毕业设计（论文）
题目：高速铁路线路病害分析及预防整治
专 业： 铁道工程系 班 级： 高速铁道技术
摘要
2003年10月12日秦沈客运专线正式运营，它是中国铁路步入高速化的起点，可
以说，是中国铁路里程碑式的建筑。它是中国自己研究、设计、施工的时速200公里的第一条快速客运专线。在当今社会经济高速发展的情形下，铁路运输的发展将偏向高速和重载运输，这样就会加重铁路线路的承载能力，造成铁路线路损害，严重影响铁路运输。铁路线路设备是铁路运输业的基础设备。因此，合理养护铁路线路，及时有效的分析、预防和整治设备病害，提高铁路线路抵抗灾害的能力，为实现铁路跨越式发展，确保铁路线路质量是保障铁路运输安全的必要。
线路病害的整治工作一直以来都是铁路部门极为重要的环节，我通过查阅大量有关铁路线路病害和整治资料的基础上，针对我国高铁线路病害现状，有针对性的提出一些常见高铁线路病害发生的机理，介绍了高铁线路病害的类型、防治原则和整治措施。
关键词： 高铁线路；病害原因；预防方法
引言
多数铁路线路常年裸露在大自然中，由于机车车辆的动力作用和自然条件对线路的影响，轨道几何尺寸不断发生变化。加之路基、道床随时发生变形，线路设备不断机械磨损，计划维修、紧急补修和重点整治比例安排的不合理，维修方法不当，以及周期性的大、中修工作未能够及时进行，因而对铁路线路造成诸多病害。为保持铁路经常处于符合铁路技术标准规定的良好状态，我们就必须对铁路路基、轨道等进行养护维修作业。铁路线路养护的基本任务就是通过对线路的系统检查，及时发现线路上的一切不符合技术标准的现象和病害，并查清其原因，以便合理地计划和组织线路的养护作业，消除病害和缩小病害影响，使线路经常处于完好状态，保证列车按照规定的速度，平稳、安全和不间断地运行。
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1.线路爬行病害
列车车轮沿钢轨运行时,除产生竖直力和横向力外,还有纵向水平力。由于纵向力的作用,使钢轨沿着轨枕或轨道框架沿着道床顶面纵向移动,这种现象称为线路爬行,使钢轨产生爬行的纵向水平力称为爬行力。
1.1 线路爬行的原因
线路爬行是万病之源，形成爬行的主要原因有：钢轨在动荷载下的挠曲、列车运行的纵向力、钢轨温度变化、车轮在接头处撞击钢轨、列车制动等。当线路上防爬设备不足，扣件的扣压力及道床纵向阻力不够时就会加剧线路爬行。一般认为钢轨挠曲是线路爬行的最主要原因，而其他的因素则促成和加剧了线路的爬行。
1.2 预防线路爬行的方法
防止线路爬行的措施主要是增加线路纵向阻力。加强轨枕与道床间的防爬阻力，方法是保持道床的标准断面，做到轨枕底下道碴厚度足够、轨枕盒内道碴丰满、轨枕两端碴肩够宽、加强捣固、保持线路平顺、夯实道床。此外对脏污严重的道床一定要进行清筛，以防止因翻浆冒泥和线路爬底，降低线路纵向阻力。还应保持扣件的应有扣压力。为了增加钢轨与夹板之间，垫板与轨枕之间的阻力，应及时拧紧螺栓，拧紧扣件。对于失效的扣件应及时更换和整修。
2钢轨接头病害
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钢轨接头
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钢轨接头是线路的薄弱环节，混凝土轨枕线路更为严重。机车车辆的轮对通过接头时，因其不平顺而产生剧烈振动，加速线路状态的变化，以致形成接头病害。接头病害产生之后，又进一步加剧机车车辆轮对对线路的破坏作用，互为因果，使病害发展变化加速。在钢轨、道床和路基状态基本相同的情况下，混凝土轨枕线路接头比木枕线路接头变化快，各类接头病害产生周期短，发展迅速。如不从根本上整治病害，接头就很难维持正常工作状态，影响铁路运营。
