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1、国外铁道日本新干线线路养修技术与管理高静华1 前言根据铁道部和日中铁道友好推进协议会双方协议, 中方考察团于 2000 年 5 月 30 日至 6 月 28 日对日本铁路新干线线桥养修技术及管理进行了为期一个月的考察( 本文主要介绍线路方面的情况) , 考察主要内容为新干线轨道结构、 修检、 修制、 管理体制 以及现场作业等。2 日本铁路概况及工务管理组织设置2. 1 铁路概况日本铁路营业里程长度 29281km, 其中既有线19089km, 新干线 2167km, 私营铁路 3046km, 地下铁路 628km, 地方铁路 3631km。自 1964 年日本开通东海道新干线以来, 至今已有七
2、条新干线投入运 行, 即东海道( 东京新大阪, 515km) 、 山阳( 新大阪博多, 554km) 、 东北( 东京盛冈, 497km) 、 北陆( 高崎长野, 117km) 、 上 越( 大宫 新泻,279km) 、 山形( 福岛山形, 87km) 和秋田( 盛冈秋田, 127km) 新干线。新干线板式轨道占线路总长53%, 有碴轨道占 45%, 其它轨道占 2%。既有线轨 道结构基本为有碴轨道。目前, 东海 道新干线列车最 高运行速度为270km/ h, 东北、 上越新干线为 275km/ h, 山阳新干线为 300km/ h。东京博多间, 线路全长 1069km,最快运行时分为 4 小
3、时 49 分, 旅行速度为 221.9km/ h。东海道新干线平均每天运送旅客 37 万人次, 最高日运量达到 73 万人次, 目前密度为 285 300列/ 日, 最大发车列数为 12 列/ 小时, 最小间隔 23 分, 所有列车平均晚点率为 0. 4 分, 实现了安全、 准点的运行目标。2. 2 组织机构与职能日本铁路公司( 总社) 本部与工务有关的管理机高静华: 上海铁路局工务处线路科科长, 工程师, 电话 22925构是设施部, 其下设有施工课、 保线课和管理课。它们是公司主管工务工作的职能部门。总社下设支社, 支社工务工作由设施课负责。 在支社下边设置土木技术中心、 设备所、 钢轨中
4、心、 设 施事务管理所和保线所( 区) 等单位。保线所( 区) 是工务基层组织设在沿线, 新干线除 JR 东海公司按50 延长公里正线设置一个保线所( 区) 外, 其余均按 100 延长公里正线设置一个保线所( 区) 。图 1 工务管理机构示意图保线所( 区) 的主要职责是: 负责对线路设备的全面检查, 负责对桥隧设备一年一度的全检;负责编制小规模施工计划;负责签定小规模施工的合同; 与市、 镇、 村基层政府签订工务施工有关协议; 负责施工现场的技术指导与监督管理。 3 新干线轨道结构新干线的轨道钢轨为 60kg/ m 非淬火轨, 结构主要有两种型式, 即有碴轨道结构和板式轨道结构。 3. 1
5、 有碴轨道结构轨枕采用钢筋混凝土轨枕, 长度为 2. 4m, 每公里配置 为 1720 根, 橡 胶垫 板厚 10mm, 刚度 为 60KN/ cm, 扣件为刚性扣板式扣件和弹性扳簧式扣46上海铁道科技 2000 年第 3期件两种, 均采用预埋套管, 无螺母紧固。道床大部分采用石灰石, 肩宽不小于 500mm, 无堆高( 因速度高, 堆高容易使道碴刮起) , 站内正线道床表面采用粘结剂粘结。 3. 2 板式轨道结构轨道板的种类 轨道板有 A- 55 型、 AF- 55型、 A- 51 型、 AF- 57 型。 轨道板的宽度为 2. 72m,厚度为 1619cm, 考虑到制造、 运输以及轨道板稳
