大包线开行万吨重载列车线路设备伤损分析及对策研究

【摘要】 大包线开行万吨重载列车后,线路设备损坏加快,钢轨伤损率大幅提高,通过对大包线开行万吨重载列车线路典型区段的静态观测,对线路设备进行伤损分析,提出了针对性的安全对策和强化措施,确保重载铁路运输安全。

【关键词】 重载列车线路伤损分析安全对策

【Abstract】 The 10000t heavy haul trains run on the Da-Bao railway, the line equipment was damaged quickly, the damage rate of rail is increased greatly, through static observation of typical section of 10000t heavy haul train line on the Da-Bao railway, the line equipment damage was analyzed, the safety and strengthening measures were proposed to ensure the safety of heavy haul railway.

【Key words】 Heavy haul trainDamage analysisSafety measure

蒙西地区是我国重要的煤炭能源基地,为缓解蒙煤外运瓶颈问题,配合大秦煤炭运输战略西移,呼和浩特铁路局于2007年在既有客货混跑大包线上正式开行万吨重载列车,煤炭运输保持了每年2000万吨增量的快速增长,2010年货运量2.026亿吨,2011年货运量2.2亿吨。管内干线上开行的万吨重载列车轴重已增至25吨,开行比重迅速扩大,万吨列车2008年日开行19列、2009年达38列,2010年达52列。

运输增量突飞猛进,万吨重载列车开行对大包既有铁路线路提出了新的更高的要求,为了适应万吨重载列车的正常运行,如何在现有条件下保证万吨重载列车安全,要求我们提高对行车安全的预测,系统分析影响铁路线路设备质量的各种因素,并采用科学的对策,有效提高线路质量以保证万吨重载列车安全畅通。

1 大包线线路设备现状

大包线呼和浩特铁路局管辖正线约421km,其中曲线280条,总长122908.32m。钢轨为包钢生产的60kg/m无缝线路,R≤1000m曲线采用全长热处理钢轨;上行线大部分更换为III型轨枕,存在一定数量的69型、Ⅰ型以及Ⅱ轨枕;上行线扣件主要为弹条II型扣件;道床设计为双层道床,垫层厚度20cm,枕下道床厚度30cm,边坡1:1.75;道砟为哈业铁路采石场、陶卜齐采石场生产Ⅰ级道砟;上行线道岔主要为12号固定辙叉道岔。

2 开行万吨重载列车线路设备病害显著增多

结合大包线特点,选取典型区段观测。选取原则:(1)具备广泛代表性的常速区段;(2)近三年内破底清筛过;(3)直线、曲线、岔区、长大坡道、桥隧与路基过渡段、经常制动、启动加速各1段;(4)选取68kg/m轨线路和60kg线路各一段、Ⅲ型枕以下线路和Ⅲ型枕线路各一段做对比分析。对典型区段进行静态观测分析,确定线路设备的伤损情况,选取的典型区段如表1所示。

2.1 钢轨伤损分析

2.1.1 钢轨疲劳伤损严重

钢轨重伤主要为核伤,2010年大包上行线钢轨重伤130处,其中核伤81处,占62.3%。钢轨折断同比有所增加,且断轨发展速度加快。

表1 各观测区段表

。钢轨螺孔裂纹发展速率急剧增加,日平均裂纹发展速率高达2.9mm/天。钢轨掉块明显增加,钢轨接头伤损严重。

2.1.2 曲线钢轨磨耗严重

R≤800m的曲线上股钢轨侧磨加速,下股压溃、鱼鳞伤损严重,撞道现象增多。曲线月平均侧磨量在2～2.5mm/月,R600m曲线外股钢轨磨耗寿命不足240MGT。随着运量的增加,曲线半径越小,钢轨的使用周期越短。当上股钢轨侧磨达到10mm以上时,曲线撞道现象增多,轨距难以保持。

2.1.3 轨道横移明显

直线地段轨道横移量一般在8mm左右,曲线地段钢轨横移量高达30mm。曲线地段轨道横移量明显大于直线地段,最大横移量集中出现在天气炎热的5~7月份,而在曲线区段轨道横移量均没有回到原位。

2.2 轨枕伤损分析

2.2.1 Ⅱ型及以下轨枕伤损严重

Ⅰ型轨枕地段轨枕纵向裂纹逐年加剧,约40%存在不同程度的裂纹,挡肩破损,同时,锚固螺栓拔出病害突出。Ⅱ型混凝土枕区段,轨枕出现了较为严重的断裂、横裂、纵裂以及挡肩破损等。接头处轨枕破坏较为明显,原有伤损的砼轨枕,在车轮的冲击作用下,伤损发展更为明显。

2.2.2 曲线段Ⅲ型轨枕出现伤损

在R≤600m区段,虽然已采用了地锚拉杆、轨撑等加强措施,Ⅲ型轨枕挡肩仍出现了一定程度的伤损。

2.3 道岔伤损分析

2.3.1 道岔辙叉使用寿命缩短

锰钢辙叉的使用寿命为3～4个月(约70MGT～80MGT),合金钢辙叉的使用较长,但使用寿命也不足1年。辙叉的主要问题为翼轨磨耗严重,个别咽喉地段叉心仅使用4个月就达到重伤标准。