2.1 钢轨接头病害分类
按接头轨面状态分：低扣接头、磨耗不均匀接头、错牙接头、金属剥离接头、大轨缝。
按接头道床状态分：翻浆接头、翻白接头、溜塌接头、硬结接头。 按接头的结构状态分：接头夹板下弯、上缘磨蚀、夹板螺栓的螺帽扭矩不足；扣件螺帽扭矩不足、扣板或轨距挡板不密贴、扣件失效等。
2.2钢轨接头病害的原因
钢轨接头病害的发生，最根本的原因在于轨道接头存在结构上的不平顺，这就导致轮轨之间产生较大的附加动力作用。过大的附加动力作用又促使不平顺的发展和附加动力的增长，同时也就促进了接头病害的发展，可见，钢轨接头病害的发生与发展是互为因果的。另外，由于养护方法不当也会促使接头病害产生和发展。
(1)结构不平顺
钢轨接头在结构上的不平顺，指的是接头轨缝；车轮压在钢轨的输出端时，邻接钢轨的接受端有抬高趋势，形成台阶；荷载下钢轨接头处的挠曲不是连续曲线，而是折线。当折角、轨缝、台阶三个因素同时出现，都将产生轮轨冲击，从而增大接头处的附加动力。
(2)附加不平顺
附加不平顺是在运营过程中形成的，以下几种情况都可能引起附加不平顺，如：结构薄弱、轨面不均匀磨耗、弹性不足。
(3)动态不平顺
动态不平顺一般有两种情况：一种是轨道弹性不均和荷载波动，轮轨接触点
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轨迹呈波浪形不平顺；另一种是线路存在暗坑吊板和道床不均匀的弹性下沉。这两种不平顺只有在动态情况下才能表现出来。线路的动态不平顺增大了列车运行中的冲击和振动。有的养护单位使用厚度不等、弹性不均的轨下垫板以及线路养护质量不良，都加剧了轨道动态不平顺。
综上所述，车轮通过钢轨接头处的轨缝，形成剧烈的冲击和振动，这是造成钢轨接头病害的外因；钢轨断面及接头部分设计不合适以及淬火工艺不良则是钢轨接头产生病害的内因，所以，长度25 m钢轨混凝土轨枕线路解决接头病害的根本途径要首先从改善钢轨材质、淬火技术要求、淬火工艺、钢轨及夹板的设计等方面着手，同时在养护维修工作中也要采取符合混凝土轨枕线路特点的方法进行作业，以改善钢轨接头的工作状态。
2.3.钢轨接头病害的整治措施
a.接头螺栓要达到应有扭力矩，使用加铁片或弯制夹板整治左右、上下接头错牙，轨缝最好应保持在8mm以内。
b.及时打磨钢轨，防止轨缝顶死；焊接接头轨端掉块，应及时对掉块进行焊补，并打磨平顺。
c.利用大型养路机械设备进行破底清筛。以恢复道床弹性。
3.曲线钢轨病害
3.1曲线钢轨病害的原因
钢轨在空间的位置不正确是造成钢轨磨耗的主要原因。钢轨本身质量不好；曲线不圆顺、方向不良，使列车通过时产生摇晃；缓和曲线超高的递减距离不够，引起列车在缓和曲线运行时发生震动、摇晃和冲击;超高不合适，引起里外股钢轨受偏载和轮轨的不正常接触；轨距超限，使车轮与钢轨的内接情况不好，增加行车阻力与摇晃；轨底坡不正确，使钢轨顶面与车轮踏面不相吻合，钢轨顶面受偏压,这些都会使钢轨加速磨耗。
3.2预防曲线病害的方法
a.保持正矢不超限，定期调查现场正矢，细心计算，全面拨正。特别是要保持曲线头尾的圆顺。
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b.做好缓和曲线超高顺坡和正矢的递减，顺坡和递减时应等量进行，不要忽大忽小，缓和曲线头尾可适当增减3mm 的超高。
c.合理设置外轨的超高。超高过大会加剧外股钢轨的侧面磨耗和里股钢轨的垂直磨耗。相反如超高过小，对外股钢轨也不利。
