重载铁路

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重载铁路（精选十篇）

重载铁路 篇1

2013年2月4日—6日,作者随中国南车集团代表团赴印度参加国际铁路重载协会第10次会议。会议期间,作者通过与印度铁路方面的沟通交流,多方搜集印度铁路方面的技术资料,基本了解了印度铁路重载运输的现状与发展方向,对我国铁路重载运输的发展具有一定的参考借鉴作用。

2 印度铁路的现状

2.1 印度铁路路网及设施

印度铁路现有里程总长64 600 km,其中,宽轨(1 676 mm)长度56 000 km,占铁路总里程的87%。宽轨铁路中,双线或多线铁路19 368 km,占宽轨铁路35%。电气化铁路总长20 275 km,占铁路总里程的31%(图1)。

印度铁路共有机车9 500台,其中,电力机车4 300台,内燃机车5 200台。货车保有量为250 000辆。全路有2个机车制造厂、2个轮轴厂及1个机车检修厂。

印度铁路共有职工133万人。

2.2 印度铁路货物运输情况

印度铁路的基本特征与我国非常类似,主要是高强度、高密度的客、货共线运输,以客运优先,货运主要是运行在客运间隙。铁路客货运输比例为客车64%、货车36%。每天开行10 000多列旅客列车和4 000多列货物列车。

2011年—2012年间,印度铁路实际运输量为:货物装载发送量9.69亿t,货物运输量6 676亿t·km;旅客发送量82.24亿人次,旅客运输量10 470亿人·km。

印度铁路中有6条线路(如图1所示的黄金四边形+对角线)运输能力超饱和,能力利用率达到了115%～150%,在印度被称为高密度运输走廊,类似于我国铁路的京沪、京广、陇海等线。这6条线路只占印度整个铁路的16%,却承担了52%的客运和58%的货运,营业收入占印度全路的55%。

印度铁路中的电气化铁路作用巨大,仅占总铁路31%却完成了整个铁路运输量的64%。

印度铁路承担了全国货物运输总量(t·km)的。铁路运送的货物占印度全国货物的比例分别为:煤炭占70%、肥料占81%、矿石占56%、水泥占46%、石油占22%、集装箱占20%、食品占18%。

印度铁路运输货物种类主要是以大宗货物为主,其货物种类及各自的比例见表1。

2.3 印度铁路重载、长大货物列车的发展

为提高铁路运输能力,印度铁路一直在努力开展重载运输,货车轴重及牵引总重一直在逐步提高。通用线上,货车轴重由20.82 t提高到了22.82 t,每车增加8 t,一列车增加500t(载重量增加15%)。除通用线路外,印度还有6条矿石专用线,其货车轴重提高到了25 t,列车采用59辆编组,单机牵引总重达到了6 000 t。印度铁路现在每天开行30列长大重载列车,采用1+1牵引模式,列车总重达到了10 800 t。

为提高集装箱运输能力,降低运输成本,印度铁路从2006年5月起开行了双层集装箱列车。

2.4 印度铁路双层集装箱运输的特点

当前,印度铁路在集装箱运输市场所占份额大约是20%,比我国铁路不到1%的比例要高很多。现在铁路每天需要开行的列车数量为182列,如果铁路市场份额达到50%,则铁路每天需开行的列车数量将达305列,当前线路限制通过能力难以满足。

为提高集装箱运输能力,印度铁路在非电气化区段开行双层集装箱列车。由于印度铁路主要是由宽轨(1 676 mm)来连接主要港口和内腹主要城市、主要铁路车站,宽轨与标准轨距(1 435 mm)相比,车辆运行时更加稳定。因此,印度铁路改变了北美铁路和世界其他国家铁路所采用的凹底车方式,探索用平车来开行双层集装箱车。

印度铁路共花费了300万美元对线路进行检测及改造,于2006年5月开行了第一列双层集装箱列车。双层集装箱列车满足2个40 ft集装箱叠装后的高度(图2)。

3 印度铁路今后5年的重载运输发展规划

为加快国家经济的发展,印度铁路制定了一个庞大的发展计划。与我国发展高速铁路不同,印度铁路选择了新建货运专线,在繁忙干线上分离货运和客运来实现客货分线,在货运专线上发展铁路重载运输。

3.1 运输量

印度铁路预计,2016年—2017年间,货物装载发送量149.05亿t,货物运输量9 270亿t·km;旅客发送量117.11亿人次,旅客运输量17 600亿人·km。

3.2 铁路网

经评估后的7 000 km既有铁路在2016年—2017年前将轴重提高到25 t。

修建东部和西部的货运专用运输通道,总长约3 300 km。修建新线4 000 km,单线改复线7 653 km,轨距加宽改造5 500 km,铁路电气化6 500 km。

既有铁路进一步提高列车运行速度,发展旅客列车高速运输通道。

3.3 机车车辆

今后5年,印度铁路新增货车105 000辆、客车24 000辆、电力机车2 000台、内燃机车2 000台。

发展大功率机车,研发6 000 hp内燃机车,9 000hp、12 000 hp的电力机车。采用机车分散牵引控制系统。新建电力机车工厂和内燃机车工厂。

发展大轴重货车。既有线以25 t轴重货车为主,货运专线的最大轴重为32.5 t。大轴重货车采用低动力转向架,减少对线路的损害。减轻自重、提高载重、降低车辆自重系数。

4 印度铁路货运专线的规划

重载运输首先是在印度专用矿石铁路上实现的,并已证明了其巨大的价值。但受轴重的限制和安全原因,印度铁路无法将重载运输推广到客货混合运行的既有线上。因此,从2005年开始,印度铁路政府部门就构思建设货运专用运输通道、在繁忙干线上分离货运和客运的政策,提高铁路运输能力,特别是货运能力,改善铁路货运的声誉,并进一步降低货运成本、增加铁路在货运市场的份额。

在建设货运专线的同时,在货运专线沿线布置若干个工业区域,用货运专线联系起工业区,来实现国家的工业化。

在货运专线建设投资上,采用印度政府主导、公私合营的模式,广泛吸引社会资金和国外贷款。

规划的货运专用运输通道共有6条,由黄金四边形+对角线构成,总长约10 000 km(图3)。先期建设2条,一条是东部的货运专用运输通道,全长1 839 km,连接Dankuni和卢迪亚纳;另一条是西部货运专用运输通道,全长1 499 km,连接达德里和Jnpt。后期再建设4条货运专用运输通道,第1条:东-西通道(Kolkata—孟买);第2条:北-南通道(德里—Chennai);第3条:东部沿海通道(克勒格布尔—维杰亚瓦达);第4条:南部通道(Chennai—果阿)。

东、西部货运专用运输通道主要技术标准如下:

双线电气化铁路,线网电压2×25 k V;

列车最高速度:100 km/h;

轴重:先期为25 t,后期再提高到32.5 t,桥梁及线下结构满足32.5 t轴重的要求;

每延米重:由7.9 t/m增加到12 t/m;

机车车辆限界宽度:由原3 200 mm增加到3 660mm;

限界高度:西部的货运专用运输通道要适应双层集装箱运输,接触网高度7 540 mm;东部的货运专用运输通道不考虑双层集装箱车运输,接触网高度5 300mm。

列车编组长度为1 500 m,列车牵引总重达到12 000 t～13 000 t,采用双机牵引模式。

5 中印两国发展铁路重载运输的分析对比

(1)印度铁路选择新建货运专线来发展重载运输,用重载运输来促进国家的工业化发展,将重载运输的作用由提高运输能力、降低运输成本方面,提高到了促进国家工业化的高度。发展了重载运输理论,对发展重载运输具有强大的推动作用。

我国铁路采用的是新建客运专线来发展高速铁路,用高速铁路来促进国家的城镇化和释放既有线的货运能力,在既有线上发展重载运输。中印两国发展重载运输的途径不同,但都是世界上发展重载运输的典范,对重载运输的发展具有重要的指导意义。

(2)印度铁路在发展重载运输时,不仅提高车辆轴重和每延米重,同时还扩大了铁路限界。铁路限界是提高轴重和每延米重的基础,铁路限界的扩大,可充分发挥重载运输的作用。

我国新建铁路仍沿用过去的铁路限界,在一定程度上限制了重载运输的发展。

(3)印度铁路在发展双层集装箱运输时,改变了我国及北美铁路所采用的凹底车方式,在宽轨线路上用平车来开行双层集装箱运输,消除了凹底车两端的装载无效长度,集装箱的运输能力可提高100%,发展了双层集装箱运输的新方式。

我国及北美铁路受准轨条件所限,采用凹底车来运输双层集装箱,集装箱运输能力提高约30%。

6 印度铁路对我国铁路发展重载运输的启示

重载铁路的研究进展 篇2

1．什么是重载铁路运输？

铁路重载运输定义：用于运载大宗散货的总重大、轴重大的列车、货车行驶或行车密度和运量特大的铁路。运输量5000t以上，总重1～2万吨，轴重25t以上，年运量2亿吨以上。重载铁路是一种效率甚高的运输方式。重载列车需着重研究的问题是运行管理、轨道的适应性，以及大宗散货的装卸等。

重载运输开始于 20世纪60年代开始，美、加、俄、巴西、南非、澳大利亚领先，美国运煤列车长6500m，重44000t，500车辆、6台机车；南非矿石列车，长7200m，重71600m，660车辆；俄国重载列车长6500m，重43000t，400车辆，4台机车；澳大利亚2001年6月创新的世界记录，列车长7353m，总重99734t，682车辆，8台机车；我国第一条重载铁路大秦铁路，2002年实现1亿吨年运量设计能力，2004年实现1.5亿吨年运量，2005年实现2亿吨年运量，2006年实现2.5亿吨年运量，2007年实现3亿吨年运量，3亿吨创国际年运量最高记录。未来目标40000 t。

2．重载铁路运输方式

重载列车种类：单元式、整列式、合并式。

单元式重载列车是把大功率机车双机或多机与一定编成辆数的同类专用货车固定组成一个运输“单元”（unit），并以此作为运营计费的单位。单元式重载列车特点：固定机车车辆编组，固定发站和到站，固定运行线路，运送单一品种的货物列车。它在装卸站间往返循环运行，中间无改编作业。（大秦铁路）

组合式重载列车是由两列及其以上同方向运行的普通货物列车首尾相接、合并组成的列车。机车分别挂于各自的物货列车首部，由最前方货物列车的机车担任本务机车，运行至前方某一技术站或终到站后，分解为普通货物列车。

整列式重载列车是由挂于列车头部的大功率单机或双机牵引，采用普通货物列车的作业组织方法，牵引重量达到5 000 t及其以上的列车。

1）单元重载列车是加速货物送达和机车车辆周转的有效运输组织形式。在货源充足、品类单

一、产销关系稳定的大宗散堆装货物(如煤炭、矿石、粮食等)，可组织开行装卸车地之间的单元式重截列车。但是，这种重载运输方式要求装、运、卸各环节技术设备协调配套，装车采用不停车作业方法，设置装车环形线及高效率装车设备，卸车地采用不摘钩卸车作业方法，设置卸车环形线及高效率卸车设备(翻车机、车底开门车辆等)。

2）整列式重载列车是既有繁忙干线发展重载远输的主要形式．适量延长全线一部分既有车站到发线的有效长，采用大功率机车牵引。能大幅度地提高铁路输送能力。可在车流集中地，组织开行装卸本地之间，技术作业站之间的整列式重载列车。

3）合并式重载列车对设备要求简单，具有一定的扩能效果，做为辅助手段，发挥可分可合灵活机动特点。

3．世界铁路重载运输发展过程

世界各国重载铁路借助于采用高新技术，促使重载列车牵引重量不断增加。2001年6月21日澳大利亚西部的BHP铁矿集团公司在纽曼山—海德兰重载铁路上创造了重载列车牵引总重99734t的世界纪录。2004年巴西CVRD铁矿集团经营的卡拉齐重载铁路上，开行重载列车的平均牵引重量已达39000t。南非Orex铁矿重载线是窄轨铁路(1067mm轨距)，开行重载列车的平均牵引重量为25920t。美国最大的一级铁路公司联合太平洋铁路(UP)经营的铁路里程为54000km，其所有列车的平均牵引重量已达14900t，一般重载列车的牵引重量普遍达到2～3万t，其复线年货运量在2亿t以上。

2005年国际重载运输协会(IHHA)的巴西年会上已对重载运输的定义作了新的修订：重载列车牵引重量至少达到8000t(以前为5000t)；轴重(或计划轴重)为27t及以上(以前为25t)；在至少150k上年运量m线路区段超过4000万t(以前为2000万t)。

而随着重载运输推广范围日益扩大，欧洲已在客货混运干线上开行重载列车。

重载运输技术在越来越多的国家推广应用。不仅在幅员辽阔的大陆性国家(如美国、加拿大、澳大利亚、南非等国)重载铁路上大量开行重载列车，而目前在欧洲传统以客运为主的客货混运干线铁路上也开始开行重载列车。德国铁路从2003年开始在客货混运的既有线路(如汉堡—萨尔兹特)上开行轴重25t、牵引重量6000t的重载列车，最高运行速度80km/h(重车)，同时开行200～250km/h速度的旅客列车。2005年9月开始，法国南部铁路正式开行25t轴重的运送石材的重载列车。芬兰铁路正在研究开行30t轴重的重载列车。欧盟经过研究认为，欧洲铁路客运非常发达，每年运送90亿人次、6000亿人公里。但欧洲铁路货运同样也很繁忙，货运量占全世界铁路货运总量的30%，而且每年还以4.4～7.5%的速度增加。欧洲铁路的货运量中有30%重载运输潜力。2001年以欧洲铁路为主体的国际铁路联盟(UIC)以团体名义加入国际重载运输协会(IHHA)、成为团体理事成员。由此可见欧洲铁路发展重载运输的战略已定局。

