地铁钢轨掉块病害分析与防治

地铁钢轨掉块病害分析与防治

刘德俊

哈尔滨地铁集团有限公司黑龙江省哈尔滨150000

摘要：随着时代的发展，现代交通技术为人们的出行带来了更加便捷的选择。其中地铁是生活中常见的交通工具，地铁运行的过程直接影响到人们的安全，因此我们要保证地铁的运行安全，就要确保钢轨的质量。本文重点探讨了钢轨常见的病害以及解决措施，在此基础上通过对钢轨的进一步维护，促进我国交通事业的发展。为了便于理解，本文中以某市的钢轨为例，对该市钢轨中产生的问题进行分析，希望能够引起相关人士的借鉴与参考，在今后的工作中加以防护。

关键词：地铁；钢轨；掉块；病害；防治

引言

钢轨作为轨道结构的主要部件之一，支承并通过摩擦粘着力引导机车车辆的车轮，直接承受来自车轮和其他方面的力并传递给轨枕，同时为车轮的滑动提供阻力最小的表面。轨道平顺性是列车平稳、安全运行的基础，是影响行车舒适度的主要因素。对于地铁来说，钢轨的波磨、擦伤、表面龟裂、剥离掉块、压溃、焊缝不平顺等会放大列车对轨道结构的冲击力，加大噪音，甚至引起断轨[1]。做好钢轨维修工作可以延长钢轨使用寿命，增强地铁的经济效益。随着城市地铁的快速发展，路网长度的不断延伸，如何做好钢轨维修已成为地铁线路养护的一个重要内容。

一、地铁钢轨掉块特征及危害

（一）轨面掉块特征

通过对现场进行超高验算、轨底坡测量、钢轨顶面光带测量，以及对钢轨顶面裂纹、掉块的观察，发现了一些特征：

（１）掉块只发生在曲线上股钢轨中轴线内侧，外侧没有发生；直线、曲线下股不发生剥离掉块。个别夹直线也发生了掉块。

（２）曲线半径越小，掉块越严重。

（３）掉块严重地段位于列车进站前，距离车站约４００ｍ处，出站方向曲线无掉块现象。

（４）相邻掉块发生的间距约为４５０ｍｍ，逐渐向两侧延伸。

（５）钢轨顶面掉块发生在轨道普通扣件未采取减振措施地段；采用减振措施地段、碎石道床地段掉块情况不明显。

（６）曲线上股钢轨发生掉块处，钢轨无侧磨或不明显。

（二）地铁钢轨掉块的危害

钢轨剥落掉块产生的轨顶面局部不平顺与不规则缺损，既是轮轨相互作用的异常激震源，又能导致裂纹随机扩张，促使钢轨疲劳源的提前形成，其危害性是全方位的。主要表现为：

（1）加剧动力冲击，恶化轮轨受力状态：

当钢轨表面出现剥落掉块时，列车车轮通过该处的轨面局部不平顺，就会对钢轨产生附加动力冲击[2]。与此同时，钢轨又对车轮产生反向的附加动力冲击，造成整个轮轨系统受力状态恶化。长期反复的附加动力冲击容易导致钢轨疲劳、道砟粉化、道床板结，路基质量下降，轨道零部件松动甚至折损、失效；长期反复的附加动力冲击也会引起车辆轮对以及车辆簧下零部件的非正常变形或破损。

（2）增加设备养护维修工作量，缩短大修周期，加大运营成本；

（3）降低行车平稳性，影响旅客舒适度；

（4）成为噪声源，影响环境；

轮轨间异常动力冲击所产生的噪声污染，有可能影响附近居民的正常生活，造成负面的社会影响。

（5）威胁行车安全。

最为严重的是，钢轨表层的剥落掉块会发展成以该处裂纹尖端为源的多核面疲劳核伤，成为断轨的严重隐患，时刻威胁行车安全。

二、地铁钢轨掉块的防治措施

（一）地铁设计单位应科学合理地做好轨道设计工作

?线路选线设计时应优化地铁线路走向，尽量避免设置小半径曲线。

?科学确定轨道零件的选型，地下线路设计时轨枕应尽量采用带轨底坡长枕，以便施工轨底坡一致；对于无法采用长枕的高架地段，可以通过在铁垫板上统一设置轨底坡的形式，做到全线轨底坡统一。

?适当提高曲线无减振地段轨道普通扣件的弹性，降低其静刚度，达到减缓冲击力的作用。

?做好曲线地段轨底坡研究，对于小半径曲线地段，可尝试将轨底坡调整为１∶２０，然后通过观察轮轨受力变化情况，找出最优的轮轨接触关系，为后续线路设计提供参考[3]。

（二）施工单位把好施工质量关

?优化轨道施工工艺，重视轨底坡的设置。吊轨架作为整体道床施工的关键工具应科学进行设计；吊轨架上应预先设置好轨底坡，曲线地段施工时应在吊轨架上加设垂向扣压钢轨的装置，以便使钢轨与吊轨架全面接触，确保施工中轨底坡能符合设计要求。

?做好线路开通前轨道预防性打磨。地铁轨道工程普遍采用的挂枕架轨法施工整体道床虽然在轨枕或铁垫上已加了相应的轨底坡，但由于施工中支撑的变形以及钢轨、轨枕的制造公差等原因，使竣工后的轨底坡无法得到保证[4]。利用钢轨打磨可以在很大程度上消除这种施工误差，使轨面得到一个相对不变的钢轨倾斜度，从而改善轮轨接触关系。

（三）运营部门做好后期钢轨的维护工作

?对于既有线路出现的轨底坡过小、钢轨接触光带偏窄等无法通过调换垫板作业进行改正的问题，只能通过对上股钢轨进行打磨来修正轨底坡，达到增加车轮与钢轨接触面积，改善轮轨关系的目的。

?对于已经出现疲劳性裂纹和掉块的钢轨顶面应及时进行打磨，减少由于掉块造成的应力集中，延缓裂纹和掉块发生的速率。

?改变轮轨接触关系，改一点接触为两点接触。对于使用Ｕ７５Ｖ高强度钢轨的线路，疲劳是主要问题，侧磨是次要问题。通过打磨曲线上股钢轨易发生掉块的疲劳区，将轮轨接触点向钢轨中心转移，形成轮轨的两点接触，可降低接触应力，延长疲劳周期。

三、结束语

综上，为了延长钢轨的使用寿命，确保行车的平稳性，关键是要做好钢轨的打磨工作，采用大、小机械互相结合的方式，根据不同的情况分别作好修理性打磨、预防性打磨，这样可以改善轮轨间接触状态，防止和改善裂纹产生、扩展，减少钢轨维修工作量，延长换轨周期[5]。另外，从钢轨打磨与涂油的结合，及时更换伤损钢轨，采用接触闪光焊，加强线路养护维修等工作方面着手做好地铁轨道钢轨维修的工作，延长钢轨使用寿命，确保行车安全。

【参考文献】

[1]杜茂金.南京地铁钢轨掉块病害分析与防治[J].城市轨道交通研究,2015,18(01):78-80.

[2]贺延芳.城市轨道交通钢轨病害检测与识别研究[D].北京交通大学,2016.

[3]李金良,张会鑫.天津地铁钢轨打磨技术应用探讨[J].现代城市轨道交通,2014,(03):62-64.

[4]杨鑫.浅析地铁钢轨擦伤成因及防治[J/OL].建筑知识,2017,(05):.

[5]杜舜泽.浅谈地铁车辆段轨道施工注意要点[J/OL].建筑知识,:1-3.