浅析工务枕底垫碴作业的思考与探索
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【摘 要】论文从适用条件、垫砟用碎石材质要求、作业程序和方法、劳动组织及定额、理论分析、效果几方面对枕底垫砟作业进行论述，并提出理性思考。
【Abstract】This article discusses the operation of ballast backing beneath sleeper from the aspects of applicable conditions， the requirements of crushed stone material for ballast packing， operating procedures and methods， labor organization and quota， theoretical analysis and the effect， then puts forward the rational thinking.
【关键词】枕底； 垫砟； 作业探索
【Keywords】sleeper； ballast； operation exploration
【中图分类号】F530.69 【文献标志码】B 【文章编号】1673-1069（2017）04-0181-02
1 问题提出
枕底垫砟起道作业是针对道床局部下沉而进行修理的方法。优点是比捣固作业具有省工、质保特点。比垫板作业具有合理性、线路外观整齐等特点。我段管内南同浦727K-730K、水头2#、4#道岔等地点进行试用，有效控制了道床的板结病害。
2 适用条件
① 轨道条件：适用于铺设混凝土轨枕及木枕的线路和道岔。②路基条件：路基稳定无翻浆、无下沉，无超过15mm的冻害。③ 道床条件：道床稳定，石砟为火成岩碎石，无严重脏污、无板结、排水良好，对局部道床下沉起道量小，捣固效果不佳，采用枕底垫砟，找平线路。④ 修程条件：当年“集中修”需强制性保养的线路、道岔，禁止做枕底垫砟作业。⑤起道条件：一般当起道高度超过10mm，或连续三根轨枕以上起道高度达到8-10mm及接头底坍6mm以上时，可在枕底垫砟，找平线路。[1]
3 垫砟用碎石材质要求
① 垫砟用碎石为洁净火成岩材料，硬度、韧度符合道砟标省＂谒槭粒径为8-20mm。颗粒级配8-15mm占40%，16-20mm占60%。
4 作业程序和方法
4.1 调查确定垫砟量
测量线路高低、水平、轨下垫板厚度、空吊板值，确定需要垫砟的地段。按要求在轨枕头上标注垫砟符号、厚度。
标准股垫砟厚度=撤板厚度+纵向高低差值+空吊板值
非标准股垫砟厚度=撤板厚度+纵向高低差值+两轨水平差值+空吊板值直线地段，以左股为标准股；曲线地段，以下股为标准股，道岔以基本轨为标准股，导曲线部分以曲线下股为标准股，叉心部分以叉心为标准股。
其中；水平差值以标准股为准，取高负低正；纵向高低差取高负低正。
一般情况下，垫1mm的误差约用石砟量取20mm高的石砟；另外再考虑5mm的底砟，非标准股和小腰部分适当考虑垫的底砟稍微少一些。已经垫过砟时，不再考虑底砟。
4.2 枕盒或枕头扒砟
① 枕盒扒砟：垫砟处所的每相邻2根轨枕枕盒的石砟隔1孔扒1孔，扒一孔可垫前后2根轨枕。② 枕头扒砟：垫砟铲从枕盒垫比较困难时，可以扒开枕头道砟，但不得连续扒开7根枕头。③ 撤板：当施工负责人确认扒砟符合要求后，按标松栓或起钉、撤板、整正扣件和脚垫，放轨，拧扣件或打紧道钉。④ 压机起道，量砟垫砟：用液压或02型起道机放在钢轨内侧未扒开的轨枕空内起道，用量砟筒按所需的垫砟量量取石砟，平铺在垫砟铲上，横向垫入或纵向垫入枕底，垫砟长度以钢轨为中心，两侧各450mm，要分铲进入时，按先轨底，再轨外，后轨内的顺序。垫好后，用拨棍拨平垫砟层，最后落下压机。纵向垫砟缺点多，应把好关键，以防形成高疙瘩，增加落道工序。⑤回填道床。将扒出的石砟进行清筛，先回填1/3左右，回填时注意不要把大石砟垫入枕底，经列车出压过回落以后，先将起道机挪窝，道床填满夯实，然后再回填其它处，夯拍整形。