美国也已在高速既有铁路东北走廊上开行30t轴重重载列车。2003年美国在东北走廊高速铁路的巴尔的摩和Rerryville间不仅开行240km/h的Acela高速列车，还同时开行轴重为30t、平均速度为80km/h的重载列车。Acela高速列车的动力车轴重为25.5t，高速客车轴重为15.9t。这是世界既有线高速铁路同时开行重载货物列车轴重最大的一条铁路，其年货运量达3700万t，年客运量2650万人，每天开行122列客货列车。

4．我国重载铁路运输发展过程

我国重载铁路运输的发展经历了三个阶段，采取了三种相应的重载运输模式。

第一阶段自1985至1993年，通过旧线改造，发展组合式重载列车。在一系列试验的基础上，北京铁路局于1985年3月正式开行了大同—秦皇岛的组合式重载列车，列车总至7400t，双机牵引。采用了高摩合成闸瓦、103型制功阀、滚动轴承及13号车钩等多项新技术。

为了扩大重载列车的开行范围，并能普遍推广组合式重载列车，发展了“非固定”式的重载组合列车，即不受车底、车型、车钩及缓冲器的限制。沈阳、北京、济南、郑州及上海等铁路局先后组织开行了组合列车，有效地缓解了运输能力紧张的局面，同时也暴露了技术滞后，并且不配套等问题。

第二阶段自1990年至1992年，大秦铁路的建成开通后，进行了大量的单项试验、综合试验及开行试验，并于1992年分别正式开行／单机牵引6000t、双机牵引10000t的单元式重载列车，采用120型制动机、高强度旋转式车钩及大容量缓冲器等多项新技术，车辆轴重为2lt。

第三阶段为1992年以后。对沿海繁忙干线进行技术改造，开行整列式重载列车，牵引重量为5000t及其以上。整列式重载列车的运输织方式与普通列车基本相同，机车挂于列车头部，列车的运行、到达、装卸和机车的换挂都采用通常的办法，但在列车编组时要对旧型车辆进行限制，列车的操纵也有严格要求。这种重载列车模式对繁忙干线的扩能具有普遍意义。

2007年实现3亿吨年运量，车辆轴重25吨，延米重量7吨，单车最重达20000吨，每天开行49对列车。

5.世界铁路重载运输技术的最新进展

5.1 重载机车新技术

为了适应重载运输，对铁路的固定设施和移动设备必须进行一定的技术改造，其中作为载运工具的铁路车辆应具备一些特殊的结构性能，主要表现在下面几个方面：大吨位、低自重系数、大延米荷载、低重心高度、便于迅速装卸、减少纵向冲动、加强纵向力的承受能力、低动力作用转向架。

5.1.1 采用IGBT、IPM大功率变流器的交流传动技术

20世纪70年代末欧洲开始发展交流传动技术，至20世纪90年代，大功率交流传动内、电机车已成为世界重载牵引动力的发展趋势。美国铁路已拥有4000多台重载交流传动内燃机车，GM-EMD公司生产了SD70Ace、SD90MAC、GT46MAC、DE30AC/DM30AC等型交流传动内燃机车，GE公司生产了ES44AC、AC6000CW、AC4400CW等型交流传动内燃机车，已在美国，加拿大，澳大利亚，巴西等国重载铁路批量投入运营。GE公司制造的AC6000型机车主发电机输出功率达6000马力，持续牵引力达738kN，超动牵引力800kN，粘着系数利用值可达0.37以上。德国西门子公司为欧洲制造的BR186型及BR189型重载交流传动电力机车、轴功率已达1400kW、在欧洲批量投入运营。最近西门子公司为满足中国重载运输牵引动力需求而设计的DJ4型交流传动电力机车，轴功率已达1600kW。

重载机车交流传动采用的新技术包括：

(1)三相交流异步电机轻量化。电机单位重量功率已达0.81kW/kg，甚至可达1kw/kg，机车单位重量功率可接近75kW/t。

(2)IGBT(IPM)大功率牵引变流器的采用。同等容量的IGBT变流器的体积和重量比GTO变流器减少1/3～1/2，IGBT具有驱动简单、保护容易、不用缓冲电路、开关速度高等优点，目前BR185.2型电力机车、SD70MAce、ES44AC型内燃机车均批量采用IGBT变流器。

(3)采用基于网络(现场总线)的控制系统。其特征是：采用基于网络通信的控制，通信协议大多采用TCN国际标准，用模块化、通用化、分布式将主变控制、辅变控制和微机网络控制统一在一个平台上，并具有智能化故障诊断功能。

5.1.2 径向转向架技术

大功率交流传动内燃机车和电力机车采用径向转向架成为国际重载机车发展趋势，尤其在美国、加拿大、澳大利亚等国的大轴重的重载线路上，径向转向架技术越来越成熟。GE、GM-EMD等大公司生产的机车基本均采用径向转向架。我国主要机车制造厂如大连、戚墅堰、紫阳等工厂均开始小批量生产带径向转向架的重载机车。

据美国GM-EMD公司的HTCR径向转向架长期运营数据表明，径向转向架减少轮对与轨道间的冲角，比传统的转向架的轮轨冲角减少75%，有效地降低轮轨间横向作用力，减少轮轨磨耗及阻力，提高运行稳定性；机车车轮寿命延长10%，在0.35粘着系数利用值条件下，转向架的轴重转移从35%减少到10%。5.1.3 重载列车网络控制技术

随着重载运输发展，新型重载机车越来越多采用先进的列车网络控制系统，借助于网络传递重联控制信息，逻辑顺序控制信息及牵引、制动和速度控制信息。而重载列车中各车辆或部件的工作状态也需要通过网络传送到主控机车上以用于状态监视和故障诊断。实际运用表明基于计算机网络的列车控制与故障检测技术的运用，不仅可以提高重载列车系统的集成度、可靠性和可维修性，而且可以节省列车连线，减轻列车重量。

重载列车网络控制系统在国际上主要有两种发展模式，一种是欧洲模式，其列车通信网络速度较高，实时性较强，具有代表性的是TCN网络，已形成ICE61375列车通信网络的国际标准。一种是北美模式，可以分为有线列车通信网络和无线列车通信网络2种。有线车载网络基于LonWorks现场总线，基础标准是IEEE1473列车通信网络协议。主要供应商有Webtec和NYAB公司；无线车载网络供应商主要是GE公司。5.1.4 重载内燃机车柴油机节油技术

先进的重载内燃机车上均采用柴油机泵管嘴式电子控制喷射系统，对降低柴油机燃油消耗和排放有良好的效果。如美国GM-EMD公司的16-854H型柴油机燃油消耗率199.5g/kWh、美国GE公司GEVO12柴油机为198g/kWh、美国Cat公司Cat3616柴油机为198g/kWh，而我国批量生产的柴油机没有安装电子控制喷射系统，燃油消耗率一般在208～204g/kWh之间。美国对重载内燃机车进行过统计，在1980年未装电子控制喷射系统时，内燃机车1加仑燃油平均产出325英里吨，而目前安装了电子控制喷射系统，内燃机车1加仓燃油平均可产出405英里吨，提高了72%。

5.1.5 重载机车故障遥测监控技术

2001年美国GM-EMD公司为重载机车开发了IntelliTrain机车故障遥测监控系统，采用这套新型的无线遥测遥控系统，可以对每一台机车实施全寿命服务，大大提高了机车使用率，降低全寿命周期成本。2003年IntelliTrain系统正式投入使用，安装了这一系统的机车不论在何处出现了故障，机车上的传感装置能自动检测故障并通过无线通信系统将故障情况、机车车号等信息直接发送到服务中心。服务中心立即通知就近的维修工程师携带备件去机车现场更换备件并检测性能。在消除故障后IntelliTrain系统发出信息告之服务中心，机车已能正常投入使用。根据2年多使用经验，这套系统已能发现机车80%的潜在运行故障，比预期的修理期提早7～21天发现故障，延长了机车使用周期。所有故障中50%是在乘务人员从未报告过的情况下发现，2年多来机车的总故障率已下降70%。

5.1.6 重载机车无线遥控操纵系统(Locotrol)

1959年美国GE-Harris公司首先研发成功Locotrol系统，当时全部装备要用一辆平车才能装下，通过40多年的不断改进，现在已经发展到第4代，采用无线通讯闭环控制方式在前后部机车间传输命令及反馈信息。现在世界各国采用Locotrol系统共有5600套，目前我国大秦线开行2万t重载列车，在机车上均采用Locotrol系统。

Locotrol系统的基本工作方式是前部机车通过GSM-R系统，向中、后部机车发布同步牵引和制动命令，实现前、中、后部机车的牵引及动力制动同步操纵及空气制动系统同步制动与缓解。同时采用制动管压力自动检测，可以对系统的无线通讯状态进行监控。

采用Locotrol系统的优点是：有效减轻重载列车的牵引车钩力；在弯道上减少列车阻力，减轻轮轨磨耗，降低燃油成本5～6%；中、后部机车同步参与了全列车的列车管排风与充风，加快了列车的充排风速度，提高制动波传播速度，有利于减轻列车制动纵向力作用，减少断钩的危险。

5.2 重载车辆新技术

5.2.1 提高轴重，最高轴重已达39t

美国通过1988～1995年在普韦布洛FAST环线上进行35.4t轴重的重载列车与线路相互作用运行试验，累计运量达10亿t，对开行35.4t轴重的重载列车安全性和经济性进行了研究，重点对制约增加轴重的主要因素，如桥梁、钢轨、道碴、路基、焊接接头等进行详细的检测，试验结果表明在北美开行35.4t轴重是可行的、安全的。目前美、加、澳已普遍采用35.4t轴重，巴西、瑞典已采用30t轴重，南非、澳大利亚昆士兰铁路均是窄轨，已采用28t(旧车26t)轴重。俄罗斯重载列车轴重提高到27t。欧洲铁路重载列车也已向25t轴重迈进。目前美国正在普韦布洛FAST环线上进行39t轴重的安全性运行试验，累计通过运量已达12.5亿t。

5.2.2 采用新型转向架及悬挂系统

美国对重载车辆的三大件转向架进行了改进并研制各种新型转向架悬挂系统，1999～2001年已试验了四种具有新型悬挂系统的转向架，并在FAST环形线上进行了3年多的性能试验，取得良好的结果。这些新型转向架在35.4t轴重下，与30t轴重的三大件转向架相比，曲线区段的横向力降低50%，直线区段阻力降低15%，曲线区段阻力降低50%，点头、沉浮加速度小于1.0g，最高运行速度可达100km/h。加拿大研究试验一种可控制型转向架，也取得较好的效果。美国TTCI通过试验旁承承载方式可以提高重载货车的高速稳定性，减少蛇行、空车爬轨倾向，提高货车运行速度24～32km/h。

5.2.3 采用铝合金或不锈钢车体降低空重比

降低车辆自重可以增加载重，同时节约能源，提高效益，美国重载货车中90%采用了铝合金车体，其成本仅比钢车体增加1/3，但使用寿命大大延长，而且提高了载重量，取得很好的经济效益。

5.2.4 采用双层集装箱车辆

北美、澳大利亚等重载国家广泛开展双层集装箱运输，其在铁路公司运输收入的比重中日益增长，现在双层集装箱重载列车已占重载列车总数1/4左右，双层集装箱平车发展很快，成为重载车辆中的新品种。

5.2.5 改进车轮材质、提高车轮耐剥离性能

重载车辆在运用中最突出的问题是车轮踏面剥离严重。由于轮轨接触应力的增加，车轮制动热负荷上升，引起车轮剥离失效。美国TTCI正在系统研究轨顶润滑，钢轨打磨，监测轮轨间动力作用，改进转向架附件及维修，心盘涂油润滑等方法降低轮轨间应力，但关键问题是要提高车轮材质的抗剥离性。为此美国已研制成功一种新合金材质的车轮，与传统车轮相比，相同运量条件下车轮踏面上的剥离长度可减少59%，深度可减少43%。

5.2.6 高强度旋转车钩及大容量高性能缓冲器

开行重载列车最大隐患是由于列车纵向力过大发生断钩脱轨事故，这种事故占美国重载列车全部事故总数的90%左右，因此提高车钩强度及缓冲器的容量特性是保证重载列车安全的重要措施。目前美国AAR标准规定的E级车钩，破坏强度可达9342kN，Mark50型缓冲器，容量达53.8KJ，行程可达83mm，能量吸收率达90%。

5.2.7 车辆高效装卸装备

研究高效率的漏斗装煤设备及其他装煤设备(如底开门煤车的传送带装煤机)等是保证重载列车均衡装煤，缩短装卸周期的重要设备，目前世界各国1万t重载列车装煤时间普遍在40分～1小时之间，翻车机卸煤设备可以三车、四车同时翻转、不摘钩作业，1万吨煤在1小时内能全部卸完。

5.3 重载列车制动新技术—ECP 5.3.1 ECP(电控空气制动系统)对重载列车的重要性

20世纪末超过1万t的重载列车存在的最大隐患是：由于空气制动波速无法超过300m/s，重载列车在常用、紧急制动时经常发生前后制动力不一致，造成断钩、脱轨事故；重载列车在长大下坡道上由于没有阶段缓解作用，再充气时间过长，容易造成列车失控、对安全产生严重威胁。

