重载铁路线路的养护及维修技术探讨 - 图文

石家庄铁道大学毕业论文

重载铁路线路的养护及维修技术探讨

Overloaded railway line maintenance and

repair technology discussed

2015 届 院（系） 专 业 铁道工程技术 学 号 学生姓名 指导教师

完成日期 2015年6月15日

毕 业 论 文 成 绩 单

学生姓名 学号 班级 1210 专业 铁道工程 毕业论文题目 指导老师姓名 指导老师职称 廖英英 副教授 重载铁路线路的养护与维修技术探讨 评 定 成 绩 指导教师 答辩小组组长 成绩： 得分 得分 院长（主任）签字： 年 月 日

毕 业 论 文 任 务 书

题目 学生姓名 学号 重载线路的养护及维修技术探讨 班级 导师姓名 廖英英 专业 铁道工程 副教授 承担指导任务单位 土木学院道铁系 导师职称 重载铁路最主要最突出的特点就是运量大和轴重大。这两大特点必然使轨道结构承受较大的荷载，由此所造成的轨道结构及其部件的破坏速度及变形速度，较之普通线路更快，也更严重。这样的现实状况，从而使线路的维修养护工作量和维修成本，也都较之普通线路更高更大。如何才能保证重载铁路运输的进一步安全稳定一直都是相关工作人员的研究重点。 针对上述问题，结合重载线路特点,通过相关调查和对国内外有关资料研究，对重载线路的养护及维修技术进行深入的专项性研究。主要工作：重载铁路的概念、技术特点、设备现状的分析、问题及对策、发展趋势、铁路轨道结构、重载铁路的病害、重载铁路钢轨及其磨耗等方面加以研究和分析给出整治方法和措施。 基本要求： （1）参考文献应以近期刊物为主； （2）正文字数不少于1万，并满足相关格式要求； （3）搜集资料要全面，相关研究要紧密结合我国重载铁路发展的现状； （4）独立完成。 采用的方法及手段： （1）文献归纳法（2）理论研究法（3）实例分析法 参考文献： [1]刘语冰．我国重载铁路病害技术标准探讨[J]．铁道标准设计，2000(2)：7-10． [2]范俊杰．现代铁路轨道[M]．北京：中国铁道出版社，2004． [3]杨德修. 重载铁路轨道技术发展方向研究[J]. 铁道工程学报，2012(2):1-5. [4]钱立新. 世界铁路重载运输技术的最新进展[A].2007. 课题进度计划： （1） 第1周至第4周：分散实习，搜集相关资料； （2） 第5周至第7周：集中实习，撰写开题报告； （3） 第8周至第11周：撰写论文； （4） 第11周至第12周：论文中期检查； （5） 第12周至第15周：撰写并完善论文；

教研室主任签字 时 间 年 月 日

毕 业 论 文 开 题 报 告

题目 学生姓名 学号 重载铁路线路的养护及维修技术探讨 班级 专业 铁道工程 1、选题的意义和研究背景 随着社会科技和经济的发展，铁路已经成为我国乃至全世界不可缺少的运输行业之一。尤其重载铁路的出现以及逐步发挥重要的角色，提高了人们生活经济水平。如何才能保证重载铁路运输的安全稳定一直都是相关工作人员的研究重点。而纵观时代的发展，国内外研究资料，已纷纷涌现出对重载铁路线路的养护与维修等不同的整治方法和措施。但为了使重载铁路进一步完善，确保重载铁路运营的安全可靠，经济合理，笔者在此参考众多文献加以个人研究和看法，积累了大量重载铁路的养护与维修等相关重要经验，诸如对轨道结构病害整治钢轨折损曲线养护等众多方面加以研究，充分分析了重载铁路线路各方面存在的问题，最终给出了养护与维修的方法，希望对读者产生共鸣。 2、国内外研究现状 为适应重载铁路线路高平顺性和高稳定性的技术要求，重载线路一方面采用满足高速行车需要的高速轨道，另一方面必须加强对其养护与维修等措施。 重载铁路在国外应用较多，德国、日本及法国在高速铁路建设中都采用重载铁路线路，并进行过相关养护维修技术的研究。德国是世界上研究开发重载铁路较早的国家，为此，德国近年来除了在本国对重载线路重视养护维修，同时，还为西班牙、中国台湾等高速铁路提供先进方法。 与国外发达的德国、法国相比，国内缺少重载铁路养护维修的运营经验，因而也缺少各种试验、测试数据。虽然党的十八大以来国内铁路大量发展，但重载铁路应随之振兴，其中秦沈客运专线为目前的重载线路。未来，我国高速重载铁路线路还有较大的发展，在目前大规模建设客运专线重载铁路的情况下，有必要对重载线路进行进一步研究，形成具有国内自主知识产权的、满足客运专线使用要求的系列化措施。 3、主要工作和采用的方法、手段 (1)主要工作 重载铁路的概念、技术特点、设备现状的分析、问题及对策、发展趋势、铁路轨道结构、重载铁路的病害、重载铁路钢轨及其磨耗等方面加以研究和分析给出整治方法和措施。 (2)采用的方法及手段 1.文献归纳法 2.理论研究法 3.实例分析法

参考文献 [1] 国际重载协会.国际重载铁路最佳应用指南[M].北京:中国铁道出版社,2005. [2] 王小文.准高速、高速铁路缓和曲线线型选择研究[J].铁道学报,2001(2)：81—85. [3] 顾培雄.关于路基现状及其发展问题[J].铁道建筑技术,1995(4)：1-6. [4] 沈长耀.我国铁路钢轨整体技术发展的新阶段[J].铁道工程学报,2005(2):51—60． [5] 刘语冰.我国重载铁路病害技术标准探讨[J]．铁道标准设计,2000(2)：7-10． [6] 范俊杰.现代铁路轨道[M].北京:中国铁道出版社,2004． [7] 铁道部第三设计院编制.道岔设计手册[M].北京:人民铁道出版社,1975. [8] 车伟,张彦.重载铁路曲线.[J].轨道工程,2006(增刊):177-178． [9] 李怡厚.大秦重载铁路施工设备.北京:中国铁道出版社,2003. [10] 何华武.中国铁路既有线200km/h等级提速技术.北京:中国铁道出版社,2005. [11] 铁道部国际合作司.中国高速铁路提速技术.北京:中国铁道出版社,2005. [12] 中华人民共和国铁道部.铁路轨道设计规范[S].北京:中国铁道出版社,2005. [13] 王晓兵,刘凤恩.重载铁路道床养护维修特点[J]郑铁科技通讯,2006(1):33-35. 指导教师签字 时 间 年 月 日

摘 要

近年来我国铁路运输行业的飞速发展、设备现代化程度的不断提高，重载铁路已经成为新的时代背景下，铁路运输的代名词。重载铁路的发展也给与之相对应的轨道养护维护工作提出了更高的要求，那么如何才能保证重载铁路运输的进一步安全稳定。为此，文章根据多年的铁路养护维修工作经验，并参考国内外先进的铁道维护经验，依据国内外专家对重载铁路的研究，重点提出了重载铁路的概念、技术特点、设备现状基础设施的分析、发展趋势、铁路轨道结构、曲线整治、重载铁路的病害、重载铁路钢轨及其磨耗等方面加以研究和分析给出整治方法和措施。

关键词：重载 铁路轨道 安全 基础设施 养护维修

Abstract

In recent years the rapid development of railway transportation industry in China, equipment modernization degree unceasing enhancement, overloaded railway has become the new era background, the railway transport. Also attached to the development of heavy rail of the corresponding orbital maintenance and maintenance work put forward higher request, so how to guarantee the stability of further overloading the railway transport safety. To this end, the article based on years of experience in railway maintenance and repair work, and refer to advanced railway maintenance experience at home and abroad, according to experts at home and abroad on the study of overloaded railway, puts forward the concept of overloaded railway, technical characteristics, equipment analysis of the status quo, development trend, railway track structure, the curve of management, the disease of overloaded railway overloaded railway rail and its abrasion, etc, to research and analyze the control methods and measures are presented.

