尖轨降低值不良对高速道岔晃车的影响及整治方法探索(2013-9-12).doc

尖轨降低值不良对高速道岔晃车的影响及整治方法探索 摘要：结合高速铁路运营过程中出现的道岔晃车的检查及整治经历，介绍道岔尖轨降低值不良对高速道岔晃车的影响分析及整治方法探索。 关键词：尖轨降低值；道岔晃车；整治；1.问题的提出随着高速铁路大量开通，运营过程中出现了很多道岔晃车现象。工务部门在整治道岔晃车过程中，通过采取道岔单元平纵断面整治、道岔轨道几何尺寸调整、道岔结构状态整治、钢轨外观轮廓修理等手段逐步解决了部分道岔晃车现象，但仍有部分道岔在通过上述手段整治后未能消除晃车，晃车原因不明，其中以我段京沪高铁黄渡线路所2#道岔晃车较为典型。在经过反复诊断、研究分析后，最终发现尖轨降低值不良是引起该组道岔晃车的主要原因。借鉴京沪高铁黄渡线路所2#道岔晃车整治经验，认识尖轨降低值不良对道岔的影响对于分析高速道岔晃车原因，提高高速道岔晃车整治水平，保证列车高速、平稳通过道岔具有重要意义。2典型事例概述典型事例：京沪高铁黄渡线路所2#道岔晃车整治。设备情况黄渡线路所2#道岔位于京沪高铁上行线黄渡线路所，铺设于蕴藻浜特大桥黄渡区4#-10#墩（24.7m+4*32.7m+24.7m）一联6跨共180m现浇预应力混凝土单箱双室连续梁上，尖轨尖里程K1303+438。道岔型号为新铁德奥道岔有限公司生产的无砟轨道60kg/m钢轨42号道岔，图号为CN-6142AS。道岔单元平面线型为直线，纵断面为平坡（坡率0）。列车直向运行为顺向过岔，允许速度300km/h。动态质量情况黄渡线路所2#道岔2011年7月开通运营，分别于2011年8月19日和9月16日发生动车司机报摇晃。发生晃车后我段组织力量对黄渡线路所2#道岔开展了综合检查及整治工作，但整治未取得明显效果，晃车现象仍然存在，晃车原因不明。在未查明晃车原因前，主要以加密人工添乘检查的方式对列车动态运行情况进行监控，通过对晃车反应较为明显的CRH2型车的动态监控发现，便携式添乘仪、车载式轨道检查仪的横向加速度值及人体感觉摇晃程度有增大的趋势，部分CRH2型动卧车体已产生横向加速度级报警。分析各类动态检测资料，发现黄渡线路所2#道岔动态质量有如下特征：便携式添乘仪检测CRH380A型车和CRH2型车均有不同程度的横向加速度。其中CRH380A型车有部分车体报警，幅值较小（平均幅值0.08g），最大未达到部标级，个别车体存在轻微人体感觉，绝大部分车体无人体感觉晃车；CRH2型车横加幅值较大（平均幅值0.13g），最大达到部标级（0.22g），且横加平均幅值有增大的趋势，横加值大的动车人体感觉晃车非常明显。车载式轨道检查仪检测数据与便携式添乘仪检测发现规律类似。CRH380A和CRH380B型车横加值较小（平均幅值0.09 g）；CRH2型车报警幅值较大（平均幅值0.11 g），最大达到级（水加0.16 g），产生在CRH2E型机车上，且多次产生接近级的水加报警（0.14 g）。动车组综合检测车检测数据反应出动检车在2#道岔存在横向加速度，横加值最大0.12g，达到级超限，且动检车每次检测分别产生一正一负连续两次横向加速度，横向加速度幅值0.06-0.12g不等。鉴于动态质量有恶化趋势，为确保动车运行安全平稳，我段于10月4日向路局申请对该组道岔进行限速。经路局同意后于2011年10月5日0:00时起对京沪高铁上行线黄渡线路所2#道岔K1303+400 至K1303+ 600处临时限速 160 Km/h。检测整治情况黄渡线路所2#道岔发生晃车后，我段针对道岔动态晃车的情况分别进行了道岔轨道几何尺寸调整、道岔单元平纵断面整治及钢轨钢轨外观轮廓修理等方面的整治。 主要整治过程如下：2011年7月15日部动检车检测2#道岔有横向加速度级超限，我段在2011年7月26日安排了安博格小车测量及道岔结构状态、轨道几何尺寸检查，检查发现道岔平纵断面、结构状态及轨道几何尺寸总体良好，未安排作业。2011年8月19日司机报晃车后，我段汇报路局工务处并联系京沪公司、道岔生产厂家对2#道岔及前后线路再次进行全面检测，包括道岔结构状态、轨道几何尺寸及道岔平纵断面线型，检查发现道岔平纵断面、结构状态（不含尖轨降低值）及轨道几何尺寸总体良好，但直尖轨顶面存在两处明显异常，一处是43#-44#枕间直尖轨顶面有一长110mm、宽40mm，深0.5mm左右的低凹，车轮碾压不到；另一处是30#-32#枕直尖轨顶面光带较宽，与前后明显不一致；直尖轨作用边29#-尖轨尖存在明显侧磨光带。