1995年美国首先研究ECP技术，1997年开始在美国，加拿大装车试验取得成功，1999年美国AAR开始制订ECP规范标准。目前ECP已在美国、加拿大、澳大利亚、南非等国1万t以上重载列车上批量装车运用达数万辆。

5.3.2 ECP的功能、优点

ECP主控机车通过网络直接控制列车中各辆车的副风缸向制动缸充风制动或制动缸排风缓解，空气是制动力产生来源，但空气不作为控制指令传递的介质，达到整列车的车辆同时响应制动、缓解信息，具有严格的同步性。同时还具有阶段制动和阶段缓解性能，利用贯通全列车的电缆可同时实现机车动力分散牵引控制(即Locotrol)。

各国采用ECP系统后，取得良好的效果：平均车钩力降低25%，断钩事故基本消灭，消除制动工况下脱轨的危险；制动距离可缩短50～70%；消除意外紧急制动现象；车辆平均周转时间至少缩短9%；压力空气消耗降低，节能23%；车辆维修费用降低，车轮磨耗减少7%，闸瓦磨耗减少27%；车轮踏面剥离大大减轻；车体疲劳载荷降低。5.3.3 ECP技术发展前景

国际铁路权威人士对其评价是：“ECP是威斯汀豪斯发明自动制动机后的100多年来货车制动系统的最大改革”，“ECP取代货车传统制动系统的意义就像内燃机车取代蒸汽机车一样”。美国AAR2006年已宣布将全力推广ECP系统。

5.4 重载线路养护维修新技术

5.4.1 采用多品种专业化的大型养路机械

重载线路的养护维修是保证重载列车安全运行的基础，重载发达国家均以大型养路机械来保证重载线路达到技术标准，采用多元化、多品种、专业化的大型机械配套覆盖全部修程。各种大型养路机械由于采用了全新的技术与工艺，达到更高的效率和性能，包括捣固车，道碴清筛车，线路稳定车，边坡整形车，道岔捣固车，线路大修列车等等。普拉查公司最新型的09-3X型连续走行式三枕捣固车集连续捣固，轨道稳定，道床整形三种功能于一身，作业速度达到2200km/h，比双枕捣固车效率提高47%。RM900型道碴清筛车具有1000m3/h的道碴处理能力，比RM80型效率提高54%，一年可铺碴35万m3，60万t。

5.4.2 钢轨断面形状的控制及钢轨打磨技术

预防性钢轨打磨技术已经成为线路养护技术的重要组成部份。美国诺福克铁路公司(NS)2002年试验表明，采用预防性打磨比修理性打磨，钢轨年伤损率降低65%。澳大利亚采用了预防性钢轨打磨技术，半径小于450m的曲线区段，每通过8MGT总重打磨一次，半径大于4000m的直线区段，每通过30MGT总重打磨一次，合理费用是每公里打磨支出10000澳元，而钢轨寿命延长50%～58%。巴西MRS铁路采用了预防性循环打磨技术，在1674km线路上，节油3%，钢轨寿命延长一倍，断轨率降低45%。南非对道岔采用定期预防性打磨，改善了道岔接触应力状态，打磨前接触应力为3300MPa，横向力达43862N，打磨后接触应力降至2376MPa，横向力为42545N。

5.4.3 用轨顶润滑技术降低轮轨接触应力和横向力

加拿大QCM铁路公司有418.4km线路是曲线，其开行的铁矿石重载列车经常在曲线区段发生脱轨事故，2003年7月就发生28辆车严重脱轨的事故。此后采用轨顶润滑的技术，没有再发生曲线脱轨事故。美国采用两种轨顶润滑方式，通过试验，采用道旁润滑装置，每1000辆喷油0.35升，轮轨横向力下降32～38%。采用机车润滑装置，2003年7月没有润滑时，轮轨横向力为90kN，2003年9月采用一个喷嘴润滑后，轮轨横向力降至60kN，2003年12月采用5个喷嘴润滑，轮轨横向力降至40kN。加拿大CP铁路采用轨顶润滑管理5年，曲线区段钢轨磨耗下降43～58%，轮轨横向力降低40～45%，并节省燃油1～3%。

5.5 采用新型重载轨道结构 5.5.1 新型轨道结构

美国、加拿大、澳大利亚、南非等国家在重载线路上均采用无缝线路，提高重载列车运行平稳性，减少对线路的动力作用。一系列新型轨道结构，包括无碴轨道，梯形轨道都在美国普韦布洛环线上进行大运量试验，考核其安全性及可靠性，以利于在重载线路上推广采用。5.5.2 采用可动心轨道岔及其他新型道岔

美国、加拿大、南非、澳大利亚、巴西等国家在重载线路上正在普及采用可动心轨道岔及新型菱形辙叉，有利于减少线路道岔区间的动力作用，提高可靠性。据美国2004年试验证明，新型的菱形辙叉替代旧有的辙叉，使重载列车对线路的动载荷系数从3.0降至1.3，全美国由于采用新型菱形辙叉，节省维修费用1亿美元。各种新型缓冲式轨下垫板正在普韦布洛环行线上进行试验比较。

5.5.3 研究开发耐磨、防表面裂纹、防轨内裂纹的新型钢轨

美国已经针对重载线路最经常现的钢轨表面裂纹，轨内裂纹故障进行大量的研究试验，目前已经开发一种新型HE型钢轨(Hyper Eutectold)，具有耐磨，抗表面裂纹及轨内裂纹生成的特殊性能。在现场试铺证明，这种钢轨在曲线地段比普通的钢轨耐磨性提高38%。俄罗斯研究的巴氏钢轨也取得较好的结果。其主经指标Rm=1600N/m2，Rp0.2=1270N/m2，Kcu20=0.35～0.40MJ/m2，Kcu-60=0.26～0.30MJ/m2。

5.5.4 采用铝热焊新技术

无缝钢轨的焊接接头是重载线路的薄弱环节，经常发生焊接接头断裂事故。法国已研发一套新型的铝热焊技术装备，保证接头部分的材质强度比钢轨母体还好。

5.6 安全监测技术

5.6.1 集成型路旁安全监测系统

美国已研发的路旁安全监测系统包括：路旁轴承声学探测系统(ABD)、转向架性能监测系统(TPD)，车轮扁疤检测系统(SWD)，车轮冲击载荷测试系统(WILD)，车轮外形监测系统(WPD)，车轮温度测试系统(WTD)，红外轴承温度探测系统(HBD)。路旁轴承声学探测系统采用拾音器采集通过列车的噪声，应用高频共振原理，分辨出轴承的工作状态。这种装置已有90%正确判别率，可有效防止轴承故障。我国大秦线及繁忙干线已引进美国的这套系统。集成型路旁安全监测系统用远程信息服务系统进行管理。

5.6.2 先进的轨检车及钢轨探伤车

美国、加拿大、澳大利亚、巴西、南非等国均采用了先进的轨检车技术，应用惯性制导系统，矢量化计算方法，自行标定与自检，对轨道的各种几何形状参量，线路不平顺及钢轨断面磨耗进行检测，提高重载路网的安全性和使用效率。钢轨探伤车在超声波探伤工作原理基础上，又开发了探伤速度更高的新技术，美国已研制了新型低频涡流钢轨探伤车，探伤速度可达80km/h以上。

5.6.3 采用地面探测雷达对路基状态作出评价

路基是重载线路的承载基础，但其发生病害不易检测。美国已经采用新型地面探测雷达装置，安装在高轨车辆上，采集的数据可以直接处理路基横断面图象，确认道碴囊，软粘土，底碴深度及湿土区等病害问题，有利于路基病害的及时处理。

5.6.4 接触网状态监测

南非、澳大利亚、巴西等国对重载线路牵引供电接触网系统进行状态监测，采用力测量法原理，测量弓网之间的垂直、纵向、横向三维接触力，接触导线相对轨面的高度，拉出值，磨耗等参数，保证接触网处于正常工作状态。

5.7 重载列车控制技术

4.7.1 采用调度集中控制中心(CTC)

美国、加拿大、巴西、澳大利亚等重载铁路的运营都由调度集中控制中心来指挥。美国伯灵顿北方圣太菲铁路公司(BNSF)，联合太平洋铁路公司(UP)等都有一个先进的调度集中控制中心指挥5万公里左右线路上重载列车的运营。CTC的设备先进，有指挥中心，车站系统，数据传输系统，监测维护系统等。保证重载路网具有很高的效率和安全性。

5.7.2 基于无线通信的列车自动运行控制系统

浅析重载铁路技术发展趋势 篇3

关键词：重载铁路；技术创新；轴重

20世纪20年代重载铁路技术首次出现在美国，其因列车总重大、轴重大、行车密度及运量大等优点而引起广泛的应用与推广，尤其是在运输大宗材料货物方面具有重大运输意义。我国在重载铁路运输方面起步晚，发展比较滞后而且还遇到很多问题，所以我国在重载铁路方面的发展和提升空间还很大，会给我国的铁路事业发展带来重大影响。要想提高我国铁路技术的发展水平，就必须利用铁路新技术对重载铁路进行创新和完善。

一、重载铁路技术的创新原理

（一）开放式原理

重载铁路的创新理念自20世纪20年开始出现后，就受到很多企业的青睐并在随后的时间不断向前发展。重载铁路技术要想在社会不断进步中积极发展，就必须紧跟发展趋势在原有技术基础上不断创新改进。一般有关企业负责重载铁路方面的创新技术而不受外界因素的影响，而各创新技术之间往往存在很大差异，而所涉及的学科知识之间也会出现较大的交叉状况，在现实因素作用下表现出很多的独特性，因此许多类型技术之间的联系较少。重载铁路技术发展的客观情况就要求，其必须在不断发展中发现问题并及时分析解决，吸取经验，必须有各种技术部门的相互协调合作，实现重载铁路技术的不断发展创新。

（二）集成式创新

集成式创新方式注重将本来没有关系的各种要素进行系统的重新组合，使新系统具备新的功能。重载铁路是一项具有较高要求的技术，工程建设比较复杂，需要多种高难度技术的协助才能完成。这种情况就要求所依靠的企业必须实现自己的创新发展，充分利用集成式创新理念重新组合各种资源，实现资源的最大利用与开发，提高重载铁路的技术发展。实际生产中，企业要想实现重载铁路技术的全面发展及改进，只依靠自己的力量很难实现，必须获得企业之外各种资源的协助才能实现更快的发展。

二、实现重载铁路的关键技术

（一）径向转向架技术

为实现重载铁路的运输，燃料、电力等铁路运输机车都广泛采用径向转向架技术，这项技术在国际已得到广泛认可并取得很大成就。在实际应用中，径向转向架能够缓冲车轮与轨道之间的横向力，进而减小车轮与轨道之间的摩擦程度，大大提高机车的运转效率，这项技术也可以辅助解决机车遇到的各种问题。

（二）加大车辆轴重

随着对重载铁路运输需求的不断增长，车辆的轴重已不能承载当前的负荷，因此必须对其进行改进优化，提高机车的运输能力，满足重载铁路的发展需求。目前国外在车辆轴重方面发展较先进，那些先进国家已经实现30t的轴重数值，在特殊情况下轴重会达到40t，目前关于更大轴重的机车正处于研制开发中。而我国目前重载铁路使用的最大轴重是25t，还落后于发达国家，因此，我国必须加强此方面的研究与开发，紧跟世界重载铁路技术发展的先进步伐，确保各个方面的技术能够符合重载铁路技术发展的实际需求。

（三）重载铁路制动技术

当前一些发达国家将计算机技术应用到机车的制动行业，在机车制动的过程中发挥较大的智能作用，实现机车制动方式的重大变革。这种制动系统运用各种先进的科技技术将原来落后的技术进行改进，进而确保其具备高效的运用功效，使用微机控制机车的制动过程，可以改进制动的反应时间，让机车在行驶过程中顺利实现制动。

（四）高性能轨道技术

重载铁路的行车质量很大程度决定于轨道性能，因此必须运用相关技术提高轨道性能。钢轨在使用过程中容易发成较明显的侧磨或掉块，这种破坏会严重影响钢轨的使用性能，不过采用热处理技术已经初步改善这个问题，但是仍然需要进一步深入研究。另外，钢轨的接头一旦受到损坏，会对轨道的使用寿命直接造成比较严重的负面影响，因此在这一方面应引起足够的重视，必须改进原有的焊接技术，实现轨道的高性能。

三、重载铁路技术的发展趋势

目前针对我国重载铁路的现实及发展情况，必须进行必要的全方面思考。我国当前形成的重载铁路网络相对比较紧密，造成相应的铁路交通线路显得拥挤。从国外的重载铁路技术的发展情况可以分析出，他们在重载铁路技术方面发展比较全方面，规划的铁路运输网络比较通畅。鉴于此种情况，我国必须要开创各种创新理念及科技技术发展重载铁路，缓解我国目前重载铁路的现实压力，提高其运输效率及载重量。计算机信息技术在重载铁路领域已经获得初步的运用，在今后的发展过程中，这项技术的运用必然更加深入而广泛。比如，重载铁路的机车制动系统中应用计算机信息技术改进制动过程，使得制动系统原来经常出现的各种技术问题都在信息技术的控制下得到解决。重载铁路技术本身具有较强的复杂特性，尤其是各种技术之间的相互支持，运用计算机信息技术的协助可以将一些操作过程大大简单化、智能化，提高机车的技术水平同时可以方便操作，减少体力劳动。