Key words: Overloaded railway track safety infrastructure maintenance

目 录

第1章 绪论 ............................................................................................................... 1 1.1 研究背景和意义 ............................................... 1 1.2 国内外研究现状 ............................................... 1 1.3 论文主要研究内容 ............................................. 2 第2章 重载铁路 ....................................................................................................... 3 2.1 重载铁路的概念 ............................................... 3 2.2 重载铁路线路的优势 ........................................... 3 2.3 重载铁路技术特点 ............................................. 3

2.3.1 重载铁路线路设备现状的分析 ............................... 4 2.3.2 重载铁路关键技术问题及对策 ............................... 4 2.4 我国重载铁路技术发展趋势 ..................................... 5 2.5 本章小结 ..................................................... 6 第3章 重载铁路轨道结构 ....................................................................................... 7 3.1 轨道结构的养护维修 ........................................... 7 3.2 轨道结构养护维修的重点 ....................................... 7 3.3 重载铁路轨道结构排水 ......................................... 9

3.3.1 排水沟以及砟肩和路肩养护维修 ............................. 9 3.3.2 表面排水 ................................................ 10 3.3.3 有利排水的道床养护 ...................................... 11 3.4 道床的病害防治 .............................................. 11

3.4.1 道床发生的主要病害 ...................................... 12 3.4.2 对道床的两点建议 ........................................ 13 3.5 钢轨与路基维修养护措施 ...................................... 13 3.6 路基的养护 .................................................. 14 3.7 本章小结 .................................................... 15 第4章 重载铁路的病害、钢轨及其磨耗 ............................................................... 16 4.1 铁路轨道病害整治养护方法 .................................... 16 4.2 大秦重载铁路病害养护及维修 .................................. 17 4.3 重载线路钢轨折损整治 ........................................ 18

4.3.1 断轨的防治 .............................................. 18 4.3.2 轨道整理 ................................................ 19 4.4 重载线路钢轨波形磨耗成因研究 ................................ 19 4.5 轴重30 t重载线路钢轨接头夹板抗弯刚度研究 ................... 20 4.6 本章小结 .................................................... 21 第5章 高速重载铁路及曲线养护 ......................................................................... 22 5.1 高速重载线路钢轨损伤特性 .................................... 22 5.2 重载线路铝热焊接头轨头下部夹杂缺陷分析 ...................... 22 5.3 重载标准轨铁路的接头养护 .................................... 23 5.4 加强重载铁路运输线路养护维修检测的技术措施 .................. 23 5.5 重载铁路曲线养护方法的探讨 .................................. 24 5.6 本章小结 .................................................... 26 第6章 重载铁路新设备 ......................................................................................... 27 6.1 积极引进与推广新技术 ........................................ 27 6.2 重载铁路的养护关键是要积极引入大型养路机械 .................. 27 6.3 增加轴重，改善轮轨关系，减少有害力的能量 .................... 28 6.4 本章小结 .................................................... 29 第7章 结论与展望 ................................................................................................. 30 7.1 结论 ........................................................ 30 7.2 展望 ........................................................ 30 参考文献 ..................................................................................................................... 31

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第1章 绪论

1.1 研究背景和意义

随着社会科技和经济的发展，铁路已经成为我国乃至全世界不可缺少的运输行业之一。尤其重载铁路的出现以及逐步发挥重要的角色，提高了人们生活经济水平，如图1-1所示。如何才能保证重载铁路运输的安全稳定一直都是相关工作人员的研究重点。而纵观时代的发展，国内外研究资料，已纷纷涌现出对重载铁路线路的养护与维修等不同的整治方法和措施。[1]但为了使重载铁路进一步完善，确保重载铁路运营的安全可靠，经济合理，笔者在此参考众多文献加以个人研究和看法，积累了大量重载铁路的养护与维修等相关重要经验，诸如对轨道结构病害整治钢轨折损曲线养护等众多方面加以研究，充分分析了重载铁路线路各方面存在的问题，最终给出了养护与维修的方法，希望对读者产生共鸣。

1.2 国内外研究现状

图1-1 重载铁路 为适应重载铁路线路高平顺性和高稳定性的技术要求，重载线路一方面采用满足高速行车需要的高速轨道，另一方面必须加强对其养护与维修等措施。其中，重载铁路在国外应用较多，德国、日本及法国在高速铁路建设中都采用重载铁路线路，并进行过相关养护维修技术的研究。德国是世界上研究开发重载铁路较早的国家，为此，德国近年来除了在本国对重载线路重视养护维修，同时，还为西班牙、中国台湾等高速铁路提供先进方法。

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与国外发达的德国、法国相比，国内缺少重载铁路养护维修的运营经验，因而也缺少各种试验、测试数据。虽然党的十八大以来国内铁路大量发展，但重载铁路应随之振兴，其中秦沈客运专线为目前的重载线路。未来，我国高速重载铁路线路还有较大的发展，在目前大规模建设客运专线重载铁路的情况下，有必要对重载线路进行进一步研究，形成具有国内自主知识产权的、满足客运专线使用要求的系列化措施。

1.3 论文主要研究内容

根据重载铁路国内外研究现状，和参考重载铁路相关书籍的介绍，针对重载铁路本人重点介绍了

第1章阐述了重载铁路国内外研究现状、背景和意义。

第2章阐述了重载铁路的相关概念，运能大、效率高、运输成本低等优点。重载铁路技术特点，设备现状以及对人民生活水平的意义。

第3章阐述了重载铁路轨道结构受力因素主要有荷载、轨枕、道床和钢轨养护与维修，轨道结构养护与维修的重点。

第4章阐述了重载铁路的影响因素就是轨道结构零配件、道床的状态、轨枕间距及枕上弹性垫层和钢轨状态。重载铁路病害的研究和断轨方面的介绍。

第5章阐述了高速重载铁路钢轨损伤特征，重载铁路接头铝热焊重点养护。加强重载铁路曲线线路的养护维修运输路线等知识。

第6章阐述了大型养路机械设备的引进，确保铁路提速持续安全和高速铁路运营安全不可缺少的重要装备。

第7章阐述了对全文的总结以及未来的展望，重载铁路还存在众多问题有待我们去解决。

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第2章 重载铁路

2.1 重载铁路的概念

根据1994年国际重载运输理事会关于重载铁路的定义标准，一条铁路满足下列条件之二者就可以定义为重载铁路，即:经常、定期开行总重为5 000 t及以上的列车；在长度大于150 km的线路区段上，年计费货运量3达到2 000万t及以上；经常、正常开行轴重不小于25 t的列车。其中朔黄铁路全长591 km，2005年运量预计将达到9 000万t开行的列车总重达到5 000 t及以上,是国内典型的重载铁路。[1]

