浅述城市轨道交通钢轨波磨的成因及防治措施

【摘 要】近年来，随着城市轨道交通的飞速发展和网络化运营的进程，不仅在老线上钢轨波磨严重，新线波磨也日益凸显。本文根据深圳地铁现场钢轨波磨的大量调查和分析，阐述钢轨波磨产生原因。为了更科学建设和管理城市轨道交通，本文作者总结出如何全面防治钢轨波磨的原则，最大程度节约成本和提高列车运行平顺度及乘客舒适度。

【关键词】城市轨道交通；波磨成因；扣件刚度；曲线半径；防治措施

轨道交通建设正步入发展黄金期，但建设移交至开通运营周期短，各系统设备更新快，钢轨和车轮几乎未经磨合期就投入运营，钢轨在短期内出现波磨并迅速发展。由此造成车体振动明显、隧道内噪声显著增强、乘客舒适度下降等一系列问题，严重时甚至导致轨道零配件松脱、钢轨顶面掉块，缩短使用寿命，给地铁行车带来安全隐患。本文以深圳地铁为例，通过调查和分析，阐述钢轨波磨的主要成因并提出几条建议，为降低城市轨道交通养护维修成本和科学化管理提供技术支持。

1.深圳地铁波磨区段概述

深圳地铁一期工程（罗湖至世界之窗区段）自2004年开通运营近十年，二期工程开通近三年，钢轨左右股工作边呈现出不同程度波磨。不仅曲线区段，直线地段钢轨也发现波磨痕迹，致使列车经过时有明显震感。深圳地铁钢轨波磨主要分布在小半径曲线轨道（半径在600米以下）、进出站直线地段、长大坡道直线地段、车速较高地段、减振类道床和扣件等地段。

2.波磨产生的主要原因

经前期现场调研和新老线路对比分析，本文作者将深圳地铁钢轨波磨形成和发展的主要原因归纳如下：

1）轮轨接触不良。列车在一定的运行速度条件下，车轮的垂向加速度激发钢轨的自振，若车轮的振动频率达到和钢轨一致，则会形成轮轨共振。在车轮长时间的碾压作用下，导致钢轨表面出现规律性的疲劳伤损，即为波磨，一般此类波磨的共振频率在200～300Hz之间，波长在6～30cm之间（见图1）。

2）轨道扣件刚度较小。现场使用减振扣件的区段，其中90%以上的地段出现了波磨，其中包括曲线和直线地段，并且使用磨轨车打磨后约3个月左右，又发展出新的波磨。相较未使用减振扣件的区段，波磨发展的时间间隔大约提前2个月左右。根据国内外科学研究和理论分析的成果，钢轨波磨的产生和发展与扣件的结构形式有关。根据以上调查结果，肯定了同等条件下，扣件刚度较小是导致深圳地铁波磨形成的原因之一。

3）轨道刚度过渡不合理。以深圳地铁2号线为例，轨道减振形式多达5种，二期开通线路中，2号线波磨出现早、发展快，部分地段轮轨常伴有尖锐“啸叫声”，尤其轨道刚度过渡地段较明显。由此可见，轨道刚度变化多、变化大，会使轮轨之间较难形成良好接触关系。

4）线路开通前，钢轨未经预打磨与轨道几何尺寸精调，存在初始不平顺，如：钢轨鹅头、硬弯、轨道几何尺寸不良等，因此易发展成初始波磨。另外，部分线路一开通就承担线网中的主客流，车轨和钢轨几乎未经磨合期就投入运营使用，轨道系统和车辆系统可能存在参数不匹配的情况。

5）目前地铁现有的钢轨打磨装备和人员不足，远不及线网发展速度，钢轨波磨未能及时、彻底打磨。

3.影响波磨的主要因素

3.1 曲线半径

曲线轨道上，内外两股钢轨长度不同，同一轮对上的内外车轮走行距离不同，轮轨之间产生相对滑动。曲线半径越小，轮轨间出现滑动概率越大，由此产生的波磨也更易形成和发展。半径较大曲线上，波磨即使出现，发展速率也很慢，甚至于不会激发轮轨之间相对蠕滑，当曲线半径达到一定数值时，即使各种不利因素叠加，也不会出现轮轨间的相对滑动及波磨。一般来说，半径小于2500米的曲线轨道上，可能出现波磨。