2.3.2 道岔尖轨、基本轨伤损严重

道岔区尖轨磨耗掉块严重,基本轨顶面剥离掉块增加,护轨磨耗严重。万吨通道道岔曲线尖轨使用寿命仅为2～3个月(约60MGT～70MGT)。万吨大列侧向通过的道岔导轨、尖轨和曲线基本轨磨耗加快。随着万吨大列加密开行,更换周期明显缩短。

2.3.3 道岔区轨道几何状态不易保持,道岔零部件伤损缺失严重

万吨侧向通过的道岔,随着侧向过车冲击增大,轨距变化率超限,几何尺寸不易保持,特别是辙岔部分查照间隔、护背距离等,每3天就需检查整修1次。目前道岔内增设大量轨距拉杆,以保持道岔稳定,道岔每隔2～3天就需进行维修工作。连接零件失效、松动现象增多,垫板螺栓剪断、弹条崩断较多,岔枕出现明显裂纹,在岔区接头位置附近出现了铁垫板折断、道砟粉化等病害。

2.4 扣件伤损分析

尼龙挡板座挤压失效速率加快,尤其是曲线上股外侧挡肩,由于列车横向冲击增大,扣件挡板座挤压失效速率增加。受客货混跑条件制约,超高设置难以同时兼顾,曲线下股胶垫磨损、压溃速率增加。上行线道岔立柱螺栓、弹条、拉杆和护轨垫板折断、接头螺栓松动和脱落、扣件松动现象明显增多。道岔直向辙叉护轨、护轨垫板裂纹的数量增加,尖轨跟端限位器处垫板开裂率达70%。

2.5 道床伤损分析

目前,部分区段道床中含有较多鹅卵石和超大颗粒,道床级配不合格。多数曲线区段道床砟肩无堆高,且轨枕端头露出5～10cm现象较普遍,降低道床横向阻力,严重影响轨道横向稳定性。在旧桥上普遍存在道床厚度不足、道床脏污的现象,影响道床弹性。随着万吨列车的加密大量开行,道床垂向振动加速度加大,道砟过度磨损、破碎、粉化加快,道床残余变形积累加速,引起道床板结、沉降、边坡坍塌、翻浆冒泥、接头病害等大量出现,使得这方面养护工作量成倍增加。

3 大包线开行万吨重载列车线路设备主要对策及强化措施

3.1 线路设备综合维修和保养

根据线路变化规律和特点,以全而改善轨道弹性、调整轨道几何尺寸和更换、整修失效零部件为重点,以大型养路机械为主要作业乎段,按周期、有计划地对线路进行综合性维修,以恢复线路完好技术状态。对长人坡道、小半径曲线及重点病害等薄弱处所各工务段重点维修车间要进行有重点地去综合维修和保养。

3.2 线路设备病害整治

列车荷载与轨道抗力的相互作用决定了轨道破损程度和使用寿命。从轨道结构零配件、道床状态、轨枕间距及枕上弹性垫层和钢轨状态等方面做好日常维修和养护工作:

(1)应加强轨道几何尺寸整正,以减少重载列车对线路的冲击破坏。

(2)轨道结构的联结件应经常保持齐全、有效和良好的技术状态,每年应定期对联结件进行复紧,使其达到规定的扭力矩。

(3)道床及时进行补砟,根据道床板结清况及时进行清筛,恢复道床弹性,保持轨道良好的几何状态。

(4)加强轨枕及轨下弹性垫层的日常维修和养护,提高轨枕承受力。

(5)重视钢轨探伤检测,对钢轨伤损进行跟踪检查,及时掌握伤损状况,及时对掉块、擦伤、轨面不平顺等病害进行整治。

3.3 线路设备的强化措施

钢轨:根据大包线钢轨现状和可预计的运量增长趋势,应尽快地安排换轨大修,更换成75kg/m钢轨跨区间无缝线路,R≤1200曲线采用热处理钢轨。

轨枕:直线以及R＞600m曲线地段采用III型混凝土轨枕,R≤600m区段采用IV重载轨枕。

扣件:III型枕区段采用强化扣件。IV重载轨枕区段采用配套弹条Ⅵ型扣件,在小半径曲线地段采用弹性轨撑。

道床:采用Ⅰ级道砟,桥隧区段采用特级道砟。

道岔:采用新型75-12号道岔,辙叉采用合金钢辙叉。

曲线超高:根据客货均衡速度调整超高,适当减小过超高。

4 结语

开行万吨重载列车对大包线线路设备技术状态提出更高的标准和要求,对工务部门的线路质量提出了新挑战。在现有的设备的状况下,要立足于现状,在大、中维修中要加强线路设备安全。从长远来看,要从根本上更新线路设备和采用以机械化作业为主的大、中维修手段,才能使大包线适应万吨重载列车的开行。

作者简介:杨慧(1969-),男,硕士学历,高级工程师(副所长)。