冬季集包線無縫線路鋼軌折斷分析和處理

鮑潤全

(呼準(zhǔn)鄂鐵路有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古呼和浩特 010050)

呼和浩特鐵路局管內(nèi)京包鐵路線路集包段，北傍陰山山脈，南沿黃河，是連接我國西北、華北、東北地區(qū)，外接蒙古、俄羅斯以及東歐國家的重要陸路通道。集包線線路全長約300 km，地處北方寒冷地區(qū)，冬、夏季軌溫變化幅度較大，我們知道軌溫變化幅度越大，冬季或夏季無縫線路所承受的溫度拉力或壓力越大，鋼軌折斷及脹軌跑道的幾率就越大。多年來養(yǎng)護(hù)的經(jīng)驗(yàn)表明，只要我們認(rèn)真鉆研分析，日常養(yǎng)護(hù)中貫徹好“預(yù)防為主、防治結(jié)合”的原則，對癥下藥，針對具體的情況，采取具體的應(yīng)對措施，無縫線路許多病害在一定時(shí)間或一定地段是可以減少的。近幾年，隨著鐵路跨越式發(fā)展的需要，集包線運(yùn)輸高、密、重的特點(diǎn)，對我們養(yǎng)護(hù)維修工作是一種考驗(yàn)，同時(shí)也提出更高的要求，積極預(yù)防無縫線路長鋼軌折斷是工務(wù)部門冬季養(yǎng)護(hù)工作的主要任務(wù)之一。

1 鋼軌焊縫折斷的危害

無縫線路鋼軌折斷(含焊縫)，是無縫線路常見病害之一，它嚴(yán)重危及行車安全，造成無縫線路結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞，若不加以預(yù)防和整治，會造成列車顛覆，人員傷亡的重大損失。斷軌對行車的危害隨著斷縫的大小而變化，一般鋼軌的斷縫只有20 mm～30 mm，個(gè)別的可達(dá)到50 mm～60 mm，橋上可能會更大。如果斷軌發(fā)生在列車行駛中，隨著氣溫的下降，斷縫會繼續(xù)擴(kuò)大，嚴(yán)重時(shí)有可能形成一個(gè)100 mm～200 mm的大斷縫。斷縫過大，容易出現(xiàn)斷縫兩端鋼軌上下或左右錯(cuò)口，嚴(yán)重影響行車安全，甚至在焊縫及熱影響區(qū)范圍內(nèi)出現(xiàn)嚴(yán)重的水平裂紋，使鋼軌發(fā)生粉碎性斷裂，那樣，后果將不堪設(shè)想。從斷軌發(fā)生的部位看，斷軌的絕大多數(shù)發(fā)生在鋁熱焊縫接頭，一小部分發(fā)生在兩焊縫間的軌條上。從發(fā)生的時(shí)間上來看，90%的斷軌發(fā)生在11月～12月和1月～2月，而且以11月～12月發(fā)生的次數(shù)最多。一般大多發(fā)生在夜間。如2008年12月份，京包上行線K671+31號軌焊縫垂直斷裂，拉開軌縫33 mm，發(fā)生在夜間0:20。

2 鋼軌焊縫折斷的原因

1)作用在無縫線路鋼軌上的外力包括機(jī)車車輛反復(fù)作用下的動力及溫度變化引起的溫度力以及其他附加力，當(dāng)這些力在鋼軌內(nèi)部引起的應(yīng)力超過了鋼軌本身的屈服強(qiáng)度時(shí)，鋼軌容易折斷，而焊縫疲勞強(qiáng)度及斷裂韌性低鋁熱焊縫的屈服強(qiáng)度和冷彎強(qiáng)度只有母材的70%左右，疲勞強(qiáng)度則只有母材的60%左右，所以鋁熱焊縫容易斷裂，同時(shí)由于焊縫的裂紋或其他缺陷，這些初始裂紋或缺陷首先擴(kuò)大，焊縫疲勞強(qiáng)度急劇下降，就會首先造成焊縫折斷。2)焊縫及其熱影響區(qū)強(qiáng)度不均，焊縫的強(qiáng)度又低于母材，隨著列車碾壓時(shí)間的延長，在焊縫前后40 mm～60 mm的范圍內(nèi)，逐漸出現(xiàn)低凹，由于焊縫低凹增加了車輪的附加沖擊力，附加沖擊力又加速焊縫的低凹，使鋼軌受力狀況更加惡化，形成類似于普通線路低扣接頭那樣的惡性循環(huán)。這種惡性循環(huán)不但造成石碴坍塌，軌枕斷裂、扣件折損，增加了維修養(yǎng)護(hù)的工作量和難度，同時(shí)也加速了焊縫的斷裂。3)鎖定軌溫偏高，線路爬行，加重焊縫斷裂。鎖定軌溫偏高時(shí)，冬季焊縫要承受較大的溫度拉力，焊縫斷裂多發(fā)生在11月～12月及1月～2月份的低溫季節(jié)，就是明顯的例子。如京包上行線K706+500 m處，在夏季插入短軌焊復(fù)軌溫28℃，偏高，導(dǎo)致該處在當(dāng)年冬季2月份發(fā)生斷軌。4)線路爬行是萬惡之源，它不僅會造成許多線路病害，而且，還使無縫線路的長鋼軌發(fā)生不正常的伸縮，改變了原鎖定軌溫，形成冬季拉斷鋼軌，夏季脹軌的惡兆。同時(shí)，它還造成焊縫受力不均勻，增大了列車的附加沖擊力，加速了焊縫(包括鋼軌)的斷裂，有時(shí)，它會直接引起鋼軌或焊縫折斷。5)養(yǎng)護(hù)維修不當(dāng)，也是焊縫斷裂的重要原因。線路的養(yǎng)護(hù)維修質(zhì)量不好，例如在焊縫附近線路搗固不均、空吊板、暗坑、鋼軌爬行、軌枕間距不均、三角坑、軌道水平、方向、高低不良、道床板結(jié)和翻漿冒泥等，將加大列車的沖擊力，造成焊縫斷裂。6)焊縫直接放在軌枕上或緊靠軌枕邊緣時(shí)，會增加列車對這些薄弱位置的沖擊，促使焊縫折斷。7)無縫線路鋼軌超期服役，鋼軌母材的屈服強(qiáng)度降低，疲勞傷損，尤其是焊縫處易發(fā)生斷軌。如現(xiàn)在上行K706+500 m焊縫處發(fā)生斷軌，主要是上行鋼軌噸公里通過總重超過大修換軌周期，鋼軌超期服役造成。