要想加速重载铁路的发展，必须要同时加强重载铁路的运营管理，这方面也需要运用各种新技术促使其向前发展。根据实际运营情况知道，传统的铁路管理模式效率比较低，需要多方面的人力、物力支持，而且各个运营管理部门还经常出现问题，不能顺畅行驶。对于这种情况，在重载铁路的未来发展中应该加强控制运营过程中产生的成本，优化传统的管理技术程序，开创高效率、高技术的新型管理技术，辅助新的重载铁路建设实现更快的发展，解决传统铁路管理系统中存在的各种现实问题。在这种发展趋势下，必须要建立完善的相应协调机制，统一将铁路建设、投资单位、铁路运输等部门联系起来，调动各单位的积极性实现他们之间的协调互助，如此在互帮互助中便能提高效率，实现重载铁路的快速、稳定发展。

在轴重方面，要逐步实现轴重大、自重低、动力作用低的技术发展。货车轴重普遍达到30t以上，部分铁路达到40t，机车车体普遍采用低合金钢及铝合金、不锈钢等轻量化的材料，配备自导向径向转向架或导向臂式转向架、高强度车钩、大容量缓冲器，提高机车的质量，从而提高运输效率。不过我国在现实的发展状况还没有达到这种高科技，必然要求我国在这个方面实现更大进步，可按照国际的高标准对我国的重轨铁路技术进行改进，促使其能够为我国的铁路发展起到重要的现实作用。

目前，我国重载铁路的技术发展已经得到很大进步，尤其是大秦线重载铁路的技术创新，充分体现了我国在重载铁路技术方面的进步，无论是既有路网强化改造还是新建的大能力货运专线，都实现均衡提升机车车辆、线路轨道、通信信号等各种技术装备，同时实现全面优化运输组织模式，完善调度控制，协调发展检修维护体制与装备，这个里程碑的铁路建设为我国重载铁路的进一步发展打下坚实的基础，开启新时代。

四、结语

目前，尽管我国在重载铁路技术发展方面取得一定的成就，但是与先进国家的发展还有差距。因此，必须加强利用创新理念改进我国当前重载铁路运输事业中出现的问题，实现各项技术的新发展。事实证明，依据我国目前综合国力的发展情况，我国在重载铁路方面存在很大的发展空间，必须应用各种创新技术让重载铁路技术达到世界先進水平。

参考文献：

[1] 何煜. 大秦线重载铁路运输能力的提高措施[J].科技信息，2014，11

[2] 吴首蓉，旭升. 既有线发展重载运输的模式研究[J].中国铁路，2014，15

重载铁路钢轨损伤行为分析 篇4

作为铁路现代化的一个标志，重载运输大幅度提高了铁路运输能力，适应了现代化运输要求。重载线路货运量增加，给国民经济带来发展的同时，也造成轮轨严重损伤，这不仅大大增加了铁路运输成本，更严重影响了铁路运输安全，因此对重载铁路钢轨损伤进行分析研究显得尤为重要。Garnham等[1,2]研究了钢轨滚动疲劳初期微观组织变形，发现滚动疲劳裂纹发生在表面下高应力区和先共析铁素体区，且初期疲劳裂纹在先共析铁素体区大量萌生。Grassie等[3]分析了瑞典重载铁路的损伤情况，表明打磨技术能明显降低重载钢轨的损伤。Lo等[4]研究了钢轨残余应力变化及其对钢轨损伤的影响，研究表明，由于轮轨接触力作用，钢轨表面形成约10mm的硬化层，硬化层垂直方向为拉应力，水平方向为压应力，未服役新轨两方向均为拉应力。刘启跃等[5,6]分析了高速和重载铁路钢轨损伤的差异，发现侧磨和压溃是重载铁路钢轨的主要损伤类型，提出了重载铁路钢轨选材及车轮型面等的不同要求。赵骏韦等[7]研究了U75V货运重载钢轨损伤机理，发现钢轨表层及近表层发生了严重塑性变形，同时裂纹扩展到一定程度时向内部发展导致钢轨断裂。

以往的重载铁路钢轨损伤研究的文献中，对钢轨损伤的机理研究较少。本文通过分析现场钢轨试样成分、硬度分布、残余应力分布及微观组织，研究了重载钢轨损伤的机理，研究结果可为重载铁路钢轨维修和维护提供技术指导。

1 实验材料和实验方法

试样为大秦重载线服役现场钢轨和新钢轨，钢轨牌号为PG4。化学成分检测中，除碳、硫利用高频感应炉燃烧后红外吸收法检测外，其余元素用电感耦合等离子体发射光谱法(ICP-MS)测定。如图1a所示，利用MVK-H21显微硬度仪在所取试样横截面上沿线1、线2和线3由表面往深度方向在1.5mm内每隔0.5mm选点测试硬度，之后每隔1mm或5mm测试硬度。

利用IXRD残余应力测试仪测量钢轨残余应力，测试点如图1a中的(1)～(7)所示，考虑到针尖尺寸，从距离钢轨边缘2mm处开始测试，沿1、3号线等间隔取7个测试点，每测试点分别测量X和Y两方向应力。测试参数如下：使用Cr Kα辐射，测试晶面为Fe(2 1 1),X射线管电压为20kV,X射线管电流为4.17mA。

用线切割机在钢轨不同区域(非接触区、轨顶接触区、侧磨区)纵向切取三个20mm×10mm×10mm试样;在不腐蚀的情况下用光学显微镜低倍观察裂纹，然后经4%硝酸酒精溶液腐蚀后在光学显微镜下观察塑性变形及裂纹扩展，用扫描电子显微镜观察微观组织及裂纹两侧组织变化等，具体取样区域见图1b。

2 实验结果和分析

2.1 成分、硬度与残余应力分析

现场服役钢轨化学成分实际含量符合要求(表1)，其中碳、硅、锰含量较高，碳含量增加导致钢轨珠光体组织含量增加，而锰元素起到细化珠光体组织的作用，同时硅元素能固溶于铁素体，综合作用下，强化了钢轨性能，提高了钢轨强度、硬度和耐磨性。在微量元素中，铬作为合金元素同样可以细化晶粒，减小珠光体组织片层间距，强化钢轨钢强度[8]。

%

图2所示为两钢轨试样各测试区平均硬度。由图2可知，两试样表面硬度平均值均在3500～5000HV0.2之间;现场服役钢轨试样中，发现轨距角处和轨顶区硬度高于非接触区硬度，并呈依次递减趋势;对两试样进行对比分析知，在轨顶区域和轨距角处硬度差别明显，服役钢轨硬度比新轨的硬度高。图3所示为两试样3号线测试所得硬度，可发现由表面往深度方向硬度呈递减趋势，在深度为5mm处，硬度值基本稳定，现场服役钢轨硬度明显高于新钢轨硬度。由于钢轨富含强化钢轨成分，珠光体含量丰富，且片层间距得到细化，基体硬度较高，同时，服役钢轨在轮轨接触过程中主要为点接触，载荷大而承载面积小，因而在表层和近表层接触应力超过材料安定极限，产生塑性变形，材料位错密度增大，位错间的交互作用增强，相互缠结且晶粒破碎细化，对加载作用阻碍增强，硬度提高，故伤损钢轨硬度远大于新轨硬度(图3)。

由于钢轨硬度与残余应力之间存在一定关系，因此测试了两试样残余应力值。结果表明：两钢轨试样均表现为压应力，X方向应力值比Y方向的应力值大(图4)，在3号线上，现场服役钢轨X方向应力约为新钢轨应力的1.32倍，但Y方向应力减小到新钢轨应力的77%;1号线上，现场服役钢轨X方向应力值与新钢轨的应力值相当，Y方向应力值比新钢轨的应力值小。新钢轨1号线X方向应力大于3号线应力，由于轮轨间接触力作用，现场服役钢轨中该应力已趋于相等;但新钢轨1号线上Y方向应力小于3号线应力，而现场服役钢轨在1号线和3号线应力值均比新钢轨的应力值小。在轮轨接触过程中，钢轨表层组织因受到轮轨间交变应力的作用而表层产生塑性变形，组织被压碎或变形，晶粒发生不均匀变化，而晶粒变化改变了残余应力分布[9]。根据Sines和Carlson对四点弯曲高碳梁Rockwell B硬度测量得到的应力对硬度影响典型关系[10]可知，残余压应力有助于提高钢轨硬度。

2.2 疲劳裂纹分析

图5所示为现场服役钢轨轨顶接触区裂纹情况。对现场服役钢轨进行分析发现，疲劳裂纹主要集中于轨顶接触区域，非接触区和侧磨区疲劳裂纹数量明显少于轨顶区，非接触区基本无宏观裂纹，所有宏观裂纹均起源于钢轨表面。在实际轮轨接触中，轮轨间滚动接触时伴随有滑动摩擦，表面摩擦力产生的切向力使合成切向力趋于表层，当总切应力超过材料屈服极限时，表面就萌生裂纹[7]。由于非接触区不受到车轮辗压，故侧磨区出现裂纹后被迅速磨损，裂纹均未能继续扩展;而轨顶接触区不断受到车轮拉压应力作用，产生严重塑性变形，导致位错滑移和孪生，钢轨中富含珠光体组织，其中渗碳体和铁素体性能不同，造成位错堆积，促使该区域组织进一步变形，最终发展成为裂纹。由图5可知，疲劳裂纹在表面密集生长，裂纹表面尖端出现二次甚至多次分裂，直至裂纹剥落，裂纹再次或多次分裂造成裂纹集中。裂纹尖部被内部填充物挤压，在受到交变拉压应力时，产生严重变形(图5中(1)处)。图5中裂纹向深处扩展角度有明显差异(图5中(2)处)，这是由于不同位置的合应力方向不同、晶粒取向不同所致[11]。裂纹沿深度发展到一定长度时，尖端出现枝裂纹，它在消耗主裂纹能量的同时也阻碍了主裂纹扩展，有些起源于表层的裂纹在扩展过程中与扩展中形成的枝裂纹二次合并，成为一条裂纹并继续往深处发展(图5中(3)处)。图6所示为轨顶接触区萌生的大角度斜线剥离裂纹[12]，该裂纹起源于钢轨表面，几乎垂直向钢轨内部扩展，裂纹扩展过程中产生枝裂纹(图6中(1)处)，裂纹扩展到约0.5mm时沿水平发展(图6中(2)处)。

当枝裂纹扩展到一定程度时横向发展形成平直疲劳裂纹，进而近表层相邻裂纹通过平直疲劳裂纹联结(图7)，继而发展成大块剥离，平直裂纹深度达0.2mm。图8所示为现场服役钢轨侧磨区损伤情况，可发现此区域只有轻微剥离现象，并未发现宏观裂纹。由于轮轨接触时磨损严重，材料迅速被磨损，故裂纹未能扩展;而在轨顶区，由于磨损速率慢，裂纹有生长时间，从而逐渐形成大裂纹。

图9所示为疲劳裂纹不同的扩展方式。裂纹往深处发展时，扩展驱动力来自轮轨接触时受到的应变能，表层受到的应变能大，裂纹沿着塑性变形方向发展，在塑性变形区主要以穿晶方式扩展(图9a);在塑性变形区以下，由于受到的应变能大大减小，尖端以沿晶方式扩展(图9b)，而裂纹沿晶发展比穿晶发展所需要的能量小。

由于钢轨疲劳裂纹间隙中充满填充物，在反复拉压应力的作用下，填充物促进裂纹生长，对轨图谱可发现，其中铁元素和氧元素居多，为铁的氧化物。在钢轨磨损过程中，材料被不断磨损，剥落材料和附在钢轨表面少量其他污染物(如油污和细沙)作为填充物不断充斥裂纹内部，促进疲劳裂纹扩展。

2.3 塑性变形分析

利用光学显微镜对现场服役钢轨进行分析发现，服役钢轨的塑性变形在非接触区和侧磨区不明显，轨顶区塑性变形明显(图10)，原因是在非接触区，轮轨未接触，未受到接触力作用，塑性变形不明显;在侧磨区材料被迅速磨损，塑性层厚度不大;而在轨顶轮轨接触部位，产生的塑性层磨损少，塑性层积累，导致厚度增加。在轨顶塑性变形严重区域，塑性变形层厚度达1mm，在侧磨区塑性变形层厚度约为0.3mm，远小于轨顶处的塑性变形厚度。裂纹扩展过程中，沿扩展方向两侧组织发生塑性变形(图11)。

图12所示为扫描电子显微镜下钢轨基体组织，可知其富含珠光体组织，渗碳体片层间距较小且排列规则。钢轨中C含量较高，从而珠光体富集，而Mn元素和Cr元素能细化珠光体片间距。与基体组织不同，塑性变形区组织被拉长细化，呈“线条状”。图13为其放大后形貌，可见其组织被压碎，并表现为层状结构。组织压碎细化是由于高应力作用下，珠光体组织被压碎形成细小胞块，胞块之间存在位相差，经过循环应力作用，位错密度加大，从而形成大角度晶界，进而组织得到细化[13]。图14所示为裂纹两侧组织形貌，可见，两侧组织排列已没有基体组织规则，并被轻微压碎，原因是裂纹扩展能量使周围组织变形。同时在裂纹扩展过程中伴随产生枝裂纹(图15)，二次枝裂纹起源于裂纹缝隙，并沿应力最大方向扩展，观察可知，枝裂纹沿塑性流变方向发展并且珠光体组织被压碎，排列不规则。

3 结论

(1)现场服役钢轨富含细化组织的合金元素，有利于提高钢轨强度、硬度和耐磨性;现场服役钢轨硬度比新轨硬度高，服役轨轨距角处和轨顶区硬度较非接触区的硬度高，残余应力均表现为压应力。