d.加强养护，经常保持曲线状态良好，保持方向顺、轨面平、轨距水平不超限是减少列车的摇晃，减少车轮冲击力的有效措施之一。因此，应定期拨道，经常养护，预防病害的发生。
e.调整轨底坡，使钢轨踏面坡度符合车轮踏面。使车辆的重心落在钢轨中心线上，减少钢轨磨耗。
f.贯彻定期涂油制度，钢轨侧面涂油是减少曲线外股钢轨侧面磨耗的有效方法之一，一般能使曲线上股钢轨的所有寿命延长2倍。
4.混凝土轨枕常见病害
混凝土轨枕线路由钢轨、混凝土轨枕、扣件、道床等部分组成。钢轨直接承受由机车车辆传来的巨大压力，并传向轨枕。混凝土轨枕通过轨下弹性垫层和中间扣件承受钢轨传来的竖向垂直力、横向和纵向水平力后再将其分布于道床，并保持钢轨正常的几何位置。混凝土轨枕在我国铁路铺设使用已有多年的历史，多年的经验表明，混凝土轨枕的使用对强化轨道结构、保证行车安全起到了重要作用。但是，轨枕在设计、制造和使用中的问题，致使部分轨枕早期发生裂损，影响了正常作用。
4.1.混凝土轨枕伤损的主要形态
(1)轨下截面出现过大的横向裂缝
混凝土轨枕是一个接受不稳定重复荷载的构件，荷截的变化带有随机的性质。混凝土轨枕在使用期内轨下截面有可能出现大于该截面抗裂强度的荷载弯矩，在这种情况下就产生了横向裂缝。一般来说，这种裂缝较小，不致引起轨枕的失效。但在某些情况下，轨下截面的荷载弯矩远远大于轨枕的抗裂强度，那就会出现过大的横向裂缝，导致轨枕失效。
(2)轨下截面压溃
轨枕轨下部分由于橡胶垫板损坏或串出，使钢轨直接作用于承轨槽，引起轨下部分混凝土压溃。有些轨枕由于轨下截面横向裂缝过大，混凝土受压区产生过大
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的压应力使混凝土压溃。
(3)轨枕中间部分出现过大的横向裂缝
轨枕中间部分出现的裂缝包括中间上部裂缝和下部裂缝两种。 轨枕中间上部出现裂缝，是由于轨枕中部产生较大的负弯矩所致；轨枕中间下部出现裂缝，是由于中部产生较大的正弯矩所致。通过调查得知，因轨枕中部出现过大的横向裂缝而失效的轨枕多于因轨下截面出现横向裂缝而失效的轨枕，因轨枕中间下部出现过大横向裂缝而失效的轨 枕多于因轨枕中间上部出现横向裂缝而失效的轨枕。
(4)轨枕中间部分压溃
轨枕中间部分由于受了过大的正弯矩，不仅使轨枕中间部分的下部产生过大的裂 缝，而且还引起截面受压区的过大压应力，致使混凝土压溃，这种情况一般发生在钢轨接头。有些轨枕由于中间部分承受了过大的负弯矩，不但引起中间部分的上部裂缝，而且还使中间截面下部受到过大的压应力以致压溃，甚至出现钢筋外露。
(5)轨枕纵向裂缝
轨枕沿长轴线方向的裂缝统称纵向裂缝。纵向裂缝一般有端头裂缝、端部上表面裂缝、侧面水平纵向裂缝、钉孔纵裂、贯通纵裂等，纵向裂缝较多的部分是沿螺栓孔的两侧或应力钢筋处发生，并向端头及中部发展。这种裂缝的出现，将严重地影响轨枕的使用寿命。
(6)轨枕的龟裂
龟裂是轨枕表面纵横交错的细小裂纹，一般多发生在轨枕端部及中部顶面和侧面处。龟裂对轨枕的使用寿命影响也很大。
(7)轨枕中间部分斜裂及扭伤
轨枕中间部分斜裂扭伤是指沿对角方向的破损。线路维修工作中的捣固作业，因在轨枕两侧进行对角捣固，过车时容易使轨枕中间部分产生斜裂或扭伤。据调查统计，因线路维修养护不当使轨枕中部扭断、折断的轨枕在伤损轨枕总数中占有一定的比例。
(8)轨枕挡肩破损
轨枕挡肩承受由扣件传来的水平推力而产生破损，特别在小半径曲线上这种现
