[图文]铁路胀轨跑道的应急处理(分析、预防、处理)

2020年8月10日00:00:15 评论 95 9170字阅读30分34秒

一、概述

无缝线路的稳定是建立在温度压力与线路阻力相互平衡的基础之上,温度压力增大或线路阻力降低都会引起平衡状态的破坏,发生胀轨跑道。

(一)胀轨跑道的基本概念及其相互关系

大量试验表明,胀轨跑道的发生与发展过程是有一定规律的,基本上可分为以下三个阶段,如图1所示。

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1.持稳阶段

持稳阶段是无缝线路承受温度压力的初始阶段。在这个阶段,温度压力虽因轨温升高而增大,但轨道并不发生变形,仍保持初始状态,温度力完全以弹性状态“贮存"于钢轨之中。钢轨的原始弯曲越小,对应这一状态的温度压力值越高。如果钢轨为理想的直线,此状态可能一直能够持续到温度压力达一个相当大的值才会在外力干扰下发生突然臌曲。然而由于种种原因,钢轨不可能保持理想的直线状态,总会产生某种程度的弯曲。因此,持稳阶段的钢轨温度压力也不可能达到相当大的值。相反,线路阻力越小、轨道几何形位尤其是方向越差,造成轨道臌曲变形的温度压力就越低。在持稳阶段,无缝线路是相对安全的。

2.胀轨阶段

轨温继续升高,无缝线路在温度压力作用下,在轨道的某些薄弱处所(例如钢轨有原始弯曲、方向不良或道床横向阻力削弱处)逐渐出现横向臌曲变形,并随温度压力增加而逐渐增大,这种横向臌曲渐变的过程称为胀轨。

在胀轨阶段,不断增大的温度压力使轨道产生由小到大.由少到多的横向变形,有时凭肉眼都能清晰地观察出来,弯曲的线形越来越明显,变形矢度越来越大,轨道方向显著不良。但是,轨温也不可能无限的升高,当它升到一定程度(只要在轨道的承受范围内)后开始下降时,随着温度压力的逐渐降低,轨道的弯曲变形也随之缩小,直至恢复到初始状态。也就是说,在胀轨阶段,轨道的变形属弹性变形。

3.跑道阶段

在胀轨阶段,温度压力虽未超过无缝线路的承受能力,但有可能达到能力的极限。此时,无缝线路的相对稳
定已是岌岌可危。当轨温再略有升高,温度压力则继续增大,当接近或达到临界值时,轨温再稍微升高或受稍小的外力干扰(如列车制动、施工影响等),轨道横向变形将突然加大,导致轨道结构完全破坏,这种橫向变形突变的现象称为跑道,如图2所示。

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发生跑道时,轨道在一瞬间发出巨大的声响并严重臌曲,轨排脱离道床,行车条件完全丧失。通过严重扭曲
变形的钢轨可以看出,其变形已超出了弹性限度,成为塑性变形(此时,钢轨内的温度力已全部释放出来,钢轨处于“零应力”状态)。

显然,随着温度压力的升高,持稳阶段、胀轨阶段和跑道阶段是顺次的因果关系,前两阶段是量变阶段,后一阶段是质变阶段。胀轨是无缝线路丧失稳定的过程,而跑道是无缝线路丧失稳定的结果。在胀轨阶段,如果及时采取各种措施降低钢轨温度,使钢轨内的温度压力下降,变形矢度会逐渐减小,最终可能恢复到线路的原始状态。

由此可见,胀轨未必能引起跑道,而跑道一定以胀轨为前提。从胀轨发展到跑道是由量变到质变的结果。

实践表明,胀轨跑道的危险季节多在每年的4~8月(其中4~5月低温胀轨最危险),每日的危险时段为11:00~ 16:00。

(二)无缝线路的稳定性

无缝线路的稳定性系指无缝线路在温度压力作用下不致发生胀轨跑道。

无缝线路一旦进入胀轨阶段,就开始丧失稳定。从理论上讲,超过2mm的轨道弹性变形恢复后要留下残余变形,随着轨温的反复变化,残余变形将不断积累,致使轨道方向严重不良,加速无缝线路的失稳进程。因此,我们必须及时对胀轨量加以限制,对矢度达到2mm以上的胀轨,切不可等闲视之,以免留有后患。