2.2 重载铁路线路的优势

重载铁路线路运输因其运能大、效率高、运输成本低而受到世界各国铁路的广泛重视，不仅在一些幅员辽阔、资源丰富等大宗货物运量占较大比重的国家(如美国、加拿大、巴西、澳大利亚、南非等)发展重载铁路，大量开行重载列车，而且在欧洲以客运为主的客货混运干线上也开始开行重载列车。目前，重载铁路运输在世界范围内迅速发展，重载运输已被国际公认为铁路货运发展的方向，成为世界铁路发展的重要方向之一。世界各国重载铁路借助于采用高新技术，促使重载列车牵引重量不断增加。重载运输不仅提高运量，降低成本提高收入，而且能降低维修成本。国外实践经验表明，增大轴重能显著提高运输效率，国外重载铁路的列车轴重大多集中在28~32.5 t，最大达40 t。目前美国、澳大利亚、瑞典、南非、巴西、俄罗斯等国的货车轴重均达到了27 t以上，我国已经开始研发27 t及30 t轴重重载列车及其配套技术。

2.3 重载铁路技术特点

国际重载铁路技术的主要特点是，在一定的铁路技术装备条件下，通过扩大列车编组长度，大幅度提高货车重量，采用单元重载列车运输模式，发挥铁路集中、大宗、长距离、全天候的运输优势，达到增加运输能力、提高运输效率、降低运输成本的目的。集中体现在：

(1)提高轴重。重载铁路轴重普遍达到32.5～35.7 t，澳大利亚BHP和FMG已开行轴重40 t重载列车。

(2)扩大列车编组，加大牵引质量。重载列车牵引质量一般为1万～4万t，普遍

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达到2万t左右。

(3)强化基础设施改造，通过线路改造、运营和养修模式改变实现重载运输。 (4)重视轮轨关系研究，把轨道-车辆作为一个系统来考虑，强调重载低轮轨作用，运营维护中对轮轨协调管理。

(5)采用预防性维修策略，加强基础设施和移动装备安全检测与状态监测。[2]

2.3.1 重载铁路线路设备现状的分析

重载铁路线路最主要的特点是运量大和轴重大，如图2-1所示。这两大特点必然使轨道结构承受较大的荷载，由此造成轨道结构及其部件的破坏速度较普通线路加快，线路变形也增加较大，从而使线路维修养护工作和维修成本都较普通线路加大。从过去几年的养护维修情况分析，重载铁路轨道结构破坏主要形式有轨道部件破损(尤其是夹板裂纹、接头螺栓折断、弹条折断)，钢轨表面的不平顺(波形磨耗等)及线路的严重下沉3种。轨道部件伤损和轨面不平顺产生的主要原因是接头部位的强大冲击力的反复作用，使得这些部位的部件产生疲劳伤损所致。线路严重下沉主要由3方面原因造成：一是道床的沉陷变形：二是路基病害造成的基床坍塌；三是桥涵两头路基的不均匀下沉。根据资料显示，道床的破坏与通过总重成线形关系，而路基破坏则与通过总重成正比，所以这也同时说明重载列车对路基的破坏更加严重。由于路基的变形最终反映在轨道的变形上，因而这些破坏最终都导致了线路养护维修工作量的增加。

图2-1 重载铁路轴重图

2.3.2 重载铁路关键技术问题及对策

以大秦铁路重载技术为代表的我国重载铁路技术已取得较大进步，为我国铁路发

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展大轴重重载运输奠定了重要技术基础。我国铁路进一步发展重载技术在借鉴大秦重载技术体系基础上，应开展以下3个方面关键技术问题研究工作。

（1） 提高我国重载铁路货运能力应从提高铁路运输经济效益为出发点，同时充分考虑国民经济发展和整个社会的整体效益。

我国重载铁路通过技术提升以及既有货车提速改造，货车的技术速度已普遍达到120 km/h，已趋于合理，主要干线列车追踪间隔已达到6～7 min，已经相对饱和，但货运重量尚存较大发展空间。因此，应着力提高货车轴重、扩大列车编组来提高我国重载货运能力，同时研究路网、通道运输能力匹配和运力布局。

（2） 加快研发大功率机车技术。目前，美国、加拿大等重载运输发达国家，重载机车主要采用交流传动、径向转向架和微机控制防滑防空转系统等技术。我国已拥有这类技术，考虑到既有到发线等设备参数，应加快研发牵引重量6 000~8 000 t单编、1.2万 t单元和2.4万 t组合列车的配套机车。

(3) 基于我国基本国情，经济效益比较分析表明，应大力开展27 t通用货车和30 t专用货车技术。车辆动力学性能方面应采用新型径向转向架及优化的悬挂系统采用铝合金或不锈钢等新兴材质的车体以降低车体自重。采用高强度旋转车钩及高性能缓冲器来提升列车纵向动力学等性能。研发配套的27 t通用货车和30 t专用货车装卸装备。

2.4 我国重载铁路技术发展趋势

目前，我国重载铁路技术发展趋势主要涉及隧道基底状态评估和承载能力补强，可通过既有隧道状态检测、重载列车-轨道结构-隧道结构相互作用动力学模型仿真分析，提出重载隧道基底技术条件，进而研究提升既有隧道基底承载能力、强度和安全储备的加固技术条件及加固方法。既有路基强化主要涉及路基状态检测与评估、承载能力补强、沉降控制，既有线路基基本满足开行25 t轴重列车的条件，但需对细粒土基床上部结构进行检测评估，进一步提高轴重应对路基状态系统评估，有针对性地进行病害路基基床加固、过渡段加固、排水与边坡防护及地基加固。既有轨道结构强化涉及客货车速度匹配和曲线超高设置、道岔结构优化、扣件系统强化、特殊区段轨道结构整体强化，可通过既有轨道结构对大轴重适应性评估分析，识别轨道结构薄弱环节，进而完善客货共线曲线超高设置方案，优化道岔尖轨导曲线线形，研制强化扣件，并对小半径曲线、大坡道、道床病害等特殊地段，从保证横向稳定性和提高承载能力方面采取合理的强化措施。[3]

运为主、兼顾客运的“客货并举”策略已成为必然，铁路货运能力的提升势必向重载化发展。发展重载运输、提高铁路运输能力通常可采用增建新线、增加列车行车密

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度、提高牵引质量和加大轴重等主要技术措施。基于我国基本国情，铁路货运大轴重重载发展主要通过2个技术途径来实现。

(1) 对既有路网强化改造以适应大轴重、大运量的重载运输；

(2) 新建大能力货运专线，开行大轴重、长编组重载单元列车。分析既有京广、京沪、京九线路能力使用情况，在客运专线开通后，既有干线货运能力所释放的铁路运能仍无法满足煤炭等全部重载列车开行能力需求。我国重载铁路的技术发展，尤其是大秦重载运输技术创新，充分体现了我国重载技术主要特点，即无论是既有路网强化改造还是新建大能力货运专线，都必须均衡提升机车车辆、线路轨道、通信信号各自技术装备，同时全面优化运输组织模式，完善调度控制，协调发展检修维护体制与装备。

2.5 本章小结

本章重点介绍了重载铁路的概念及其优点，重载铁路设备现状分析，技术特点以及我国重载铁路的发展趋势。

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第3章 重载铁路轨道结构

3.1 轨道结构的养护维修

重载铁路线路轨道受力影响因素与任何其他工程结构一样，列车荷载与轨道抗力的相互作用关系决定了轨道的破损程度和使用寿命。按照目前国际上普遍采用的连续弹性基础梁轨道强度理论,影响轨道结构受力因素主要有荷载、轨枕、道床和钢轨四个，见图3-1。