初步分析可能是直尖轨钢轨光带不良引起，8月21日组织对光带不良处所进行了钢轨修理性打磨，但效果不明显。 图1 43#-44#枕间直尖轨顶面低凹图2 30#-32#枕直尖轨顶面光带较宽 图3 29#-尖轨尖明显侧磨光带 2011年9月16日再次发生司机报晃车后，我段对黄渡线路所2#道岔再次进行了全面检测，并扩大了检测范围，检查发现直尖轨30#-32#枕光带异常处经打磨后有一定改善，但光带与前后相比仍较宽；扩大范围测量发现2#岔岔前岔后线路存在一定程度的平面线型问题，虽然道岔前后并不晃车，但出于晃车整治手段中关于线型大平大纵整治的相关经验，为改善平面线型，我段在反复检测的基础上，制定了黄渡线路所 2#道岔综合整治方案，对道岔单元的平纵断面进行调整，对钢轨光带不良进行打磨，并将方案报路局工务处审核同意后于9月26日组织了实施。实施后组织对CRH2型车多次添乘，添乘结果表明，虽然道岔前后线路线型得到进一步改善，但黄渡线路所2#道岔在转辙部位仍然存在人体感觉摇晃和便携式添乘仪大值横加。对整治后的道岔进行再次检测，道岔平纵断面、结构状态及轨道几何尺寸良好，但晃车仍然存在，晃车原因不明。图4 道岔平面调整示意图（基准股：直尖轨） 图5 整治后道岔单元平面示意图（基准股：直尖轨）鉴于前期进行的相关整治未取得明显效果，路局工务处于2011年10月11日向运输局提出了关于申请对京沪高铁黄渡线路所2#道岔晃车原因进行综合诊断的报告 ，建议部组织相关专家进行全面诊断，彻查原因，采取针对性措施，以便尽早消除晃车现象。2011年10月17日京沪公司董事长、原铁道部副部长蔡庆华携京沪公司、日月明铁道设备开发有限公司技术人员、新铁德奥道岔有限公司会同上海局王峰常务副局长、工务处及工务段等有关人员对黄渡线路所2#道岔进行全面检查，并组织召开了2#道岔晃车整治研讨会。通过会议讨论确定由上海局会同京沪公司、新铁德奥道岔有限公司继续对晃车原因进行摸索研究，适当扩大整治范围，对道岔前后纵断面不平顺安排整治，并确定了更换尖轨、基本轨的后续方案。我段根据会议要求扩大了道岔单元纵断面整治范围，通过加工特制材料对道岔前后纵断面进行了一定程度调整，但纵断面调整后动态不良情况并未好转。10月9日晚已调整道岔位置图6 整治后道岔单元纵断面示意图（基准股：直尖轨） 由于轨道几何尺寸调整、平纵断面整治及钢轨修理等方面的整治对消除道岔晃车未取得明显效果，我段将检测重点转向尖轨降低值及尖轨本身断面。采用铁科院研发的新型测量仪器对黄渡线路所2#道岔的尖轨降低值进行测量，测量结果显示尖轨降低值较设计值普遍偏低。采用游标卡尺测量尖轨高度发现尖轨高度存在误差，尖轨高度38#枕-44#枕较设计值低0.5mm左右，顶面低凹，44#枕与43#枕尖轨高度相差1mm左右，形成“台阶”。表1 尖轨降低值及尖轨高低测量数据序号枕号降低值理论值（mm）降低值实量值（mm）尖轨高度理论值（mm）尖轨高度实量值（mm）备注降低值差值（mm）备注距尖端距离1尖轨尖端2510802820.05150318.4114.62004917.1218.28115.207701.1651015.8216.47117.1013500.6561114.4814.95118.5019500.47滚轮714.214.91118.8118.5220730.7181213.2313.79119.7825500.5691312.0112.78121.1431500.77101410.8011.70122.4837500.901110.4011.73122.6122.4639461.3312159.8410.75123.4843500.91滚轮13169.0110.28124.0049501.2714178.179.50124.5455501.33157.809.36125.2124.9058191.5616187.399.15125.4061701.7617196.717.81126.4267501.1018206.007.16