趙繼華

(北京鐵路局工務(wù)處，北京　100055)

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復(fù)合木橋枕和軌距可調(diào)扣件的研制及其運(yùn)用

趙繼華

(北京鐵路局工務(wù)處，北京100055)

在借鑒國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有FFU軌枕和橡塑軌枕的基礎(chǔ)上，提出在木枕外圍整體包覆聚氨酯彈性體形成復(fù)合橋枕的方案，既保持了木橋枕的各項(xiàng)力學(xué)性能，又延長(zhǎng)了使用壽命，做到了制作環(huán)保，使用免維修。通過(guò)增設(shè)軌距調(diào)整塊方式對(duì)原有鐵墊板進(jìn)行改造，實(shí)現(xiàn)不擰卸螺紋道釘即可對(duì)線路軌距、高低進(jìn)行調(diào)整。北京鐵路局管內(nèi)的京廣、豐沙等線使用了該技術(shù)，四年內(nèi)沒(méi)有出現(xiàn)任何安全和質(zhì)量問(wèn)題。

復(fù)合橋枕聚氨酯彈性體鐵墊板調(diào)整塊

我國(guó)鐵路鋼橋明橋面均使用木橋枕。木橋枕具有彈性好、重量輕、絕緣性強(qiáng)、制作簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，但其使用年限短、開(kāi)裂失效嚴(yán)重、改道后持釘力差、每年投入養(yǎng)護(hù)成本高等弊端一直沒(méi)有解決。再加上，木橋枕在生產(chǎn)制作過(guò)程中注油能耗大、不環(huán)保，許多地區(qū)已禁止生產(chǎn)。

明橋面保養(yǎng)周期為3～6個(gè)月，綜合維修周期為2～3年，橋枕修理作業(yè)一直是橋隧維修的主要項(xiàng)目，職工勞動(dòng)強(qiáng)度大，防腐用煤焦油或油膏有損職工身體健康，且橋枕修理要在天窗點(diǎn)內(nèi)完成，占用工時(shí)多，極大影響橋隧維修生產(chǎn)效率。

要使木橋枕達(dá)到壽命長(zhǎng)、免維修、全環(huán)保、低投入、調(diào)整線路軌距和高低作業(yè)簡(jiǎn)單的要求，必須從木橋枕的制作工藝、維修養(yǎng)護(hù)方法找到突破口，從根本上解決目前木橋枕存在的問(wèn)題[1-15]。

1　原因分析和解決對(duì)策

1.1原因分析

影響木橋枕使用壽命的主要原因：

(1)橋上線路軌距、高低調(diào)整及更換防磨墊板時(shí)，往往通過(guò)擰卸固定鐵墊板的螺紋道釘來(lái)完成，這就造成了區(qū)域性木纖維的破壞，多次擰卸螺紋道釘會(huì)使木橋枕失去持釘力。

(2)木橋枕直接暴露在大氣中，經(jīng)風(fēng)吹、日曬、雨淋、冰凍和列車(chē)沖擊，造成木橋枕腐朽或通裂而失效。

(3)素橋枕未烘干、注油深度不足，致使木橋枕剛上橋其表面就開(kāi)裂。

(4)維修工作量大，維修養(yǎng)護(hù)不到位、不及時(shí)，小缺陷發(fā)展成大缺陷，導(dǎo)致木橋枕過(guò)早失效。

1.2解決對(duì)策

(1)復(fù)合橋枕方案的確定

幾十年來(lái)木橋枕的生產(chǎn)工藝和維修手段就沒(méi)有改變過(guò)，要想使其做到長(zhǎng)壽命、免維修、全環(huán)保，必須通過(guò)科技創(chuàng)新改變現(xiàn)有木枕的結(jié)構(gòu)形式、生產(chǎn)工藝和維修手段。在鑒借國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有FFU軌枕和橡塑軌枕基礎(chǔ)上，通過(guò)比選確定采用聚氨酯彈性體包裹素木橋枕形成復(fù)合橋枕來(lái)替代現(xiàn)有木橋枕，既發(fā)揮了聚氨酯彈性體耐候、耐腐蝕、抗老化、高絕緣、防水性好的特點(diǎn)，又利用了木材彈性好、重量輕、制作簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)。

復(fù)合橋枕由木材內(nèi)芯和聚氨酯彈性體保護(hù)層構(gòu)成(如圖1)。其承力方式和原橋枕相同，采用聚氨酯彈性體保護(hù)層，可有效防止木橋枕腐朽、開(kāi)裂，延長(zhǎng)木橋枕的使用壽命(可使用30年以上)，且做到了免維修。