变形增加的百分数基本相同。

(2) 轨枕主要是轨枕间距(也即轨枕配置)影响和轨枕支承面积影响。轨枕支承面对轨道弹性下沉和道床应力都有明显影响，研究资料显示，III型轨枕比我们目前使用的II型轨枕在相同荷载作用下，受力与下沉减少11%左右。

(3) 道床刚性对道床应力和轨枕上压力影响较大，枕上压力和道床应力与道床刚度成同向变化，且幅度较大。而线路维修工作量与道床应力的3~4次方成正比，所以道床刚性对维修工作量影响很大。

(4) 钢轨影响主要是断面尺寸(即钢轨类型)和钢轨状态的影响。[4]

图3-1轨道 (1) 荷载与轨道的受力和变形成线性关系，荷载增加的百分数与轨道结构受力和3.2 轨道结构养护维修的重点

根据以上轨道结构受力分析，工务部门在维修养护中能够改变的影响因素就是轨

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道结构零配件、道床的状态、轨枕间距及枕上弹性垫层和钢轨状态。

(1) 应及时进行轨道几何尺寸的整正。

据不完全统计，工务部门60%~70%的工作量都是进行几何尺寸的整正。轨道变形状态与列车荷载相互影响，列车的重复振动荷载使线路产生变形，而线路变形后轨面不平顺又会使列车对线路的冲击破坏加剧。特别是重载铁路，轨道承受的荷载大，在大密度运行列车冲击作用下，这种相互影响更大，也会使得轨道几何尺寸的变化加剧。所以对于重载铁路，养护维修的首要任务是及时进行轨道几何尺寸的整正，尽可能地在几何尺寸变化较小时，就消灭轨道结构几何尺寸上的误差，减小重载列车重复作用对线路的冲击破坏。

(2) 连接件要经常保持齐全有效

重载列车对轨道零部件的破坏作用也是很大的，所以在日常养护维修中要使轨道结构的各部连接零件经常保持齐全有效和良好的技术状态，每年的春秋两季都要对所有联结零件进行2次全面复紧，使所有零配件都达到规定的扭力矩，从整体上锁定线路，这样可以防止暑期钢轨热胀爬行产生胀轨跑道或绝缘顶坏，防止冬季冷缩爬行产生轨缝拉大进而拉断接头螺栓。每年要对所有联结零配件进行一次涂油，防止联结零件锈蚀。特别是运输煤炭的重载铁路，运输中煤炭粉尘较大，螺栓锈蚀得较快，通过涂油可以大大缓减锈蚀速度。

(3) 保持道床的弹性

道床是均匀传布荷载、提供轨道纵横向阻力和弹性的重要组成部分，道床状态好坏直接关系着线路技术状态的稳定和工务维修工作量的大小。使道床保持饱满、均匀、密实和良好的弹性是进行道床整修的主要目的。道床在列车长时间的震动荷载作用下，会出现板结、弹性下降和挤入路基等病害。所以维修中应高度重视恢复道床弹性，如图3-2所示。[5]

图3-2 弹性道床图

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一是要及时进行补充，特别是桥涵两头和路基下沉地段，极易出现石碴缺少病害，这时就要补充石碴。二是要根据道床的板结情况安排相应的清筛，恢复道床的弹性。轨道的良好弹性是保持轨道几何状态的关键所在。

(4) 做好轨枕和轨下弹性垫层的养护

轨枕及轨下弹性垫层养护也是日常维修中的及其重要内容。轨枕部分主要是失效轨枕的更换。轨下弹性垫层是轨道弹性的重要组成部分，它对混凝土枕所受荷载有直接的缓冲和减振作用。根据北京铁路局的试验，铺设新的厚10 mm橡胶垫板的道床其振动加速度比使用2年以后的橡胶垫板道床下降25%，换铺高弹性橡胶垫板则能下降40%。这说明改善轨下垫层的弹性不仅可以减小轨道下沉量，而且对于保持轨道的平顺性，减少养护维修工作量有很明显的效用。朔黄铁路通过总重已达1亿多t，在长时间大荷载的作用下，目前轨下的橡胶垫层已经开始老化和硬化。所以我们在进行日常的养护维修时就要考虑逐步更换轨下橡胶垫层。如果在非接头地段也能更换上TD型厚10 mm复合橡胶垫板，那样不仅效果更佳，而且弹性保持的时间也会更长。

3.3 重载铁路轨道结构排水

当今运营的大部分重载铁路是在19世纪末建成的。这些铁路都耗费巨资来提高钢轨、轨枕和道床等资产的使用寿命。但是，轨道结构中最被忽视的就是排水管理。本节主要介绍排水沟，道砟等排水以及道床的排水养护。

3.3.1 排水沟以及砟肩和路肩养护维修

自铁路修建完成后，排水系统中最被忽视的部分就是道床道砟、路肩和排水沟。由于各种原因，他们常年得不到维修，包括对排水量的不足，整体养护维修计划中排水得不到重视和缺乏排水对轨道结构寿命影响的正确理解。很多排水沟得不到维护，

图3-3 排水沟

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常年淤塞，使得排水沟中的水位较高，阻碍了轨道结构的正常排水。这些未能及时排出的水削弱了底砟和露肩的强度。通过轨道检查人员不会注意到排水问题，直到道床出现翻浆冒泥等现象。这种情况下路基土变成饱和土，在同等正常荷载作用下，路基 通过承载力并且产生位移，而在道床中则会形成道砟囊和道砟袋。这已经成为世界性的难题，并且成为重载铁路养护维修的头等问题。19世纪末建成的铁路，排水设计的相当好。虽然现在的轨道结构中也采用这些排水设施，但是当排水设施的养护维修经常被忽视时，只有合理的排水设计，并不足以解决排水问题。由于缺乏对排水结构的养护维修，加速了铁路轨道结构的失效破坏。有些铁路忽视了排水设备区段的轨道结构。由于淤泥、沙土等冲进了排水沟，一些植物的生长也对排水沟造成了堵塞。更糟的是，过宽的砟肩也影响到了轨道的排水。更有甚者，由于砟肩高于轨枕底，整个轨道结构就像泡在“浴缸”里，致使轨道结构长期处于饱和状态。这种情况下，道床损坏的更快。道砟粉化造成道床板接阻塞的现象也随之产生。接下来路基就会饱和，并且在剪切盈利的作用下，开始发生位移。

3.3.2 表面排水

在路基养护维修项目中，最经济有效的办法就是将轨道结构表面的水收集分流，避免其进入轨道结构。被收集和排走的水越多，并进一步渗透并对轨道结构造成潜在威胁的水就越少。建议的世纪维修项目包括：

(1) 增加表面排水，即确定表面排水通常而不淤泥； (2) 及时引导，避免水流流入有问题的区域；

(3) 保持表面水不渗入，不要让其淤积、渗入到路堤或者滞留在路堤边坡上； (4) 排水沟深度应低于道床底部305 mm (5) 保持排水沟底部的坡度以提高排水能力；

(6) 检查涵洞是否处于良好的状态，以确保没有侵蚀和开裂；

(7) 维修涵洞的通道，减少入口堵塞或者杂物进入涵洞等造成排水不畅所带来的潜在威胁；

(8) 清除维修残时留在路肩上的杂物垃圾，这些维修包括道床全断面清筛，道床边坡清筛和排水沟清理等；[1]