126.9073501.16滚轮195.66.68127.4127.0876931.0820215.356.47127.6079501.1221224.766.01128.5085501.2522234.174.99129.1091500.82233.84.61129.212995240.8124243.614.35129.3897500.7425253.104.02130.08103500.9226262.583.27130.34109500.69滚轮272.102.83130.9115160.7328272.072.71131.00115500.6429281.592.32131.30121500.7330291.092.36131.58127701.2731300.622.50131.90133501.88320.32.6132.7131.1137412.3033310.292.55131.28139502.26滚轮34320.242.17131.60145501.9335330.201.94132.40151501.7436340.161.73132.96157501.5737350.121.67132.36163501.55380.101.67132.9132.50165721.5739360.081.27132.66169501.1940370.051.30132.42175501.25滚轮41380.021.38132.76181501.36420.001.33133133.00185351.3343390.001.30132.68187501.3044400.001.20132.68193701.2045410.001.42132.64199501.42460.001.53133132.66202641.5347420.001.71132.36205501.71滚轮48430.001.83132.38211501.834901.88133132.44215221.88504400.96133.54217500.96514500.88133.6223500.8844#枕与43#枕尖轨高度相差1mm左右，形成“台阶”图7 尖轨高低示意图 2011年10月25日部高铁轨道维护管理技术组常务副组长郭福安带队会同上海局工务处、工务段有关人员利用白天临时天窗对黄渡线路所2#道岔进行检查，随后添乘D318机车进行了动态检查，并在虹桥站召开专题会议对晃车原因进行诊断、分析。会议确定了针对尖轨组装降低值普遍较设计偏低的情况对尖轨组装降低值进行调整的试验方案，即根据测量的尖轨组装降低值情况，在尖轨底与滑床台之间垫入一定厚度的特制铁垫片，使尖轨降低值达到设计标准。表2 尖轨降低值调整试验方案序号枕号降低值理论值（mm）降低值实量值（mm）降低值差值（mm）备注尖轨与滑床板缝隙（mm)垫片量（mm)垫后预计降低值差值（mm)1尖轨尖端252820.05318.44917.1218.281.161.1651015.8216.470.650.6561114.4814.950.47滚轮0.47714.214.910.710.7181213.2313.790.560.51-0.4491312.0112.780.771-0.23101410.8011.700.901-0.101110.4011.731.3312159.8410.750.91滚轮1-0.0913169.0110.281.271.5-0.2314178.179.501.331.5-0.17157.809.361.5616187.399.151.761.50.2617196.717.811.100.51.5-0.4018206.007.161.16滚轮10.16195.66.681.0820215.356.471.1210.1221224.766.011.2510.2522234.174.990.821-0.18233.84.610.8124243.614.350.741-0.2625253.104.020.921-0.0826262.583.270.69滚轮1-0.31272.102.830.7328272.072.710.641-0.3629281.592.320.730.41-0