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铁路线路维护1铁路线路修理第十一章客运专线和高速铁路轨道修理第一节高速铁路轨道维修概述2第三节轨道修理作业第二节客运专线和高速铁路不平顺管理第四节轨道检测33轨道在机车车辆动力作用下,在风、沙、雨、雪和温度变化等各种自然因素影响下,将产生一系列变形,包括弹性变形和永久变形。轨道的永久变形不仅影响列车平稳运行,而且当这种变形发展到一定程度后,将大大削弱线路的强度和稳定性,威胁行车安全。因此,要严格控制轨道变形。轨道结构和一般工程结构物的显著差别是在运营条件下要及时消除这些永久变形。为保证列车正常运行,对轨道及其各部分的相互关系,都有严格的技术标准规定。轨道修理的宗旨就是提高设备质量,确保轨道状态完好,使之符合规定的技术标准,保证列车以规定的最高速度安全、平稳和不间断地运行。44轨道变形,无论是弹性变形还是永久变形,实质上均表现为轨道的不平顺。理论研究和高速铁路运营实践表明,只有在高平顺的轨道上才能实现高速行车。高速铁路轨道有别于一般铁路的主要特点就是它的高平顺性,从这个意义讲,高速铁路轨道修理的核心就是解决高速铁路的平顺性问题。55一、国外高速铁路轨道修理世界各国都十分重视高速铁路轨道的修理工作,并且用系统论的方法指导轨道修理。在高速铁路轨道修理中,国外认为非常重要而在我国却很容易被忽视的问题是:轨道结构平顺性的前提是线路下部建筑(路基、桥隧建筑物)的可靠性和平顺性,而且这些建筑物的质量和性能必须一次达标。否则,线路一旦通车,在运行条件下进行的修理作业再好也只可能达到通车时的设备质量,不可能达到更高水平。因此,世界各国都把高速铁路轨道修理作为重要的技术决策对待,随着高速铁路数量的迅猛增加和技术的日益完善,国外普遍在严格控制线下设备质量和强化轨道结构的基础上,根据高速铁路的运输特点,经过科学研究和系统分析,制定轨道修理的专门技术政策、技术标准。第一节高速铁路轨道修理概述66二、我国铁路轨道修理(一)轨道几何尺寸制定依据我国铁路的轨道修理是根据运输条件、线路设备、作业手段、管理水平等确定修程和修理内容。既有铁路的轨道修理基本上划为三级,即大修、中修和维修。高速铁路的运输条件、作业方式和管理模式与既有铁路差异很大,因此,要在理论研究的基础上,借鉴国外成功经验,对修程、修制进行优化和调整。第一节高速铁路轨道修理概述77铁路轨道准确的几何尺寸是保证列车安全运行的基本条件,但在机车车辆的作用下和其他因素的影响下,轨道几何尺寸会经常发生变化,因此,必须规定轨道几何尺寸的容许偏差。轨道几何尺寸容许偏差应分为4级:作业标准、保养标准、临时补修标准和安全标准。线路允许速度越高,轨道静态几何尺寸容许偏差就越小,这样规定才能满足高速列车运行安全和平稳的需要。轨道类型应与线路允许速度相适应,在相同运量和线路允许速度的条件下,轨道静态几何尺寸变化的幅度和速度与轨道类型密切相关,轨道类型越重,其变化越小。第一节高速铁路轨道修理概述88(1)作业验收标准既是综合维修验收标准,也是经常保养和临时补修作业质量的检查标准。它是偏差管理中的最高标准,这个偏差值越小,对作业的要求就越高。凡是进行有关轨道静态几何尺寸的养护维修作业,在检查和验收时均按作业验收标准办理。第一节高速铁路轨道修理概述99(2)经常保养标准是轨道应经常保持的质量管理标准。这个标准是在进行综合维修及其他有关作业以后,在轨道几何尺寸不断变化的条件下,日常应保持的基本状态。在机车车辆作用下,个别点几何尺寸发生了偏差,超出了作业标准的要求,对列车运行质量有一定影响,但并不影响运行安全。如果某一区段轨道实际状态达到保养标准的处所较多,应安排计划进行线路保养。制定该标准的目的是使轨道保持较好的技术状态,具有一定的平顺性,并减缓轨道静态几何尺寸变化。对超过经常保养标准而又不超过临时补修容许偏差的个别处所,并不要求处一处去整修,而要按其处所数量的多少,有计划地成段进行经常保养,使轨道几何尺寸控制在验收标准以内。