(2)现场服役轨轨顶区疲劳裂纹富集，最大扩展深度约为1mm，与塑性变形厚度大致相同，侧磨区和非接触区几乎无宏观裂纹;裂纹扩展沿塑性变形方向，裂纹表面尖端出现二次分裂，沿深处扩展方式主要为穿晶扩展。

(3)塑性变形主要发生在轨顶接触区，侧磨区和非接触区塑性变形不明显;塑性变形区组织被拉长细化，并且裂纹两侧组织被压碎，排列不规则。

摘要：利用电感耦合等离子体光谱仪、硬度仪、光学显微镜和扫描电子显微镜等对现场重载铁路损伤钢轨进行各种微观测试分析,分析了重载钢轨的损伤机理。结果表明:重载钢轨中碳、硅、锰含量较高,这有利于提高钢轨强度、硬度和耐磨性;现场服役损伤钢轨的表面硬度明显高于新钢轨的表面硬度,其轨距角处和轨顶区硬度高于非接触区的硬度;现场服役钢轨和新钢轨试样均表现为残余压应力;疲劳裂纹主要在轨顶区表面萌生,扩展较深且扩展角度明显不同,疲劳裂纹扩展方式主要表现为穿晶和沿晶扩展,钢轨侧磨区几乎无疲劳裂纹存在;轨顶区域塑性变形严重,塑性区组织明显被拉长细化呈流线型,塑性层厚度与裂纹扩展深度大致相同。

重载铁路 篇5

基于重载铁路线路在铁路运输中的不可替代性，其往往用于大型载重列车和火车的运行，线路需要长期承受重大压力，再加上线路设备通常直接暴露在空气中，极易受到空气和水的腐蚀，使得线路设备产生了形变，而任何一个微小的偏差都可能引起安全事故。在此情况下，做好重载铁路线路的维修养护工作也就变得尤为重要。维修养护的作用在于使重载铁路线路设备尽快恢复正常运转，同时最大限度地延长设备的使用寿命，以维护铁路机车行驶安全，保障铁路企业的经济利益。这对促进铁路企业的发展，维护社会的安定团结，推动国民经济建设有着十分重大的意义。重载铁路线路维修养护的常见问题

重载铁路线路的常见病害有轨道病害和钢轨接头病害，由于当前的铁路道岔都进行了焊接，跨区间也实行了无缝铁路，所以轨道接头病害可以忽略不计。轨道病害往往是由于钢轨纵向水平力而引起的，使得钢轨和轨枕发生相应的移动，进而引发了轨道病害。值得注意的是，轨道病害中最为普遍的就是线路爬行，铁路机车碾压轨道后，钢轨将直接承受列车荷载，再加上列车制动、温度变化都会使轨道发生形变。线路爬行不仅危害巨大，而且还会诱发其他病害，所以一直是重载铁路线路维修养护工作的重要内容。重载铁路线路维修养护的措施

3.1 调整轨道几何尺寸

列车和轨道的作用是相互的，当轨道受到列车的压力时，也会向列车施加一个反作用力。如果轨道出现病害，那么受力平衡将被打破，直接威胁到列车的行驶安全。为了降低轨道和列车的相互影响，就要经常检查轨道运行情况，在轨道发生微小形变时及时调整其几何尺寸，将形变控制在可控范围内，使轨道始终处于正常状态。

根据轨道状态，调整几何尺寸被纳入大修和维修 2 个项目的范畴，大修主要是全面规划、适度超前、区段配套，投入比较大，对轨道设备的改善效果也较明显。维修的原则是“预防为主、防治结合、修养并重”，它是日常调整轨道尺寸的重要环节。通过维修调整轨道几何尺寸主要分 2 步：①检测轨道几何尺寸的变化，主要手段是通过静态检查和动态检测，发现轨道不平顺的病害，通过分析，确定整治方案;②采取人工整修和机械整修相结合的方法，通过综合维修、经常保养及临时补修的方式保持线路设备完整和质量均衡，从而最大限度地防止重载铁路线路病害的发生。

3.2 避免路基下沉

路基下沉会破坏轨道整体的稳定性，要想保持轨道的受力均匀，首先要做好路基的养护工作，比如排水、灌浆、边坡维护等，为轨道运行创造良好的条件。排水和灌浆能够将路基中的水分迅速排出，缩小路基缝隙，使结构之间连接更为紧密;边坡维护可起到固定作用，避免边坡坍塌。上述方法都可以显著提高路基的稳定性。

3.3 改善道床

道床作为钢轨、轨枕与路基之间的弹性连接，对保证轨道的平稳性起着至关重要的作用，有效地对道床进行及时维护，改善弹性，能够避免轨道病害出现。在实际中，具体可从以下3 方面入手做起：①采用优质的道碴，材质和级配均符合一级道碴的标准。如果存在不符合标准的道碴，在日常大修维修过程中，逐步安排更换。②保证道床厚度及排水畅通，有效地防止翻浆冒泥病害，降低对轨道的影响。③保证道床断面有效形成对轨道的横向阻力，保持轨道的稳定性。

3.4 关注钢轨的状态

定期采用先进的探测仪器对钢轨进行检测，以便及时发现钢轨病害，将隐患扼杀在萌芽状态。为了降低检测成本，还可以采用人工和机器相结合的方式，可委任经验丰富的工作人员负责钢轨的检测工作，他们对于一些明显的病害可迅速发现并妥善处理，对于外观不明显或者是比较重要的路段，则可采用无损检测技术。

对于钢轨检查，采取的主要方式为人工与使用探伤仪器相结合进行钢轨探伤。在设备维修过程中，安排安全维修人员定期检查钢轨，从而发现原有伤损的发展以及探伤仪不能发现的一些伤损。通过合理地设定安全探伤周期，采用数字化探伤仪进行钢轨及焊缝的检测，并经过数据回放，从多方面保证钢轨状态处于有效的掌控中。

3.5 做好连接零件的维护工作

重载铁路线路设备由众多零件组成，每一个零件都有其无法替代的作用。当发现零件缺失或损坏时，要将其及时补充和更换，切忌因零件问题而影响线路的整体运行。部分零件容易在外界温度变化时产生形变，还可能在空气和水分的作用下发生锈蚀，无法与轨道完全契合。针对这类情况，要及时调整，采取合理的维护措施，尽可能地延长零件的使用寿命。重载铁路线路维修养护的管理办法

4.1 检查、养护与维修相分离

管理部门建立合理的铁路管理体系，实行检查、养护、维修相分离的管理办法，功能较全的养护设备负责设备整体的维修，较小型的设备负责日常简单的维护和保养，整体维护与保养是轨道正常运行的基础和保障。各类设备要分工明确，协同作业。一旦发现铁路线路出现病害，要第一时间予以处理，防止病害的积累和蔓延，在保证铁路运输安全的基础上，达到节约维修养护成本的目的。

4.2 创新管理思路

铁路线路的养护工作应该从实际情况入手，从铁路现状出发，不断创新维修养护技术和方法，保证工作的时效性，全面搜集和掌握轨检车、机载动态监测的资料，并对数据和资料认真分析，及时制订病害的处理方案，合理制订检修计划，在遵照客观实际条件的基础上，根据季节、环境、地点适当调整，避免养护不足或过度养护。合理使用机械设备，提高人力资源和资金的使用效率。除此之外，还应制订科学的考核制度，并将考核结果与工作人员的薪酬挂钩，从而最大限度地激发工作人员的热情，使其树立高度的社会责任感和职业道德，明确自身的职责和义务，将重载铁路线路维护工作真正地贯彻落实。结束语

我国铁路集装箱重载车辆技术方案 篇6

我国现有铁路集装箱车辆存在的问题

我国现有铁路集装箱主流车型包括X2K，X4K和X6K，轴重分别为，和，其中：X2K为双层集装箱车辆，X4K和X6K为单层集装箱车辆。

由于我国既有铁路线路的最大允许轴重过小，且双层集装箱运输限界过低，导致现有铁路集装箱车辆存在以下问题：

（1）车辆载质量小于所载集装箱额定质量。比如，X2K车型和X4K车型的载质量分别为和，均小于所载集装箱额定质量，车辆装载集装箱时需要重箱与轻箱搭配，如无法配箱，则只能少装箱，导致运力浪费。

（2）车辆形式不科学。由于我国既有铁路线路的最大允许轴重只有，因此，双层集装箱车辆无法采用关节式结构，只能采用独立式结构，导致车体两端浪费了部分装载空间；此外，单层集装箱车辆无法采用一车四箱的长大式结构，导致同等列车编组长度内的有效装箱量减少。

（3）无法满足40英尺箱的叠装要求。我国铁路双层集装箱运输的限界高度为，只能采取下层2个20英尺箱和上层1个40英尺箱的方式进行装载。在2个40英尺箱叠装的情况下，限界高度必须达到左右，现有的限界高度无法满足这一要求。

2美国铁路集装箱重载运输发展情况

20世纪50年代，美国开发了2×20英尺集装箱专用平车，轴重；60年代末开发了3×20英尺和4×20英尺等集装箱专用平车，其中最具代表性的是Bethlehem平车，该车轴重，额定载质量，底架长，能够装载4个20英尺箱或2个40英尺箱。

随着40英尺及以上集装箱逐渐增多，车辆轴重日趋增大；但由于单节车辆长度受到曲线通过能力的限制，导致车辆轴重的增加也受到一定限制。为充分利用车辆轴重，20世纪70年代末美国开发了关节式集装箱平车，将转向架置于两车之间，采用关节连接器连接两车，从而既缩短了车辆长度，解决长车难以通过曲线的问题，又提高了轴重利用率。

为增强铁路运输的竞争力，降低运输成本，20世纪80年代初，美国在限界改造的基础上研制了单车式双层集装箱车辆，也就是将一个集装箱置于另一个已装车的集装箱上，然后编组运输，这种运输方式称为双层集装箱运输。单车式双层集装箱车辆虽然充分利用了限界高度，但在装箱长度上有所浪费。

为充分发挥双层集装箱运输的优势，美国又进一步研制了关节式双层集装箱车辆。进入20世纪90年代，关节式双层集装箱车辆（5节1组）已成为美国铁路集装箱车辆的主要形式，承担了美国70%的集装箱运量。双层集装箱专列每周大约发送200多列，运输线路多达数十条，主要往返于西海岸的西雅图、洛杉矶与中部的芝加哥以及东海岸的各城市之间。双层集装箱列车一般由4台机车牵引，编组长度为1~2 km，总重近万吨，标志着美国铁路双层集装箱运输进入重载运输领域。美国开展铁路集装箱重载运输的有利条件包括：（1）铁路线路的最大允许轴重较大，达到；（2）限界较高，达到；（3）采用内燃机牵引以及“点到点”的运输组织形式等。

目前美国铁路集装箱重载车辆的保有量已超过30万运输单元，铁路集装箱重载运量占铁路集装箱总运量的80%以上。美国铁路运输取得较好效益主要归功于铁路集装箱重载运输。

3我国开展铁路集装箱重载运输的有利

条件

（1）运输组织条件按照发展规划，未来我国将形成以货运为主的铁路重载运输网，主要干线将实现客货分线或以货运为主，充分释放货运能力；随着我国18个铁路集装箱中心站相继建成，铁路集装箱运输将形成集约化、规模化的经营方式；随着我国经济发展和产业转移，集装箱货源地将由沿海向内陆扩展，集装箱平均运距将增加。

（2）基础设施条件铁路集装箱车辆具有轴重较大、每延米荷载较小的特点。轴重较大导致轮轨接触应力增大，加剧轮轨磨损，但这一问题可通过增加车轮直径和采用低动力转向架等措施来解决。经验表明，在车辆每延米荷载较小的条件下，轴重可增大1~2个等级。中国铁道科学研究院的专家认为，在铁路集装箱车辆每延米荷载的条件下，我国既有铁路线路上99%的桥梁都能满足轴重的运营要求；而铁路集装箱车辆每延米荷载仅，其最大允许轴重可达29.0~，这为我国开展铁路集装箱重载运输创造了基础设施条件。

（3）货运条件根据国际标准化组织制定的标准，20英尺箱的额定质量已由过去的提高至。据调查，国内铁路装车集装箱的平均质量已达以上，部分线路已达，这为我国开展铁路集装箱重载运输创造了货运条件。

4我国铁路集装箱重载车辆技术方案

据分析，我国铁路要开行关节式双层集装箱车辆，最大允许轴重应超过，限界高度应达到，电气化接触网高度应达到。目前我国新建的重载专线主要用于煤炭、矿石等散货运输，因此，铁路集装箱重载运输可在既有线路上开行大轴重的长大式单层集装箱车辆，或在符合限界要求的线路上开行单节式双层集装箱车辆。

4.1方案一：轴重29.0 t单层集装箱车辆

如图1所示，该车额定载质量为，自重，轴重，主要装箱工况为单层装载3个20英尺箱。与现有的X4K车型相比，该车额定载质量增加；在编组长度相同的情况下，列车额定总载质量增加27%。

4.2方案二：轴重30.0 t长大式单层集装箱车辆

该车额定载质量为，自重，轴重，主要装箱工况为单层装载2个40英尺箱，或单层装载2个20英尺箱和1个40英尺箱。与X6K车型相比，在编组长度相同以及装载40英尺箱的情况下，列车总载箱量增加，额定总载质量增加，自重减轻。

4.3方案三：轴重30.0 t双层集装箱车辆

该车额定载质量为，自重，轴重，主要装箱工况为下层装载2个20英尺箱，上层装载1个40英尺箱。与X2K车型相比，该车额定载质量增加；在编组长度相同的情况下，列车额定总载质量增加17%。

