铁路线路小半径曲线病害成因及其整治

王长卿

摘要：铁路线路的线路状态由于受到包括机车、车辆等的不间断冲撞、推挤和碾压，致使其线路状态处在不停的变化之中。在所有的线路设备中，小半径曲线地段线路设备受到走行机车、车辆的冲撞力、推挤力、碾压力尤为突出，以至其线路几何尺寸及钢轨磨耗的变化较大且快，时常演变成综合性病害。因此，小半径曲线地段线路设备的病害整治与养护有着显而易见的重要性，其不仅关乎设备维修投入，而且关系着行车安全。

关键词：铁路线路；小半径曲线；病害成因

1 曲线轨道的受力分析

1.1 作用于钢轨上竖直方向分力的构成

机车和车辆在轨道上运行时，作用于钢轨上车轮的静压力随着铁路运输的发展将不断增加，而加强轨道结构，首先是增加钢轨的重量，这样才有可能满足轴重不断增加的要求。列车通过轨道不平顺地段以及不平顺车轮运行时会产生附加力。轨道不平顺分为长不平顺和短不平顺两种。长不平顺通常因捣固不良、枕木腐朽、三角坑以及轨道弹性不均匀而形成；短不平顺的形成与钢轨波浪形磨耗、车轮空转有关。在曲线地段还有因外轨超高以及车架对车轮横向压力而引起的附加垂直力。

1.2 作用于钢轨上横向水平力的构成

横向水平力主要指车轮对钢轨的侧压力和曲线上的附加横向力。以上力由轮缘对轨头的压力和车轮在钢轨上横向滑动时产生的摩擦力组成，因此车轮对钢轨的侧压力可以取上述两力之和或两力之差。曲线地段产生的横向水平力比较大。曲线半径愈小，横向水平力愈大。曲线上产生的离心力和因外轨超高使车辆倾斜而产生的机车车辆重力分力有关。这些横向力的大小取决于离心力、行车速度、曲线半径和外轮超高。当在压应力和横向力的共同作用下超过了钢轨的屈服强度时，在钢轨作用边产生碾堆，在踏面形成局部压陷特征，压陷处不易和车轮踏面接触而形成暗斑，最终形成疲劳裂纹。当钢轨的磨耗速率小于疲劳裂纹的扩展速度时，最终将发展成剥离掉块。曲线半径越小，出现掉块的情况就越严重。

1.3 纵向水平力

产生纵向水平力的主要原因是轨道爬行和温度作用，在曲线地段，钢轨上还作用着滑动引起的摩擦力。轨道爬行主要是在车轮滚动下钢轨的蛇形起伏而产生的，在列车制动地段尤其明显。如钢轨和轨枕之间连接不够牢固，弹性道床抵抗轨枕纵向位移的阻力大于钢轨在支座上滑动的阻力，此时钢轨可能纵向移动，而轨枕则仍然留在原地。轨道爬行实质上取决于轨下基础刚度，刚度愈大，因钢轨扭曲及其断面转动而引起的爬行也愈大，钢轨扭曲增大也将使爬行增加。

2 铁路曲线线路问题

2.1 曲线主要病害

2.1.1 轨道几何尺寸超限

在铁路的曲线线路上，由于曲线的高低问题以及轨道的间距是很难进行改变的，可是在使用的过程中轨道的间距很容易进行扩大，且随着列车的运行，轨道侧向的磨损，轨道间距会变得更加明显，这可能会使得正在运行的火车出现出轨等情况，严重地危害了人们的安全。

2.1.2 联接件松动

列车后运行的过程中，对铁轨有着很大的冲击作用以及横向力的作用，尤其是在转弯的半径较小的时候。当铁轨超过了其承受的能力，线路的夹板以及接头处的螺栓很容易出现松动的情况，轨距杆也可能会发生折断。

2.1.3 出现曲线“鹅头”

如果曲线附近的直线方向不正确或者拨道的作业量没有计划准确等情况，都会导致这种现象发生。这种“鹅头”的出现，在曲线鹅头的方向上由于线路不圆顺会造成钢轨的磨损程度更加严重，严重影响了列车的正常运行。