1.影响无缝线路稳定性的因素

无缝线路的稳定性与很多因素有关。在条件相同的情况下,直线无缝线路的稳定性要强于小半径曲线;养护质量越高,无缝线路的稳定性越强;轨道几何形位越好,无缝线路的稳定性越好。无缝线路发生胀轨跑道的诱发因素是温度压力,这是毋庸置疑的。但是,在铺设无缝线路的地区,最高轨温下的最大温度压力并不是很大,从理论上讲,无缝线路的稳定性足以抵抗胀轨跑道,因此,温度压力并不是发生胀轨跑道的根本原因。那么,根本原因是什么呢?是无缝线路的稳定性未达到设计标准,线路阻力不足,导致临界温度压力或临界轨温降低。温度压力是诱发胀轨跑道的主要原因之一 。线路质量不高、稳定性不强则是发生胀轨跑道的内因,外力的作用是导致胀轨跑道的外因。在影响无缝线路稳定性的诸多因素中,轨道方向的初始不平顺(又称原始弯曲)是一个非常重要的因素。轨道原始弯曲让温度压力有机可乘,是无缝线路不容忽视的薄弱环节。

轨道原始弯曲有两种:一是钢轨在轧制和缓冷过程中形成的硬弯,其特点是范围小,难以矫直,或矫直后弹性难以恢复。二是在列车动力作用下形成的轨道方向不良,其特点是整治容易,但易反复。原始弯曲越小,轨道所能承受的临界温度压力就越高,反之亦然。

2.无缝线路“失稳”的表现

(1)碎弯增多,矢度增大。此时的直观反映是轨道方向反常的“不好看”,并呈现一种无规律的混乱现象,有的地段轨距反常扩大。

(2)空吊板连续增多。不成段的空吊板多因捣固质量不良所致,成段的空吊板则多为温度压力作用于高低不良地段所致,应注意区别。

(3)起道省力,捣固不易捣实。如果确认成段空吊板是胀轨造成的,就应立即在该段停止起道、捣固作业。因为此时起道,温度压力会成为起道机的附加力,起道自然不费力。如果此时捣固,轨道框架会乘势抬高,在温度压力没有释放完之前,是不可能捣实的。在有胀轨迹象的地段起道、捣固,将使无缝线路的稳定性迅速丧失,甚至有可能导致跑道,所以应绝对禁止。

(4)逆向拨道吃力或回弹量大。因为温度压力的径向力始终是沿着弯曲方向的,所以逆向拨道会倍感吃力。即使勉强拨回,拨力取消后,径向力依然会使轨道向弯曲方向回弹,回弹量超乎常规,接近、等于甚至超出拨出量。

(5)轨枕端部胀轨一侧道砟散落,另一侧离缝。

上述迹象足以表明无缝线路正在胀轨,稳定性正在丧失。发现这些迹象,应严密监视并及时处理,停止作业,否则,跑道就可能接踵而至,无缝线路的稳定性将彻底丧失。

二、诱发胀轨跑道的原因

(一)轨道抵抗胀轨跑道的能力降低

轨道抵抗胀轨跑道的能力降低,主要体现在以下方面:

1.道床横向阻力

道床阻力是抵抗轨道框架横向位移,保持无缝线路稳定,防止胀轨跑道的重要因素,导致道床横向阻力降低的原因有:

(1)线路维修作业。一是较大的起道、拨道作业造成轨枕浮起,道床阻力急剧下降;二是超长、超量扒开道床,施工后不立即恢复捣实,致使轨温上升,易发生跑道。

(2)线路设备状态不良。缺少道砟,如果枕盒内道砟不饱满、不密实、不清洁,尤其是轨枕端部外露,将严重削弱道床横向阻力,增加胀轨跑道的危险性。

2.轨道框架刚度

轨道框架刚度是指钢轨与轨枕通过中间扣件连接而成的框架结构的整体刚度,它表示轨道抵抗弯曲变形的能力。它与钢轨类型、轨枕类型、扣件类型、扣压力及钢轨相对于轨枕的转角有关,若中间扣件扣压力不足,则轨道框架刚度降低。

3.轨道原始不平顺

轨道原始不平顺对线路稳定性的影响很大,其中轨向是主要因素。因此,在轨温较低时,应及时消除线路上的碎弯,以保持线路稳定。

(二)钢轨温度压力大

钢轨的温度压力是轨温从实际锁定轨温上升到最高轨温时所产生的温度压力。

从理论上讲,实际锁定轨温应在设计锁定轨温范围内。但是,由于种种原因,无缝线路的实际锁定轨温往往高于或低于设计锁定轨温范围。低温锁定钢轨时,当轨温从实际锁定轨温上升到最高轨温时,产生的温度压力就可能大于容许压力,从而导致胀轨跑道。也就是说,实际锁定轨温偏低是导致温度压力大的主要原因。造成实际锁定轨温偏低的原因有:

1.铺设时锁定轨温偏低,超出了允许的锁定轨温范围。

2.施工时计划不周,钢轨长出一定值,通过撞轨器撞轨,使长轨条缩短,降低了锁定轨温。如将长1000m的轨条撞短12mm,相当于锁定轨温降低1℃。

3.低温焊复钢轨造成锁定轨温偏低。

4.缓冲区轨缝拉开后更换了长缓冲轨,随着轨温的升高,钢轨内的温度压力增大。

5.冬季线路不均匀爬行,造成局部锁定轨温偏低。因线路维修质量的不均衡引起线路阻力不均衡。在线路阻力较低的地段,冬季钢轨的收缩爬行量将大于其他地段,亦即锁定轨温低于其他地段。当轨温升高时,这些地段的温度压力将增大,易发生胀轨跑道。

6.冬季超温超长作业,造成局部锁定轨温偏低。当轨温低于锁定轨温一定 数值时,有些作业禁止进行,有些作业只能在一定长度上进行,如接头夹板、螺栓涂油,成段中间扣件涂油,成段更换轨枕,成段扒道床,成段清筛道床等。如果超温.超长作业,必然会降低接头阻力和道床纵向阻力。在巨大的温度拉力作用下,上述作业地段及其附近受温度拉力影响地段的钢轨或轨道框架将产生收缩爬行,导致局部锁定轨温降低。

(三)线路阻力小

导致无缝线路阻力减小的原因有:

1.线路设备状态不良

线路设备状态不良的表现很多,如扣件螺栓松动、扣件零件缺损、道床疏松、道砟不饱满、道床肩宽不足、空吊板多、钢轨硬弯、胶垫损坏等。如中间扣件螺栓连续松动数个,将使该段轨道框架刚度大为降低,从而降低了该段线路的横向阻力,胀轨跑道便可乘虛而入。再如道床肩宽不足,以至于轨枕端部暴露,道床边坡坍塌,使道床横向阻力降低,从而严重削弱了无缝线路的稳定性。

2.轨道几何形位不良

无缝线路的稳定性要求轨道具有良好的几何形位,而良好的几何形位则简言为直线的“顺直"和曲线“圆顺”。决定顺直和圆顺的主要因素是方向和水平,但轨距和高低却对方向和水平产生直接影响。所以,轨道几何形位实际上是由轨距、水平.方向、高低四个因素决定的。在这四大因素中,方向不良是导致胀轨跑道的一个重要因素,曲线方向不良即正矢偏差超限。所以,整治方向不良是保持无缝线路几何形位良好的关键。

3.线路维修作业的影响

维修作业可改善线路状态,但却暂时破坏了线路状态,降低了线路的纵、横向阻力。特别是违章、超温、超长作业,会使线路的纵、横向阻力大幅度降低。因此,一定要按《修规》规定的作业轨温条件进行作业,把维修作业对线路造成的扰动降到最低限度。

三、胀轨跑道的一般规律

认识胀轨跑道的发生与发展规律,有助于防止胀轨跑道事故。一般来说,胀轨跑道具有如下规律:

1.线路稳定性差.临界温度压力低是胀轨跑道的决定性因素,所以,多数胀轨跑道并非发生在高温季节,而是发生在春、夏之交,气温变化较大、乍暖还寒的季节。其原因是线路质量差,经过冬季的寒冷,线路的稳定性受到了一定影响,在气温回升的季节,难以经受气温的突然、剧烈和反复变化。进入高温季节,气温相对稳定,反而不容易发生胀轨跑道。所以,春、夏之交是防止胀轨跑道的重点季节。此时,要抓紧时机对锁定轨温偏低的无缝线路进行应力放散或调整,以免留有后患。

2.在胀轨跑道事故中,很少有走行列车第一位机车脱线或颠覆的事例,多数是中、后部车辆脱轨。这是因为无缝线路本已失稳,加之列车的动弯力、纵向力、推挤力、冲击力的反复叠加,且轨温有所升高,使无缝线路“雪上加霜”,越往列车后部,失稳状态就越严重,最终丧失了行车条件。因此,工务部门一定要加强对无缝线路的日常检查和监视,发现有危及行车安全的失稳迹象,要立即采取措施增强其稳定性,同时要及时拦停列车。