3 鋼軌焊縫折斷的預(yù)防措施

1)提高焊縫質(zhì)量，改進(jìn)焊接工藝，嚴(yán)格遵守有關(guān)規(guī)章的規(guī)定。要加強(qiáng)焊接工的技術(shù)培訓(xùn)，提高其理論和實(shí)做能力;加強(qiáng)機(jī)具日常管理，確保焊軌質(zhì)量良好;實(shí)行記名焊，提高職工的責(zé)任心;焊接時(shí)要保證焊接條件良好，在施工點(diǎn)不足、天氣不良等情況下推移焊接時(shí)間。2)全面鎖定線路。按規(guī)定要求堆滿并夯實(shí)道床，擰緊中間扣件螺栓和緩沖區(qū)接頭螺絲，加強(qiáng)線路防爬鎖定，保持軌道結(jié)構(gòu)縱、橫向阻力，防止鋼軌的不正常收縮。防止因鋼軌或焊縫折斷后軌縫拉大進(jìn)而發(fā)生行車安全事故。3)整治焊縫病害。對高、低接頭、錯(cuò)口接頭、馬鞍形接頭等缺陷接頭，要用磨、焊、墊、搗、篩等辦法進(jìn)行綜合整治。對超過標(biāo)準(zhǔn)的焊縫應(yīng)及時(shí)打磨、焊補(bǔ)，使無縫線路鋼軌頂面和內(nèi)側(cè)保持平整光滑。有嚴(yán)重缺陷者，要鋸掉重新焊接，以降低列車對鋼軌的沖擊。4)加強(qiáng)線路養(yǎng)護(hù)維修，提高線路設(shè)備質(zhì)量。加強(qiáng)對線路養(yǎng)護(hù)維修，是保持鋼軌和焊縫質(zhì)量的重要措施。冬季鋼軌剛性大，起道、撥道作業(yè)時(shí)，機(jī)械應(yīng)放在距焊縫1 m以外，嚴(yán)禁用起撥道機(jī)直接頂撞焊縫，并避免做一些冷彎直軌工作。5)為減緩曲線鋼軌磨耗，應(yīng)加強(qiáng)曲線養(yǎng)護(hù)，經(jīng)常保持曲線圓順，合理設(shè)置超高度和軌底坡，適時(shí)對直線與曲線、外股與內(nèi)股鋼軌進(jìn)行調(diào)換，特別是要根據(jù)鋼軌材質(zhì)、側(cè)磨情況，建立合理的涂油制度，以減輕鋼軌磨耗。6)夏季高溫季節(jié)成段更換鋼筋混凝土軌枕、道床破底清篩等施工處，如果進(jìn)行高溫應(yīng)力放散，入冬前，一定還要放散應(yīng)力，按設(shè)計(jì)鎖定軌溫要求，在設(shè)計(jì)鎖定軌溫范圍內(nèi)進(jìn)行應(yīng)力放散，重新鎖定線路。7)加強(qiáng)鋼軌探傷是預(yù)防鋼軌折斷的有力措施。要加強(qiáng)焊縫的探傷，尤其是入冬前的探傷檢查，發(fā)現(xiàn)重傷的焊縫，要采取增設(shè)防爬設(shè)備，進(jìn)行緊急處理和臨時(shí)處理等有效措施，并加強(qiáng)檢查，以確保行車安全;加強(qiáng)探傷工的技術(shù)業(yè)務(wù)培訓(xùn)，合理安排探傷計(jì)劃，根據(jù)氣候和設(shè)備狀況安排探傷周期，做到周期合理、重點(diǎn)突出。8)加強(qiáng)焊縫及鋼軌薄弱地段的管理。影響鋼軌或焊縫斷裂的因素很復(fù)雜。這就要求我們切實(shí)掌握斷軌(含焊縫)的時(shí)間、地點(diǎn)、建立技術(shù)卡片，從焊接、鋪設(shè)、鎖定及軌枕位置、氣溫、環(huán)境、維修情況、軌面平順、傷損程度等多方面做好原始記錄，從中進(jìn)一步分析斷軌的原因，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，確定今后改進(jìn)和養(yǎng)護(hù)維修的措施，延長鋼軌或焊縫的使用壽命。

