重載快速線路修程設(shè)置的探討

1中國鐵路線路的現(xiàn)有維護(hù)方案和用途1.1體制下的修程中國鐵路線路的現(xiàn)有維修周期是在計(jì)劃經(jīng)濟(jì)體制下產(chǎn)生的。修訂后的程序定義為維修、中型維修和周期維修，并以循環(huán)維修的形式進(jìn)行。《鐵路線路大修規(guī)則》第1.0.4條和《鐵路線路維修規(guī)則》第2.1.2條對周期作了明確的規(guī)定。1.2課程設(shè)置的目(1)規(guī)范和加強(qiáng)軌道運(yùn)行當(dāng)鋼軌運(yùn)營累計(jì)通過總重達(dá)到《鐵路線路大修規(guī)則》規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)或鋼軌疲勞傷損累計(jì)數(shù)達(dá)到2根/km時(shí),必須通過線路大修對鋼軌及其他損耗部件進(jìn)行全面更新和修理,恢復(fù)或提高設(shè)備強(qiáng)度,增強(qiáng)軌道承載能力。它的主要內(nèi)容是更換鋼軌。(2)基層覆巖道床方案當(dāng)?shù)来才K污率達(dá)到30%,枕下道床板結(jié)深度達(dá)到250mm,并出現(xiàn)成段翻漿冒泥時(shí),應(yīng)通過線路中修解決道床臟污、板結(jié),全面恢復(fù)道床彈性。它的主要內(nèi)容是清篩道床。(3)線路綜合維修當(dāng)?shù)来才K污率達(dá)到20%、道床開始板結(jié)、枕下板結(jié)深度接近70mm,并出現(xiàn)零星翻漿冒泥,或前一次綜合維修起道量全部下沉完畢、軌道幾何狀態(tài)成段嚴(yán)重不良,養(yǎng)護(hù)已不能維持軌面狀態(tài)時(shí),應(yīng)進(jìn)行線路綜合維修,其目的是全面改善軌道彈性,調(diào)整軌道幾何狀態(tài)尺寸和更換、調(diào)修失效零部件。2軌道結(jié)構(gòu)的主要影響因素線路修程設(shè)置作為工務(wù)線路修理工作的一項(xiàng)重要內(nèi)容,它的主要依據(jù)是軌道變化的客觀規(guī)律。軌道變化規(guī)律與運(yùn)輸強(qiáng)度、軌道結(jié)構(gòu)及作業(yè)手段密切相關(guān)。運(yùn)輸強(qiáng)度由運(yùn)量、軸重、牽引定數(shù)和速度構(gòu)成;軌道結(jié)構(gòu)包括軌道結(jié)構(gòu)類型、軌道結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和框架剛度及各部件的強(qiáng)度性能等;作業(yè)手段取決于作業(yè)方式、作業(yè)機(jī)械類型等。在計(jì)劃經(jīng)濟(jì)體制下制定的修程、修理周期,沒有全面地考慮運(yùn)量、軸重、牽引定數(shù)、速度、鋼軌強(qiáng)度性能、道床石碴材質(zhì)及作業(yè)方式、作業(yè)機(jī)械類型等因素。隨著軌道結(jié)構(gòu)現(xiàn)代化的步伐,特別是重載快速技術(shù)的發(fā)展,修程及修理周期顯然有不合理之處。探索和研究重載快速線路的修程設(shè)置,應(yīng)以重載快速線路設(shè)備的客觀變化規(guī)律為依據(jù),以修程應(yīng)達(dá)到的目的來進(jìn)行。3本文對重構(gòu)速度法的運(yùn)行規(guī)律進(jìn)行了探討和分析3.1粘結(jié)列車臺上海鐵路局管內(nèi)重載快速線路京滬線全長1183.3km,津浦線延長576.9km、滬寧線延長606.4km。1992年開行5000t、機(jī)車軸重25t的重載列車,1996年4月滬寧線提速160km/h,1998年10月津浦線提速140km/h。年通過總重津浦下行133.7Mt·km/km、津浦上行69.9Mt·km/km、滬寧下行96.3Mt·km/km、滬寧上行60.2Mt·km/km。津浦、滬寧線從1985年開始鋪設(shè)60kg/m重型鋼軌無縫線路,至2000年津浦下行已進(jìn)行第3輪60kg/m鋼軌無縫線路大修。1994年前采用的是60kg/mU71Mn鋼軌,1994年開始鋪設(shè)60kg/mPD3鋼軌。