第一节高速铁路轨道修理概述1010(3)临时补修标准是应及时进行轨道整修的质量控制标准。轨道几何尺寸超过保养标准仍未及时安排保养,则几何尺寸偏差会进一步加大,从而达到临时补修标准,这时为了保证列车安全平稳地通过,应进行临时补修。这个标准的管理目标是控制轨道静态几何尺寸偏差的变化量,在少量超过临时补修容许偏差时,就应及时进行整修,使其与危及行车安全程度保持段距离,防止偏差发展变化过大而危及行车安全。临时补修标准并不是安全标准,即超过临时补修标准,不会危及行车安全,而是影响旅客舒适度。第一节高速铁路轨道修理概述1111(4)安全标准是超过这一限值,可能危及行车安全,这在线路上是不允许存在的。轨道几何尺寸容许偏差管理值的确定是根据轮轨间的相互关系,经过理论研究、大量测试及现场实际状态的统计分析而确定的,它既反映了设备状态、养护水平,同时又是一项经济指标。目前,我国铁路轨道几何尺寸容许偏差管理值有作业标准、保养标准、临时补修标准。安全限度标准是一项十分重要的指标,但由于确定安全限度标准工作难度大,甚至需要进行各种工况下的实际脱轨试验,因此,目前我国尚未完成这项工作。轨道不平顺直接关系到列车运行的平稳和安全,列车运行速度又与不平顺幅值有密切关系。因此,在轨道修理过程中,按列车最高运行速度分4个档次进行管理。第一节高速铁路轨道修理概述1212(二)高速铁路和客运专线轨道修理标准高速铁路的轨道管理在不少国家已经积累了丰富的经验。但在我国,客运专线仍在建设中,对高速运行条件下轨道变形规律及其对策还在进行研究。(1)道床顶面宽度及边坡坡度应符合表11-1的规定。第一节高速铁路轨道修理概述1313Ⅲ型轨枕中部道床顶面与轨枕顶面平齐。允许速度为200km/h时,轨底处道床顶面应低于轨枕承轨面20-30mm,允许速度大于200km/h时,轨底处道床顶面应低于轨枕承轨面30~40mm。(2)圆曲线和夹直线最小长度应满足表11-2的规定。第一节高速铁路轨道修理概述1414(3)曲线最大超高。最大允许未被平衡欠超高由以下各项条件决定①列车高速通过曲线时的旅客舒适性②2列车高速通过曲线时,曲线内侧风力使车辆向外倾覆的安全性③养护上的考虑。由于客货分线的客运线路上行驶的全部是客车,为提高旅客舒适度,适当减小了未被平衡的欠超高,加大了实设最大超高限值。故规定客货共线线路实设最大超高不得大于150mm,客货分线的客运线路实设最大超高不得大于180mm。第一节高速铁路轨道修理概述1515平顺性控制是高速铁路轨道管理的核心问题和技术关键,直接关系到高速铁路建设的成败。国外高速铁路40多年运营经验及研究表明:只有保持线路良好的平顺性,才能满足高速行车的要求。因此,工务部门必须运用先进的轨道检测技术,进一步提高机械化作业程度和设备维修管理水平,努力提高线桥维修质量,使工务设备经常保持均衡完好状态,确保列车能以规定的速度,安全、平稳和不间断地运行。第二节客运专线和高速铁路不平顺管理1616一、轨道不平顺的种类及产生原因轨道不平顺是指轨道几何形状、尺寸和空间位置存在偏差。广义而言,凡是直线轨道不平、不直,偏离线路中心线位置和正确的轨道高度、宽度尺寸;曲线轨道不圆顺,偏离曲线中心线位置和正确的曲率、超高、轨距值,偏离顺坡变化尺寸等轨道几何偏差,统称轨道不平顺。轨道不平顺的种类很多,可按其对机车车辆激扰作用的方向、不平顺的波长、显现记录时有无轮载作用等分类。第二节客运专线和高速铁路不平顺管理1717(一)垂向轨道不平顺1.高低不平顺高低不平顺是指轨道沿钢轨长度方向的垂向凸凹不平。它是由线路施工和大修作业的高程偏差,桥梁挠曲变形,道床和路基残余变形导致沉降不均匀,轨道各部件间的间隙不相等,存在暗坑、吊板以及轨道垂向弹性不一致等造成的。一般情况下,左、右轨高低的变化趋势基本一致,但在短距离内各自的变化往往不同,所以还必须区分左轨高低和右轨高低。第二节客运专线和高速铁路不平顺管理18182.水平不平顺水平不平顺是指轨道在同一横截面上左右两轨顶面的高差。