5 主要事项
①垫砟时，执行宁低勿高的原则、低1-2mm可垫板找平。②同一根轨枕两股钢轨下都需垫砟时，应对称作业，放行列车前应对称垫平，不准一侧空吊，要求一侧撤板垫砟不超过四根轨枕。③压机起道严禁超高，修规规定枕端一次起道量；单股起道不得超过80mm，双股起道不得超过60mm。④垫砟作业每撬长度不得超过七根轨枕，超过时应分撬垫入。在延长6.25m范围内不得有两组同时作业，以防三角坑出现。⑤作业中一撬未垫完时，应快速用垫板顺坡，防止线路空吊出现超限的三角坑。⑥夏季作业时，要严按“两清、三测、四不超”的规定执行。
6 理论分析
6.1 道床下沉对比分析（垫砟与捣固）
对传统轨道来说，道床变形是轨道变形的主要来源。道床下沉占轨道下沉量的90%以上，并且它的下沉具有一定规律。
因为影响道床下沉的因素很多，定量相当困难，目前还没有比较精确的计算方法，常用估算下沉量的公式：
它表示道床下沉量与荷载循环作用次数之间的关系。
式中y――道床下沉量；x――荷载循环重复次数；a、b――道床实程系数；c――道床下沉进展指标。
其中右侧第一项表示道床的初始急剧下沉阶段，即道床的压实过程，右侧第二项表示道床的后期缓慢下沉积累阶段。
通过水头观测的实验发现，垫砟起道的初始下沉量较捣固起道的初始下沉量1/3-1/2倍，但当同样列车荷载通过15-20对时，两者的下沉总量是接近相同的，继续观察，可以发现垫砟比捣固的总下沉量，随着列车荷载作用次数的增加越来越小。这说明垫砟起道的后期下沉积累缓慢，c值较小，因此可以说垫砟的长期效果比捣固好。
6.2 碎石的抗压强度分析
以前进行蒸汽机作为轨枕反力的最不利荷载组合，采用连续弹性基础理论，求出最不利荷载位置时的轨枕反力RJ为40kN，在考虑行车速度，钢轨偏载时引起的动力增值，钢轨对轨枕的计算最大总压力：Rd=Rj（1+0.6max/100+0.002h）=40*（1+0.6*120/100+0.002*90）=76kN
道床顶部与枕底部接触面上的压力，即垫砟起道所用碎石所承受的最大压应力为：1.6*Rd/（b*e）=1.6 * 76000/（0.9*0.2）=0.68MPa，
6.3 碎石材质选用分析
垫砟起道选用材质必须坚韧的火成岩，采用花岗岩碎石，因为通过单轴抗压强度实验发现，对花岗岩的加载速度越快，它的抗压强度越高。
6.4 碎石标配
垫砟选用碎石粒径适中，与起道高度相匹配。最小粒径应≮8mm，最大粒径应≯20mm。
7 效果
①劳动效率高。抽板捣固的南同浦725K-726K，1公里线路260个头用工6个，而垫砟撤板的728K-729K，1公里线路300个头用工也是6个，提高劳动效率15.4%。②作业质量高。垫砟比抽捣作业的线路，静态时高低、水平误差平均值低1-1.5mm、动态时高低、水平比平均分低0.8分。③长效保持。垫砟整治低接头可持3个月，不再出现低塌现象。通过捣固整治的低接头只持1个月。④受力条件强。扣件与轨底的连接处于佳态，轨枕和道床的接触面积增大，从而可以减少钢轨顶部外荷对道床顶面的压应力，减少对轨枕和道床的破坏。⑤劳动强度小。机镐明显比垫砟作业费劲，并且作业安全系数低。⑥可操作性强。只要机镐不易捣固的地方，都可采用垫砟起道，比如道岔的拉杆，连接杆和大垫板等附近，就有明显优势，并且可以预防尖弓背现象的产生。⑦经济效益高。碎石40元/m3，可垫10mm的误差计278头，平均0.14元/头；如用垫板起道，每枕头最少需1.34元，可见垫砟起道材料费低。全段年仅找轨检车节省工料费5.68万元。⑧线路外观符合要求，消灭了超厚垫，低接头。⑨枕底垫砟采用风动方式，填补了枕底垫砟机械化的空白。加强推广，改善作业条件，提升了设备质量。
【参考文献】
【1】梁存干.枕底垫砟作业[J].铁道运输与经济， 1993（S3）：34-35.