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象十分普遍，有的采用加宽铁座仍不能解决问题，据统计，在半径为400 m的曲线上，挡肩破损高达70 %。另外，由于垫片损坏或在轨枕制造过程中挡肩部分的缺陷也可能造成挡肩破损。
(9)轨枕的腐蚀
在长期放水地段和车辆装载有害介质散落在轨枕上，都会造成轨枕的腐蚀，轻者混凝上表面出现麻点、脱层等现象，重者钢筋锈蚀，并逐渐向里延伸。
(10)轨枕底边掉块
手工捣固冲击轨枕底边使混凝土掉块，严重时掉块面积可多达100 cm2，其结果是轨枕受力状况恶化，容易出现应力集中而造成其他各种伤损，并且削弱了轨道的稳定性。
4.2.混凝土轨枕伤损的原因
造成混凝土轨枕伤损的主要原因主要有制造质量、养护维修作业和结构三个方面。
(1)制造质量
在混凝土轨枕各类损伤中，纵向裂缝对行车安全危害最大，而且一经发生，发展极为迅速，严重者贯通轨枕全长，造成劈裂和龟裂，混凝土疏松、剥落，对轨枕承载能力、保持轨道状态能力和使用寿命危害很大，这类损伤一般都是由于制造质量不良引起的。
(2)养护维修作业
混凝土轨枕断面和配筋的设计都是在一定受力条件的前提下进行的，而混凝上轨枕截面实际承受的荷载弯矩与线路养护维修作业有密切关系。在养护维修作业中，如果使轨枕受力状态发生了变化，就可能出现轨枕断面荷载弯矩大于轨枕抗裂强度的现象，以致产生轨枕伤损。养护维修作业对轨枕伤损的影响主要表现在以下几方面：捣固作业、轨下垫层及绝缘缓冲垫片损坏没有及时更换、没有及时整治道床病害对轨枕受力极为不利、接头养护不良、没有及时消灭轨面不平顺。
(3)轨枕结构
为了了解混凝土轨枕的使用情况进而采取措施，提高轨枕结构的可靠性，多年来， 铁道部有关单位曾组织了多次较大规模的现场调查。历次调查的资料表明，现有轨枕按50年使用寿命的要求，考虑可能出现的非正常运营条件，轨枕结构
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强度必须适当提高。
4.3.混凝土轨枕病害整治
根据使用情况设计出更合理轨枕来提高轨枕结构的可靠性和高强度的轨枕。在维修作业时要小心尽可能的不要去损坏轨枕。
5.道床病害
道床是轨道框架的基础。轨道变形的主要原因是道床的变形，道床的不均匀沉降将引起一系列的病害，直接危及行车安全。因此，必须知道道床变形原因及其病害整治以保证线路的平顺性使列车安全运行。
5.1.道床病害产生的原因
(1)道砟质量不良
有些道砟是石灰岩材质该类道砟的强度低耐磨性和抗冲击性、抗压碎性能差。现在的铁路逐步实现重载化。在列车重力反复作用下道砟相互挤压磨损而且磨损后是粉末状容易出现翻浆、板结等病害。
(2)路基基床翻浆：
路基基床的密实度不足，在列车荷载的长期作用下道床颗粒嵌入基床形成一层膜致使地表水无法排出形成翻浆积水等病害。
b.日常维修工作中将路基面的平顺度破坏导致基床表面不平路基表面的排水不畅。
c.其他成因沙尘客车的垃圾及粪便严重污染道床减小了道床的渗水性和弹性易行成板结翻浆等病害。
5.2.道床病害的整治
(1)加强道床质量管理
a.严格执行碎石道砟标准，从源头上把住道砟质量，坚决杜绝不合格的道砟进入铁路线上。
b.按道床的实际情况做好线路清筛并及时更换道砟材质不达标的道砟，彻底回复道床的良好状态。
c.结合维修对道床边坡进行清筛保证道床的排水性，预防积水翻浆等病害的发
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生。
(2)整治基床病害恢复基床的密实度和排水顺畅，对基床填料不良或基床密实度不足引起翻浆的病害应采取基床土换填、改善基床填料的土质条件、彻底恢复路拱，确保路基面排水顺畅
