论山区长大坡道铁路的革新、升级改造与创效

【摘 要】 承钢铁路为山区铁路，坡度大、曲线多，线路几何形位变化大，维修周期短。本文有针对性的对山区长大坡道铁路常见病害提出了有效的整治方案。

【关键词】 山区 长大坡道 铁路 改造 创新

1 概述

铁路主要技术标准主要包括：正线数目、限制坡度、最小曲线半径、牵引种类、机车类型、机车交路、车站分布、到发线有效长度和闭塞类型等。铁路主要技术标准的等级，决定着进行投资的高与低、运输能力大与小及运营成本的多与少。一条铁路线的设计对于纵断面而言，要尽可能的平缓，坡度要小，如果坡度过大，并且连续集中，将造成铁路运输能力低，检修、运营成本高的状况。我国铁路《线规》规定：线路的限制坡度应根据铁路等级、地形条件、牵引种类和运输要求比选确定，并应考虑与邻接铁路的牵引定数相协调，各级铁路的限制坡度不得超过下列数值：

国铁Ⅰ级铁路 一般地段 6‰，困难地段12‰；

国铁Ⅱ级铁路 一般地段12‰，困难地段15‰；

国铁Ⅲ级铁路 一般地段15‰，困难地段20‰；

承钢铁路西起国铁张百湾车站，穿越承钢，东至国铁双峰寺车站，属山区铁路，工企Ⅱ级标准，具有如下特点：坡度大、长且较集中，整体呈西高东低状态。图1和图2分别为张滦区间和双双区间部分区段纵断面和最大坡度。

列车在通过长大坡道时，由于上行动能闯坡和下行制动，致使横、纵向冲击力急剧加大，造成轨道爬行严重，钢轨、枕木及联接零件损坏严重，使用周期缩短。正常轨道使用周期平均为30年，承钢长大坡道使用周期仅为12年左右，严重区段仅为10年左右。如张滦区间开通运营仅8年，2012年至2013年就已更换钢轨4km，增加成本300多万元，数千根枕木开始破损，需要更换。同时造成夏季高温易出现涨轨跑道、冬季寒冷易出现断轨等情况，给行车安全带来重大隐患。

2 研究内容及思路

为减缓列车通过长大坡道时的横、纵向冲击力，延长轨道的使用周期，其根本就是提高长大坡道的技术标准。考虑到承钢现状，大量投资整体改造既不现实，也影响运输生产。考虑利用现有技术水平，对部分环节进行改造，使之技术标准由工企Ⅱ级达到国铁Ⅲ级，使列车通过时比较顺畅、摆动小，同时提高轨道稳定性，控制爬行，从而实现延长轨道使用期限，达到降本增效的目的。

3 实验和实施方案

3.1 调整竖曲线半径及长度（纵向）

（1）竖曲线包括以下几何要素：竖曲线切线长TSH、竖曲线长度KSH、竖曲线纵距y。在线路纵断面上，各坡段直接连接是一条折线，为防止列车通过变坡点发生剧烈振荡、脱轨，以变坡点为交点将两相邻坡段用曲线连接，称为竖曲线，竖曲线分为凹型和凸型两种。

（2）现承钢铁路竖曲线半径多为5000m，切线长度小于100m，列车通过时震动明显。

（3）按国铁Ⅲ级标准，现场调整变坡点处竖曲线标高，将竖曲线半径增大至10000m，以张滦区间K22+400处变坡点为例，原竖曲线R=5000m，切线长度T=91m，通过计算〔T=（R×△i）÷2000〕确定该竖曲线变更后切线长为180m，长度为360m。变更竖曲线半径及长度后可有效减少在离心力作用下列车产生的增重，缓解列车对坡道线路的纵向冲击力。

（4）调整竖曲线半径需要调整竖曲线的标高，以上点为例原竖曲线半径为5000m，调整到10000m后，根据公式y=x2/（2Rsh）得y10000- y5000=1.62-0.8281≈0.8m，该处竖曲线线路标高需下落0.8m。

（5）实施步骤：拆除线路；撇开道床；开挖路基降至计算标高；恢复铁路线路，可利用行车天窗时间施工。

3.2 调整缓和曲线正矢和长度（横向）

（1）缓和曲线是由直线向曲线或曲线向直线间过渡的一段线路，作用是使列车产生的离心力逐渐增加或减小，减少车轮进入曲线时对钢轨的横向冲击，有利于行车平稳。缓和曲线应具备三个基本条件：第一，超高顺坡不致使车轮脱轨；第二，超高时变率不影响行车稳定；第三，未被平衡的离心加速度时变率不影响行车稳定。

（2）承钢铁路曲线多在长大坡道上，缓和曲线长度为30m至40m之间，由于缓和曲线长度短，正矢和超高递减率过大，导致处于坡道的缓和曲线承受较大的横向冲击力，晃车现象和钢轨侧磨、轨枕、零件损坏严重，随着列车速度的提高，近二年情况尤其突出。

（3）按国铁Ⅲ级标准，增加缓和曲线延长区段的路肩及道床宽度，以便移动直缓点和缓直点的位置，使长大坡道缓和曲线长度增加至70m，减小正矢递减率，使轨距和超高递减率在2‰范围以内。通过调整长大坡道缓和曲线长度和变化率后，可有效减少列车对长大坡道的横向冲击力。如双双区间K34+400处曲线，缓和曲线为30m，将直缓点和缓直点分别向两端直线段延伸40m，同时为保证行车稳定，在两端各40m原直线段范围内外侧增加道床宽度10cm，路肓宽度20cm。

（4）实施步骤：道床加宽采用石碴，路基加宽用人工就近取土并夯实。

3.3 充分利旧、增强长大坡道轨道整体强度

轨道爬行造成轨缝不均、钢轨断裂、联接零件拉断、轨枕伤损等现象，对轨道的破坏性很大。国铁通常采用增加安装防爬器来解决问题，效果较好，但投资较大。为减少投资或不投资，利用其它旧料来提高轨道的整体强度：①用废旧枕木制做防爬撑，安放在轨枕之间，增强轨枕的整体性，②将废旧钢轨裁切后埋于曲线上股轨枕头部，增加轨道的横向稳定性，③修复站场改造换型淘汰的电路绝缘轨距杆，安装在长大坡道轨道上，增强钢轨的整体性。

4 经济效益

承钢现有长大坡道总长28.824km，其中张滦区间9.034km，双双线16.796km，厂区3km。轨道配置为：钢轨50kg/m，轨枕1600根/km。按现行价格计算，每km钢轨61.81万元，枕木24万元，联接零件及胶垫等7.52万元。

通过改造、技术标准升级后，长大坡道钢轨使用周期可由12年延长至25年，枕木使用周期可由30年延长至40年，联接零件及胶垫使用周期可增加一倍以上。

直接创效：110万元/年。

间接效益：极大地消除了安全隐患，铁路线路状态稳定，确保了行车安全。

参考文献：

[1]铁路工程设计技术手册：线路[K].北京：中国铁道出版社.

[2]荣佑范.铁路线路维修与大修[M].北京：中国铁道出版社.