3.2 速度

轮轨共振频率随速度产生明显变化，速度越大，频率越高。相关测试结果显示，车辆速度为70km/h时，轮轨共振频率在300Hz左右；车速为50km/h时，频率在200Hz左右；车速为30km/h时，频率约为120Hz。随着车速降低，轮轨相互作用幅度大有减缓趋势。当车速从70km/h降至50和30km/h时，轮轨共振峰值分别降低60%和69%。根据现场调查结果，一定范围内限速运行可延缓钢轨波磨的产生和发展。但进出站列车制动地段及限速小半径曲线地段除外。

3.3 扣件刚度

扣件刚度的降低会导致轨道横向刚度降低，列车碾压经过时轨道横向变形加大，以致于车轮走形过程中与钢轨面接触不均，增加轮轨间的碰撞次数，加强车轮和钢轨的共振几率，加重波磨发展。

3.4 其它影响因素

列车制动时，制动力与蠕滑力叠加后易激起轮对的蠕滑振动和波磨。

4.防治波磨的措施

4.1 新线设计阶段预防波磨的措施

1）合理使用轨道减振措施。综合考虑轨道减振措施的设置与轨道结构刚度值、各种减振措施的合理过渡是否相互矛盾。尽量避免混合使用多种轨道减振措施，使用两种以上时，过渡段长度应至少保证一列车长，确保列车经过时轨道弹性逐渐过渡。

2）配置最适宜的车辆系统参数与轨道结构相匹配，设置合理车速，避免出现反复加速和制动情况。

3）进一步优化线路选线，尽可能减少小半径曲线，避免出现半径小于等于350米曲线。

4）小半径曲线地段采用全长淬火耐磨钢轨，既能延缓钢轨波磨发展，也能减缓外轨侧磨和内轨轨顶面掉块的发展速度。

4.2 新线建设阶段预防波磨的措施

1）严格把控施工质量，线路开通前消除所有不良轨道几何尺寸，符合轨道作业验收标准规定。

2）项目移交前对新线开展全线预打磨，消除由于钢轨材质、工期紧引起的钢轨表面和接头不平顺，使钢轨廓形和车轮踏面相吻合。

4.3 已运营线路减缓波磨的措施

1）新线应在开通后三个月左右使用钢轨打磨车消除钢轨表面疲劳层。否则将导致波磨快速形成和发展，在短期内促成严重的波磨致使最终无法通过打磨彻底消除，只能进行换轨。

2）对已出现波磨的既有线路，根据实际情况，按照轻重缓急原则，合理安排打磨计划，分批次全面整治。针对严重区段增加打磨遍数和缩短打磨周期，更换弹性适宜的轨下胶垫。结合动态轨检车数据资料和线路填乘检查，及时展开波磨地段轨道几何尺寸和曲线正矢不良处所的整治，并做好数据记录和相关台账的建立，以便为今后轨道养护维修提供参考依据。

4.4 其他措施

1）充分考虑行业内各种减振道床、扣件等产品适用范围的局限性，新技术、新工艺、新产品试用于地铁前，要做好严格的鉴定和试验，根据试验结果考虑是否适用。

2）明确轨道减振并不是唯一的地铁减振方式，结合车辆系统减振和线路选线，共同达到减振的目的。

3）线路开通前，做好各个系统间的协调和沟通，及时调整各个系统的参数和指标，为建立轮轨间良好的接触关系做好充分的准备工作。

5.结语

通过对深圳地铁钢轨波磨的数据调查和分析，结合以往文献的理论研究成果，总结出深圳地铁钢轨波磨的主要成因，从设计、施工和运营维修保养的角度，提出了防治城市轨道交通钢轨波磨形成和发展的建议及措施，仅供同行参考。

参考文献：

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