(3)加强作业标，避免养护维修对原有路基面的破坏
(4)改善外部条件减少对道床的污染，严格客车垃圾的回收和到站统一清理，保持道床的清洁从而改善工务工作的环境，减少对环境的污染。
6.道岔病害
道岔是把一条轨道分支为两条或两条以上的轨道设备。道岔构造复杂，零件较多，过车频繁，技术标准要求高，是轨道设备的薄弱环节之一，易于磨损变形，产生各种病害。
道岔质量的好坏，直接影响行车安全。因此道岔养护维修的首要任务是预防发生病
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害，经常保持其状态良好；各部尺寸符合要求；零件齐全发挥作用；延长道岔使用寿命；保证道岔畅通无阻。
6.1.道岔常见病害及产生原因
(1)道岔方向不良
造成道岔方向不良病害的原因主要由于养护维修部彻底。在经常维修中，只顾道岔本身，随弯就弯，不考虑前后线路接续情况，有的铺设道岔时，位置不正确，其方向靠道钉把持，列车通过后，轨距、方向保持不住，加之各部连结零件不好，尺寸不符、道钉失效，轨撑、滑床板、跟端连接零件松弛，护轨长度不够，轮缘槽宽度不够，轨距不合等，列车通过时，增加列车的冲击和摇晃，使道岔方向发生变化。
(2)转辙器部位的病害
转辙器部位的病害有：尖轨跳动、尖轨不密贴、尖轨磨耗、尖轨爬行以及尖轨扳动不灵活等
a.尖轨跳动一般是由活接头、间隔铁、夹板、尖轨螺栓孔、双头螺栓等磨耗；尖轨跟部桥型垫板和防跳动卡铁缺少和失效；捣固不均匀、岔枕弯曲有空吊板；跟部接头错牙；尖轨中部滑床板和尖轨拱腰等造成的。
b.轨与基本轨不密贴主要由于滑床板本身不平直、轨撑外形不标准、组装不合适、道岔爬行、滑床板与轨撑磨耗、基本轨轧出飞边、滑床板挡肩被挤开等。基本轨框架尺寸，尖轨动程不符合规定；尖轨顶铁过长；基本轨弯折点位置不恰当或弯折量不当，基本轨或尖轨有硬弯；尖轨断面宽50mm处内侧刨切长度不够；道岔爬行，四股钢轨错位，各设计对应点不对应。
c.转辙部分轨距扩大是由于基本轨外侧轨距块与基本轨轨底边缘有缝隙，经过列车长时间的碾压，造成框架尺寸扩大；螺栓直径与垫板孔直径配合公差及螺栓、垫板锈蚀造成的螺栓直径变细，垫板圆孔扩大，加之制造误差导致轨距扩大；尖轨、基本轨侧磨严重；轨距块安装号码不正确。
d.尖轨、可动心轨爬行窜动是由于尖轨处于半自由伸缩状态，容易产生爬行；制造、运输、存放装卸等环节易造成尖轨侧弯，上道后与基本轨不密贴，列车通过时易造成晃车；长心轨仅依靠6根岔枕上的扣件阻力和3块间隔铁间螺栓摩阻力来阻止心轨窜动，因阻力不足易造成心轨爬行。
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e.道岔尖轨磨损分为直尖轨磨损和曲尖轨的侧磨，都会带来行车不平顺，尤其直尖轨侧磨直接影响直向通过的高速旅客列车，造成行车舒适性下降。曲尖轨侧磨：曲尖轨侧磨多集中在出发列车通过的侧向道岔，列车起动后逐步加速,轮轨作用下,机车轮在大功率的扭动下,形成滚动加滑动的趋势，列车进入侧向道岔时轮缘紧贴钢轨内侧的踏面圆弧,形成刨切趋势,并逐渐积累,产生钢轨侧磨。直尖轨侧磨：直尖轨侧磨跟道岔结构及养护状态密切相关。尖轨是一个变截面钢轨件,其可动部分支承在滑床台上,与滑床台无扣件联结，尖轨上部密靠基本轨，在尖轨中部设置顶铁与基本轨贴靠。这种结构造成道岔转辙部分的线性刚度较低,结构相对松散。我认为尖轨与基本轨不密贴是造成直尖轨侧磨的重要原因。在列车动态作用下，不密靠的尖轨会形成一定的矢度，顶铁过长则尖轨向线路内 部侧弯，顶铁过短则向线路外部侧弯。在列车经过时由于受到离心力的作用在尖轨不密靠的地点及前后挤压摩擦尖轨，造成直尖轨侧磨。同时岔前后轨向不良使列车蛇行运动,也是造成直尖轨侧磨的原因之一。
