重载铁路轨道技术发展方向研究

2019年2月

Roads and Bridges

道路桥梁建 筑 技 术 开 发

Building Technology Development重载铁路轨道技术发展方向研究

王 俊

（国家能源投资集团有限责任公司神朔铁路分公司，陕西榆林 719316）

［摘 要］各地重载铁路轨道系统都根据自身特点做出优化以适应各自的运输特点，目前我国对于重载铁路相对于已经建成的大秦铁路等线路实现再次进行系统性开发与试验。根据神朔铁路C80货车条件下线路动载试验数据对其进行了验证。主要目的是在总结国内外重载铁路开发技术的基础上，结合运营特点，对于新型轨道特点、钢轨和道岔等具备象征重载轨道技术发展趋势的进行详细分析，并且提出目前国内对于重载铁路轨道结构存在的问题以及新技术，为我国以后对于重载铁路的施工技术做好储备。

［关键词］重载铁路；轨道技术；发展方向［中图分类号］U 239.4　　　　　［文献标志码］A　　　　　［文章编号］1001–523X（2019）04–0116–02

Research on Development Trend of Track Technology for

Heavy Haul Railways

Wang Jun

［Abstract］At present，the track systems of Heavy-haul Railway all over the world are optimized according to their own characteristics in order to adapt to their own transport characteristics. At present，our country is concerned with heavy-haul railway.Compared with the established Daqin Railway line，the system has been further developed and experimentation. According to the dynamic load test data of Shenshuo railway under the condition of C80 freight car，it is verified. The main purpose is to summarize the development technology of heavy haul railway at home and abroad，and to analyze in detail the development trend of new track characteristics，rails and turnouts with symbolic heavy haul track technology based on the operation characteristics，and put forward the existing problems and salary technology of heavy haul railway track structure in China at present. China will reserve well for the construction technology of heavy haul railway.［Keywords］heavy haul railway；track technology；development direction

1 重载铁路的优势

神朔铁路是我国继大秦铁路之后的第二条西煤东运的大通道。神朔铁路为国家I级电气化重载铁路。最小曲线半径为400 m，最大限制坡度12‰。

散货运输，特别是铁矿石，煤炭等的大量运输都是采用重载运输方式完成。由于大多数矿藏位于北美洲，南美洲，澳大利亚，非洲和亚洲的内陆山区，海拔800 m处，并且主要的市场在欧洲、北美洲、澳洲和日本。所以重载铁路通常从荒芜到专用码头，几乎很少出现在城市周围。重载线路通常所利用的地形，几乎均为下坡路，许多重型列车不仅运输原矿物或煤炭，还运输乘客和其他货物。

2 国内外重载铁路轨道结构现状及发展

2.1 国内外重载铁路总体现状

由于不同的运行条件和不同水平的技术设备，来自世界不同国家的列车具有与高强度列车模型和组织不同的特征。国外重载铁路列车运输的主要特点是轴线大，配置长度大，体积大，密度小。我国重轨运输的主要特点为：大型，高密度，高速，低负荷的轴心。

重载铁路中，外国列车轴向荷载在美国、加拿大、澳大利亚、南非、瑞典、巴西等地轴重普遍达到30 t以上，其中最大重载为40 t。

运输密度低，为我国最大的轴维修和重轨维修给予了足够的时间，我国重载铁路最大轴重仅为25 t，运输密度高，维护时间和优化费时，这无助于提高重载铁路的整体经济效益。从国际铁路发展趋势来看，增加轴重是提高重载铁路运输能力和效率的最有效途径之一。

2.2 国内外重载铁路轨道结构现状及发展2.2.1 钢轨

国外重载铁路主要采用68 kg/m及以上钢轨，我国大秦和朔黄铁路采用75 kg/m钢轨，大包铁路采用60 kg/m钢轨，国内外重载铁路车辆轴重和钢轨类型见表1。国外重载铁路采用适用于轮轨高接触应力的高强度钢轨，并在钢轨养护中非常重视钢轨打磨及润滑，通过改善轮轨接触条件，降低轮轨动力作用，显著延长了钢轨使用寿命；我国近年来也开始重视改善重载轮轨关系，加强了对钢轨的打磨和修理，但因年运量较大，打磨周期普遍比国外长。从大包铁路钢轨伤损和养护维修工作调查表明，60 kg/m钢轨难以长期适应我国重载铁路运输发展的需要。

表1 国内外重载铁路车辆轴重和钢轨类型

国家加拿大澳大利亚美国巴西南非

大秦

中国

大包朔黄重载铁路CP BHPuPEFC0REX

轨距/ mm14∶3, 51 4351 4351 0001 0671 4351 4351 435

轴重/ 牵引质量/ 年运量/ 钢轨/tt亿t（kg/m）30~3∶337.530~35.430~37.530252525

14 50045 00013 76049 50022 00020 00010 00010 000

0.91.02.51.00.91.02.51.0

68686866860756068

收稿日期：2018–10–16

作者简介：王󰀃俊（1984—），男，山西五寨人，工程师，主要研究为通信

工程。

2.2.2 轨枕、扣件与道床

重轨材料方面可使用木制轴承、混凝土轴承和钢床。在北美地区的重载铁路制造上，采用木制枕头占主导地位。在

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道路桥梁第46卷第4期

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重载铁路钢枕上，巴西拥有大量的钢制轴承。许多国家开始在重载轨道上使用混凝土轨枕而不是木垫。

目前国内外重载铁路轨枕主要以混凝土为主要材料。不同的国家主要使用不同类型的轨枕结构，铁路条件设计特点以及运输条件等不同因素分别采用不同扣件，以满足重载铁路负荷的需要。