3.1.1u21mn鋼種鋼軌鋪設(shè)列車情況津浦下行K843.2～K960.6和K984.6～K1013.6兩個(gè)區(qū)段分別在1985年至1986年、1991年至1992年進(jìn)行大修。兩輪鋪設(shè)的都是60kg/mU71Mn鋼軌。第二輪大修后開行5300t重載列車。表1反映了這兩個(gè)區(qū)段在開行重載前后的第一輪、第二輪大修鋪設(shè)的同U71Mn鋼種鋼軌運(yùn)營到累計(jì)要通過總重達(dá)700Mt·km/km時(shí),累計(jì)疲勞傷損的發(fā)展情況。分析表明,開行重載后鋼軌疲勞傷損有明顯增加,特別是曲線上接觸疲勞傷損的發(fā)展尤為突出。3.1.2負(fù)載高強(qiáng)、高韌性鋼軌的合理性滬寧下行K67.0～K86.8是1994年鋪設(shè)的60kg/m鋼軌無縫線路,其中K67.0～K76.0采用的是U71Mn軌,K76.0～K86.8采用的是PD3軌。到2000年底累計(jì)通過總重為588.1Mt·km/km,鋼軌疲勞傷損如表2所示。60kg/mU71Mn鋼軌無縫線路開行重載列車后疲勞傷損有所增加。當(dāng)采用了高強(qiáng)度PD3鋼軌后,鋼軌疲勞傷損有所緩和。并且,當(dāng)達(dá)到700Mt·km/km時(shí),60kg/mU71Mn鋼軌疲勞累計(jì)運(yùn)量未達(dá)到2根/km。從以上分析,在重載快速線路上特別在其曲線上采用高強(qiáng)度、高韌性鋼軌應(yīng)該是合理的。它的合理性體現(xiàn)在兩方面。(1)在重載快速線路上特別在其曲線上采用高強(qiáng)度、高韌性鋼軌并將使用周期規(guī)定在累計(jì)通過總重700Mt·km/km左右適應(yīng)重載快速運(yùn)輸強(qiáng)度,在技術(shù)上是安全可靠的。(2)按線路等級管理原則和按鋼軌階梯式使用方式,在重載快速線路上運(yùn)營后,保留鋼軌部分使用壽命,通過鋼軌整修在性能上得以部分恢復(fù)和改善,再用于次一等線路,從鋼軌運(yùn)營全經(jīng)濟(jì)壽命分析是合理的。當(dāng)累計(jì)通過總重達(dá)700Mt·km/km以后,鋼軌的傷損、不均勻磨耗、銹蝕加快,更換傷軌的次數(shù)趨于頻繁,維修費(fèi)用增加。同時(shí),再用軌的利用率降低,統(tǒng)計(jì)表明,當(dāng)累計(jì)通過總重在700Mt·km/km左右時(shí),再用軌的利用率為90%;當(dāng)累計(jì)通過總重達(dá)900Mt·km/km時(shí),再用軌的利用率將低于60%。并且,鋼軌整修的疲勞層銑削深度是前者的1.5倍～2.0倍。3.2快速生產(chǎn)線的狀態(tài)、干凈的污垢和零件的發(fā)展規(guī)律3.2.1通過分段處理法，第2卷走廊中的干凈地板和損壞板結(jié)的發(fā)展規(guī)律(1)跨區(qū)間無縫線路新技術(shù)改進(jìn)了荷載向道床傳遞的能力,改善了局部受力鋼軌重型化后,雖本身彈性降低,但提高了承擔(dān)外部荷載的能力,從而改善了荷載向道床的傳遞效應(yīng);跨區(qū)間無縫線路新技術(shù)的采用,大大減少甚至消除了接頭,優(yōu)化了道床的局部受力狀態(tài);Ⅲ型軌枕的使用,使道床應(yīng)力比Ⅱ型軌枕降低20%。(2)使用級別c，測量通道底部的材料道碴本身的抗磨耗、抗沖擊、抗壓碎等性能大幅度提高。(3)級道咯的運(yùn)營情況道碴破碎是道床臟污的最主要原因,所占比例達(dá)到76%。而機(jī)械振動搗固,其道碴破損只有手工搗固的五分之一,這樣就大大降低了道碴的破損、臟污速率。由于具備這3個(gè)客觀條件,使得道床的粉化、臟污、板結(jié)速率大大降低。對Ⅰ級道碴在重載快速線路上運(yùn)營后臟污、板結(jié)情況進(jìn)行跟蹤觀測。2000年12月對滬寧線Ⅰ級道碴運(yùn)營情況調(diào)查、統(tǒng)計(jì)分析的數(shù)據(jù)見表3。根據(jù)表3的分析數(shù)據(jù),重載快速線路采用Ⅰ級道碴道床臟污率增長為3.5%(100Mt·km/km)。按中修臨界標(biāo)準(zhǔn)30%控制,中修周期可達(dá)800Mt·km/km以上。