4 鋼軌折斷的處理措施

1)緊急處理。當(dāng)斷縫小于50 mm時(shí)，立即在斷縫處上好普通夾板或特制拱形夾板，用急救器加固，在焊縫兩端各50 m范圍內(nèi)加強(qiáng)防爬鎖定，擰緊扣件，防止斷縫進(jìn)一步拉大，并派人看守，限速5 km/h放行列車。如斷軌小于30 mm時(shí)，限速15 km/h～25 km/h放行列車。經(jīng)過緊急處理開通線路后，如果設(shè)備條件許可，應(yīng)在原位焊復(fù)，否則應(yīng)在軌端鉆孔，上好普通夾板或特制拱形夾板，擰緊接頭螺栓，然后可適當(dāng)提高行車速度。同時(shí)在斷縫兩側(cè)約3.8 m處的軌頭非工作邊上作出標(biāo)記，并準(zhǔn)確丈量兩標(biāo)記間的距離和軌頭非工作邊一側(cè)的斷縫值，作好記錄，以便觀測斷縫是否擴(kuò)大和永久處理后檢測是否恢復(fù)原位。原位焊復(fù)前，切除斷口折損部位的長度不超過60 mm，以滿足鋁熱焊的最大焊縫寬度。原位焊復(fù)后，無縫線路實(shí)際鎖定溫度保持不變。原位焊復(fù)時(shí)，應(yīng)松開接頭兩側(cè)200 m～250 m范圍內(nèi)的鋼軌扣件，并在此范圍內(nèi)每隔50 m設(shè)立1處位移觀測，用鋼軌拉伸器張拉鋼軌，輔以撞軌，觀測鋼軌位移情況，位移到位后即進(jìn)行焊接。

2)臨時(shí)處理。鋼軌折損嚴(yán)重或斷縫大于50 mm，以及緊急處理后，不能立即焊接修復(fù)，斷縫仍繼續(xù)擴(kuò)大，應(yīng)封鎖線路進(jìn)行臨時(shí)處理。臨時(shí)處理時(shí)，在斷縫兩側(cè)約3.8 m處軌頭非工作邊上作出標(biāo)記，并準(zhǔn)確丈量兩標(biāo)記間的距離和軌頭非工作邊一側(cè)的斷縫值，作好記錄，以便觀測斷縫是否擴(kuò)大，為永久處理作好準(zhǔn)備。然后，沿?cái)嗫p兩側(cè)對稱切除傷損部位，兩鋸口間插入6 m的同型鋼軌，軌端鉆孔，上好接頭夾板，用螺栓擰緊。在短軌前后各50 m范圍內(nèi)擰緊扣件后，按正常速度放行列車。

3)永久處理。鋼軌斷縫處緊急處理或臨時(shí)處理后，在接近或低于實(shí)際鎖定軌溫時(shí)，插入短軌重新焊接修復(fù)。采用鋁熱焊時(shí)，插入短軌長度等于切除鋼軌長度減去兩倍預(yù)留焊縫值。先焊好一端，另一端張拉到位后焊接。插入短軌長度應(yīng)大于6 m，短于6.5 m。焊后長軌條基本上恢復(fù)原有狀態(tài)，保持原鎖定軌溫不變。焊接時(shí)的軌溫不應(yīng)低于0℃。放行列車時(shí)，焊縫時(shí)軌溫應(yīng)降至300℃以下。

5 結(jié)語

本文通過對冬季鋼軌容易折斷的原因進(jìn)行分析，提出一些切實(shí)可行的防治措施，對指導(dǎo)集包線工務(wù)部門做好防斷軌工作有一定的借鑒作用。無縫線路冬季的養(yǎng)護(hù)維修，應(yīng)著重注意防爬鎖定、整修扣件、打磨不平順焊縫、消滅三角坑、暗坑與空吊板等工作。保持線路的大平及方向良好，減輕列車沖擊振動，使線路鋼軌得以保持穩(wěn)定和完好的狀態(tài)。

［1］ 中華人民共和國鐵道部.鐵路線路維修規(guī)則［M］.北京:中國鐵道出版社，2006.

［2］ 中華人民共和國鐵道部.鐵路技術(shù)管理規(guī)程［M］.北京:中國鐵道出版社，2004.

［3］ 中華人民共和國鐵道部.鐵路工務(wù)安全規(guī)則［M］.北京:中國鐵道出版社，2006.

［4］ 中華人民共和國鐵道部.TZ 201-2008客貨共線鐵路軌道工程施工技術(shù)指南［M］.北京:中國鐵道出版社，2008.