谈地铁钢轨轨道伤损原因及维护

摘要：发展轨道交通是解决交通问题、促进城市发展的最佳途径，城市轨道交通是城市公共交通的骨干。本文通过分析伤损发生的原因及发生条件，提出相应的对策措施，尽量减缓钢轨伤损，避免严重伤损，以延长钢轨的使用寿命，确保轨道交通运输的安全和降低运营成本。

关键词：地铁，钢轨，伤损

Abstract: the development of rail transit is to solve the traffic problems, the best way to promote the city development, urban rail transportation is the backbone of the urban public transportation. This article through the analysis of the reasons of the occurrence and wounds conditions, put forward the corresponding countermeasures, try to slow the rail.the, avoid serious wounds, in order to prolong the service life of the rail, ensure the safety and reduce the rail transit operation cost.

Key words: the subway, rails, bloody injury

中图分类号：TU74文献标识码：A 文章编号：

随着我国城市的发展，出行需求增加，但由于道路交通的昂贵费用和运行的拥挤状况，轨道交通，尤其是地铁成为成千上万乘客更适合的选择，可以说在很多城市，地铁逐渐成为上班族的生命线。作为轨道的主要部件之一――钢轨，直接承受车轮荷载并将其传于轨枕。钢轨质量和工作状态的好坏，都会直接影响到轨道交通的安全性与舒适性[1]。随着城市轨道交通客运量和运营年限的不断增加，钢轨将不可避免地出现各种各样的伤损问题。

1地铁钢轨伤损分析意义

钢轨伤损的产生和发展，直接影响着钢轨的使用寿命。因此，钢轨的伤损检测分析技术是城市轨道交通工务专业技术人员的必需掌握技术。通过钢轨伤损的统计分析，可描绘出通过总重与钢轨伤损之间的关系曲线，以便掌握伤损规律；根据伤损发展规律合理安排探伤周期，可掌握伤损发展动态；还可以依据各类伤损的发生与发展规律，合理组合探头进行重点探伤，组织技术攻点，突破探测难点，以便反馈指导探伤实践；另外，同期铺设，通过总重相同的钢轨，其伤损分布差异明显，对于经常发现伤损的区段及伤损突变或持高不下的钢轨应及时通报，提供养护信息，以便改进养护作业质量，提出大修换轨方案；新轨使用后，应注意突发性裂纹的发生，依据早期伤损产生的频率，来评估新轨质量，向有关生产厂反馈质量信息[2]。

因此，地铁工务工作中非常重视钢轨探伤分析：各线路钢轨探伤详细记录伤损情况，有钢轨伤损台帐和钢轨设备资料，建立每月分析制度及时报送《钢轨伤损检查月报》；定期召开钢轨伤损分析会，及时掌握管内钢轨伤损发展动态，提出养护维护、设备整治以及加强检查监视等意见；对于重点地段及薄弱处所，组织进行现场调查分析，全面掌握钢轨状态，根据统计分析结果及时通报伤损情况，提出线控重点和加强钢轨探伤工作意见和措施。

2钢轨伤损机理及成因分析

2.1钢轨伤损机理

从宏观特征及形成机理来说，钢轨伤损的发展主要分为3个阶段。

2.1.1轨面塑性变形阶段

这时表现为轮轨接触面表层金属发生塑性变形，使钢轨断面的几何形貌发生变化，主要为轨头踏面轨伤，其实质为在重复冲击载荷作用下的疲劳损伤。这种长期作用的冲击荷载产生应力集中现象，当集中应力达到钢轨表层金属材料的屈服极限时，使钢轨产生塑性变形。该阶段亦可称为冲击疲劳阶段。

2.1.2轨面剥离伤损阶段

钢轨表面的塑性变形达到一定深度时，在钢轨作用边(特别是在曲线上股)出现程度不同的鱼鳞状裂纹和剥离掉块。这种鱼鳞状剥离裂纹的裂纹方向与行车方向一致，一般与轨面水平夹角为15°左右。随着进一步的发展，可在鱼鳞状裂纹和剥离掉块周边形成纵向裂纹，同时剥离裂纹、纵向裂纹和剥离坑底部的残余裂纹有可能向深度方向扩展，导致形成轨头横向裂纹或伤损。这类伤损的实质是在交变接触压应力长期作用下，在钢轨材料表面产生的疲劳损伤，其主要特征表现为钢轨材料的点蚀、浅层剥落或深层剥落。该阶段也可称为接触疲劳伤损阶段。

2.1.3疲劳伤损阶段

该阶段疲劳破坏时不产生明显的塑性变形，呈现脆性的突然断裂，但其疲劳宏观断口呈现典型的疲劳源、疲劳区、瞬断区3个形貌不同的断口区域。若钢轨进入疲劳伤损阶段，其伤损主要表现为轨头内部疲劳裂纹，其特点是当裂纹发展到较大面积或发展到快速扩展阶段时，裂纹才会发展到轨头表面，造成断轨，因此轨头表面一般没有表面伤损。疲劳破坏最终的表现为突然的脆性破坏，危害极大。