保持道床良好的排水功能可以保证轨枕下有足够的弹性，如果轨枕下没有足够的道砟，自然不会有良好的弹性。在大轴重的作用下，道砟粉化严重，沿线泥土被吹进道床，从而造成道床严重脏污。同时，不合理的捣固周期也会影响重载线路的道床质量。如果轨道失去了弹性，就会影响钢轨、扣件、轨枕和道床等设备资产的使用寿命。在混凝土枕轨道结构中，如果道床弹性不足，轨枕就会开裂。在这种情况下，垫板和

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扣件上就会产生附加力，进而影响钢轨，出现剥离现象和表面裂纹，减少钢轨的使用寿命。

在大多数重载线路的运营中，很重要的一点就是要确定基于通过总轴重的抄平周期。每有1.5亿～2亿吨重载线路道床的病害防治总通过轴重时，混凝土枕的轨道结构应该进行一次抄平。而对于目枕轨道结构，应该每当通过2～2.5亿吨总轴重时，就抄平一次。这样可以保持足够的道床弹性，并给轨枕提供一个高质量的道床

3.3.3 有利排水的道床养护

基于总通过总重的考虑，应该定期对道床进行全断面整修养护。对于混凝土枕轨道结构，应该每1.5亿~2亿吨整修一次，而木枕轨道结构应该每2亿~2.5亿吨整修一次。这样可以保持道床足够的弹性，并给轨枕提供一个高质量的道床。

如果道砟的使用年限大约是12~18年，那么对于混凝土枕轨道结构，应该每12年进行一次道床全断面的大修清筛，这样既能保持道床的清洁，有能够使轨枕达到设计使用年限。而对于木枕重载轨道，建议每15~18年进行一次大修清筛，这样可以保持道砟良好的排水性能，同时延长木枕使用寿命，如图3-4。

图3-4 木枕断层结构图 可以看到，轨道结构横断面上，分层现象明显：良好的道砟层，路基保护层，土工织物层和路基。这里由于线路改道，将轨道沿横向切开了。我们注意到，虽然路基变形了，但是顶层的低砟并没有变形。这一区段在加固之后已经通过了16亿t的总重。

3.4 道床的病害防治

道床是轨道重要组成部分之一，随着运量，轴重、速度，列车牵引重量和行车密度等提高，道床翻浆板结已成为重载运输繁忙干线最普遍而又严重的轨道病害，而且

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以道床为主的轨道养护维修作业量大(占70％左右)，这已成为控制运能、影响运输的关键。因此，研究分析道床病害，对减少轨道维修工作量，延长设备使用寿命，保证运输安全是值得研究的一个重要课题。

3.4.1 道床发生的主要病害

(1) 道床排水不畅

京包煤运重载线路由于电气化施工，在山体路堑处架设接触网支柱占用了原侧沟位置，山体未清剧，侧淘未新修，由于雨水泥沙淤塞，形成道碴陷槽，雨季道床排水不畅。

(2) 道床厚度不足

由于电气化及大修换轨未改造线路平、纵断面，未进行破底清筛道床，造成部分桥梁上的道床断面不足，道床厚度不足150mm的现尚存14处，接我国特重型轨道规定，年通过总重密度76Mt·kin，道床厚度其面层为300mm、底层为200mm，与苏联特重型轨道道床厚度为600mm相比，差距很大。而道床肩宽、坡度，在部分地段也未达到标准。

(3) 石碴质劣，粒径、级配不标准

粒径最大的180mm，最小的5mm，1986~1988年铺设无缝线路后补充石碴3万余方。除材质是石灰岩外，粒径级配无严格要求，因石碴当时属紧缺料，另外无产品规格验收制度，有时整列石碴车将清库底料装上，既有粉末石屑也有粒径20mm的小石碴，或像小片石(1.80mm)一样的大石碴，给现场施工作业造成极大困难，也给道床病害留下了严重隐患。

(4) 翻浆冒泥严重

每年雨季会出现大量道床翻浆冒泥地段，造成轨道不均匀下沉，轨向、水平、三角坑病害大量出现，1986年部轨检车检查发现该段线路轨道病害6421处，平均每公里22.1处，其中达到兰级超限的66处，1991年7月调查京包线上行K346~K351破底清筛3年，已发生道床翻浆冒混轨枕5228根，占铺设总数的47.3％，其中K347~K348发生翻浆冒泥轨枕高达2270根，占铺设总数的61.7％，由于道床翻浆、板结导致轨枕裂损，扣件失效，轨道几何尺寸多变，如图3-5所示。该段线路道床实际脏污清筛周期少则2年多则5年，平均3年，每年应安排清筛80-100 km，但实际只能安排30-40 km，年年“欠债”，形成恶性循环的局面。

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图3-5 翻浆冒泥现象 3.4.2 对道床的两点建议

(1)逐步更换优质道碴，严格生产管理及材质检验验收制度。对重载线路更换现铺劣质石灰石道碴应列入年度大修计划，结合线路中修进行逐年成段更换劣质道碴否则一旦发生问题，由于数量过大，将会措手不及。最近新修订公布的“铁路采石管理规则及碎石道碴采、运贮、鞘各环节的检验标准均有明确规定，关键是能否严格执行，不执行又怎么办的问题?建议有关部门责成有关人员检查监理这方面的工作，执行好的给予奖励，差的进行经济罚款，现场工务人员通过学习管理规则也应进行群众监督，使道碴质量标准不致流于形式。[5]

(2)迅速发展清筛机械化，严格道床清筛的标准和质量。为了从棍术上解决重载线路道床病害，除运年更换道碴，改变维修方法外，还应对已发生的翻浆冒泥地段，建议尽快生产清筛机，特别是适宜于电气化区段使用的枕底清筛机。据了解有许多枕底清筛机还不过关，现场使用故障率太多，有些故障还十分严重。不应只停留在研制和开鉴定会时表演的水平，机械化清筛是今后发展的方向，它具有省力、高效、安全的特点。不管用任何机具搞清筛，严格清筛标准和质量是关系重载线路道床病害能否减轻减少的关键。以往由于人工清筛战线过长，质量监督员检查不过来，造成清筛深度不够，脏污物未清出，当年清筛当年翻浆，浪费极大。

3.5 钢轨与路基维修养护措施

钢轨作为铁路轨道重要构成部件，其主要功能为引导列车车轮前进，要承受来自

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车轮巨大压力，还会传入轨枕中，要想确保钢轨完好无损，需要保证钢轨具有足够的韧性、强度及耐磨性，即使在轨温变化及轮载情况下，变形及应力都不会超出规定限值。如果钢轨一旦产生损伤，其发展是相当迅速的，可能在1-2天时间里，就会由轻微损伤发展成严重损伤的钢轨，铁路部门中的探伤人员应该每月给钢轨损伤进行探测，对钢轨损伤技术状态进行及时掌握，并跟踪调查，防止探漏检漏情况发生。路基对轨道结构影响是比较大的，当路基发生变化时，轨道结构也会随之发生变化，加强路基养护是很有必要的，其养护措施为：加强有关路基浆彻骨架、护坡、排水设施及路基边坡植被的经常检修养护，经过路基与附属设施养护，能有效的确保路基安全稳定状态，如图3-6所示。

图3-6 钢轨断面 3.6 路基的养护

路基(如图3-2)的养护也是重载铁路养护的重要组成部分。路基的变化会直接引起轨道结构的变化。重载铁路路基病害主要是路基下沉，造成路基基床部分排水不畅，从而容易出现翻浆冒泥、道碴囊等病害，这些病害的出现会影响到铁路的安全使用，所以在日常的养护维修中要高度重视对路基的养护。为了切实加强对路基设施的养护维修，朔黄铁路在工务部门开展了设备立体养护，所谓立体养护就是对路基的各类排