3.以下地段易发生胀轨跑道:

(1)陡长下坡道终端,因线路爬行造成钢轨温度压力增大。

(2)列车制动地段,因制动力与温度压力相叠加。

(3)平交道口、桥头及曲线头尾附近,其中曲线比直线更容易发生胀轨跑道。曲线跑道常为向外的单波,跑道量较小;而直线跑道通常为S波,跑道量较大。

(4)同一段无缝线路的固定区及固定区与伸缩区交界处易发生胀轨跑道。这是因为固定区承受的温度压力大,而固定区与伸缩区的交界处,在轨温反复变化的情况下容易产生温度压力的积累,形成温度力峰,高于固定区的温度压力。因此,这两个地段应采取加强措施增大线路和道床的横向阻力,以保持线路的稳定。

四、防止胀轨跑道的措施

工务管理及作业人员应充分了解和掌握无缝线路的特点及规律,熟悉管辖区段无缝线路设备状况及锁定轨温,严格遵守规章的有关规定。

(一)正确掌握钢轨的锁定轨温

锁定轨温是控制温度力的关键,如因各种原因导致锁定轨温偏低,应在适当时机进行应力放散,重新锁定钢轨,使锁定轨温符合设计要求。

1.正确掌握铺轨时的锁定轨温。施工单位必须严格按《修规》规定向工务段移交无缝线路有关竣工资料。

2.在维修作业时要正确掌握锁定轨温,避免下列情况改变锁定轨温:

(1)避免在低温条件下拆开长钢轨两端的接头进行作业。

(2)避免在低温条件下成段松开伸缩区扣件或扒开伸缩区道床。

(3)低温焊复钢轨时,应在焊复前将钢轨拉伸至原有长度。

(4)必须在低温条件下换轨时,当气温回升时,在锁定轨温范围内应采取相应措施。

(二)日常维修作业防止胀轨跑道的措施

在无缝线路上进行维修作业时,必须处理好锁定轨温与作业轨温之间的关系,科学合理地安排作业时间和作业项目,严格按照作业轨温条件进行作业,严密监测并掌握轨温变化和钢轨位移情况,发现胀轨迹象及时进行处理。保证作业中轨道状态无异状,作业之后线路状态能够得以改善。经常保持线路设备状态良好,提高设备质量。为此,要求日常维修作业应做好以下工作。

1.合理安排维修计划。无缝线路地段应根据季节特点、锁定轨温和线路状态,合理安排全年维修计划。

2.高温季节不应进行综合维修和影响线路稳定的作业。如必须进行综合维修和成段保养时,应先放散后作业,并适时重新做好放散和锁定线路工作。其他保养和临时补修可采取调整作业时间的办法进行。

3.无缝线路维修作业项目应根据锁定轨温及对道床稳定性的影响程度合理安排,影响道床稳定性的作业项目要安排在4~5月或9~10月,并按锁定轨温的高低合理确定作业时间。

6~8月份等高温时段禁止进行破坏轨道稳定性的工作,否则,一定要先放散后作业。

(1)高温季节可安排矫直钢轨硬弯、钢轨打磨焊补等作业。

(2)在较低温度下,如需更换钢轨或夹板,可采用拉伸器进行。

(3)春季(3~5月)和秋季(9~11月)应注意控制影响轨道稳定性较大的作业。进行线路中修(包括机械清筛),破底清筛,成段更换、串动及方正轨枕,高起道,大拨道等破坏道床稳定性的作业,必须在道砟充足的前提下进行,道砟不足时必须预卸道砟后方可进行抬道和拨道。同时要加强作业管理,作业前认真检查是否符合作业条件,作业中认真测量轨温,作业结束后必须对道床进行夯拍并堆高砟肩。作业时应携带氧气乙炔切割设备,以备处理胀轨跑道之用。最高轨温达到锁定轨温10℃以上进行上述作业时,必须将作业时间调整在早5~8时或下午16~19时,必要时应先放散后施工,每日施工结束后施工现场要留够巡守和补修人员。