2.2钢轨伤损成因分析

2.2.1踏面压溃

控制该类型伤损出现的是钢轨集中应力的作用，即由于轨道线路设置的不平顺，产生较大的冲击动荷载，钢轨在重复冲击载荷的作用下，表面金属屈服产生塑性变形。因此，控制该类伤损的首要因素是改善线路及轨面的平顺性，除线路几何形态保持良好外，还应对产生波浪型磨耗的钢轨进行轨面打磨处理，避免车辆运行过程中出现较大冲击动荷载的作用。

2.2.2纵(横)向裂纹及鱼鳞伤与掉块

控制此类钢轨伤损的主要因素为线路曲率半径，同时下坡的纵线路加剧了其伤损。根据前述伤损机理分析，由于轮轨的接触，在接触处产生σz>σy>σx的三向压应力；在长期的这种接触应力的作用下，在最大切应力处钢轨出现局部塑性变形，形成纵(横)向裂纹及鱼鳞伤，并进一步发展为掉块的伤损。因此，该类伤损的首要因素为轮轨接触关系，应将轮轨接触面积控制在合理的范围之内。特别是在小半径曲线段，应尽量避免因接触面积过小而引起接触应力过大，或引起长期滚动摩擦过大。在地铁现有线路行车条件下，应根据实际运行情况调整轨底坡，改善轨面磨光带位置，使其处于正常的轮轨接触范围，尽量避免磨光带长期靠近轮缘。

3地铁钢轨轨道伤损的维护

3.1主要功能分析

钢轨外部和内部伤损都有可能在车轮和温度应力作用下导致断轨，因此在线伤损钢轨加固急救装置必须具有以下功能[3]：

(1)预防断轨：当发生钢轨伤损时，安装伤损钢轨加固急救装置预防钢轨断裂，保障列车按规定的限速或常速继续运行，保障行车安全。

(2)断轨应急处置：当线路突发断轨时，可快速应急加固，同时恢复正常的线路信号，使列车按规定的限速继续运行，待天窗点进行永久处理。

(3)多适应性：一是钢轨伤损对象的多适用性，能处理焊接接头伤损和多类型钢轨母材伤损；二是安装功能的多适用性，即能夹具安装、螺栓安装和胶接安装；三是对伤损、断轨发生位置的多适用性，当钢轨在长度方向任何位置发生伤损或断轨，能不受轨枕、扣件等轨道部件的影响，正常、快速地进行急救加固；四是能适用于有碎和无作轨道，尤其要能适应无碎轨道不同型号轨道板使用。

3.2钢轨整修技术

轨端不均匀磨损和掉块、擦伤是钢轨运营过程中产生的各种伤损和缺陷的主要形式。这些病害引起机车车辆的巨大附加冲击力，使线路变形加剧，不仅缩短了轨道各部件的使用寿命，而且还增大了养护维修工作量。因此，需要对钢轨表面病害及时整治。钢轨表面的整治工作包括磨修和焊接。(1)磨修，就是采用砂轮打磨机消除接头表面不均匀磨损或焊补掉块、剥落等缺陷后的打磨顺平。常用的钢轨打磨机一般有手砂轮机、平型砂轮机和碗形砂轮机，其中碗形砂轮机使用效果最好，轨面打磨质量优于其他2种砂轮机。为了不过多地削弱钢断面，打磨母材深度不宜大于0.5mm，顺坡长度宜大于1m。若轨面不均匀磨损、掉块、擦伤等病害接近或大于1mm时，应以焊修为主。(2)焊修轨面，目前主要采用氧乙炔焊、电弧焊和氧乙炔焰金属粉末喷焊3种技术。氧乙炔焊加热温度高，影响范围大，线上焊修要求在来车之前降温至30℃以下，多数采用浇水冷却的办法易使轨面洋火层龟裂剥离，这种方法已逐渐被淘汰。手工电弧焊是目前最常用的方法，但需要进行焊前预热、焊后处理，不仅携带的设备多，现场转移不方便，而且效率低，占用时间长。喷焊具有气焊温度高、电弧焊设备多的缺点，而且使用氧和乙炔时对操作安全要求较高。目前辙叉的焊修主要是换下伤损辙叉，在厂内焊修。可见应尽快采用先进的焊修技术进行线上焊修钢轨和辙叉，以提高钢轨的使用效率。

参考文献

[1]张安哥，朱成九，陈梦成. 疲劳、断裂与损伤[M]. 成都：西南交通大学出版社，2006.

[2]周清跃，刘丰收，朱梅，等. 轮轨关系中的硬度匹配研究[J]. 中国铁道科学，2006：27.

[3]田常海，龚佩毅，马子河. 在役钢轨发生伤损的规律及减少伤损的对策[J]. 中国铁路，2005(7).

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。