.2730291.092.361.271.5-0.2331300.622.501.882-0.12320.32.62.3033310.292.552.26滚轮20.2634320.242.171.930.42-0.0735330.201.941.740.42-0.2636340.161.731.570.52-0.4337350.121.671.550.42-0.45380.101.671.5739360.081.271.191.5-0.3140370.051.301.25滚轮1.5-0.2541380.021.381.360.51.5-0.14420.001.331.3343390.001.301.301.5-0.2044400.001.201.201.5-0.3045410.001.421.421.5-0.08460.001.531.5347420.001.711.71滚轮2-0.2948430.001.831.832-0.174901.881.88504400.960.960.41.5-0.54514500.880.880.51.5-0.6252461.5534715448滚轮1554915650157510.558520.559530.5根据确定的试验方案，我段立即组织进行现场调查，设计并加工特制铁垫片，召开试验工作协调会，于2011年10月26日进行了整治试验。为验证试验效果，2011年10月27日、28日我段组织对所有经过该组道岔的CRH2型车及部分CRH380车进行添乘检查。从添乘情况看，试验效果明显，所有车次均无添乘仪横加报警及人体感觉晃车，同时车载式线路检查仪无级及以上报警。尤其是试验前人体感觉晃车明显和添乘仪横向加速度值较大的 CRH2-127E和CRH2-121E 两列机车在试验后动态无任何不良反应。图8 试验整治的铁垫片（直尖轨与滑床台间）由于铁垫片是用于临时性试验的松散结构，为确保安全，在试验已取得成效后我段于2011年10月28日晚对铁垫片进行了拆除并恢复道岔使用。试验用铁垫片拆除后我段再次组织添乘检查，黄渡线路所2#道岔晃车情况恢复到试验前状态，便携式添乘仪横加报警幅值0.06-0.08不等，车载式线路检查仪横加报警幅值0.10-0.11，人体感觉晃车。根据试验情况，铁道部高铁轨道维护管理技术组初步分析认为引起晃车的主要因素不是轨道几何尺寸及平纵断面线型，而是尖轨降低值较设计误差较大引起。为进一步验证此结论，我段采取了另一种方法进行试验性整治，即根据测量的尖轨组装降低值误差情况，调整曲基本轨轨下胶垫厚度，使曲基本轨、直尖轨相对高度即组装降低值满足设计允许误差范围，并于2011年12月5日晚进行了方案实施。实施后列车过岔动态情况良好，人体感觉晃车、便携式添乘仪、车载式线路检查仪水加报警消除，直尖轨非正常侧磨现象大大缓解。整治前铁道部已召开方案审查会确定了调整尖轨降低值的整治方案，并指定由道岔生产厂家加工特制材料及制定实施方案，由于道岔生产厂家方案未能及时制定，因此我段采取的整治方法同时作为过渡性方案，以确保最终整治前道岔动态平稳，减轻轨件非正常磨耗。表3 尖轨降低值调整方案（更换轨下胶垫）序号枕号降低值理论值（mm）降低值实量值（mm）降低值差值（mm）备注拟更换的曲基本轨轨下胶垫厚度（mm）1尖轨尖端252820.05318.44917.1218.281.1651015.8216.470.6561114.4814.950.47滚轮714.214.910.7181213.2313.790.56591312.0112.780.775101410.8011.700.9051110.4011.731.3312159.8410.750.91滚轮4.513169.0110.281.274.514178.179.501.334.5157.809.361.5616187.399.151.764.517196.717.811.104.518206.007.161.16滚轮4.5195.66.681.0820215.356.471.124.521224.766.011.254.522234.174.990.824.5233.84.610.8124243.614.350.74525253.104.020.92526262.