在曲线上指扣除正常超高值的偏差部分;在直线上指扣除将一侧钢轨故意抬高形成的水平平均值后的差值。第二节客运专线和高速铁路不平顺管理19193.扭曲不平顺轨道平面扭曲(有些国家称为平面性,我国常称三角坑),即左右两股钢轨顶面相对于轨道平面的扭曲,用相隔一定距离的两个横截面水平幅值的代数差度量。第二节客运专线和高速铁路不平顺管理20204.轨面短波不平顺轨面短波不平顺即钢轨顶面小范围内的不平顺,它是由轨面不均匀磨耗、擦伤、剥离掉块、焊缝不平、接头错牙等形成的。其中轨面擦伤、焊缝不平、接头错牙等多是孤立的,不具周期性,而波纹磨耗、波浪形磨耗则具有周期性特征。第二节客运专线和高速铁路不平顺管理21215.新轨垂向周期性不平顺它是指钢轨在轧制矫直过程中,由于辊轮直径误差、滚轧压力不均匀等原因,使钢轨产生的周期性不平顺。我国新轨轨身周期性不平顺的波长多在2.8~3.2m,幅值多为0.3~0.8mm。这种不平顺对高速行车危害很大。采用现代轧制矫直工艺生产的钢轨,一般不具有这种周期性不平顺。第二节客运专线和高速铁路不平顺管理2222(二)横向轨道不平顺1.轨道方向不平顺轨道方向不平顺(常简称轨向不平顺或方向不平顺)是指轨头内侧面沿长度方向的横向凸凹不平顺,由铺轨施工、整道作业的轨道中心线定位偏差,轨排横向残余变形积累和轨头侧面磨耗不均匀、扣件失效、轨道横向弹性不一致等原因造成。左、右两股钢轨方向变化往往不同,尤其在木枕和扣件薄弱区段差异更大,因此需要区分左轨方向和右轨方向,并将左、右两股钢轨方向的平均值作为轨道中心线方向偏差。第二节客运专线和高速铁路不平顺管理23232.轨距偏差轨距偏差即在钢轨顶面以下16mm处量得的左右两股钢轨内侧距离相对于标准轨距的偏差,通常由扣件不良、轨枕挡肩失效、轨头侧面磨耗等造成。新轨橫向周期性不平顺产生的原因与垂向的相同。第二节客运专线和高速铁路不平顺管理2424(三)复合不平顺在轨道同一位置上,垂向和横向不平顺共存形成的双向不平顺称为轨道复合不平顺。危害较大的复合不平顺有1.方向水平逆向复合不平顺方向水平逆向复合不平顺是指在同一位置既有方向不平顺又有水平不平顺,并且轨道臌曲方向与高轨位置形成反超高状态,见图11-1。日本等国的研究和我国的试验均证实,方向水平逆向复合不平顺对行车安全有严重影响,往往是引起脱轨的重要原因。第二节客运专线和高速铁路不平顺管理25252.曲线头尾的几何偏差它是指在曲线圆缓点区、缓直点区,超高、正矢、轨距顺坡起点、终点不一致或不匹配形成的几何偏差,对行车平稳和安全有着不可忽视的影响,见图11-2。第二节客运专线和高速铁路不平顺管理2626(四)静态和动态轨道不平顺无轮载作用时,人工或轻型测量小车测得的不平顺通常称为静态不平顺。在列车车轮荷载作用下才完全显现出来的用轨检车测得的轨道不平顺通常称为动态不平顺。除了轨面固有的短波不平顺都包括在动态和静态不平顺外,静态不平顺不能反映暗坑、吊板和弹性不均匀等形成的不平顺,往往也只能部分反映道床和路基不均匀残余变形积累形成的不平顺。真正对行车安全、轮轨作用力、车辆振动产生实际影响的轨道不平顺是动态不平顺。但是,由于人工静态检查简单易行、灵活方便,在静、动态不平顺差异较小,验收作业质量时,仍是一种重要的检测方式。第二节客运专线和高速铁路不平顺管理2727二、各种轨道不平顺的影晌及轮轨相互作用的特点轨道不平顺是引起列车振动、轮轨动作用力增大的主要根源,对行车安全、平稳和旅客舒适都有重要影响,也是限制行车速度的主要因素。轮轨相互作用的理论研究和国外高速铁路的实践证明,在高平顺的轨道上,高速列车的振动和轮轨间的动作用力都不大,行车安全和平稳舒适性能够得到保证,轨道和车辆部件的使用寿命和维修周期也较长。反之,即使轨道、路基和桥梁结构在强度方面完全满足要求,而轨道平顺性不良时,在高速条件下,各种轨道不平顺引起的车辆振动、轮轨噪声和轮轨动作用力将大幅度增加,使平稳、舒适和安全性严重降低,甚至导致列车脱轨。第二节客运专线和高速铁路不平顺管理2