f.尖轨扳动不灵活，将造成尖轨与基本轨密贴长度不足。造成尖轨扳动不灵活的原因是：尖轨爬行，两股前后不一致；拉杆或连接杆位置不正；基本轨有小方向，滑床板不平直和各种连结零件磨损等。
(3)辙叉部分的病害
辙叉部分的病害有：辙叉水平下沉，辙叉方向不良，轨距变化，磨耗严重等。由于叉心通过车轮的次数比上下股钢轨通过的次数多一些，同时由于辙叉存在“有害空间”，车轮从翼轨过渡到叉心时的冲击力很大，加上辙叉体积大，叉心道床不宜捣固，因此往往造成叉心部分木枕弯曲，辙叉下沉，水平不良。
(4)滑床板及护轨垫板开焊
滑床板及护轨垫板设计本身存在缺陷，在作业中不易捣固，很容易造成暗坑、吊板、开焊；滑焊接质量低，焊层薄，滑床板所能承受的拉力小；滑床板与钢轨轨底不完全密贴，受到列车荷载作用，护轨垫板开焊是由于焊接质量低，焊层薄，强度低。开焊后导致护轨平直段轮缘槽宽度不满足《修规》要求。
(5)混凝土岔枕尼龙套管失效产生原因
尼龙套管失效是由于组装时各种人为原因伤及尼龙套管和枕下空吊板，加之涂油周期不当，个别螺栓存在折断的现象。
(6)道岔螺钉的病害
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由于螺钉所受的横向冲击力大、道岔区导曲线半径小辙叉护轨地段横向冲击较大等原因，列车通过道岔时尤其是通过辙叉区段时，作用于钢轨的横向力偏大，进而传递给铁垫板以较大的横向冲击，螺栓承受横向力，螺栓同时承受弯曲、拉伸及剪切作用，因此螺栓易折断。组装缺陷,或制造偏差。螺钉长期缺乏养护,松动后拔起造成水汽进入螺孔使螺钉锈蚀。轨枕空吊或者道床弹性不均,在列车动力作用下螺钉受到巨大的向上的抗拔力,这种情况下在列车反复的动力作用下螺钉不断拔起。螺栓扭矩过大时内螺纹易破损。上述原因导致了螺钉容易失效，岔枕与道岔大垫板的连接被破坏，使大垫板不能牢固的固定在岔枕上，在列车动力作用下岔枕以上结构失去牢固连接，使道岔几何型位难以保证，造成道岔晃车等问题，严重时可能造成钢轨外翻使列车脱轨。
(7)道岔垫板病害
对于道岔大垫板折断现场分析，铁垫板和轨枕间的不密贴是造成其折断的主要原因。尤其是心轨部分长大垫板折断较多。此部分垫板位于长岔枕中部，在列车荷载作用下长岔枕产生一定的挠度，长大垫板随岔枕共同变形，但由于垫板与岔枕间不密贴使垫板同时受弯剪作用而损坏。滑床板开焊既有设计、制造上的原因,又有养护维修方面的原因。制造上的原因主要是焊接件质量不过关,强度不够。设计制造方面的原因主要体现在曲基本轨 一侧开焊较多,究其原因主要是直向行车时行车速度高、密度大,直尖轨受力带动 滑床板下沉,而曲基本轨则被动施加滑床板以向上的力。高频率反复振动造成曲股 滑床板开焊较多。从养护原因上看,钢枕前后滑床板开焊多,主要是钢枕部不易捣固,容易形成暗坑、吊板造成滑床板开焊。道岔垫板损坏使得钢轨件失去与轨下基础的牢固连接造成道岔的几何尺寸难以保证进而影响行车。滑床台的脱焊造成尖 轨扳动所需要的力矩增大，可能造成尖轨卡死无法扳动造成严重行车事故。
6.2.提速道岔病害的整治措施
(1)根据《铁路线路修理规则》规定，道岔维修应包括两线间距小于5.2m的连接曲线轨向，维修中要拨正道岔前后方向，弯好曲基本轨，加强道岔及前后各75m线路锁定，防止爬行，使道岔方向经常处于良好状态。 (2)转辙器部位的病害整治措施 a.尖轨跳动
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