圖1　復(fù)合橋枕結(jié)構(gòu)示意

(2)軌距可調(diào)鐵墊板方案的確定

影響木橋枕使用壽命另一個(gè)重要原因是當(dāng)橋上線路軌距、高低調(diào)整或更換防磨墊板時(shí)，需擰卸固定鐵墊板的螺紋道釘來(lái)完成，多次擰卸螺紋道釘會(huì)造成木橋枕持釘力不足。為實(shí)現(xiàn)螺紋道釘不動(dòng)就可完成軌距、高低的調(diào)整，需對(duì)現(xiàn)有鐵墊板和螺紋道釘進(jìn)行改造。在鐵墊板螺栓孔的位置挖孔，并配備與之配套的不同型號(hào)軌距調(diào)整塊，使鐵墊板可左右移動(dòng)，以達(dá)到調(diào)整軌距的目的(如圖2)。

圖2　軌距可調(diào)鐵墊板結(jié)構(gòu)示意

把原來(lái)固定鐵墊板螺紋道釘?shù)尼旑^改換為螺母，在調(diào)整軌道水平、高低時(shí)只要松開(kāi)螺母，更換不同型號(hào)的軌距調(diào)整塊和不同厚薄的墊板，就可順利地完成橋上線路軌距、高低的調(diào)整。

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2　復(fù)合橋枕方案設(shè)計(jì)及制作

2.1保護(hù)層材料選擇

目前，使用較多的高分子彈性體主要有橡膠、塑料和聚氨酯，其中橡膠和塑料材料耐老化性差，不適合木橋枕使用環(huán)境。聚氨酯彈性體具有良好的彈性，其耐水性、耐酸堿性能、耐候性能、絕緣性能好，適合與木材進(jìn)行復(fù)合。因此，選擇聚氨酯彈性體作為木枕的保護(hù)層。

2.2聚氨酯彈性體保護(hù)層厚度比選

為確定合理的保護(hù)層厚度，選擇長(zhǎng)度0.5m標(biāo)準(zhǔn)斷面的木橋枕，且保護(hù)層分別為為0mm、3mm、5mm、10mm的試塊各兩塊(見(jiàn)圖3)，在鐵科院鐵建所橋梁實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行彈性模量和強(qiáng)度試驗(yàn)(見(jiàn)圖4)， 試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。

圖3　試塊

圖4　試驗(yàn)情況

試驗(yàn)項(xiàng)目0mm木枕3mm復(fù)合枕5mm復(fù)合枕10mm復(fù)合枕彈性模量/MPa65.4268.5369.3567.26強(qiáng)度/kN134195195195

試驗(yàn)結(jié)果表明：

(1)復(fù)合木橋枕抗壓彈性模量略大于普通木枕；強(qiáng)度提高較大，復(fù)合木枕較普通木橋枕極限承載能力提高25%以上。

(2)聚氨酯包覆厚度對(duì)復(fù)合橋枕彈性模量、強(qiáng)度影響不大。從工藝和性價(jià)比考慮，保護(hù)層厚度為3～5mm最經(jīng)濟(jì)。

2.3復(fù)合橋枕的制作

圖5　模鑄成品示意

3　軌距可調(diào)鐵墊板設(shè)計(jì)

3.1軌距可調(diào)鐵墊板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和組成

軌距可調(diào)鐵墊板由鐵墊板(圖6)、調(diào)整塊(圖7)和緊固件(包括螺紋道釘、緊固螺帽、彈墊、防松螺帽)組成，其安裝后如圖8所示。

圖6　軌距可調(diào)鐵墊板示意

圖7　不同規(guī)格調(diào)整塊示意

圖8　整體安裝示意

調(diào)整塊有0號(hào)、2號(hào)、4號(hào)、6號(hào)四種規(guī)格，0號(hào)指圓孔在調(diào)整塊正中心，2號(hào)指圓孔中心偏離中心2mm，4號(hào)、6號(hào)依次偏離4mm、6mm。調(diào)整范圍是單股鋼軌左右±6mm；軌距調(diào)整范圍±12mm，調(diào)整級(jí)差±2mm。

3.2軌距調(diào)整方法

調(diào)整軌距時(shí)，先卸下螺紋道釘上的兩個(gè)螺帽，從鐵墊板上將4個(gè)調(diào)整塊全部取出，在螺紋道釘不動(dòng)的前提下，可左右移動(dòng)鐵墊板，移動(dòng)鐵墊板幾毫米，則選用幾號(hào)調(diào)整塊重新裝入并旋緊螺紋道釘上的兩個(gè)螺帽，達(dá)到調(diào)整軌距的目的，圖9為一塊鐵墊板一側(cè)更換調(diào)整塊后的示意。

