针对地铁线路曲线地段钢轨病害分析及整治

针对地铁线路曲线地段钢轨病害分析及整治

叶露勇

深圳市地铁集团有限公司

摘要：地铁线路是城市轨道交通的重要组成部分，是城市交通的重要枢纽，但地铁线路的特点在于曲线路段多、运行速度高、行车密度大等。这些特点给运营带来了较高的风险，尤其在列车交会、曲线段钢轨横向力等方面对运营安全造成较大威胁，而我国目前钢轨技术在轨道结构及材料方面仍不成熟，因此需要进行相关研究。通过研究不同运营工况下地铁线路钢轨的横向力，为地铁安全运输提供保障。

关键词：地铁；曲线地段；钢轨病害；整治

前言

地铁线路受多种因素影响，在曲线路段会产生纵向作用力、横向力等。其中纵向作用力是影响曲线段行车速度和转弯半径的主要因素，而横向力对钢轨产生应力作用影响较大。因此需要对其进行分析和研究来保证运营安全。因袭，应当明确钢轨出现裂纹的原因，然后根据实际情况采取有效措施进行预防处理，以降低事故发生概率。加强日常检查工作，及时发现并消除隐患点，避免出现隐患后才去做相应补救措施。做好现场管理工作，严格按照相关标准规范执行各项操作流程。

1 隧道中曲线段概述

当线路通过弯道时会受到纵向的力以及横向拉力等多方面的影响，其中最主要的就是纵向力，因为它会直接影响到列车运营中车辆与轨道间的动力相互作用，导致车辆及列车运行产生震动。钢轨在运行过程中受力情况复杂且多变，其应力作用点主要集中在轨面和钢轨接头部位以及钢轨根部等部位，这些地方容易出现应力集中现象。另外，随着列车运行速度的提高，其在加速过程中会产生横向作用力从而产生轨底坡现象导致钢轨受力不均匀。隧道结构为钢筋混凝土结构并且埋置于地下2m深处，因此它是一个多因素影响下复杂体。在隧道中曲线路段内产生的纵向力对隧道运营安全造成很大威胁，因此需要对其进行相应整治措施。

2维修原则

轨道的维修原则：应尽可能地修复或更换受损轨道部件。对有缺陷的轨道部件应进行重点检查，及时处理。轨道维修必须在钢轨不受损伤和不影响列车运行的情况下进行。对有缺陷的部件，必须彻底清除掉所有可能造成其进一步恶化或导致其失效的潜在因素。对无缺陷或损伤较轻的部件，应尽量恢复原有状态。轨道维修后，在规定期限内，必须对所有被修理过的部分进行检查，以确保没有其它新的缺陷发生。为了避免轨道在运营过程中产生更多的磨损，在修复后应尽可能地延长钢轨使用寿命。在进行维修作业时，应避免在钢轨表面上施加外力、反复冲击和其他力、热等作用。对无缺陷部件或损伤较轻部件进行维修时，其施工方法应与一般钢轨维修一致；对有裂纹、变形、腐蚀、磨耗等病害部件和严重变形且不能修复的钢轨应考虑放弃或采取其他有效措施予以修理更换；当使用较新或磨损程度较轻部件时，应采取降低道床阻力和减少道床宽度等措施。对无病害部件或轻微损坏或不能修复使用的零件，其表面状态应保持良好或完全恢复时，才可继续使用。在修理后必须进行探伤试验，以确定修复后轨道性能是否符合规定要求。对于轨道上出现裂纹、缺陷、磨损等病害情况下进行修复作业时，必须采用探伤设备检查轨道内部情况。

3 列车速度影响因素

列车运行速度与隧道的坡度、隧道断面、车辆的型号、车重等都有关系，其中最主要的是车辆的型号和车重，这是影响车辆速度以及转弯半径的主要因素。地铁线路曲线路段在行车过程中不可避免会产生较大横向力，主要作用在钢轨上，由于纵向力随钢轨的轨向而变化，一般情况下钢轨向两侧方向变形很小；纵向力会随着列车通过曲线而发生变化，这主要是由于列车在运行过程中受隧道中曲线及各股线路轨向差异影响会产生较大横向荷载作用于钢轨上；因此列车的纵向速度对钢轨造成的横向力是不可忽略的，同时车辆也会随着通过曲线而产生横向荷载；因此需要对钢轨进行适当调整来解决列车运行过程中产生的纵向力问题。由于不同轨道类型的列车在车辆通过曲线时所产生竖向作用力不同，从而影响轨道应力分布；由于城市轨道交通车站与隧道之间存在较大距离、隧道断面较小、列车运行速度高且线路多为直线，因此列车在通过曲线时产生竖向力作用于钢轨上，导致钢轨横向破坏现象发生。因此需要根据地铁线路中所采用不同类型车辆进行分析研究来解决这个问题。另外，当轨向、轨底坡、曲线半径、车站埋深等因素发生变化时会产生明显差异；另外在通过隧道时列车速度不同也会产生不同程度的横向力影响。