583.270.69滚轮5272.102.830.7328272.072.710.64529281.592.320.73530291.092.361.274.531300.622.501.884320.32.62.3033310.292.552.26滚轮3.534320.242.171.933.535330.201.941.74436340.161.731.57437350.121.671.554380.101.671.5739360.081.271.19440370.051.301.25滚轮441380.021.381.364420.001.331.3343390.001.301.30444400.001.201.20445410.001.421.424460.001.531.5347420.001.711.71滚轮3.548430.001.831.833.54901.881.88504400.960.964514500.880.88452465534755448滚轮55549556505为进行最终整治并取消道岔限速，降低对运输的影响，道岔生产厂家根据铁道部组织召开的方案审查会及形成的审查意见要求，制定了在滑床台与基板间加装特制垫片调整尖轨降低值的方案。我段在实施前进行了试装，发现使用特制垫片进行调整存在安装后降低值与预期误差较大、滑床台弹性压条较难安装且安装后弹性压条变形加大，受力状态发生变化，存在突然折断影响行车安全的可能等问题。我段将试装情况向路局工务处进行了汇报，在路局工务处牵头组织下经过现场反复试验测试方案可行性及召开方案评审会，最终确定由厂家调整方案，采用加工增厚滑床台的方案，即根据测量的尖轨降低值偏差情况加工增高的滑床台，增高的量值根据每块滑床台处的尖轨降低值偏差确定。特制滑床台加工完成后，我段会同厂家在试装的基础上于2012年11月20日晚进行了方案实施，实施后道岔在逐级提速过程中动静态状态良好，最终恢复常速，历时长达一年的道岔晃车彻底整治结束。3.原因分析从京沪高铁黄渡线路所2#道岔晃车整治过程及经验可以看出，尖轨降低值不良是引起该组道岔晃车的根本原因，对尖轨降低值不良引起道岔晃车的原因分析如下：起晃原因分析列车顺向过岔时，轮对分别经过直尖轨受力、直尖轨、曲基本轨共同受力、曲基本轨受力的过程，在直尖轨受力过渡到直尖轨、曲基本轨共同受力时，如果尖轨降低值不良（即直尖轨、曲基本轨轨顶面相对高差超过允许偏差），在降低值偏大的情况下（直尖轨顶面低于曲基本轨顶面较多），在轮轨接触受力过渡阶段会产生轮对外径过早在曲基本轨上受力，形成运行过程中的轮径差，即曲基本轨一侧轮对外径受力，轮轨接触点轮缘半径小，直基本轨一侧轮对正常受力，轮轨接触点轮缘半径大，从而导致列车向小轮径一侧偏移，产生水平加速度及人体感觉晃车。动检车检测的横向加速度方向及人体感觉晃车的方向均为先偏向曲基本轨一侧可证实这种推论。图9：轮轨接触过渡不良（轮径差）图10：动检车检测的横向加速度晃车过程分析轮轨接触受力过渡不良产生晃车后，由于列车偏向曲基本轨一侧运行，从晃车开始运行一小段距离后，直尖轨一侧轮缘会偏移至紧贴直尖轨内侧作用边运行，从而造成直尖轨侧磨。列车因为初始晃车的影响，会保持向曲基本轨一侧偏移的趋势以轮缘紧贴直尖轨作用边的方式向前运行。由于受高铁道岔尖轨轨距加宽及藏尖式结构影响，运行至尖轨尖位置时，内侧轮缘会与曲基本轨弯折点产生较大的冲击接触，曲基本轨轨顶光带内移，顶面内侧光带明显。受曲基本轨反作用力影响，列车会向直基本轨一侧偏移，从而产生与初始晃车相反的水平加速度和较强烈的人体感觉晃车。动检车检测的横向加速度波形图、人体感觉晃车的情况及现场钢轨光带情况均与分析一致，为一正一反连续两次横向加速度和人体感觉晃车。列车运行出道岔一段距离后，即恢复正常状态运行。图11：列车晃车运行轨迹模拟图12：直尖轨侧磨光带图13：曲基本轨弯折点处光带（内侧明显）尖轨高度不良引起晃车分析如前所述，黄渡线路所2#道岔直尖轨尖轨高度44#枕与43#枕尖轨高度相差1mm左右，形成“台阶”，而此处正好位于直尖轨、曲基本轨共同受力初始位置，由于直尖轨顶面本身存在“台阶”，列车运行至此处时由“台阶”高处过渡到低处，会产生瞬时的轮径差（参考图9），直尖轨一侧轮对外侧瞬间完全由曲基本轨受