1 引言

用于支撐列車運(yùn)行的軌道結(jié)構(gòu)因?yàn)殚L(zhǎng)期反復(fù)承受列車荷載，會(huì)產(chǎn)生變形或狀態(tài)惡化，需對(duì)其進(jìn)行適當(dāng)?shù)酿B(yǎng)護(hù)維修，才能確保列車安全運(yùn)行。

軌道結(jié)構(gòu)變形和狀態(tài)惡化的速度因軌道構(gòu)造不同而各異。由于變形和狀態(tài)惡化速度快的部位在修復(fù)之后仍容易變形和惡化，因此其需要更高的養(yǎng)護(hù)頻率。此外，受曲線半徑等線形條件以及通過(guò)車輛特性的影響，軌道結(jié)構(gòu)的安全裕度也不盡相同。為降低軌道結(jié)構(gòu)養(yǎng)護(hù)維修的成本，應(yīng)在確保列車安全運(yùn)行的前提下，盡量降低需養(yǎng)護(hù)部位的養(yǎng)護(hù)維修頻率。

本文將介紹軌道結(jié)構(gòu)常見(jiàn)的薄弱點(diǎn)及其特征，并提出相應(yīng)的檢測(cè)及養(yǎng)護(hù)維修措施，以期提高軌道結(jié)構(gòu)的安全性和養(yǎng)護(hù)維修效率。

2 軌道結(jié)構(gòu)薄弱點(diǎn)

軌道結(jié)構(gòu)的薄弱點(diǎn)分為安全上的薄弱點(diǎn)和養(yǎng)護(hù)上的薄弱點(diǎn)兩大類。其中，安全上的薄弱點(diǎn)是指軌道結(jié)構(gòu)的變形、損傷等危及列車運(yùn)行安全的病害和缺陷；而養(yǎng)護(hù)上的薄弱點(diǎn)是指修復(fù)之后會(huì)很快再次發(fā)生變形或狀態(tài)惡化的部位，即養(yǎng)護(hù)頻率高、維修時(shí)間長(zhǎng)的部位，如通過(guò)魚(yú)尾板連接的鋼軌間接縫處，此處列車運(yùn)行的沖擊力較大，道砟易粉化，易出現(xiàn)翻漿冒泥現(xiàn)象，從而導(dǎo)致軌道變形進(jìn)一步加大，需頻繁地對(duì)其進(jìn)行養(yǎng)護(hù)（圖1）。

圖1 發(fā)生翻漿冒泥現(xiàn)象的有砟軌道線路

消除這些薄弱點(diǎn)的方法是，準(zhǔn)確地找出安全上的薄弱點(diǎn)并優(yōu)先進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，對(duì)養(yǎng)護(hù)上的薄弱點(diǎn)進(jìn)行低成本的修補(bǔ)強(qiáng)化，以達(dá)到在確保安全性的同時(shí)降低養(yǎng)護(hù)維修成本的目的。

3 安全上薄弱點(diǎn)的檢測(cè)及養(yǎng)護(hù)維修措施

枕木狀態(tài)惡化是一種常見(jiàn)的安全上薄弱點(diǎn)，墊板連接部位因?yàn)檎砟靖g而失去功能（圖2），加上由于枕木腐蝕而產(chǎn)生的局部軌枕懸空，將導(dǎo)致軌道平面的扭曲（即三角坑）加大，使列車運(yùn)行安全性下降，這也是近年來(lái)造成列車脫軌事故的主要原因之一。

圖2 枕木腐蝕圖例

從外觀看尚無(wú)嚴(yán)重結(jié)構(gòu)變形的軌道線路在列車經(jīng)過(guò)時(shí)也可能發(fā)生動(dòng)態(tài)變形，這可以通過(guò)軌道檢測(cè)車進(jìn)行監(jiān)測(cè)，但由于軌道檢測(cè)車價(jià)格昂貴，因此在區(qū)域鐵路、支線鐵路等非干線線路上難以推廣使用。

為此，日本鐵道綜合技術(shù)研究所（以下簡(jiǎn)稱“鐵道綜研”）從常規(guī)軌道線路的5個(gè)檢測(cè)項(xiàng)目中，選出軌距和三角坑2個(gè)關(guān)鍵項(xiàng)目，開(kāi)發(fā)出低成本的軌道線路動(dòng)態(tài)變形檢測(cè)系統(tǒng)Track2er（圖3）。該系統(tǒng)可搭載在運(yùn)營(yíng)列車或工務(wù)機(jī)械車上，其傳感器單元可在車輛行駛時(shí)自動(dòng)采集數(shù)據(jù)，通過(guò)對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，可及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理優(yōu)先級(jí)較高的軌枕懸空問(wèn)題，從而提高線路的安全系數(shù)。

圖3 搭載在調(diào)車機(jī)車上的Track2 er

4 養(yǎng)護(hù)上薄弱點(diǎn)的檢測(cè)及養(yǎng)護(hù)維修措施

4.1 軌枕懸空

4.1.1 檢測(cè)

軌枕懸空是有砟軌道線路的常見(jiàn)病害（圖4）。其通常發(fā)生在列車通過(guò)時(shí)沖擊力較大、支撐結(jié)構(gòu)易發(fā)生變化、路基條件惡劣的地方，如接縫處、橋臺(tái)、鐵路道口前后，隨著這些地方材料的老化，軌道變形速率也會(huì)加快。軌枕懸空雖然不會(huì)立即導(dǎo)致線路安全性降低，但可能會(huì)在夏季導(dǎo)致線路發(fā)生顯著的軌向變形，甚至引發(fā)脹軌跑道，在隧道內(nèi)還可能造成鋼軌腐蝕。