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水设施清除淤积物、铲除杂草、补修浆砌勾缝，修补路基防护和加固设备，路基下沉的采取改良土壤或打旋喷桩加固等。通过对路基的养护和加固措施来保持路基的稳定，从而减少路基病害对轨道结构的影响，如图3-7。[3]

图3-7 路基结构

3.7 本章小结

本章重点介绍了重载铁路轨道结构及其养护维修等相关知识。另外从轨道排水沟和道床方面介绍了排水设施。最后具体介绍了道床病害的防治等知识。

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第4章 重载铁路的病害、钢轨及其磨耗

4.1 铁路轨道病害整治养护方法

根据轨道结构受力的分析，工务部门能够改变的影响因素就是轨道结构零配件、道床的状态、轨枕间距及枕上弹性垫层和钢轨状态，所以，日常维修就要围绕这几个方面展开。

(1) 轨道几何尺寸的整正是轨道养护维修的主要内容如图4-1。根据不完全统计，工务部门60％～70％的工作量都是进行轨道几何尺寸的整正。轨道的变形状态与列车荷载的相互影响，列车的重复振动荷载使线路产生变形，而线路变形后产生的轨面不平顺又会使列车对线路的冲击破坏加剧。特别是对于重载铁路，轨道承受的荷载大，列车运行的密度也大，这就会使这种相互作用的影响更大，也会使得轨道几何尺寸的变化频率加快。所以，要加强轨道几何尺寸的整正，尽可能地减少重载列车对线路的冲击破坏。

(2) 轨道结构的各部联结零件要经常保持齐全有效和良好的技术状态，每年的春秋两季要对所有联结零件进行两次全面复紧，使所有零配件都达到规定的扭力矩，从整体上锁定线路。这样可以防止暑期钢轨热胀爬行产生胀轨跑道或绝缘顶坏，也可以防止冬季冷缩爬行产生轨缝拉大进而拉断接头螺栓。另外，每年要对所有联结零配件进行一次涂油，防止联结零件锈蚀，因为运输中粉尘较大，螺栓锈蚀也较快，因此，要通过涂长效防锈油脂来缓减锈蚀的速度。

图4-1 轨道几何尺寸整治图 16

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(3) 道床是均匀传布荷载、提供轨道纵横向阻力和弹性的重要组成部分，道床状态的好坏直接关系着线路技术状态的稳定和工务维修工作量的大小。使道床保持饱满、均匀、清洁、密实和良好的弹性是进行道床整修的主要目的。道床在列车长时间振动荷载的反复作用下，会出现板结、弹性下降和切入路基造成缺少等病害。由于运输中粉尘较大，在道床内聚集了很多的尘土，遇有下雨时极易形成道碴囊，天气干燥时就出现板结。所以维修中很大一部分工作量与道床有关。对于道床，一是要及时进行补充，特别是桥涵两头和路基下沉地段，极易出现石碴缺少病害，这时就要补充石碴，只有石碴补足了才能保持稳定；二是要根据道床的板结情况及时安排相应的清筛，恢复道床的弹性。

(4) 轨枕及轨下弹性垫层的养护也是日常维修中的重要内容，轨枕部分主要是失效轨枕的更换利轨枕受力状态的改善。轨卜弹性垫层是轨道弹性的重要组成部分，它对混凝土枕所受荷载有直接的缓冲和减振作用。根据相关资料显示，铺设新的10 mm厚橡胶垫板的道床，其振动加速度比使用2年以后的橡胶垫板道床下降25％，换铺高弹性橡胶垫板则能下降40％。这说明改善轨下垫层的弹性不仅可以减小轨道下沉量，而且对于保持轨道的平顺性，减少养护维修工作量有很明显的效用。

4.2 大秦重载铁路病害养护及维修

(1) 提高管理水平，改进现有的维修方式

现在重载铁路维修采用养修合一的模式，然而在实际工作中并没有一一养修，没有做到真正的养修合一，基于此，需要在特定区段的一个车间内或相邻的车间建立机械化维修工队，实行养修分离的模式。此工队只需负责综合维修，而其他班组则要负责其他的日常保养以及临时补修。同时，养修合一的模式需要与现在的计划相对照，来保证对质量不好的区段进行重点养护和维修。

(2) 加强对路基设施的养护

路基作为铁路线路的基本组成部分，决定着线路的变化，由于路基的变化会引起轨道结构发生改变。因此要特别重视日常的养护，尤其是对路基及其相关设施的养护。要经常对路基的各类排水设施、路基边坡、浆砌护坡及路基边坡植被等进行检查并进行相应的保养，并及时补种路基边坡植被缺乏的地段，通过对路基与相关设施的养护来维持路基的稳定状况。

(3) 加强对道床的状态的关注

道床是为轨道提供弹性与纵横向阻力并保证荷载能够均匀传布的重要部分，道床情况对线路设备的稳定以及维修工作量的大小有着深远的影响，如图4-2。保持道床的饱满、干净、均匀、密实与很好的弹性是整修道床的主要目标。加之运输过程中粉

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尘的影响，在道床内聚集很多煤尘，下雨时容易形成道碴囊，干燥后造成板结。所以维修中很大工作量与道床有关。对道床来说，由于桥涵两头与路基下沉的地方，很容易发生石碴缺少病害，所以要按时补充石碴；还要依照道床的板结状态及时进行清筛，来恢复道床的弹性。保持轨道几何状态的重点在于维持道床部分的良好弹性。[6]

图4-2 道床结构图

4.3 重载线路钢轨折损整治

4.3.1 断轨的防治

坚持全年抓好防断工作随着牵引动力的改变，车辆轴重的增加，以及重载长大列车的开行。针对存在轨道结构薄弱病害严重、钢轨疲劳、失修等情况，应采取切实有效的措施，始终如一地坚持全年、全方位地抓好防断工作，科学、有效地控制住断轨的发生，如图4-3所示。

图4-3 断轨 18

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(1) 延缓和控制断轨发展

科学养护线路是防断轨的重要环节。其内容有：

①定期全面对线路进行动、静态检查，用以指导维修作业，及时消灭轨道失格与三、四级病害；

②全面锁定线路，搞好长轨的应力放散； ③推广新项目，综合保养好钢轨接头；

④矫正、调直硬弯、低头钢轨，打磨焊补钢轨，保持轨面平顺； ⑤整治路基病害，整修排水、防护设备，改善和加强路基状态； ⑥修理、更换各种零配件，始终保持其良好的工作状态。 (2) 加强钢轨探伤检查

加强探伤检查，依靠专业队伍严把防断关，需认真解决好“四个落实”：配齐探伤人员，保证探伤周期和探伤资料统计，落实探伤责任制。冬春两季，成立手工钢轨检查组，每月对管内设备全检两遍。同时，根据气候情况进行与巡道工相反方向的钢轨巡查，以堵塞漏洞，防止漏检。作好断轨的应急处理。

4.3.2 轨道整理

(1) 施工方法

铺设无缝线路之后至线路开通之前，道床应逐步进入稳定阶段。通过检测，对于不能满足验收标准的线路，应用大型养路机械等进行轨道整理作业，轨道整理作业应在规定的轨温范围内进行。