重载铁路桥梁铸钢支座病害的整治 篇7

继2006年3月开行2万t重载组合列车至今，列车轴重最大提高至25 t，编组数量由1万t的120辆增加到2万t的240辆，C80,C70成为大秦的主要车型。2011年运量突破4.4亿t。超过原设计4倍多的运量对线桥设备造成了极大的冲击，既有线混凝土桥梁的安全储备越来越低，从而使原有桥梁病害加剧，突出反映在，预应力钢筋混凝土桥梁因上拱度超限引起支座位移超限，销钉、锚(螺)栓剪断。大秦线摇轴支座2 732孔，2011年秋检资料显示存在位移、转角超限销钉、锚(螺)栓剪断167孔，危及行车安全。为掌握病害的变化规律，我们定期进行了检查观测。同时每年4月份和9月份利用集中修天窗点对上摆位移超限严重、锚栓折断的病害支座进行更换，确保行车安全。

2 现场调查和原因分析

1)2009年设备检查中，发现大秦线85号桥第一孔活动支座的摇轴在上座板向跨中方向不同程度的平移，导致活动支座牙板折断，位移最大值达21 mm。为了查明病害原因，我局管内大同工务段制定了专门的检查制度。2010年我们对病害支座进行了更换，发现销子折断、摇轴上摆与下摆已严重错位，纵向位移达12 mm(如图1所示)，危及行车安全。

2)通过对大秦线85号桥第一孔的活动支座观测，发现支座初始安装缺陷，支承垫石不在同一个水平面上，导致各部位之间不密贴，支座处于不合理的受力状态，导致了支座病害的产生。

3)随着近年来大秦铁路运量逐步提高，线桥设备造成了极大的冲击，桥涵设备状态变化加快。由于各种原因维修保养不到位，支座不清洁，没有及时进行涂油，导致活动支座状态不良，使病害进一步加剧。

4)桥梁由于多年运营，受预应力混凝土本身预加力及梁体混凝土收缩与徐变，温度应力等荷载的综合作用，梁体发生形变。

3 施工方案简介

3.1 方案简介

提前设置慢行进行更换前的准备工作，利用封闭点对病害严重的活动支座进行更换整治，其中上摆利旧，下摆和摇轴更换为与既有结构同型号配件，并凿除旧锚螺栓，更换新锚螺栓;更换时将活动支座的梁端用千斤顶顶起，每次更换两孔梁的活动端支座。

3.2 施工流程

无缝线路应力放散→点前慢行拆除影响起梁的附属设备→点内拆除线路扣件→起梁→拆除旧支座下摆、摆卡及锚螺栓→安装新支座下摆、摆卡及锚螺栓→落梁→锚固支座锚栓、恢复线路→整修线路→开通。

3.3 人员组织

1)组织3个施工作业小组(其中有1个为应急备用小组)，每个小组作业人员10名。

2)除作业人员外，每个小组配备施工指挥1名、工程技术人员1名、高压油泵司泵人员1名、电工1名。

3.4 机械设备

1)起梁千斤顶(为一泵四型)12台(单台荷载为100 t;实际用8台，备用4台)。

2)高压油泵3台，30 k W～50 k W发电机组1台，电焊机4台。

3)如果是在夜间施工，还要备足照明设施。

3.5 施工封闭及慢行条件

1)封闭点前72 h慢行45 km/h，进行凿支座锚栓孔，切除既有横向限位，安装临时限位。

2)同一座桥上每更换两孔封闭线路一次，每次90 min。

3)封闭点拆除桥上线路扣件，拆除护轨，更换活动端支座。

4)前一个封闭点后第一列限速25 km/h，第二列起限速45 km/h;至下一个封闭点前，最后一个封闭点后，第一列限速25 km/h，第二列限速45 km/h，第三列起60 km/h,24 h后恢复正常。

4 施工方案实施

4.1 慢行前

1)施工人员、机械设备及材料准备就位。

2)松开更换支座桥孔活动端与邻孔之间梁体两端的钢筋连接、人行道及避车台的连接、梁体下的角钢连接。

3)将影响凿锚栓孔的既有限位拆除。

4)旧限位拆除后详细测量既有摇轴支座上摆的几何尺寸，并将新支座的几何尺寸与其进行比较对位，确保能顺利将新的摇轴和下摆安装上去(见图2)。

5)利用人力或者风镐对支座下的垫石进行凿除，但不能动及锚栓。

6)调试起梁用的泵站和顶镐，必须保证设备在封锁时间内正常运转。

7)桥上有光电缆应与有关部门签订协议，提前采取措施，施工中分工负责。

4.2 慢行时间内

1)利用风镐或人工将既有下摆四角下面的支承垫石凿除，并根据摇轴的位移情况向梁端或跨中凿出下摆的纵向移动量。

2)利用电锤或手提空心钻(水钻)紧贴支座下摆向既有锚栓方向钻孔，钻头的直径控制在40 mm～50 mm，钻孔数量以能顺利将锚栓取出为宜。当孔钻好后人工或风镐将孔与孔间的剩余混凝土凿除。锚栓凿松动，并扩大锚栓孔的直径，预留移动量。

3)凿除既有锚栓的深度为能将锚栓取出为宜，新锚栓孔的深度310 mm～320 mm，锚栓孔凿好后利用木楔子挤紧锚栓，保证支座稳定。

4)凿除过程中若发现支承垫石和墩帽中有钢筋，可提前用氧焊切除。

5)提前将千斤顶安放至梁下预定位置，千斤顶与墩台之间、千斤顶与梁底间垫石棉垫和钢板，以保护梁底和防止滑移。

6)新支座摇轴和下摆之间涂油。

7)在梁体两侧分别准备两根方木，作为斜支撑。

8)先对墩台顶面进行找平，在平台上安装四台千斤顶(每片梁下安装两台千斤顶)，千斤顶下铺设一块300 mm×300 mm×20 mm钢板和一块300 mm×300 mm×5 mm石棉板，千斤顶上铺一块300 mm×300 m×20 mm钢板和一块300 mm×300 mm×5 mm石棉板。

9)封锁点前1 h扒开桥上需要更换的支座梁端横向铁盖板处线路上道碴、拆除桥上护轨。

10)提前将新支座摇轴和下摆用钢筋焊连，焊连时摇轴和下摆要保证垂直。

11)起梁前梁体两侧增做临时横向限位，以防起梁时发生横向偏移。

12)如果桥上线路是无缝线路，应根据锁定温度在气温适宜的时间段进行应力放散。

4.3 封闭点内作业

1)封锁后，首先拆除靠近活动端邻孔一侧15 m范围内的线路扣件，同时扒开梁端横向盖板处石碴，防止起梁时石碴掉下和挤入梁缝。

2)封闭时间内采用高压泵站控制四台千斤顶，用压力表和标尺观察四台千斤顶的作业情况，以保证四台千斤顶同步升降。在启顶到80 mm～100 mm时，将既有支座的摇轴和下摆移出，顶起过程中四台千斤顶共同承担梁体的重量，并用短枕木头和硬杂木将梁底与墩顶之间顶死后进行更换支座作业。

3)在起梁过程中严格控制起梁速度，速度控制在20 mm/min。起梁总高度控制在100 mm。同时注意梁体倾斜，倾斜超过10 mm应立即停止起梁，待处理后方可继续起梁。

4)在垫石上涂刷107胶，穿入新支座的摇轴和下摆并摆正位置，梁落到新支座上，用锚固包和干硬砂浆将锚螺栓锚固。

5)线路开通前，将新换支座的摇轴和下摆之间的焊连钢筋切割开。

6)恢复桥上线路。

7)光、电缆管理部门要设专业人员现场监护。

4.4 点后作业

1)整细线路，恢复人行道等连接。

2)支承垫石周边处理，墩顶抹面及整细。

3)整桥施工完毕后，恢复横向限位。

4)光、电缆管理部门恢复各自设施。

5)列车放行通过后，要组织人员及时复查整修线路等设备，再次确认各项设备已达到规定要求，并做好记录方准收工。

5 施工安全注意事项

1)施工中执行《铁路工务安全规则》《铁路工程施工安全技术规程》《铁路营业线施工安全管理实施细则》及有关规章制度。

2)起、落梁安全。

a．起梁所用四个千斤顶必须是同一型号而且必须由一个泵站控制，使用前必须进行运转检查。

b．起梁时，必须保证四台千斤顶同步运行，以确保两片梁体同步，并随时做好支撑，利用短枕木头和硬杂木在墩顶上随起梁随做好斜支撑。

c．起、落梁要设专人进行统一指挥。

d．在起梁过程中利用标尺测量起梁高度，严格控制起梁速度，速度控制在20 mm/min。起梁总高度控制在100 mm。同时注意梁体倾斜，倾斜超过10 mm应立即停止起梁，待处理后方可继续起梁。

3)其他。

a．无缝线路地段施工应根据锁定温度提前放散钢轨应力。b．桥上有光电缆应与有关部门签订协议，施工中分工负责。

6 整治效果

既有铁路预应力混凝土梁摇轴支座位移超限，销钉、锚(螺)栓剪断，严重危及行车安全。近几年通过大同、茶坞工务段在大秦重载铁路应用以上方法对100余孔支座更换，更换后的支座位置正确，座板与梁体、支撑垫石间缝隙均保持在1 mm之内。消灭了设备安全隐患，确保铁路运输安全。表明桥梁支座更换方案是切实可行的，也为以后重载铁路天窗点内更换桥梁支座提供了宝贵的经验。

参考文献

[1]J259-2003,铁路工程施工安全技术规程[S].

我国重载铁路发展的机遇与挑战 篇8

重载铁路是长期开展货物重载运输且重载运输量达到一定规模的铁路运输线路。重载铁路的定义经历了三个发展阶段。

1) 1986年10月在加拿大温哥华召开的第三届国际重载运输会议上讨论决定, 凡属重载铁路至少满足下列3个条件中的2项:①列车质量至少达到5 000 t。②货车轴重21 t及以上。③年货运量2 000万t及以上。

2) 随着重载运输的发展, 国际重载协会在1994年6月的年会上对重载铁路的定义进行了修改, 重载铁路必须满足以下3项的至少2条标准:①列车质量至少达到5 000 t。②货车轴重达到或超过25 t。③在长度至少150 km的线路上, 年货运量不低于2 000万t。

3) 在2005年国际重载协会理事会上, 对新申请加入国际重载协会的重载铁路, 要求满足以下3条标准中的至少2条标准:①列车质量不低于8 000 t。②货车轴重达到27 t及以上。③长度不<150 km的线路上, 年货运量不低于4 000万t。

2 世界重载铁路发展现状

2.1 国外铁路发展现状

美国是世界铁路重载运输的发源地, 自20世纪60年代开始发展的重载运输。以美国和加拿大为代表的北美铁路, 路网规模大, 铁路运输以货运为主, 客运所占比例很小。铁路网基本为货运转网, 货运组织形式均以重载运输和联合运输为主, 主要有装车地和卸车地间开行的大宗货运物重载单元列车, 以及海铁联运中开行的双层集装箱重载列车;澳大利亚铁路在建设初期由于没有统一规划、统一组织管理模式和统一技术标准, 因而多种轨距并存, 各州铁路联通问题突出。在重载方面, 借鉴美国和加拿大的经验, 因地制宜地修建了几条重载铁路, 既有窄轨铁路, 也有准轨铁路;南非铁路现有路网全部都是窄轨铁路, 20世纪70年代末开始采用重载技术, 主要有2条电气化重载货运专线:理查兹湾运煤专线和锡申—萨尔达尼亚矿石运输专线。

2.2 我国重载铁路发展现状

我国铁路从20世纪80年代开始发展重载运输, 起步较晚, 但发展迅速。根据国外借鉴有益经验, 结合我国具体情况, 把发展重在运输作为加速提高运输能力的一个重要手段。1984年首先在运输繁忙的干线上组织开行组合重载列车。先后在丰沙大—京秦线、山海关—沈阳和石家庄—济南等区段运行。近年来又在京沪线和京广线一些紧张区段组织开行5 000 t重载列车。

3 最新技术进展

3.1 重载机车新技术

3.1.1 交流传动技术

交流传动技术自20世纪70年代末开始发展, 90年代以后, 大功率交流传动机车成为重载牵引动力的发展趋势。美国GM公司和GE公司研制出用于重载牵引SD70MACSD80MACSD 90MACAC 4400CW、AC6000CW等新型交流传动内燃机车, 并已在美国、加拿大、澳大利亚、巴西等国铁路批量投入运营。德国西门子公司为欧洲制造BR185型重载电力机车:额定牵引力300 k N, 持续功率5.6 MW, 最高速度140 km/h。美国GE公司制造的AC6000型重载内燃机车:交流主发电机输出功率4 412 k W (6 000马力) , 牵引力738.4 k N (19 km/h时) , 轴重32 t。交流传动的优越性在于启动牵引力可达890 k N, 粘着系数利用值可达0.37以上, 持续牵引力可达738k N, 电阻制动有效速度可至5 km/h, 节约燃料, 维修费用低。

3.1.2 径向转向架技术

20世纪80年代后以美国GM-EMD、GE公司为首, 在重载机车上采用径向转向架, 各国重载机车纷纷竞相采用。径向转向架的优越性在于:减少轮对与轨道间的冲角, 比传统的转向架可减少75%;降低轮轨间横向作用力, 提高稳定性;减少轮对阻力和轮轨磨耗, 车轮寿命延长10%;减少轴重转移, 从35%减到10% (0.35粘着) 。

