日本轨道结构薄弱点检测及养护维修措施.docx

    日本轨道结构薄弱点检测及养护维修措施    1 引言用于支撑列车运行的轨道结构因为长期反复承受列车荷载，会产生变形或状态恶化，需对其进行适当的养护维修，才能确保列车安全运行轨道结构变形和状态恶化的速度因轨道构造不同而各异由于变形和状态恶化速度快的部位在修复之后仍容易变形和恶化，因此其需要更高的养护频率此外，受曲线半径等线形条件以及通过车辆特性的影响，轨道结构的安全裕度也不尽相同为降低轨道结构养护维修的成本，应在确保列车安全运行的前提下，尽量降低需养护部位的养护维修频率本文将介绍轨道结构常见的薄弱点及其特征，并提出相应的检测及养护维修措施，以期提高轨道结构的安全性和养护维修效率2 轨道结构薄弱点轨道结构的薄弱点分为安全上的薄弱点和养护上的薄弱点两大类其中，安全上的薄弱点是指轨道结构的变形、损伤等危及列车运行安全的病害和缺陷；而养护上的薄弱点是指修复之后会很快再次发生变形或状态恶化的部位，即养护频率高、维修时间长的部位，如通过鱼尾板连接的钢轨间接缝处，此处列车运行的冲击力较大，道砟易粉化，易出现翻浆冒泥现象，从而导致轨道变形进一步加大，需频繁地对其进行养护（图1）图1 发生翻浆冒泥现象的有砟轨道线路消除这些薄弱点的方法是，准确地找出安全上的薄弱点并优先进行养护，对养护上的薄弱点进行低成本的修补强化，以达到在确保安全性的同时降低养护维修成本的目的。

3 安全上薄弱点的检测及养护维修措施枕木状态恶化是一种常见的安全上薄弱点，垫板连接部位因为枕木腐蚀而失去功能（图2），加上由于枕木腐蚀而产生的局部轨枕悬空，将导致轨道平面的扭曲（即三角坑）加大，使列车运行安全性下降，这也是近年来造成列车脱轨事故的主要原因之一图2 枕木腐蚀图例从外观看尚无严重结构变形的轨道线路在列车经过时也可能发生动态变形，这可以通过轨道检测车进行监测，但由于轨道检测车价格昂贵，因此在区域铁路、支线铁路等非干线线路上难以推广使用为此，日本铁道综合技术研究所（以下简称“铁道综研”）从常规轨道线路的5个检测项目中，选出轨距和三角坑2个关键项目，开发出低成本的轨道线路动态变形检测系统Track2er（图3）该系统可搭载在运营列车或工务机械车上，其传感器单元可在车辆行驶时自动采集数据，通过对这些数据进行分析，可及时发现并处理优先级较高的轨枕悬空问题，从而提高线路的安全系数图3 搭载在调车机车上的Track2 er4 养护上薄弱点的检测及养护维修措施4.1 轨枕悬空4.1.1 检测轨枕悬空是有砟轨道线路的常见病害（图4）其通常发生在列车通过时冲击力较大、支撑结构易发生变化、路基条件恶劣的地方，如接缝处、桥台、铁路道口前后，随着这些地方材料的老化，轨道变形速率也会加快。

轨枕悬空虽然不会立即导致线路安全性降低，但可能会在夏季导致线路发生显著的轨向变形，甚至引发胀轨跑道，在隧道内还可能造成钢轨腐蚀图4 轨枕悬空示意图可以使用5 m弦量测（沿钢轨拉5 m长的线作为弦，测量弦中心点到钢轨内侧的距离）的正矢数据进行悬空轨枕的检测此外，铁道综研还开发出结合轨道几何形位变化的波形，利用自重分析，计算悬空轨枕数量和范围的方法（图5）利用此方法可以对此病害进行定量评价，有助于提高管理效率图5 通过计算检出悬空轨枕示例4.1.2 养护维修轨枕悬空处会发生道砟粉化现象，随着路基泥土的混入，道床的排水性能会更加恶化，导致翻浆冒泥现象的发生道床翻修、路基改良（即在软弱路基段更换优质材料）等方法是解决上述问题的有效措施，但由于其成本高昂，无法在支线铁路上广泛应用为降低养护成本，铁道综研开发了利用可生物降解聚合物使道砟稳固的养护维修方法（图6），即通过在粉化道砟中混入由催化剂和可生物降解聚合物组成的养护材料，以提高道砟强度，减少有砟轨道沉降该方法的养护效果非常好，已在行业中得到广泛应用（图7）图6 可生物降解聚合物养护法施工现场图7 可生物降解聚合物养护法与原养护法效果比较图此外，铁道综研还开发了可防止产生轨枕悬空的轨枕悬空自动矫正装置（即钢轨高度保持器），目前正在日本国内推广（图8）。

在桥台及铁路道口前后，线路结构的变化会导致轨道的局部沉降，而该装置可根据道砟沉降的情况将钢轨保持在一定高度范围内，从而维持轨道线路的稳定性图8 轨枕悬空自动矫正装置4.2 列车荷载对钢轨的冲击在钢轨接缝处，钢轨端部由于受到车轮的反复撞击而产生变形，局部下陷这将导致列车通过时的冲击力进一步增大，从而加速道砟的粉化及轨道几何形位变化为解决上述问题、有效减小列车荷载对钢轨的冲击力，可采用增加钢轨端部曲率，以及打磨钢轨使其顶面平顺光滑的方法通过长轨化去除接缝是解决接缝处病害的根本方法，但对于以木枕为主的区域铁路、支线铁路等，其道床横向阻力不足以保证轨道的横向稳定性为此，铁道综研提出通过在混入砂土的道砟中加入水泥来增大道床横向阻力的方法，该方法可在降低成本的同时，确保长钢轨轨道的横向稳定性（图9）图9 低成本长钢轨轨道在长钢轨两端，通常将相互连接的钢轨加工出类似尖岔的斜面并拼接构成伸缩缝，用于抵消由于温度变化引起的钢轨伸缩目前，铁道综研已开发出价格更加低廉的、用于通过能力较小线路的有缝伸缩缝结构（图10），正在进行铺设试验其具体使用方式是，将普通的短钢轨以无轨缝的方式连接为长约100 m的长钢轨，在相邻长钢轨的两端设置此装置，以减少需要养护的接缝数量。

图10 有缝伸缩缝结构4.3 钢轨波状磨耗及腐蚀在钢轨的养护管理中，波状磨耗的修复是最耗费人工的项目之一波状磨耗会增加钢轨的振动及噪声，因此需要定期对钢轨进行打磨在养护易腐蚀环境下的钢轨时，由于难以对钢轨腐蚀的程度进行评价，因此需要频繁地进行钢轨更换为降低养护成本，养护人员采用超声波探伤的方法判断钢轨腐蚀程度，以确定其是否需要更换目前，铁道综研正在开发防止钢轨腐蚀的方法（图 11）该方法可预防钢轨连接装置摩擦所导致的防腐蚀涂膜损伤，提高钢轨的耐久性图11 钢轨防腐蚀法  -全文完-。