（3） 质量控制标准

道床断面应符合设计要求，道床厚度不得小于设计厚度20 mm，道床一侧肩宽允许偏差为±20 mm，砟肩堆高不得有负偏差，边坡整齐美观。

4.4 重载线路钢轨波形磨耗成因研究

波形磨耗是重载线路上常见的钢轨病害之一，如图4-4所示。

图4-4钢轨磨耗趋势图 19 石家庄铁道大学毕业论文

现有波磨成因理论大致可分为两类。第一类称为动力类成因理论，第二类称为非动力类成因理论。动力类成因认为轮轨系统振动使波磨产生，引起波磨的振动可分为自激、共振和反馈振动三类，波磨波长与轮轨系统中某一或某几种振动形式相关联非动力类则认为，即使轮轨作用力为常值，也会因为不均匀塑性流动或磨损等原因形成波磨，波磨的波长是随机的。非动力成因理论中，许多理论只能用于解释短波磨耗的成因，如残余应力、驻波、弹性波及超声波理论；有些仅仅是对波磨形成具体过程所进行的描述，如不均匀磨损和塑性变形理论；还有部分理论是强调波磨的影响因素，如冶金性能、接触疲劳、液体动力磨损等。其中，波磨成因理论见表4-1：

表4-1 波磨成因理论分类 波磨成因理论分类 轮轨接触振动理论(共振、反馈)轮轨系统垂向振动理论／g．馈、共振)轮对横向振动理论(共振、自激)轮对振动轮对弯曲振动理论(自激、反馈)轮对扭转振动理论(自激、反馈)磨耗功谴动理论(自激、反馈、共振)声波救应理论(共振) 钢轨冶金性能理论残余应力理论不均匀磨损及荡蚀理论不匀塑流理论接触疲劳理论应力限值理轮孰廓形匹配理论 动力类成因理论 非动力类成因理论 钢轨波磨成因

(1) 波磨形成和发展的必要条件轮对一旦产生粘滑振动，磨耗功即出现剧烈持续的波动。磨耗功的波动致使钢轨不均匀磨损。但单个车轮对钢轨的不均匀磨损是非常微小的，因此，波磨的形成和发展是通过曲线的多数车轮作用效果的累加。轮对粘滑振动虽然可能造成钢轨的不均匀磨损，但这种不均匀磨损是随机的，每一通过车轮可能加大或减小前一车轮产生的不均匀磨耗。因此，出现轮对粘滑振动并不意味着钢轨波磨一定会产生和发展，还应具备其它一些条件。

(2) 波磨的成因轮轨系统在一定参数配合下，系统垂向振动、轮对弯曲振动和扭转振动三种振动形式构成一循环自激振动系统。轮对发生粘滑振动，轮轨问磨耗功发生剧烈波动，造成钢轨的不均匀磨损或压溃。当通过曲线的列车车速和车型相对集中以及轨道上存在不平顺时，轮对粘滑振动被激化和归一化，既定钢轨点磨损或压溃发生重复和累加效应，逐步形成钢轨波磨。波磨的形成和发展的原因基本上是相同的。不同的粘滑振动类型形成的波磨，不但表面特征有所不同，而且发展过程也表现出差异。

4.5 轴重30 t重载线路钢轨接头夹板抗弯刚度研究

钢轨接头受力及变形特点车轮到达接头轨缝时，送轮轨将承受轮重垂直力P和轮

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轨水平力Q作用。轮重垂直力P使送轮轨轨端下挠，轨缝形成台阶；轮轨水平力Q使送轮轨轨端外翻或内倾，轨缝在平面上形成错牙。由于接头区轨道的受力和变形主要源自于车轮的垂向作用，因此本文研究垂向受力，暂不考虑横向受力和变形的情况。同一接头，在车轮相同速度的情况下，轮重垂直力P越大，则台阶值z越大，通过轨缝A越大，迎轮轨轨端形成的冲击荷载P越大。冲击荷载P是引起轨头破损、螺栓孔裂纹和接头轨枕裂纹的主要原因，同时将导致道床较大的振动加速度，致道砟破碎、道床沉陷、边坡坍塌。运营速度不变，提高列车轴重，则轮重垂直力P增大，夹板接头减少冲击荷载P 的最有效措施之一就是提高夹板的竖向抗弯刚度，以减少台阶z值。[7]

接触算法接触问题是一种高度非线性行为，当两个分离的表面相互碰触并互切时，就称它们处于接触状态。一般情况下处于接触状态的表面具有不相互穿透、能够传递法向压力和切向摩擦力、不传递法向拉力的特点，因此接触表面可以自由地分开并相互远离。对于接触问题的分析，为了阻止接触表面相互穿透，这两个表面间必须建立一种接触约束。由于接触问题边界条件事先未知，无法直接使用自然变分原理，故需要采用约束变分原理来建立接触约束。约束变分原理是将位移函数应事先满足的附加条件，引入泛函，变为无附加条件的变分原理。通过提高夹板的水平轴惯性矩来提高接头夹板的抗弯刚度。首先考虑没有接头仅有75 kg／m钢轨母材，受到375 kN(30 t轴重)垂向力的情况；其次将夹板的抗弯刚度比分别从既有的31％提高到50％，60％，80％，90％直至100％。计算结果如表4-2所示

表4-2 30t轴重情况下钢轨母材及不同抗弯刚度夹板的计算结果 位置 计算物理量 50% 1.456 60% 1.428 夹板抗弯刚度比 80% 1.393 90% 1.380 100% 1.369 标准钢材 接头 钢轨最大垂向位移 最大弯曲压应力 一侧夹板 0.553 0.481 0.419 0.406 0.396 4.6 本章小结

本章重点介绍了重载铁路病害防治养护，钢轨折损，断轨整治。另外介绍了钢轨波形磨耗和接头夹板抗弯强度等相关知识。

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第5章 高速重载铁路及曲线养护

5.1 高速重载线路钢轨损伤特性

我国20世纪90年代开始发展重载铁路，截至目前为止，对重载线路钢轨的损伤主要有波磨、侧磨、剥离掉块与钢轨压馈等，这些损伤大都伴随着严重的塑性变形和磨损。钢轨侧磨已成为重载曲线线路上钢轨损伤的主要类型，尤其是在小半径曲线上更为严重。列车在直线段行使时，一般为一点接触，即车轮踏面和钢轨顶面的接触；当行使到曲线时，由于惯性力而使车轮的轮缘部分与钢轨侧面接触，形成两点接触状态，进而对钢轨的侧面造成侧向挤压力，导致轨侧材料发生塑变；在曲线段时，由于轮缘与轨侧之间存在着滑动，导致钢轨侧面产生严重磨损。钢轨波形磨损是指钢轨投入使用后，轨顶面沿纵向出现有一定规律性的波浪形状的不平顺现象，通常简称钢轨波磨。钢轨波磨是由于较大的轮轨载荷导致钢轨塑性变形不均匀而形成的；国内外专家学者对钢轨波磨进行了大量的研究工作，认为材料表层的塑性流动和表面的疲劳是形成波磨的主要因素。[6]

5.2 重载线路铝热焊接头轨头下部夹杂缺陷分析

由于重载线路逐年扩能改造，铁路运量、轴重和单列最大载重不断增加，钢轨及其焊接接头磨耗和伤损日益严重，对铁路钢轨焊接接头的性能提出了更高的要求。钢轨铝热焊是钢轨线路原位焊和线路补修的重要焊接方法，具有机动性好、操作方便、可不依赖电力、焊接时间短、焊接占用空间小、接头平顺性高等特点，适于现场施工或用于断轨抢修，如图5-1。