3.1.3 微机控制防空转防滑系统

20世纪90年代以后, 国外重载机车开始采用新型微机控制的防空转系统。微机控制防空转系统的突出优点是:随着轮轨粘着系数的变化调节制动力, 可对制动、即将滑行、缓解、再粘着的全过程进行动态检测与控制。

3.1.4 采用节油技术降低污染排放提高机车效率

重载内燃机车柴油机、增压器配置电子喷射装置, 大大提高了燃油使用效率, 减少了污染排放, 是节能减排的主要措施。采用电子喷射装置后机车1加仓燃油平均产出405 t英里 (651.784 t·km) , 比1980年时235 t英里 (378.195 t·km) 提高了72%。

3.2 重载车辆新技术

3.2.1 提高轴重

美国、加拿大、澳大利亚已普遍采用35 t轴重;巴西、澳大利亚已普遍采用30 t轴重;南非、东澳大利亚窄轨铁路已采用28 t (26 t) 轴重;美国环行线正在进行40 t轴重的运行试验, 年通过质量达125, 000万t。

3.2.2 采用新型转向架及悬挂系统

美国已采用改进型三大件转向架;南非采用设菲尔德重载自导向径向转向架。瑞典重载车辆采用南非设计的设菲尔德径向转向架。新型转向架的优越性在于:相同的机车牵引质量可增加12%;减少列车纵向车钩力4.8%;节省能源20.7%;车轮钢轨磨耗降低到1/13;轮轨横向力降低到1/3。

3.2.3 采用铝合金或不锈钢车体

可降低空重比和自重, 增加载重, 节约能源, 提高效益。美国重载货车90%采用铝合金车体, 成本仅增加1/3。

3.2.4 采用双层集装箱车辆

双层集装箱车辆可提高轻质货物的运输效率, 增加收益。

3.2.5 改进车轮材质、提高车轮耐剥离性

重载货车的耐剥离车轮正处于研究试用及推广阶段。新合金材质耐剥离车轮与传统车轮相比, 相同运量条件下, 剥离长度减少59%, 深度减少43%。

3.2.6 高强度旋转车钩及大容量高性能缓冲器

目前, 车钩、缓冲器正向高强度、大容量方向发展, 典型的例子:美国旋转式E级车钩破坏强度为9 342 k N。美国Mark50缓冲器, 容量53.8 k J, 行程83 mm, 吸收率90%。

3.2.7 自动化的装、卸车设备

如高效漏斗装煤设备和翻车机等。

3.3 重载列车制动新技术ECP (电控空气制动系统)

至20世纪末重载列车存在的最大隐患是:由于空气制动波速无法超过300 m/s, 重载列车在常用、紧急制动时频繁发生前后制动不一致, 造成严重的断钩、脱轨事故。重载列车在长大下坡道上, 由于制动机没有阶段缓解作用, 再充气时间过长, 容易造成列车失控, 对安全构成威胁。

3.3.1 国际ECP发展过程

1995年美国开始研制ECP, 1997年ECP开始在美、加装车试验, 1999年美国AAR制订了ECP规范S-4200, 2002年美国、加拿大、澳大利亚、南非等国在重载单元列车上开始批量推广, 装车达数万辆。基本上采用与既有制动机共用方式, 既有制动机作备用。

3.3.2 ECP主要技术特点

整列车同时响应制动和缓解信号;具有阶段制动和阶段缓解功能;制动缸压力控制精确;列车管不排风;向本务机车报告列车所有车辆制动状态及故障型式;使用有线电缆可进行机车动力分散式牵引控制。

3.3.3 ECP的优点

1) 保证重载长大列车运行安全。平均车钩力降低25%, 采用ECP的重载列车基本上消除断钩事故。消除制动工况下脱轨危险;直通制动、充风快、下坡安全;制动距离缩短50%~70%;平交道口的事故率大大下降;消除了意外紧急制动现象。

2) 车辆平均周转时间缩短与运输能力增加。列车平均速度增加 (制动距离缩短、阶段缓解、连续充风) ;列车长度、质量增加 (加拿大已从150辆增加到180辆) ;编组场发车的制动试验时间加快;平均周转时间至少缩短9%。

3) 机车动力消耗减少。有阶段缓解、下坡时动力制动实质上已不用;速度控制精确, 允许更高下坡速度, 增强速度稳定性;可以利用闯坡制动;空气消耗降低;节能23%。

3.4 重载线路养护维修技术

发达国家重载线路作业机械化率已达90%以上, 以大型养路机械来保证达到重载线路的技术标准, 且品种多元化、专业化、相互配套覆盖全部修程。主要设备有捣固车, 道碴清筛机, 线路大修列车, 边坡整形车, 钢轨打磨车, 道岔打磨车等。

3.4.1 捣固车

09-3X型连续走行式捣固车, 由连续捣固, 轨道稳定, 道床整形3种功能集成, 作业速度2, 200 m/h, 比双枕捣固车效率提高47%。

3.4.2 道碴清筛机

RM900型道碴清筛机的道碴处理能力为1, 000m3/h, 比RM80型效率提高54%。大型道碴清筛铺设机1年铺碴可达35万m3, 60万t。

3.4.3 钢轨打磨车

其作用是控制钢轨断面形状, 消除钢轨疲劳裂纹。

3.5 新型重载轨道结构

新型轨道结构包括:可动心轨道岔, 梯形轨道, 无碴轨道, 耐磨、防表面裂纹及防内裂纹的新型HE型钢轨 (Hyper Eutectold) , 铝热焊新技术。

3.6 安全监测技术

1) 监测系统组成。集成型路旁安全监测系统能对重载列车走行部进行关键部件安全检测, 其组成有:路旁轴承声探系统 (ABD) ;转向架性能控制系统 (TPD) ;车轮扁疤检测系统 (SWD) ;车轮冲击监测系统 (WILD) ;车轮外形监测 (WPD) ;车轮温度检测 (WTD) ;红外轴承温度探测 (HBD) 。

2) 钢轨探伤车。美国正在研究新型低频涡流钢轨探伤车, 用于探伤钢轨断面裂纹及断裂, 可以提高探伤速度和效率。

3) 轨检车采用惯性制导系统, 矢量化计算方法, 标定与自检轨道几何形状、线路不平顺及钢轨断面磨耗。

4) 探测路基的地面雷达。确定道岔囊、软粘土、底碴温度、湿土区等路基重大缺陷, 保障重载线路路基的稳定性。

5) 接触网状态监测。检测接触导线几何形状、磨耗、弓网接触压力等。

6) 货车装载状态检查系统。装载限界、超偏载、装载状态等记录判断。

4 几点建议

铁路重载运输是一项技术复杂的系统工程, 也是运输组织模式的重大改革, 它涉及铁路一系列技术标准和装备以及管理方法的改变。虽然近十年来我国重载运输有了发展, 但还有不少问题急待研究解决。为此建议。

1) 统一规划, 积极发展重载运输。为了加快重载运输的发展, 当前要抓住机遇, 在加速路网建设的同时, 根据我国能源基地和产业的具体布局, 统一规划, 积极发展符合我国国情的各种形式的重载运输, 以大幅度地提高运能, 加速铁路现代化的进程。

2) 开展科研攻关, 不断提高重载运输的技术水平。当前我国铁路技术装备总的水平与发达国家相比还有不少差距, 还不能适应重载运输发展的需要, 应按轻重缓急, 积极安排组织攻关。当前急需研究解决的如大功率机车和大型车辆的研制、多机同步操纵摇控装置、改善车辆制动装置、车钩和缓冲器的性能、新型轨道结构的研究等, 在软科学方面如运输组织模式的合理选择、列车重量与行车密度的合理匹配及工务维修V型“天窗”的研究等合理配置及工务维修V“天窗”的研究等。

3) 制定适合我国运输特点的重载铁路规程、规范。我国铁路重载运输虽已起步, 但没有一套设计规范可以遵循, 应从实际出发, 不断总结经验。在满足运输需要确保安全的前提下合理确定适度的设计技术标准, 以适应重载运输发展的需要。

参考文献

[1]钱立新.世界铁路重载运输技术[J].中国铁路, 2007 (6) :49-53.

重载铁路连续梁挂篮悬臂施工控制 篇9

山西中南部铁路通道横贯晋豫鲁三省,全长1 260 km,连接我国东西部的重要煤炭资源运输通道,是世界上第一条按30 t重载铁路标准建设的铁路。本文介绍的是线路中的“上跨博莱高速公路特大桥”1-(48 m+80 m+48 m)双线连续箱梁,梁体为单箱单室、变高度、变截面结构,采用悬臂灌注法施工,其中,主要介绍“80 m段”的施工控制。

1“0号段”施工

1.1 支架施工

支架采用钢管桩及型钢托架。承台施工时,在其顶部预埋钢板,墩身施工完毕后,焊接安装钢管桩及型钢支架,下端与承台预埋件连接,托架采用塔吊安装。

1.2 临时支座安装

该重载铁路桥梁墩柱设计与箱梁体间为非刚性结构,为避免悬灌梁施工时前后梁段荷载不平衡产生倾斜,且不使永久支座过早受力,在悬灌梁施工过程中设置临时支座,将梁固结在桥墩上,使梁具有一定的抗弯能力。永久支座和临时支座在“0号段”模板支立之前安装完毕,且临时支座较永久支座高3 mm~5 mm。

1.3 托架预压控制

在模板施工前,为保证托架结构安全,以及托架预拱度的计算,应对托架进行预压。通过预压可以取得托架的弹性变形值和非弹性变形值,并与托架理论变形值比较,检验托架结构安全。预压荷载采用沙袋预压,为托架上方混凝土重量的1.2倍~1.3倍。预压结束后对数据进行分析,得出托架的预拱度,并调整模板标高。

1.4 预应力摩阻损失测试

根据以往经验,预应力摩阻损失是后张预应力混凝土梁的预应力损失的主要部分之一。本桥在预应力施工前,根据其具体施工条件进行预应力摩阻测试,包括管道摩阻、锚口摩阻、喇叭口摩阻三部分。

1.4.1 管道摩阻损失测试

为保证该重载铁路连续梁测试数据的准确,使用压力传感器测取张拉端和被张拉端的压力,不再使用以往千斤顶油表读取数据的方法,同时,在传感器外采用约束垫板的测试工艺,保证了所测数据能准确反映管道部分的摩阻影响。经试验实测得管道局部偏差影响系数k=0.003 4,摩擦系数μ=0.256,设计值k=0.003,μ=0.26。

1.4.2 锚口及喇叭口摩阻损失测试

考虑到测试方便和准确测试所确定的内容,在地面上制作了其尺寸为4.0 m×0.8 m×0.8 m的混凝土长方体,锚口和锚垫板摩阻损失试验具体测试步骤如下:

1)两端同时充油,油表读数值均保持4 MPa,然后将甲端封闭作为被动端,乙端作为主动端,张拉至控制吨位。设乙端压力传感器读数为P1时,甲端压力传感器的相应读数为P2,则锚口和锚垫板摩阻损失为:ΔP=P1-P2;以张拉力的百分率表示的锚口和锚垫板摩阻损失为:η=(ΔP÷P1)×100%;2)乙端封闭,甲端张拉,同样按上述方法进行三次,取ΔP和η的平均值;3)两次的ΔP和η平均值,再予以平均,即为测定值。经试验实测YJM15-7锚具,YJM15-14锚具和YJM15-17锚具的锚口及喇叭口预应力损失分别为6.45%,6.57%和6.34%,设计值为6%。

2 悬浇段施工

2.1 挂篮结构形式

根据该重载铁路连续梁的受力分析,考虑到悬浇段的最大梁段重量及其施工荷载,按最不利荷载设计,经相关计算和验算后,采用自锚平衡式三角形挂篮。根据对本桥挂篮的设计和加工,该连续梁使用的挂篮由主桁架、底模平台、模板系统、悬吊系统、锚固系统及走行系统等六大部分组成。该重载铁路连续梁施工挂篮的立面及侧面分别如图1和图2所示。

2.2 挂篮的试拼、安装及预压

2.2.1 挂篮试拼

该重载铁路连续梁施工所用挂篮数量为2套4个,挂篮在上墩安装前先在地面试拼,以验证挂篮各部尺寸是否正确无误,拼装精度是否符合要求。

2.2.2 挂篮安装

挂篮试拼合格后,以及墩顶“0号段”完成并达到要求,预应力施作及压浆完成后,采用塔吊进行挂篮吊装。墩两侧的挂篮对称同步安装,严格按设计要求控制不均衡荷载。

挂篮拼装程序:走行系统→三角形桁架→锚固系统→底模板→外侧模。

2.2.3 挂篮预压

挂篮预压重量以“1号梁段”腹板、底板及混凝土重量的1.2倍为计算依据,并平均分配到16根钢绞线上。腹板和底板的模板自重荷载:33.5 m2×100 kg/m2+29.4 m2×80 kg/m2=5 702 kg=57.02 k N;混凝土自重荷载:123.606 m3×2.6 t/m3×1.05×1.1=371.19 t=3 711.9 k N,其中1.05为混凝土超载系数;1.1为冲击系数。每根钢绞线的最大张拉力为:F=1.2×(3 711.9+57.02)/16=282.67 k N。

采用4台液压千斤顶按0,0.5,0.8,1.0,1.2分级同步对称进行张拉预压,各级张拉力分别为0 k N,141.33 k N,226.13 k N,282.67 k N,339.20 k N。

每级施压前后均进行了变形观测,并记录,且各级施压之间均稳压一定时间,使各杆件充分变形。钢绞线张拉力达到最大张拉力并稳压后进行卸载,卸载也按分级同步对称进行,每级卸载后均进行了变形观测,并记录。