随着铁路重载运输的发展，其轨道扣件的损坏不断增加。输经济效益为出发点考虑，另一方面要考虑整体社会经济发展与国民经济发展效益。我国重载铁路可以实现货车提速或者通过技术提升，当前的货车速度已经达到了120 km/h，已经吻合预期速度，重点干线列车的追踪间隔已经实现6~7 min，趋于饱和状态，可是货运状态依旧存在巨大的开发空间。所以，要着重提升货运重载、扩大重载列车编组模式来实现我国货运重载能力，并且根据道路运网、通道运输能力匹配与运力各国根据当前的连通性经验开发并选择了当地的适合生产强化型扣件。强化型扣件设计具有较低的维护水平，大多数设计使用预埋铁座抵抗横向荷载，以增加压力扣和扣环，以增加灵活性。

全球的重轨逐渐使用高质量道砟来延长生命周期和缩短维护周期。不应使用石灰岩道砟，应采用级配较宽的道砟产品，有利于颗粒间的咬合。2.2.3 无砟轨道

在世界各地施工的重载轨道项目中采用的无砟轨道很少，采用无砟轨道仅使用在某些项目当中。无砟轨道主要根据目前所采用浇筑的混凝土结构为主要的。西方发达国家的重载铁路施工当中也没有采用无砟轨道结构，可是加拿大在建筑最长的重载铁路中采用无砟轨道结构，南非也铺设无砟轨道结构的重载铁路，实现的列车行驶时速、行车密度及年运量都处于低下。

3 重载铁路轨道结构需要关注的问题

3.1 钢轨的使用

当前，重载铁路钢轨的发展趋势是使用具有大面积的钢轨来增加钢轨磨损（包括磨削钢轨）的寿命。除了南非和瑞典铁路之外，轴重大于30 t的重载铁路，多数都是采用大于65.5 kg/m级的钢轨铸造。

考虑到大轴的重量，如何提高接触件的耐腐蚀性和抗疲劳性的主要问题解决方法，应如何解决这些问题。目前，主要步骤是使用轨头硬化轨、低合金钢轨和过共析钢钢轨，以增加非合成钢筋的强度，这种采用连续铸造钢轨来替换钢锭铸造钢轨，以提高钢轨的铸造纯度。3.2 无缝线路焊接接头和绝缘接头

在焊接接头和绝缘接头之后使用软线已成为重载轨道中的薄弱环节。某公司在澳大利亚的重型铁路运营经验表明，在2011—2017年，铝热焊接部分所占断裂钢轨报告的75%以上。为了满足轨道上的大部分焊接要求，我国推出了便携式闪光焊接设备，适用于所有线路修复和轨道焊接的重要部件（即更换损坏）。3.3 道岔的磨耗

2002年运动轨距优化道岔（KGO）早已在澳大利亚某铁矿公司重载使用了KGO道岔，可以达到130 mg/t年运量，35 t轴重。KGO道岔在耐磨耐消耗方面非常有优势，KGO道岔表现的转向效应有效地降低了尖轨的损耗。

道岔是美国TTCI与铁路业界在近几年研究的重点，对于道岔的性能的测试，并且专门处于高吨位试验环节修建了测线。依据美国权威机构的测试及我国大秦铁路的运营经验分析，要着力来解决重载尖轨的侧磨问题，特别对于侧线顺向出岔时引起的尖轨导致的侧磨问题。项目中除采用钢制材料来制造尖轨外，也可借鉴其他先进国家的先进经验来适当加厚尖轨。

4 重载铁路关键技术问题及对策

本文以大秦铁路重载技术为主要代表，分析我国重载铁

路技术已经取得的长足进步，为我国建设重载铁路建设技术提供了样例基础。我国建设重载铁路应该以大秦重载技术体系基础上进行，实施以下几个方面核心技术的问题的研究。（1）要实现对于我国重载货运能力就应该从提高铁路运

布局。

（2）加快大功率机车技术的研发进展。目前，重载铁路技术比较发达的国家，如美国、加拿大，主要的重载机车采用旋转传动技术，径向转向和采用微机实现防滑防空转等关键技术。

（3）根据我国目前的整体状态分析，依据产生的经济效益分析表明，应该大力开展重载通用货车以及专用通用重载货车技术。重载车辆出现的动力学性能方面应该采用新型径向转向架构以及优化的悬挂系统。并且采用铝合金或者不锈钢等轻质材料来降低车体重量，采用高强度旋转车钩以及高性能缓冲器来实现列车纵向所引起的动力学性能。主要的研发配套为271通用货车和通用货车装卸装备。

（4）加强现有线工务工程项目的技术。加强既有线桥涵结构的技术主要和高墩桥梁动力性能、中等跨度预应力混凝土梁抗裂性能、跨度钢筋混凝土桥涵结构疲劳性能和承载能力相关，可以利用对改造一些特殊的结构或者强化小跨度钢筋混凝土桥涵结构，以增加既有线桥涵结构的抗裂性能、疲劳强度、承载能力。

5 结束语

我国对于重载铁路的发展，实现一体化铁路运营和高度一体化的煤炭运输道路拥挤，主线运输潜力迅速增加，实现了超常的利润，特别是满足了国民经济快速发展的要求。但是，我国目前的重载铁路运输状况与世界先进水平之间仍存在差距。仍有必要改进重载配套设备的优化，扩大双线列车线的重载列车的区段，进一步提高运输能力，增加货物种类运营模式。同时，要努力解决单线重载列车问题。2017年，我国货运列车的平均总重量为33 391 t。如果重载列车可以在一条铁路轨道上运行，则我国重载列车的平均牵引重量可能会迅速增加。

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