图5-1 铝热焊接头图

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但与闪光焊和气压焊相比，钢轨铝热焊接是一种场人工焊接。人员操作和配套机具对焊接质量影响很大，因而焊接接头的质量波动较大。我国重载线路主要使用法国和我国铁科院生产的焊剂和相关设备。采用铝热焊剂分为2种：一种焊缝硬度在HB310～HB320，用于焊接U75V钢轨，另一种焊缝硬度HB350～HB360，用于焊接热处理钢轨。轨头下部夹杂缺陷也是铝热焊接头伤损的重要原因之一。夹杂一般由熔渣微粒或杂质被封闭在焊缝内时产生．其存在会显著降低接头寿命。夹杂缺陷通常与焊接设备不合要求，人工操作不当有关，但由于重载线基金项目：铁道科学技术研究发展中心基金项目采用75 kg／m的重轨，焊接经验不足也可能是原因之一为了解重载线路钢轨铝热焊接头轨头下部夹杂的基本状况，分析其产生原因，有必要对典型的轨头下部夹杂进行研究。

5.3 重载标准轨铁路的接头养护

工务部门养护维修工作量多用于接头养护．接头的养护主要是： (1) 根据气温变化情况，及时调整不良轨缝，保持适合的轨缝； (2) 保持接头螺栓和扣件的扭力，使接头部分连接保持稳定状态； (3) 接头部分道床在捣固时要保证良好的捣固质量； (4) 对低扣接头要进行平轨处理；

(5) 下弯的夹板要更换为上弯夹板或减振夹板；

(6) 要重视对轨面的修理，对于出现的轨端不均匀磨耗、掉块、擦伤等缺陷和病害要采取焊补、打磨等多种方式进行修理；

(7) 改善接头部位道床的弹性，主要是清筛板结和翻浆道床，更换磨圆的石碴； (8) 改善轨下弹性垫层，保持轨下垫层的良好弹性，可以更换高弹胶垫或TD型复合胶垫。

5.4 加强重载铁路运输线路养护维修检测的技术措施

(1) 研制轨道整体特性检查车轨道整体特性检查车(又称轨道构造检查车，轨道结构试验车，加载试验车)，能够通过轮轨相互作用，模拟列车对轨道加载，对轨道动态响应做定量分析。轨道整体特性检查车可以检测轨道垂直及横向强度、轨距扩宽、轨道弹性和轨道横向阻力，并能模拟轮缘爬轨而产生的脱轨过程试验。轨道整体特性检查车对轨道整体及轨道部件设计，检验轨道承载能力，发现隐蔽性病害，防止脱轨有重要意义。特别是根据轨道整体特性检查结果，确立轨道实际承载能力，预留台理

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储备，规定轨道容许运量限值。轨道整体特性检查车是消除决策盲目性、增加科学性、实现轨道与运量匹配、发挥重载运输最佳经济效益的有效工具。

(2) 研制钢轨探伤车轨道超负荷是钢轨伤损加剧、断轨增多的根本原因之一。广州铁路局统计表明，1987年正线钢轨折损根数是1984年的14倍，焊缝折损增长7.4，重伤轨增长91.1。路年断轨约2000根。这些数字还将随运量增加而增长。断辊具有随机性和窦发性，因断轨导致列车倾覆，严重危及行车安垒。我国采用小型超声波探伤仪，技米性能低，无法适应运量大、速度高、行车间隔时间短的要求。研制先进的高性能的探伤车，是改变探伤落后被动局面的出路。

(3) 研制限界检查车桥梁、隧道、站台及沿线设备不得侵入建筑限界。我国各重载线路的修建年代不同，建筑限界标准不同，线路改造或修理，牵引机车种类变化和电气化改造，使线路与各建筑物及设备相对位置改变，水文地质等原因引起大型结构物变位，大型超重货物件数运件的增加，都需要解决重载运输线路的限舁检测。我国的限界检查技术落后。隧道限界检查车主要还是采用机械触手检查架，检查精度低，干扰运输，电气化区段不能使用。兰州铁路局从1970年开始使用光浏摄影隧道限界检查车，可在正常行车速度下施测，不必封锁区间，也可在电气化区段使用。该检查车测量误差大、工作欠稳定，人工判读工作量大，许多技术问题有待解决。国外限界检查车种类很多，按其工作原理主要有机械触手、摄影和几何光学前方交会几种方法。检浏速度在每小时几公里到十几公里之间。这些限界检查车都是以车体作为座标基准对限界进行测量，未考虑轨道不平顺及车体位移影响，因而存在着较大测量误差。英国于1987年研制成功电视摄像双三角测量原理的铁路结构限界检查车。

5.5 重载铁路曲线养护方法的探讨

朔黄铁路如图5-2是一条重载运煤专线，牵引定数5 500 t，轴重215 kN。K0+248段属山区铁路，最大坡度12 j，上下行线共有曲线356条，累计里程19 015 km，其中R=800 m的曲线有216条，累计里程13 418 km。由于曲线本身线形的特点，使机车车辆在运行中轮轨间横向力、导向力和摩擦力较之在直线上要大得多，促使线路的轨距、水平、方向、高低变化和钢轨的侧磨加快。因此曲线地段的线路质量比直线地段更难保持，钢轨的使用寿命也比直线地段要短得多。曲线半径越小，这种现象就越明显，养护维修就越困难，投入的人力物力也就越多。针对这一现状，为确保运营安全，原平分公司对曲线的养护工作在贯彻/预防为主，防治结合，修养并重原则的同时，制订了设备加强化、检查细致化、作业标准化、项目齐全化的曲线精细化养护方法，获得了预期的效果。

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石家庄铁道大学毕业论文

(1) 设备加强化

采用7桩定位、加拉轨距杆的方法来加强曲线线形，以消灭直缓点和圆缓点附近列车横向振动的激扰点。在直缓点和缓圆点附近，由于直线与缓和曲线连接及缓和曲线与圆曲线连接，因曲率变化大使附近线路的状态较为复杂。如果这两点的线路方向不良，则在这两点附近往往成为机车车辆横向振动的激扰点(在列车由直线进入曲线时，直线段方向不良使机车车辆在直线上产生横向振动的激扰点，使横向振动由直线带入曲线)，从而造成曲线线形变化，我们采用埋设钢轨桩进行7桩定位，即在直线段50 m处、ZH、HY、QZ、YH、HZ计7点上利用钢轨桩加拉轨距杆来控制7点的线形，每月进行定时观测，发现线路状态不良及时进行拨正整治，使圆曲线、缓和曲线、直线都保持良好的几何状态，在拨正曲线的同时要加拉轨距杆。因为曲线是线路上的一个薄弱环节，所以我们需加强曲线的技术管理，其中包括：正确设置曲线的超高和核查在曲线上的行驶速度；坚持对曲线部位定期检查和涂油；建立曲线技术台帐和正矢检查记录。通过这些措施摸索出钢轨产生病害的原因，及时采取相应的措施。

(2) 检查细致化

但目前，曲线的圆顺度是用20 m弦线进行控制的，在10 m范围内往往尚有不圆顺的情况，通常用20 m弦测量曲线的正矢差很好，但有局部曲线圆顺度不良。我们在R=800 m的曲线上采用增5 m测点进行测量以拨正曲线，对于重点磨耗曲线每半月进行一次测量并拨正一次，使曲线圆顺度处于良好的状态。同时要加强钢轨接头的整治，扭紧接头螺栓使扭力距控制在500 N m，在小半径曲线接头处加拉轨距杆，以消除接头支嘴。测量正矢，计算拨道量在测量正矢以前，应先定好桩点位置，先把曲

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图5-2 朔黄铁路线

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