2.3 悬臂灌注法施工

2.3.1 悬臂段立模标高控制

在该重载铁路连续梁悬灌施工前,根据施工方案、工艺和工期的要求,模拟施工过程,收集整理有关数据,运行线型控制软件,计算梁体在受自重、施工荷载、预应力张拉及预应力损失、混凝土收缩及徐变、体系转换等因素影响下而产生的内力和变形,定出各梁段的施工立模标高。

2.3.2 钢筋及波纹管道施工控制

根据本连续梁悬臂灌注的施工工艺,其钢筋及波纹管道的安装顺序如下:先安装底板端头模,绑扎底板、腹板钢筋,并安装竖向预应力筋、底板波纹管道;待内模前移到位后绑扎顶板底层钢筋,安装顶板预应力管道,绑扎顶板上层钢筋,安装顶板预埋件。在安装过程中,出现预应力管道位置与构造钢筋位置矛盾时,选择移动构造钢筋的位置。

2.3.3 悬臂灌注混凝土施工控制

在本桥箱梁混凝土的施工控制中,为了使后浇混凝土不引起先浇混凝土的开裂,采用一次浇筑成型,并严格按照底板混凝土凝固以前全部浇筑完毕,达到了挂篮的变形全部发生在混凝土塑性状态之间的目的,避免了裂纹的产生。

2.4 预应力施工

2.4.1 张拉

按照设计及施工规范要求,在梁段混凝土强度和弹性模量达到设计要求的指标时,先用预应力拉伸机单根预张拉后,再用4台千斤顶两端对称张拉。在张拉施工控制中,以张拉吨位控制为主、伸长量校核为辅的控制原则。

2.4.2 孔道压浆

首先采用真空泵抽吸预应力管道中的空气,使孔道达到负压0.1 MPa左右的真空度,然后在孔道的另一侧再用压浆机以不小于0.7 MPa的正压力将水泥浆压入预应力孔道,以提高孔道压浆的饱满度,减少气泡影响。

3 合龙段施工

3.1 支架系统

边跨及中跨合龙段选择单只挂篮前伸合龙,底模和侧模系统直接利用挂篮底侧模系统。先合龙两个边跨再合龙中跨。

3.2 合龙段锁定

本重载铁路连续梁的合龙段临时锁定控制中,边跨合龙段临时锁定采用“外劲性骨架+临时张拉钢束”方案,中跨合龙段临时锁定采用“内劲性骨架+临时张拉钢束”方案。在此着重介绍边跨合龙段锁定施工控制。

3.2.1 劲性骨架计算

1)Ng=NGμ,其中,Ng为合龙段劲性骨架所受摩擦力;NG为边跨现浇段自重;μ为模板与混凝土摩擦系数,取0.15,则Ng=NGμ=0.15×254×10=381 k N;

2)边跨合龙段劲性骨架采用HW250×250×9×14 H型钢,每个合龙段设置4根,每根长3 m,则每根H型钢劲性骨架所受应力σ=N/A=381 000 N/(4×8 998 mm2)=10.58 MPa;

3)材料参数Q235钢:[σ]=205 MPa,[τ]=110 MPa,E=2.06×105MPa;所以,安全系数为205÷10.58=19.8,满足要求。

3.2.2 临时钢束张拉控制

在连续梁边跨合龙段劲性骨架焊接锁定完成后,立即进行临时钢束的张拉。本边跨合龙段选择临时张拉2T13和2S16纵向预应力束。根据“3.2.1劲性骨架计算”中得出最大摩擦力为381 k N,故每束钢绞线张拉到381/4=95.25 k N即可,施工时对四束钢绞线临时各张拉到9.525 t的力,待合龙段混凝土强度达到设计要求后,再将临时钢束2T13和2S16张拉至设计吨位。

3.3 边墩支座约束的解除

按照连续梁设计要求,边跨合龙段临时锁定后,立即解除边墩上下支座板临时锚板约束。

3.4 边跨合龙段混凝土的浇筑

该重载铁路连续梁的边跨合龙段混凝土浇筑施工,选择在当天温度最低且浇筑完毕后温度缓慢上升的时候进行,采用微膨胀混凝土,且混凝土强度等级提高一级。边跨合龙段混凝土浇筑后,严防施工扰动,采用土工布覆盖洒水养护。

4 结语

本文不仅从0号段、悬浇段以及合龙段的施工过程做了介绍,还分别对“0号段施工”中的“预应力摩阻损失测试”、“悬浇段施工”中的“挂篮预压”以及“合龙段施工”中的“边跨合龙段临时锁定”等相关计算进行了分析,为今后相关重载铁路连续梁的挂篮施工控制积累了经验。

摘要：结合工程实例,从0号段、悬浇段、合龙段三方面,阐述了重载铁路连续梁挂篮悬臂的施工技术,探讨了各施工环节的质量控制措施,为同类工程的施工积累了经验。

关键词：重载铁路,挂篮,悬臂段,合龙段

参考文献

[1]TB 10002.3—2005,铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范[S].

重载铁路线路病害治理、维修和养护 篇10

铁路线路是由路基、轨道和桥隧建筑物等部分组成。它是一个整体工程结构, 共同发挥各自的功用, 其任何组成部分的改变或损坏, 都将影响其他部件及整体结构的功能。随着机车车辆荷载不断加大, 铁路线路轨道的几何尺寸也发生了变化, 路基和床道发生了不同程度的形变, 钢轨、联结零件、轨枕磨损严重, 使铁路线路的性能大大降低, 严重威胁了行车安全。因此, 合理养护线路, 确保线路质量是保证工务部门安全生产的前提, 也是铁路运输安全的基础, 对企业经济效益的增长、人民生命财产的保障和国民生产总值的提高都有很重要的意义。

2 重载铁路线路病害原因分析

轨道荷载和轨道抗力是影响铁路轨道使用寿命和损害程度的重要因素, 根据轨道受力理论可知, 影响轨道结构受力的主要因素是荷载、轨枕、道床以及钢轨。下面我们分别具体说明它们和轨道结构受力之间的关系。

(1) 荷载作为轨道受力的根源, 荷载越大, 轨道受力越大, 也就是说两者呈现正比例关系。

(2) 轨枕对轨道荷载的影响是通过轨枕之间的距离以及轨枕的支撑面积产生的, 而轨枕之间的距离仅对道床上的应力和轨枕上的压力有影响, 对于轨道弹性下沉和钢轨弯曲应力基本没有什么影响。研究表明, 减少轨枕会导致枕上压力和道床压力同时增大, 一般规律为:每减少一根轨枕, 枕上压力与道床压力会增大3%~4%, 但是对于轨道弹性下沉和钢轨应力基本没有影响, 它们的变化幅度在1.2%左右, 这正是说明轨枕间距对轨道弹性下沉和钢轨弯曲应力影响很小, 影响轨道下沉和道床应力的主要因素还是轨枕的支撑面积大小。

(3) 影响枕上压力和道床应力的主要因素是道床, 而道床的变化是由其刚性大小决定的, 道床的刚性与枕上压力和道床应力成正比, 也就是说, 道床刚性越大, 则枕上压力和道床应力越大。

(4) 影响轨道受力的另外一个重要因素就是钢轨的断面尺寸和钢轨的状态。

3 重载铁路线路病害的治理

3.1 轨道几何尺寸的整正

重载列车在运行过程中, 会对轨道的原有形状有所影响, 并且列车的荷载大小对轨道变形程度又不同, 列车荷载越重对轨道变形的影响越严重, 而轨道一旦变形后就无法避免列车在行驶过程中与轨道的相互碰撞, 这在一定程度上就加快了轨道的损坏速度。

因此, 在日常工作中, 铁路工务段工人就要加大对轨道的巡查力度, 发现轨道变形问题要及时对其整正, 避免重载列车对其造成更加严重的损害。

3.2 连接零件状态维持

重载铁路轨道结构内部的零件非常重要。

(1) 必须保证连接零件的齐全, 不能有零件的丢失, 一旦发现某个部位缺少零件必须立即安装, 各部位零件要保持良好的运行状态, 这样才能保证铁路运输的安全性;

(2) 工作人员要定期对轨道内部零件进行检查, 对于有松动的零件进行全面复紧, 由于受到温度的影响钢轨会发生热胀冷缩, 在夏季的热胀和冬季的冷缩都会对钢轨造成破坏, 也会使内部零件出现松动现象, 所以一般每年春、秋两季都要对钢轨内部零件进行复紧工作;

(3) 零件长期裸露在室外无法避免腐蚀的现象, 我们能做的只有采取措施降低其锈蚀的速度, 目前常用的方法就是对零件定期涂膜防锈油。

3.3 道床的维护

道床状态的好坏直接影响铁路线路的性能, 也就是说, 道床状态对铁路线路性能起着关键性的作用。

因此, 在日常的工作中, 铁路工务段人员必须加大对道床的维修力度, 做好定时清洁工作, 只有道床保持均匀、干净、密实, 并且具有良好的弹性, 才能保证铁路线路的质量。

道床由于长期受到列车运行带来的损害, 经常会出现切入路基和弹性下降以及板结等病害, 而道床的维修任务又比较繁重, 所以一旦出现问题, 必须及时解决。

道床常见的问题, 比如, 桥涵两头或者路基下沉地段极其容易出现缺少石砟, 遇到这种情况要及时补充石砟, 从而保证道床的稳定性。

4 铁路线路的维护和养护

4.1 轨枕及轨下弹性垫层养护

轨枕通常出现的问题就是失效, 因此对其进行的维修工作就是及时发现失效轨枕并对其进行更换, 保证轨枕的受力处于正常状态。

轨下弹性垫层的作用是对混凝土枕的受力起到缓冲作用, 这样一来就提高了轨枕的承受能力, 并且减轻了钢轨受力, 从而提高了设备的性能, 保证了铁路线路的正常运行。

4.2 钢轨养护

钢轨在铁路运行过程中起着关键性的作用, 它是轨道结构直接接触的部分, 也就是轨道直接的受力面, 同时它又在车轮与轨枕及轨道之间起着中间介质的作用, 所以说, 钢轨的性能对列车运行安全起着至关重要的作用。钢轨的检修工作主要依靠专业的探测仪器, 在进行具体的探测工作时, 一定要避免漏探漏检的现象发生, 工作期间要足够耐心细致才不至于遗漏, 造成安全隐患。为了保险起见, 除了通过探测仪器探测外, 还应该辅助必要的人工检测, 有些问题仪器未必能检测出来, 仍然需要工作人员凭借多年的工作经验去发现, 从而及时发现钢轨损伤情况, 并对其进行专业的修理。对于掉块、擦伤、不平整的部分, 要进行及时的焊补或者打磨等处理, 只有在工作中不断积累经验, 发现问题及时解决, 才能充分保证列车运行的安全。

4.3 路基部分的管理维护

众所周知, 路基是轨道组成的最基本部分, 也是关键的组成部分, 在列车运行中起着非常重要的作用。轨道中路基一旦发生变化很容易引起轨道的变化, 这种情况会给轨道的结构带来严重的影响。由于列车荷载比较重, 轨道承受压力大, 重载铁路线路出现路基下沉的情况是一种铁路线路常见的病害, 所以, 铁路工务段的工作人员在日常维护工作中需要对路基部分更加关注, 一旦出现路基下沉的问题, 要及时进行维修, 保证轨道正常工作。依据我国铁路相关管理规定中对路基保护的标准, 对路基周围的排水设施、骨架、浆砌护肩、护坡以及边坡等部分一定要按照规定做好定期的维护和保养工作, 在长期的工作实践中, 应该不断总结经验教训, 了解和分析问题出现的根本原因, 从而找到可以预防和杜绝问题出现的方法和手段, 做好相应的预防准备工作, 相信通过不断地努力, 相关工作人员一定能够找到更好的路基维护办法, 进一步优化路基维护模式, 确保重载路线的稳定运行。

4.4 重载标准轨铁路的接头养护

在工务部门养护维修工作中, 接头养护工作占据了所有维修工作量的60%~70%, 由此足以证明接头养护工作的重要性。对于接头的养护工作而言, 每个接头的问题情况都不尽相同, 在工作中要依照接头的具体情况, 采取有针对性的有效措施进行维护, 不能一概而论, 只有切实可行的措施才能保证接头养护工作的顺利实施。根据这几年的实践经验, 对于接头的养护主要从以下几方面展开, 根据当地的气温变化情况, 及时调整不良轨缝, 保持合适的轨缝;保持接头螺栓和扣件的扭力, 使接头的部分连接保持稳定状态;接头部分道床在捣固时要保证良好的捣固质量;对于低扣接头要进行平轨处理;对于出现下弯的夹板要更换为上弯夹板或减振夹板;要重视对轨面的修理, 对于出现的轨端不均匀磨耗、掉块、擦伤等缺陷和病害要采取焊补、打磨等多种方式进行修理;改善接头部位道床的弹性, 主要是清筛板结和翻浆道床, 更换磨圆的石砟, 改善轨下弹性垫层, 保持轨下垫层的良好弹性, 可以采取更换高弹胶垫或下TD型复合胶垫的方式来改善。

5 结语

总而言之, 为了保证铁路运输及旅客的行车安全, 加强对重载铁路线路的治理、维护与保养具有重要的现实意义。因此, 铁路工务段工作人员要切实做好本职工作, 对于重载铁路线路的病害做及时有效的治理, 对于铁路线路要按时做好维护与保养工作, 保证铁路线路的安全、稳定运行, 同时推动我国铁路事业的可持续发展。

参考文献

【1】黄磊.刍议铁路线路的常见病害及养护维修[J].江西建材, 2016 (2) :192+197.