3.2.2級道框中修周期線路中修的決定因素是道床,道床石碴材質(zhì)及狀態(tài)的優(yōu)劣直接影響中修修程是否設(shè)置、中修周期的長短;影響到線路全經(jīng)濟(jì)壽命的綜合效益。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明,在軌道上保持1m3道碴,每年所花費(fèi)用Ⅱ級道碴是8.00元,Ⅰ級道碴只需4.80元,而劣質(zhì)不合格道碴所需費(fèi)用是15.30元。按Ⅱ級道碴每100Mt·km/km通過總重臟污增長8%、Ⅰ級道碴臟污增長3.5%計(jì)算,中修周期分別為375Mt·km/km和800Mt·km/km以上。重要的是中修周期達(dá)到800Mt·km/km以上,可與大修周期匹配。因此,在重載快速線路采用Ⅰ級道碴,可以取消中修修程,減少中修投入每公里20萬元～28萬元。同時(shí),減少線路修理對運(yùn)輸?shù)母蓴_,提高運(yùn)輸能力,將取得十分可觀的綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。3.3重型快速鐵路軌道的狀態(tài)變化規(guī)律3.3.1線路大軌面沉降規(guī)律的觀測(1)大軌面軌道沉降選定1998年11月份進(jìn)行大型機(jī)械綜合維修(不破底清篩),津浦下行K790～K791作為起道后大軌面沉降觀測地段。此段線路軌道結(jié)構(gòu):60kg/m鋼軌跨區(qū)間無縫線路、Ⅲ型軌枕、Ⅱ型彈條扣件,道床是花崗巖道碴和少量硬質(zhì)石灰石道碴。軌道平均沉降量х與累計(jì)通過總重T曲線見圖1。從圖中的沉降斜率看出,大型機(jī)械綜合維修起道后大軌面沉降出現(xiàn)3個(gè)變化階段:①不穩(wěn)定階段運(yùn)量區(qū)間[0,10Mt],大軌面沉降速率為2.21mm/Mt;②早期穩(wěn)定階段運(yùn)量區(qū)間[10,60Mt],大軌面沉降速率為0.32mm/Mt;③穩(wěn)定階段運(yùn)量區(qū)間為大于60Mt,大軌面沉降速率為0.11mm/Mt。(2)大型機(jī)械作業(yè)地段效果選定1999年12月份利用列車間隔進(jìn)行小機(jī)群維修(振動棒搗固)地段津浦下行線K783～K784作為觀測區(qū)段,軌道結(jié)構(gòu)與以上大型機(jī)械作業(yè)地段相同,觀測結(jié)果如圖2所示。小機(jī)群(振動棒搗固)綜合維修起道后大軌沉降變化為:①不穩(wěn)定階段運(yùn)量區(qū)間為[0,5Mt],大軌面沉降速率為6.03mm/Mt;②早期穩(wěn)定階段運(yùn)量區(qū)間為[5,30Mt],大軌面沉降速率為0.47mm/Mt;③穩(wěn)定階段運(yùn)量區(qū)間大于30Mt,大軌面沉降速率為0.12mm/Mt。3.3.2扣件扭力測試選定津浦下行直線段K794和曲線段K795作為Ⅱ型扣件觀測段,各選500根軌枕,計(jì)2000個(gè)扣件作為測試對象,扣件扭力矩全部擰到140N·m,按一定的時(shí)間間隔進(jìn)行測量。經(jīng)1年多的連續(xù)測試,統(tǒng)計(jì)分析得直線和曲線段扣件扭力矩平均值隨累計(jì)通過總重衰減關(guān)系如圖3所示。從曲線可看出:①無論是直線還是曲線段,當(dāng)累計(jì)通過總重達(dá)到1.0～1.5Mt·km/km時(shí),扣件扭力矩衰減幅度最大,直線段衰減14.1%、曲線段衰減14.9%;②累計(jì)通過總重達(dá)到1.0～1.5Mt·km/km以后,扣件扭力矩衰減呈線性變化,衰減速率0.10～0.14mm/Mt。3.3.3線路維修周期通過上述重載快速線路軌道狀態(tài)變化規(guī)律的分析,按重載快速線路裝備標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)化后,軌道狀態(tài)變化的規(guī)律性與普通線路有共性的一面,也有其特殊性。線路養(yǎng)修工作都應(yīng)服從這一規(guī)律。綜合維修周期在170～200Mt·km/km較為合理,采用大型機(jī)械作業(yè),起道量在40～50mm為合適。對于Ⅱ型扣件,扣件涂油工作應(yīng)與綜合維修同步進(jìn)行,1.0～1.5Mt·km/km進(jìn)行一次扣件復(fù)擰工作,扭力矩控制在140～1