2.1.4 曲线接头支嘴

这是由于钢轨的弹性以及钢轨的硬弯引起的，在小半径的弯道上，接头处的危害会加重曲线的接头处的支嘴现象。

2.2 曲线病害成因

铁路线路的小半径造成的病害的成因是受到多种因素影响的：首先，线路的先天不足是使得铁轨磨损严重的主要原因。在曲线的线路中，铁轨的侧向难免会受到压力，导致铁轨的侧面磨损十分严重，影响了铁轨的使用寿命；其次，我国目前对铁路上的运量的增加，使得列车对铁轨的冲击破坏变得更加严重，且近年来列车普遍都进行了提速，高速列车使得钢轨首要的碾压力更大，从而磨损加剧。并且，铁轨的超高偏大，会导致车轮在向心力的作用下对铁轨造成严重的摩擦桩基，导致了上股的钢轨的侧向磨损。而且，在通常情况下轨枕预留轨底坡是1/40，这在直线轨道中是适用的，可是曲线的地段由于超高的因素会使得车轮的踏面和铁轨的顶部难以得到全面的接触，这就导致钢轨的内顶接触面受到的压力过大，形成了偏载，破坏了钢轨。

3 曲线病害的整治办法

3.1 调整好小半径曲线各部尺寸

有计划地整治小半径曲线范围内的漫坑，及时消灭小坑及低接头。每年根据春季测速资料，夏季结合综合维修对超高进行调整，特别对钢轨出现伤损异常的曲线要做重点测速。

小半径曲线轨距易变化，需经常不断地进行调整。在曲线拨正中，采用增加副矢点的办法对控制曲线圆顺度效果较好。具体办法是：在现有10m间距中间增设一点副矢，其正矢在缓和曲线上为两相邻正矢点之和的一半，圆曲线上为圆曲线计划正矢，检测工具仍为20m弦线。

3.2 在曲线养护中要切实注意缓和曲线的养护

超高、轨距和正矢递减是否符合标准，是缓和曲线养护的关键。为便于缓和曲线上超高、轨距加宽顺坡和三角坑的检查与确定，可将超高和轨距加宽值在缓和曲线钢轨上的标记间距改为6.25m，检查时可不受原钢轨检查点位置的限制，按超高和轨距加宽标记点放置道尺，记录时在线路检查记录簿“水平”一栏中划斜线，斜线上填写实际检查超高值，斜线下填理论值。

曲线范围内连接零件要经常保持全、紧、靠、密，无失效，扭力矩符合《维规》规定，挡肩破损的混凝土枕要及时修复，失效的要及时更换，道床不洁要及时清筛，道床要饱满，上股按规定加宽到0.4m。

4 曲线轨道的日常养护与检查

由于曲线是线路的薄弱环节，产生病害较多，是线路质量优劣的主要控制因素，所以，对其进行周期性的检查，是掌握线路技术状态的重要手段。通过检查，按线路设备各种变化的不同程度，安排临时补修和经常保养工作。正线在正常条件下，轨道几何尺寸每半个月左右进行一次检查，不待误差量发展变化过大，就及时地进行临时补修，以控制轨道几何尺寸状态。此外，对线路病害严重的地段，除按每月两次的检查外，还应适当增加检查次数，以使设备技术状态处于有效监控之下。

曲线养护的重点是围绕曲线轨道何尺寸不超限，曲线轨道设备处于正常有效使用状态来进行作业。目前，对曲线轨道维修质量的监控主要是通过动静态检查手段来实现的。动态检查则是通过轨道车、动态添乘仪、人工添乘列车等几种方式进行的。静态检查仅反映曲线轨道在静止时的状态即静态质量，而动态检查则反映曲线轨道在列车运行时的受力变形状态即动态质量。随着高速重载列车的开行，对线路的质量要求越来越高。曲线轨道的养护要根据动静态检查结果来安排适时合理的维修方式。

在日常养护维修中，还应根据线路平面、纵断面、运量、轨道设备状况及自然条件等摸索出轨道变化规律，从而对其进行状态质量控制。

5 结语

综上所述，通过对地铁小半径曲线的结构的分析，产生病害的原因分析以及曲線病害整治方式和加强曲线轨道补与修、检与养的结合，充分证明了小半径曲线的养护维修的重要性，也是线路结构强度中的薄弱环节，根据延长小半径曲线段的使用寿命，并且针对小半径曲线钢轨地段进行相应的维护测试，取得良好效果。

参考文献

[1]冯仲伟，侯茂锐，王林栋，方兴，王澜.动车组通过小半径曲线线路的安全性试验研究[J].铁道建筑.2016（12）：11-12.

[2]王定举.朔黄重载铁路小半径曲线病害成因分析及整治措施探析[J].铁道标准设计，2013，（12）：58-62.

（作者单位：中国铁路北京局集团有限公司秦皇岛工务段）