(4)夏季要以防止胀轨跑道为重点,安排增强线路稳定性的作业,如补充均匀道床、调直硬弯钢轨.焊补钢轨、紧固扣件作业。高温季节临时补修作业必须调整作业时间,在当日轨温较低时进行,并由工班长带班作业,作业后认真组织回检。高温季节处理无缝线路中的高低、水平、轨向等临时补修工作,要避开高温时段。

4.在无缝线路地段进行大型机械维修作业时,施工负责人必须认真收听当天的天气预报,遇有高温天气应取消施工封锁计划。作业前,作业地段必须做到道砟充足,否则应禁止作业;作业中要安排专人测量轨温;作业后工务段要及时组织力量回填道砟。无缝线路地段的大型机械维修作业,宜安排在3~5月或9~11月进行。

5.拧紧扣件使其达到规定扭矩,加强防爬锁定,提高轨道框架刚度。

6.提高道床横向阻力是增强无缝线路稳定性最有效的措施,为此,必须保证道床饱满,密实.无翻浆冒泥、无坍塌松散现象,堆高砟肩,夯拍道床。

7.整治方向不良。线路方向不良有小弯对线路的稳定性影响很大。所以,在养护维修中要特别注意保持线路方向顺直,及时矫直硬弯钢轨。

(三)加强方向观测,防止胀轨跑道

多年实践经验表明:胀轨阶段轨道弯曲变形矢度在12 mm以内时,虽已具有危及行车安全的苗头,但未必发生跑道。为保证行车安全,必须对轨道矢度实行监控,为此,应做好以下工作:

1.无缝线路上的局部碎弯尚无碍大局,但连续出现的碎弯极易诱发列车蛇行运动,产生水平共振,引起破坏性后果。因此,要对局部碎弯加强巡检,若碎弯继续扩大,则应设慢行信号,并通知工区处理,直至线路稳定后再恢复正常速度。

2.作业中发现轨向、高低不良,起道.拨道省力,枕端道砟离缝,必须停止作业,种种迹象表明这些都是胀轨的征兆,如不及时停止作业进行处理,则有可能诱发胀轨跑道。

当发现线路方向不良,用10 m弦测量两股钢轨的方向偏差,其平均矢度达10 mm时,单股钢轨的方向偏差可能更大,继续扩大已趋危险。在此情况下应设慢行信号,并采取夯实道床.填满枕盒道砟和堆高砟肩等措施。当平均矢度达到12 mm时,在轨温不变的情况下,列车通过后线路弯曲变形加速扩大,预示即将发生跑道。此时应立即设置停车信号,及时通知车站,并采取钢轨降温等紧急措施,消除故障后再放行列车。

(四)落实检查制度

各级检查人员在检查中发现线路连续出现碎弯并有胀轨迹象时,必须加强巡查或派专人监视,观测轨温和线路方向变化。若碎弯继续扩大,应通知工区按《安规》规定设置慢行信号防护,进行紧急处理,线路稳定后,恢复正常行车。

1.定期检查

工务段每年结合春。秋设备检查,组织有关人员对长轨节进行一次全面检查,并填写无缝线路调查表。认真分析检查结果,并将春季位移检查结果作为防胀的重要依据。

2.薄弱地段加密检查

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[图文]铁路胀轨跑道的应急处理(分析、预防、处理)

因线路发生胀轨跑道后钢轨内部温度力巨大,使用锯轨机切钢轨容易卡锯片,为了尽快抢修开通线路,现场常采用氧气乙炔设备切割钢轨,如图4所示。将发生胀轨跑道的两股钢轨切断,切口位置要选在同一轨枕空的相同位置,稍靠近要放散端一侧轨枕,按计划尺寸丈量钢轨后用锯轨机将两段钢轨锯开,如图4所示。

切断后松开放散端50 m范围内的扣件放散应力,然后拨正线路,拧紧前后各50m范围内的扣件。如果轨缝较大,可插人规格相当的短轨头。分别在两股钢轨的轨端用钻孔机或切割设备打出轨孔,安放符合型号的夹板,夯拍道床、填满枕盒道砟并堆高砟肩,限速5 km/h开通线路,并派专人看守。但必须在24 h内按《修规)规定对该断缝进行临时处理。条件允许时,应对临时处理后的无缝线路进行应力放散,并进行永久性处理。

综上所述,发现无缝线路胀轨跑道时,要根据线路发展状态及时采取相应的处理措施,见表1。

[图文]铁路胀轨跑道的应急处理(分析、预防、处理)

表1 胀轨跑道的处理办法

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