行业要闻

 

【摘　要】地铁终点折返道岔在所有道岔设备中使用频率最高、发生故障率最高。上海地铁运营线路中部分终点折返道岔主要常见病害表现为尖轨侧磨致尖轨尖剥落掉块、滑床板(垫板)断裂、尖轨不密贴、支撑块碎裂等,根据病害原因总结关于折返岔区道岔的养修标准和方法,对提高设备使用寿命和安全系数,具有重要意义。

【关键词】城市轨道交通　终点折返道岔　道岔病害　上海地铁　原因　对策

 

      轨道交通运输的基础结构是轨道,轨道最薄弱和最重要的环节是道岔设备,其中使用频率最高和发生故障率最高的是折返道岔。由于使用频率极高,再加上其构造复杂、养护难度大、日常养修方法不当等原因,造成道岔设备寿命大大缩短,不但使设备使用和养修成本高,而且降低了设备安全系数。笔者针对地铁终点折返道岔发生病害的原因进行分析,摸索出一套关于折返道岔的养修标准和方法,可提高设备使用寿命和安全系数,具有重要意义。

1、终点折返道岔现状分析

1.1　道岔类型

      由于城市轨道交通线路,即使是同一条线路也有地面线路、高架线路、隧道内线路之分,再加上新建线路时设计单位不同,导致不同线路的折返道岔的类型有所区别,甚至是同一条线路不同折返岔区的道岔类型都不同,这给日常养护维修带来诸多不便。

1.2　道岔数量及所占比例

      在不同线别的终点折返道岔(包括准折返道岔)中,常规折返道岔数量占本线别道岔总数的比例不低于18%,有的线别甚至近50%。可见,终点折返道岔的养护维修工作量在全线道岔维修养护作业中占有很大的比例。

1.3　终点折返道岔通过频率

      不同线别每天开行的列车数量不同,通过终点道岔完成列车上下行转换的次数(即不同终点折返道岔通过的列车频率)也不同。即使是同一折返岔区,不同道岔的使用频率也有很大不同,部分道岔是每趟折返列车都通过,使用频率很高,部分道岔则很少使用。使用频率高的道岔,各部件使用寿命大大缩短,并且也是设备故障和病害的高发区,使用频率低的道岔则相反。

2、主要常见病害

2.1　主要常见病害统计

      经过对上海地铁线路各终点折返岔区(包括准折返岔区)的道岔设备进行现场调查,收集了过去几年道岔设备更换的历史资料,分析这些资料,并结合现场实际情况,发现折返道岔主要常见病害表现为尖轨侧磨致尖轨尖剥落掉块、滑床板(垫板)断裂、尖轨不密贴、支撑块碎裂等(见表1)。

2.2　道岔滑床板及垫板断裂或脱焊

      对于道岔滑床板及垫板断裂或脱焊现象,整体道床和碎石道床线路差异较大,铺设于碎石道床上的道岔,几乎没有滑床板及垫板发生的断裂或脱焊病害,铺设于整体道床上的道岔滑床板和垫板发生断裂或脱焊的概率则大得多(见表2)。

2.3　尖轨侧磨致尖轨尖剥落掉块

      终点折返道岔曲尖轨更换的频率最高,更换原因都是因为曲尖轨侧磨严重,大多尖轨轨面和侧面都有波磨(曲基本轨轨面波磨)产生,第一拉杆位置处一般伴有锯齿状的剥落掉块,长度在70~250mm之间,深度在3~7mm之间,并且掉块前后往往伴有细裂纹,细裂纹长度和深度都较大,如果不及时打磨或进行更换,直基本轨侧磨将会加剧,严重时会导致尖轨扳动过程中的掉块卡在尖轨和基本轨之间,影响道岔的正常锁闭和表示(见表3)。

2.4　曲尖轨、导曲轨侧面、表面波磨

      终点折返道岔由于使用频率极高,道岔曲尖轨、导曲轨、翼轨等主配件出现了严重的波磨和压溃现象,平均峰值在1.2mm以上,个别达到2mm以上,造成道岔结构严重不平顺。

2.5　直基本轨存在硬弯、岔前线路存在小方向

      终点折返道岔,直基本轨在与曲尖轨靠贴范围内存在硬弯、道岔前50m范围内线路普遍存在小方向,导致列车通过道岔时晃车加剧,也加速了对道岔设备的损伤和对钢轨的侧磨。

2.6　叉心表面裂纹、压溃、剥落掉块

      终点折返道岔不仅使用频率高,而且通过方式相对固定,经常使用的叉心常常出现表面裂纹、压溃和垂直磨耗较大等病害,碎石道床地段折返道岔叉心一般为较大垂直磨耗病害,整体道床地段叉心表面常为压溃、细裂纹、剥落掉块等病害。

