之线路维修往往因施工天窗点不足而丢掉站内正线或岔区。长时间累积导致站内线路道岔维修投入不足，成为线路养修的薄弱环节。站内正线及岔区道床板结，可首先做好站场内的排水，充分做好站场内排水系统的设计，使降雨及时排出，不积水。同时可利用道岔大修时，将道岔大面抬起，并在岔区填筑强度高质地坚硬的优质道砟，并做好站内正线及道岔部位的道床清筛。同时可做好线路重点地段道床脏污率的定期监测，可适时清筛病害频发地段。

3.2 刚度平缓过渡及减缓道床应力

针对管内框构涵与路基之间存在的沉降差异，因路基侧土体沉降经过十余年已固结稳定，可在路基侧沉降部位填筑断面渐变的预制钢筋混凝土板，并在混凝土板与框构涵上铺筑橡胶铺面，以弱化桥涵结构物与路基本体之间刚度差异，同时橡胶铺面也能够降低上部荷载的动应力响应，起到减振作用，橡胶铺面的尺寸及力学指标、耐久性指标可通过试验确定。同样可在道床应力较为集中的信号机绝缘接头道床下部铺设橡胶铺面，并可兼顾部分道床翻浆及基床翻浆。

3.3 加强日常养护维修

针对扣件松动、失效，及时做好连接件的松紧补缺，加强日常养护维修，注重线路捣固质量，坚持扒砟窝捣固，使枕下道砟密实。对铝热焊低塌接头及时处理，对伤损设备及时更换。

4 结束语

既有线有砟轨道的养护维修主要的工作集中在道床上，以往对于有砟轨道结构更注重从宏观上研究去研究轨道结构的振动，如经典的把轨道结构简化成弹性地基梁理论，或是后期演化的轮轨弹性阻尼理论。而由碎石道砟构成的散体道床在承受来自轨枕荷载作用时的力学行为，以及道砟粉化、脏污、排水不畅引发的板结道床的力学变化则是引起运营线路道床病害的直接原因；路桥（涵）结构物之间刚度的差异，在荷载作用下，轨道结构形成以轨面为承接面的垂向振动，并传递给机车车辆，导致机车车辆振动。

在线路养护维修中，应加强道床脏污的定期监测，针对站场正线及岔区部位道床板结脏污，合理安排道床清筛周期，做好站场内的排水设计，在路桥（涵）过渡处、绝缘接头处道床下铺设橡胶铺面达到减振的作用，并做好日常养护维修的松紧补缺，注重线路捣固质量，做好伤损设备及时更换，以达到轨面垂向平顺的要求。

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责任编辑：万宝安

来稿日期：2017-02-27