圖9　更換調(diào)整塊示意

4　軌距可調(diào)鐵墊板室內(nèi)試驗(yàn)

軌距可調(diào)鐵墊板樣品加工完成后，在鐵科院高速鐵路軌道技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行軌距調(diào)整范圍測(cè)試和200萬(wàn)次組裝疲勞試驗(yàn)。

(1)軌距調(diào)整范圍，單股鋼軌左右位置調(diào)整量為±6mm；軌距調(diào)整量為±12mm；調(diào)整級(jí)差±2mm。

(2)因沒(méi)有木枕扣件組裝疲勞試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，本試驗(yàn)參照TB/T2491—94《扣件組裝疲勞試驗(yàn)方法》進(jìn)行，試驗(yàn)參數(shù)為：垂向力70kN、橫向力37kN、荷載循環(huán)200萬(wàn)次、加載頻率4±1Hz。200萬(wàn)次疲勞試驗(yàn)后，未見(jiàn)螺紋道釘上部螺帽出現(xiàn)松動(dòng)，軌距擴(kuò)大滿足≤5mm的要求。

5　現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果

在力學(xué)性能檢測(cè)數(shù)據(jù)支持下，2013年和2014年分別在運(yùn)輸繁忙和重載的京廣238橋(直線橋)、豐沙線35號(hào)橋(曲線橋)使用了復(fù)合橋枕和軌距可調(diào)扣件。到目前為止，最早鋪設(shè)期已達(dá)四年，通過(guò)追蹤檢查，復(fù)合橋枕和軌距可調(diào)扣件沒(méi)有出現(xiàn)任何質(zhì)量問(wèn)題，線路幾何尺寸保持良好，真正做到了保安全、長(zhǎng)壽命、免維修、全環(huán)保(如圖10)。2016年我局還將津山、石德、京承、豐沙五座橋的2217根橋枕更換為復(fù)合木橋枕。

圖10　現(xiàn)場(chǎng)鋪設(shè)情況

復(fù)合木橋枕和軌距可調(diào)扣件的研制成功，徹底改變了鋼梁明橋面木橋枕的結(jié)構(gòu)形式和養(yǎng)護(hù)維修手段，使其達(dá)到了長(zhǎng)壽命、免維修、全環(huán)保、低投入、軌道作業(yè)簡(jiǎn)單的要求。室內(nèi)力學(xué)性能測(cè)試和現(xiàn)場(chǎng)鋪設(shè)也證明其具有安全性、科學(xué)性和實(shí)用性，極大減輕了明橋面作業(yè)強(qiáng)度，深受現(xiàn)場(chǎng)歡迎。

[1]中華人民共和國(guó)鐵道部.鐵路橋隧建筑物修理規(guī)則[S].北京：中國(guó)鐵道出版社，2010

[2]中國(guó)鐵路總公司.鐵路技術(shù)管理規(guī)程(普速部分)[S].北京：中國(guó)鐵道出版社，2014

[3]中國(guó)鐵路總公司.普速鐵路工務(wù)安全規(guī)則[S].北京：中國(guó)鐵道出版社，2014

[4]中華人民共和國(guó)鐵道部.鐵路橋梁檢定規(guī)范[S].北京：中國(guó)鐵道出版社，2004

[5]中華人民共和國(guó)鐵道部.鐵路橋涵設(shè)計(jì)基本規(guī)范[S].北京：中國(guó)鐵道出版社，2005

[6]邊育生.橋隧工[M].北京：中國(guó)鐵道出版社，2009

[7]陳長(zhǎng)坤.鐵路防腐木枕現(xiàn)狀·問(wèn)題·發(fā)展[J].鐵道物資科學(xué)管理，1996(1)

[8]王榮和，李剛.木枕使用彈條和扣件時(shí)鋪設(shè)施工方案[J].鐵道建筑，1994(8)

[9]孫孝紅，肖林，李俊.明橋面木枕受力分析[J].鐵道建筑，2007(2)

[10]周悌先，江敏.防止木枕腐朽新措施[J].鐵道科技動(dòng)態(tài)，1988(10)

[11]孫繼成.高速鐵路WJ-7B型扣件高精度快速安裝定位專用工裝研究[J].鐵道勘察，2011(4)

Development and Application of Composite Wooden Pillow and Gauge Adjustable Fastener

ZHAO Jihua

2016-04-20

趙繼華(1967—)，男，1989年畢業(yè)于西南交通大學(xué)工程地質(zhì)專業(yè)，高級(jí)工程師。

1672-7479(2016)04-0095-03

U213.3

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