3、主要病害产生的原因分析

3.1　滑床板(垫板)断裂或脱焊的原因

      从表2中的统计资料分析可知,终点折返道岔滑床板(包括垫板)的断裂或脱焊,都发生在整体道床地段的道岔上,而碎石道床地段折返道岔滑床板断裂或脱焊故障从未发生过。这主要有两个方面的原因:一是由于混凝土枕整体道床刚度大、弹性差,列车频繁通过对滑床板的冲击作用很大,滑床板和混凝土支撑块之间仅有8mm厚橡胶垫板作为缓冲,弹性不足,故滑床板吸收了较大的列车冲击力;二是由于既有道岔滑床板的材质多为Q235,该种材质的滑床板强度偏低,对于滑床板下混凝土整体道床基础来说,其强度明显不足(见图1)。

3.2　尖轨侧磨致尖轨尖剥落掉块的原因

      在终点折返岔区内,提供列车上下行转换的道岔曲股线路被频繁使用,其中曲尖轨是使用频率最高的道岔设备之一。道岔导曲线半径较小以及各种原因导致道岔方向不良,均致使曲尖轨侧磨严重,如果曲尖轨有硬弯等其他原因致使曲尖轨和基本轨不密贴, 则尖轨的磨耗将加剧。

      随着时间的推移,从尖轨尖至其后50 cm左右的范围内,尖轨顶面至其下8 mm范围内,尖轨越磨越薄,最薄弱部分首先脱落,脱落部分前后产生水平细小裂纹(见图2)。

3.3　曲尖轨、导曲轨侧面及表面波磨产生原因

      道岔曲尖轨侧面、表面波磨产生原因是多方面的,其中复杂的道岔结构、道岔支撑块施工偏差、日常养护维修不到位是造成道岔曲尖轨、导曲轨侧面、表面波磨的主要原因。

      由于道岔结构复杂,固定型辙叉存在轨线中断的现象,尖轨、护轨、翼轨的冲击角远大于曲线轨道,导曲线半径较小,当列车通过道岔时,轮轨间作用力复杂,曲尖轨、导曲轨上股受横向挤压力较大,下股钢轨表面轮轨作用复杂,滑动和滚动交错发生,磨耗较严重。

      道岔支撑块施工存在偏差,折返道岔岔枕绝大多数是混凝土短枕,由于施工定位问题,导致岔枕位置误差偏大,当短岔枕被混凝土浇筑以后,枕上承轨槽的位置就会固定,对连接在其上部的道岔钢轨起着严格的制约作用,岔枕前后左右的移动量将直接影响到上部钢轨的平面几何状态。在几何尺寸的保证及改动上,遇到了很多现场维修工区很难解决的问题,导致道岔范围内存在多处小方向,道岔小方向的存在加剧了尖轨和导曲轨的侧面和表面波磨。

      由于日常养护维修不当,钢轨硬弯、基本轨弯折矢度和位置不标准等原因会造成轨向不良。在日常维修养护中,工区只注重看单项是否超限,缺少对复合性病害的综合分析和整修力度,尤其是在轨距变化和水平变化率方面,从记录上看单项,轨距、水平均无超限病害,当前后比较时即可看出其变化率超限,这也是造成晃车的主要原因,同时加剧了尖轨、导曲轨侧面和表面波磨。

3.4　直基本轨存在硬弯、岔前线路存在小方向的原因

      从本次实地调查中发现,工区在调整曲尖轨和直基本轨密贴或转辙部分几何尺寸时,较多地通过调整直基本轨横向尺寸来完成,这样很容易造成直基本轨产生横向硬弯;再加上道岔前线路都为站内线路, 列车速度低,在养护作业中没有引起足够的重视,致使该段线路经常出现一些小的碎弯。以上原因加重了列车通过道岔时的晃车,从而加速了道岔构件的损坏和磨耗。

3.5　叉心表面裂纹、压溃、剥落掉块的原因

      从现场调查情况看,碎石道床地段折返道岔叉心常会产生较大的垂直磨耗病害,而出现表面压溃、细裂纹、剥落掉块等病害的情况较少,这主要是因为碎石道床和木枕弹性较大,叉心和轮对之间的作用力大部分被其吸收(见图3)。

      整体道床地段叉心表面常出现压溃、细裂纹、剥落掉块等病害,这和整体道床弹性差有较大的关系,且与叉心和轮对之间的作用力绝大部分被叉心吸收、道床吸收较少有关(见图4)。