圖4 軌枕懸空示意圖

可以使用5 m弦量測(cè)（沿鋼軌拉5 m長(zhǎng)的線作為弦，測(cè)量弦中心點(diǎn)到鋼軌內(nèi)側(cè)的距離）的正矢數(shù)據(jù)進(jìn)行懸空軌枕的檢測(cè)。

此外，鐵道綜研還開(kāi)發(fā)出結(jié)合軌道幾何形位變化的波形，利用自重分析，計(jì)算懸空軌枕數(shù)量和范圍的方法（圖5）。利用此方法可以對(duì)此病害進(jìn)行定量評(píng)價(jià)，有助于提高管理效率。

圖5 通過(guò)計(jì)算檢出懸空軌枕示例

4.1.2 養(yǎng)護(hù)維修

軌枕懸空處會(huì)發(fā)生道砟粉化現(xiàn)象，隨著路基泥土的混入，道床的排水性能會(huì)更加惡化，導(dǎo)致翻漿冒泥現(xiàn)象的發(fā)生。道床翻修、路基改良（即在軟弱路基段更換優(yōu)質(zhì)材料）等方法是解決上述問(wèn)題的有效措施，但由于其成本高昂，無(wú)法在支線鐵路上廣泛應(yīng)用。

為降低養(yǎng)護(hù)成本，鐵道綜研開(kāi)發(fā)了利用可生物降解聚合物使道砟穩(wěn)固的養(yǎng)護(hù)維修方法（圖6），即通過(guò)在粉化道砟中混入由催化劑和可生物降解聚合物組成的養(yǎng)護(hù)材料，以提高道砟強(qiáng)度，減少有砟軌道沉降。該方法的養(yǎng)護(hù)效果非常好，已在行業(yè)中得到廣泛應(yīng)用（圖7）。

圖6 可生物降解聚合物養(yǎng)護(hù)法施工現(xiàn)場(chǎng)

圖7 可生物降解聚合物養(yǎng)護(hù)法與原養(yǎng)護(hù)法效果比較圖

此外，鐵道綜研還開(kāi)發(fā)了可防止產(chǎn)生軌枕懸空的軌枕懸空自動(dòng)矯正裝置（即鋼軌高度保持器），目前正在日本國(guó)內(nèi)推廣（圖8）。在橋臺(tái)及鐵路道口前后，線路結(jié)構(gòu)的變化會(huì)導(dǎo)致軌道的局部沉降，而該裝置可根據(jù)道砟沉降的情況將鋼軌保持在一定高度范圍內(nèi)，從而維持軌道線路的穩(wěn)定性。

圖8 軌枕懸空自動(dòng)矯正裝置

4.2 列車荷載對(duì)鋼軌的沖擊

在鋼軌接縫處，鋼軌端部由于受到車輪的反復(fù)撞擊而產(chǎn)生變形，局部下陷。這將導(dǎo)致列車通過(guò)時(shí)的沖擊力進(jìn)一步增大，從而加速道砟的粉化及軌道幾何形位變化。為解決上述問(wèn)題、有效減小列車荷載對(duì)鋼軌的沖擊力，可采用增加鋼軌端部曲率，以及打磨鋼軌使其頂面平順光滑的方法。

通過(guò)長(zhǎng)軌化去除接縫是解決接縫處病害的根本方法，但對(duì)于以木枕為主的區(qū)域鐵路、支線鐵路等，其道床橫向阻力不足以保證軌道的橫向穩(wěn)定性。為此，鐵道綜研提出通過(guò)在混入砂土的道砟中加入水泥來(lái)增大道床橫向阻力的方法，該方法可在降低成本的同時(shí)，確保長(zhǎng)鋼軌軌道的橫向穩(wěn)定性（圖9）。

圖9 低成本長(zhǎng)鋼軌軌道

在長(zhǎng)鋼軌兩端，通常將相互連接的鋼軌加工出類似尖岔的斜面并拼接構(gòu)成伸縮縫，用于抵消由于溫度變化引起的鋼軌伸縮。目前，鐵道綜研已開(kāi)發(fā)出價(jià)格更加低廉的、用于通過(guò)能力較小線路的有縫伸縮縫結(jié)構(gòu)（圖10），正在進(jìn)行鋪設(shè)試驗(yàn)。其具體使用方式是，將普通的短鋼軌以無(wú)軌縫的方式連接為長(zhǎng)約100 m的長(zhǎng)鋼軌，在相鄰長(zhǎng)鋼軌的兩端設(shè)置此裝置，以減少需要養(yǎng)護(hù)的接縫數(shù)量。

圖10 有縫伸縮縫結(jié)構(gòu)

4.3 鋼軌波狀磨耗及腐蝕

在鋼軌的養(yǎng)護(hù)管理中，波狀磨耗的修復(fù)是最耗費(fèi)人工的項(xiàng)目之一。波狀磨耗會(huì)增加鋼軌的振動(dòng)及噪聲，因此需要定期對(duì)鋼軌進(jìn)行打磨。

在養(yǎng)護(hù)易腐蝕環(huán)境下的鋼軌時(shí)，由于難以對(duì)鋼軌腐蝕的程度進(jìn)行評(píng)價(jià)，因此需要頻繁地進(jìn)行鋼軌更換。為降低養(yǎng)護(hù)成本，養(yǎng)護(hù)人員采用超聲波探傷的方法判斷鋼軌腐蝕程度，以確定其是否需要更換。

目前，鐵道綜研正在開(kāi)發(fā)防止鋼軌腐蝕的方法（圖 11）。該方法可預(yù)防鋼軌連接裝置摩擦所導(dǎo)致的防腐蝕涂膜損傷，提高鋼軌的耐久性。

圖11 鋼軌防腐蝕法