4 钢轨病害

（1）钢轨接头：扣件其中包括轨头和轨腰。扣件是钢轨连接的关键部件，主要作用是将钢轨间、以及接头处的载荷传递给列车，使钢轨不发生弯曲。扣件在接头的长度、厚度和材质方面有严格的要求，并应满足连接方式需要。扣件扣紧轨枕时应使接头与钢轨平齐，并保证接头扣紧后不松动、不歪斜。（2）轨枕：主要作用是将钢轨支承在轨道上，以防止轮缘和道床之间产生滑动。轨道板：由多个轨枕和道床板组成，轨枕可以通过连接螺栓、扣件和轨梁将其牢固地连接起来。道床板：可以保证在不同速度下有足够的水平度和稳定性，并能缓冲轮轨冲击。混凝土枕梁：用于支承钢轨、连接头尾的结构。（3）钢轨及轨道部件：钢轨是高速铁路行车安全的重要保证，主要由两部分组成，即轨道及轨枕；轨道是铁路线路基础设施的重要组成部分。地铁运行速度越高对轨道要求越严格，要求地铁线路的平顺性、平稳性越好，从而保证列车在高速下也能安全、平稳行驶。轨道结构病害主要有以下几种：弯曲变形、横向裂纹、轨腰磨耗、轨枕沉降变形、混凝土枕梁开裂（混凝土垫板开裂）。当线路上出现上述问题时，可通过加强列车运行速度、延长线路运营时间来解决这些问题。由于列车行驶速度高和重车比例增加，地铁线路上有越来越多的曲线路段，而曲线地段是运营时间最长、线路最陡以及运营安全要求最高的区段。

5 整治措施探讨

（1）轨面打磨：在轨道不平顺处打磨轨面，以改善轮轨接触状态，提高钢轨的使用寿命。（2）道床混凝土加固：道床混凝土铺砌前，对轨枕孔、轨枕接头等位置进行混凝土浇灌。（3）设置弹性垫层：在隧道曲线段，可采用钢筋混凝土垫层或弹性垫层进行铺设。（4）增设道床减振垫：在列车行驶时，可通过减振垫改善列车行驶的平稳性，减少列车纵向振动。（5）设置枕木缓冲装置：在轨道不平顺处，可采取相应措施来降低列车横向振动速度和噪声，同时也可减轻钢轨的横向力。（6）钢轨打磨：当轨道不平顺发生变化时，需要对轨道进行打磨和调整。（7）隧道曲线区段加强防护：将轨道外表面设置成波纹状并铺设枕木来增强列车行驶的平稳性和舒适性。（8）线路纵断面设计：在轨道横断面上根据隧道曲线段的长度、宽度制定合理长度与宽度的纵坡设计值以减少行车速度；同时可以考虑在坡度较大或者隧道中曲线路段采用曲线型钢轨，从而增加列车运行平稳性。（9）隧道衬砌加强防护：对于钢轨损坏严重的隧道中曲线段需对衬砌加强防护。（10）钢轨安装方式及安装精度：对于钢轨安装位置进行合理设置使之与线路横断面尺寸相匹配；保证轨道的直线度和轨距长度；在施工过程中要严格按照图纸要求控制好施工精度。

6 结语

总之，通过研究不同运营工况下，钢轨横向力，发现其对行车安全产生了较大影响，需要将钢轨变形量控制在规定范围内，同时需要对部分病害进行整治以保障运营稳定性。但因运营时间长、隧道空间小、施工难度大等原因，钢轨病害较为严重，甚至在某些特殊工况下无法修复，对运行安全产生了较大威胁。因此，通过研究钢轨结构参数及使用年限，可以了解到不同运营工况下的钢轨应力及变形情况。

参考文献：

[1]卢思源.浅谈铁路线路曲线病害成因及其整治措施[J].中国新技术新产品，2018（03）：191.

[2]铁路曲线病害原因分析及处理的几点思考[J].孙亚林.山西建筑.2021（30）