4、主要常见病害整治对策

4.1　道岔滑床板及垫板断裂或脱焊病害的整治

      由于地铁终点折返道岔道床多为整体结构,弹性差,因此解决滑床板及垫板断裂或脱焊病害可从两方面入手:一方面,可将既有道岔滑床板逐步更换为高强度钢质型。2号线张江岔区更换为该种材质的滑床板后取得了一定效果,未出现断裂现象,但曾出现多次脱焊现象;另一方面,可将滑床板下胶垫更换为高强度垫板,提高其弹性,增加滑床板和支撑块之间的缓冲, 8号线减振地段有使用该类型橡胶垫板的情况。当然,最好同时实施这两种手段来整治滑床板及垫板断裂或脱焊的病害,并且对高强度钢质型滑床板进行改进,以解决脱焊现象。

4.2　尖轨侧磨致尖轨尖剥落掉块病害的整治对策

      折返岔区的道岔曲尖轨使用频繁,其侧磨不可避免,可采取以下措施延缓其侧磨速度:

      适当增加涂油次数;整正道岔框架尺寸及轨距变化率;消灭转折部位高低、方向失格,使直股大方向直顺(基本轨有硬弯的应同时矫正);调整尖轨密贴状态,消灭假密贴。

通过及时打磨尖轨,可以防止尖轨尖因剥落掉块掉入尖轨与基本轨之间,进而影响道岔扳动和正常表示。

4.3　曲尖轨、导曲轨侧面、表面波磨病害的整治

      1)针对由于道岔支撑块施工存在偏差而引起钢轨的平面几何状态不符合设计图纸的情况,可以通过改道、适度打磨铁垫板、设计专门扣件的方式来实施,消灭道岔范围内小方向。

      2)采用预防性打磨,可以及时消除钢轨表面的微细裂纹,消除疲劳源,减缓波磨的发生,从而改善轮轨匹配关系,提高行车平顺性。

      3)控制道岔方向,特别是转折部分的方向,尤其是连续方向的偏差,拨正后不易保持,容易反弹,变化快。

      4)扩大道岔整修范围,控制道岔前后的水平、方向不良对道岔的影响,在道岔整修中对整个道岔前后延长100m,对该范围内线路的大平、大方向应进行综合分析,对存在的问题进行综合整修。

4.4　直基本轨存在硬弯、岔前线路存在小方向病害的整治

      1)采取矫正法整正道岔轨向,对硬弯钢轨进行直轨、细改,对基本轨弯折不标准的病害进行校正。

      2)扩大道岔整修范围,控制道岔前后100m范围的水平及方向不良对道岔的影响。在道岔整修中对整个道岔前后延长100m,对该范围内线路的大平、大方向进行综合分析,对存在的问题进行综合整修。

4.5　叉心表面裂纹、压溃、剥落掉块病害的整治

      1)将道岔范围内板下橡胶垫,特别是叉心下橡胶垫更换为高弹性垫板,提高其弹性,增加其对列车和叉心之间作用力的吸收。

      2)采取预防性打磨,及时消除叉心表面微细裂纹,消除疲劳源,从而改善轮轨接触面。

5、改进建议

      日常直接影响列车安全的钢轨,其最大伤损主要发生在焊缝或普通线路接头处,因此,最大限度地消灭接头,提高接头状态。可大大减少列车对接头的冲击力,从而提高列车运行的平稳性、降低噪声、减少线路养护维修工作。

针对上海地铁8号线和9号线道岔无轨道电路的的情况,可以采取的方案是:在岔区的连接部分不设置绝缘接头,对应措施则全部取消这4个接头,用4根长轨代替这8根短轨。

      其他有轨道电路的道岔可采取的方案是:在道岔区根据列车折返路线对道岔的4个接头进行处理,对通过曲股进行折返的道岔,可以将2个绝缘接头移设于直股,取消曲向通过的2个接头,用2根长轨代替这4根短轨(正线通过道岔的改进方案可以考虑将2个绝缘接头移设于侧股,取消直向通过的2个接头,用2根长轨代替这4根短轨)。虽然列车在折返岔区通过的速度不是很大,但由于地铁道岔的道床几乎全部是混凝土整体道床,相较于碎石道床,这种结构的弹性不足;列车通过接头时振动较大,会严重影响周围扣件的正常发挥。

6、结语

      以上所阐述的只是地铁终点折返道岔部分的主要常见病害,随着地铁运营的发展,会有越来越多的其他病害显现,如何解决这些病害,确保地铁运营安全、正点,同时减低养修成本,是养护维修人员面临的严峻挑战。

 

[1]张正江,刘铁民.铁道线路养修工电配合[S].北京:中国铁道出版社,1998.

[2]韩景愈.铁路工务技术手册———道岔[S].北京:中国铁道出版社,1998.

[3]宋友富.线路工[M].北京:中国铁道出版社,2004.

[4]北京城建设计研究院.上海市地下铁道二号线一期工程轨道施工设计60 kg/m钢轨9号单开道岔[R].北京,1997.