6、 定性等问题, 板的长度采用了5m 和 4m 两种长度标准。轨道板的构造 最初轨道板的设计采用普通钢 筋混凝土结构( RC) , 为防止产生裂纹, 又设计了预应力混凝土结构( PC) , 考虑防冻、 经济等因素, 采用极限应力状态法, 设计了预应力钢筋混凝土结构( PRC) 。 板式轨道的铺设范围 主要铺设在高架桥、 跨河桥、 跨越公路或铁路的桥梁上、 隧道内和下部为石质的路堑地段。A- 51 型、 AF- 57 型轨道板, 由于 在轨道平板面上制作了挡肩, 承受横向力, 主要铺设在下沉量小的隧道内。A- 55 型、 AF- 55 型轨道板表面平顺, 安装在轨道板表面的连接板抵抗横向力,该结
7、构形式可通 过钢轨紧 固装置进行 轨距 10mm、 高低30mm 的调整, 由于调整量较大, 因此使用在桥上、 路堑上和隧道上的曲线地段。3. 3 道岔 新干线中间站正线与到发线的连接均采用 18号道岔。18 号道岔直向允许通过速度为 300km/ h,侧向允许通过速度为 70km/ h。道岔全长 71. 349m,前长 a= 32. 890m, 后长 b= 38. 459m, B= 3 11 , 线 型为单圆曲线, 导曲半径 R= 1106m。为提高道岔的侧向通过速度, 研制成功 38 号道岔, 但目前在新干线仅铺设一组。 其直向允许通过速度为 300km/ h, 侧向允许通过速度为 160
8、km/ h。道 岔全长 134. 790m, 尖轨长度为 42. 1m, 冲角 B= 130 28 , 线形采用复 曲线形式, 半径为 8400m 4200m8400m, 欠超高允许值为 90mm。 4 新干线线路修程设置及其周期日本新干线的线路修程不使用我国大、 中、 维修提法, 但实际做法与我国修程大致相似, 有钢轨更换、 道床清筛或抛床、 日常养修。其分类按工作量大 小来分, 即大规模施工和小规模施工两大类。4. 1 大规模施工新干线大规模施工包括更换钢轨、 更换道床、 更换伸缩器( 我国称温度调节器) 、 更换道岔等作业。更换钢轨 曲线钢轨 11. 5 年更换一遍, 直线 钢轨 500
9、600Mt. km/ km 通过总重或 78 年更换一遍。更换道岔及钢轨伸缩器 原则上与更换钢轨同步, 但由于其结构较为复杂, 易于损坏, 实际比钢轨 的更换周期要短, 一般根据其具体状态确定。更换道床 道床一般 1112 年更换一遍, 目前主要由道床状态( 含土量和道碴磨损等) 检查结果确 定。4. 2 小规模施工新干线小规模施工主要是指线路几何尺寸的养修作业, 其作业内容、 要求及周期主要根据轨道检查 车每 10 天检测一次的具体结果确定。由于新干线为客运专线, 轴重轻( 原来轴重 15t, 现减小到 11t) ,板式轨道比重大( 板式轨道占 53% ) , 故轨道几何尺 寸变化慢, 工作
10、量较少。5 新干线线路修理手段更换钢轨使用换轨小车, 将旧钢轨调出, 新钢轨换进, 根据锁定轨温, 计算钢轨伸长量, 用拉伸器拉 伸并固定钢轨, 然后采用电弧焊焊接接头。更换道床使用大型养路机械, 即换碴车、 运碴车、 挖掘机、 捣固车、 道床整形车、 动力稳定车等进行 作业。轨道养修分两种情况。有碴轨道线路使用大型养路机械捣固, 板式轨道线路使用人工垫料作业。6 新干线线路修理制度 新干线全面贯彻预防性修理的指导思想, 即设定预防性极限值, 在该阶段内实施修理; 事后修理,即设备状态恶化形成病害, 再进行修理属个别特殊情况。 该修理原则为新干线线路质量均衡、 安全平稳 运行打下了扎实基础。6
11、. 1 检查轨道变形检查 采用电气轨道综合试验车进行 检测, 试验车 7 辆编组, 其中一辆为轨道检查车。试验车运行速度为210km/ h。检测周期为: 主干线( 正线) 每月 3 次, 副干线( 到发线) 每年 2 次。不能用综合试验车检测的线路, 则利用道岔轨道变形测定装 置( SWINGS) 或人工方法进行检测。轨道检查车检47上海铁道科技 2000 年第 3期测项目为轨距、 高低、 水平、 方向、 扭曲、 车体竖向加速度、 横向加速度。 根据轨检结果进行轨道变形管理的各项目标值如表 1所示。列车摇动检查 轨道方面的摇动分为上下摇动和左右摇动, 是以振动量化来对乘坐感觉进行评价, 采用加
12、速度 g 为单位进行摇动管理, 其管理值及处置如表 2所示。表1 轨道变形管理目标值轨道变形种类高低方向轨距水平三角坑单 位mm/ 10m mm/ 10mmmmmmm/ 2. 5m完工目标值 4 3233维修计划目标值64+ 6, - 454乘坐感觉目标值74+ 6, - 455预防管理目标值106+ 6, - 476慢 行 管 理 目 标230km/h158-170km/h1810-120km/h2212-70km/ h2714-表2 摇动的管理值及其处置项 目上下振动( 全振幅)左右振动( 全振幅)处 置第 1 极限值 0. 45g 以上 0. 35g 以上立即以第 1 阶段较低速慢行,
13、并当夜紧急整备第 2 极限值 0. 35g 以上 0. 30g 以上在下一个测定日之前进行有计划的整备第 3 极限值 0. 25g 以上 0. 20g 以上作为需注意处进行管理,根据需要进行整备轨缝检查 每半年一次, 无缝线路长钢轨、 道岔尖轨爬行及伸缩检查每季一次。伸缩接缝尖轨中央部爬行量不得超过30mm, 伸缩接缝的伸缩量不得超过165mm, 无缝线路爬行量换算为温度差T 不得超过 5。维修状态检查 每年进行一次, 类似于我国的秋检。 检查项目包括钢轨、 道岔、 轨枕、 道床、 路基、 伸缩器、 连接装置等。钢轨检查 采用大型探伤车探测、 小型探伤仪核查的方式进行, 探伤周期为每年两次。
14、探伤车发现重伤钢轨后, 信息立即传输到保线所( 区) , 由保线所 ( 区) 通知修理公司立即更换。 其它伤损钢轨, 保线所( 区) 必须在一个月内用小型探伤仪进行核查。对于不能利用大型探伤车检查的地段, 则采用小型探伤仪探测, 重点为焊接焊缝、 普通接头、 已有伤损标记及加固夹板等处所。巡回检查 日常定期对线路整体进行巡视、 监视的检查。检查以徒步、 乘列车或轨道车等方式进行, 徒步检查白天在作业通道上巡回, 夜间在线路上 巡回, 两天一次, 其中夜间巡回每周至少一次。6. 2 计划维修计划的编制是依靠设施管理系统来实现的。 设施管理系统将新干线线路维修的各类数据( 轨 检车测定数据、 轨道
15、作业实际数据、 线路基础数据、线路检查数据等) 进行定期、 定量分析, 准确掌握线路状态, 确定科学、 合理、 经济的维修计划。 中央计算机与保线所( 区) 终端机之间以 SMIS专用回线进行连接。轨道试验车测定的轨道变形数据经数据处理中心处理后, 直接传输到保线所( 区) 。保线所( 区) 采用 LABOCS 软件, 将轨道几何尺寸波 形图与线路基础数据进行处理、 分析, 为编制维修计划提供依据。大规模施工( 类似于我国的大中修施工) 计划, 根据周期与设备状态制订, 每年七月份上报下一年度的施工计划。6. 3 施工作业与验收新干线的线路施工作业全部由修理公司承担, 作业在夜间列车停运期间(
16、 0 点至 5点) 进行。更换钢轨作业 首先将钢轨中心生产的 200m轨条在现场用电弧焊焊接成长轨, 再使用换轨小车 换轨及拉伸固定、 焊接。然后进行钢轨接头打磨, 使用磁粉探测钢轨表面伤损, 使用小型超声波探伤仪探测钢轨内部伤损, 线路开通后即恢复正常速度。更换道床作业 采用换碴车换碴, 旧石碴由邻 线的运碴车运走, 换碴车后每隔 2. 53. 0m 在轨下放置枕木墩, 并将相邻内侧钢轨支撑固定, 以保持线路轨向及高低。 换碴深度为 300mm。换碴结合部采用电锤分层夯实道床, 以保证新旧道床的平稳过渡。 运碴车将新石碴卸下, 捣固车开始捣固, 一次起道, 6次插捣。 人工检查轨道几何尺寸, 使用动力稳定车稳定线路, 使用道床整形车整理道床。施工结束后, 直 线地段直接恢复常速, 曲线地段 24 小时内限速230km/ h, 24 小时以后恢复常速。有碴轨道的养护作业 采用大型养路机械进行, 起拨道量不大于 50mm。 板式轨道的养护作业 采用人工垫料方式。起48上海
