大準(zhǔn)鐵路鋼軌傷損原因分析

弓志浩

摘 要 由于運(yùn)量的逐年遞增和列車(chē)密度的驟增，鋼軌不同程度出現(xiàn)了損傷，為了保證運(yùn)營(yíng)安全，降低維修工作量和節(jié)約維修成本，采取有針對(duì)性的預(yù)防措施。

關(guān)鍵詞 鋼軌；傷損；分析

中圖分類(lèi)號(hào) U21 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2095-6363（2017）06-0036-02

大準(zhǔn)鐵路是單線Ⅰ級(jí)電氣化鐵路，正線全長(zhǎng)265.142km，初期設(shè)計(jì)運(yùn)輸能力為1 500萬(wàn)噸，1990年7月開(kāi)工建設(shè)，1993年8月鋪架貫通，1997年6月臨管運(yùn)營(yíng)。2002年運(yùn)量達(dá)到1 546萬(wàn)噸。但是隨著準(zhǔn)格爾旗煤礦陸續(xù)大量開(kāi)發(fā)，全國(guó)煤炭需求的快速增長(zhǎng)，大準(zhǔn)鐵路成了大秦線在內(nèi)蒙煤炭東運(yùn)的重要運(yùn)輸延伸通道，從2002開(kāi)始，每年運(yùn)量以近520萬(wàn)噸速度遞增。為提升大準(zhǔn)鐵路運(yùn)能，確保營(yíng)運(yùn)安全，大準(zhǔn)鐵路開(kāi)始了技術(shù)擴(kuò)能改造，以及九蘇木至二道河區(qū)段的復(fù)線建設(shè)。正線鋼軌也從當(dāng)初的43kg/m，逐漸更換到50kg/m、60kg/m，直到目前的75kg/m。

由于運(yùn)量的逐年遞增和列車(chē)密度的驟增，鋼軌不同程度的出現(xiàn)了損傷，為了保證運(yùn)營(yíng)安全，降低維修工作量和節(jié)約維修成本，通過(guò)對(duì)大準(zhǔn)線鐵路歷年的鋼軌損傷情況統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并提出整改意見(jiàn)。

1 鋼軌傷損情況

1）通過(guò)歷年統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分析，可看出核傷、掉塊、裂紋是鋼軌傷損的主要類(lèi)型，這三類(lèi)傷損之和占鋼軌傷損的82.6%。正線傷損占傷損總數(shù)的83.4%，曲線傷損占正線的75.0%，曲線半徑R≤800m鋼軌占傷損的62.1%。

大準(zhǔn)線歷年通過(guò)總重與傷軌數(shù)量對(duì)比看，由于累計(jì)通過(guò)總重的不斷增加，鋼軌傷損也是不斷增加。鋼軌傷損數(shù)量2008年比2007年增加59根，2009年比2008年增加108根，2010年比2009年增加185根。2010年以后至2015年，九蘇木至點(diǎn)岱溝雙線的開(kāi)通運(yùn)營(yíng)，由于單線變雙線分流原因，鋼軌傷損數(shù)量有所下降。

2）長(zhǎng)軌條更換下時(shí)每條平均通過(guò)總重為391Mt，長(zhǎng)軌條所在曲線半徑大部分是800m及以下的小半徑曲線，長(zhǎng)軌更換原因主要是鋼軌頂面磨耗嚴(yán)重、魚(yú)鱗紋發(fā)展至掉塊等病害。

3）大準(zhǔn)全線自2006年全線換鋪60kg/m以來(lái)，未進(jìn)行過(guò)換軌地段統(tǒng)計(jì)有148.776km，大部分是直線地段和半徑大于1 000m的曲線地段，平均每公里鋼軌傷損2.46根。

4）斷軌處線路平面條件，直線地段11處、曲線地段27處。曲線上股22處、下股5處，曲線半徑R≤600m地段22處，占斷軌總數(shù)的58%。冬季（11月至次年2月）發(fā)生20處，占斷軌總數(shù)的53%。

2 鋼軌傷損原因分析

1）2011年鋼軌傷損數(shù)量與年累計(jì)通過(guò)總重成正比，呈逐年上升趨勢(shì)，原因是通過(guò)總重以每年增加100Mt的量增長(zhǎng)，鋼軌在列車(chē)車(chē)輪的不斷碾壓下，出現(xiàn)各種病害，由輕傷逐漸發(fā)展到重傷，鋼軌所能承受的通過(guò)總重是一定的，根據(jù)歷年統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，大準(zhǔn)線傷損鋼軌的平均通過(guò)總重是545Mt/根，因此鋼軌傷損也以每年100根的量增長(zhǎng)。從2011年以后至今，鋼軌傷損數(shù)量逐年下降，平均每年以100根的傷損數(shù)量下降，主要原因是九蘇木至點(diǎn)岱溝雙線的逐年分段開(kāi)通，原來(lái)單線的通過(guò)總重，現(xiàn)在變?yōu)殡p線合計(jì)的通過(guò)總重，比如二龍間雙線地段，2013年上行線通過(guò)總重為105Mt，下行線通過(guò)總重為27Mt，如果還是單線運(yùn)行，則鋼軌承受的通過(guò)總重應(yīng)為132Mt。因此，在雙線運(yùn)行地段相比原來(lái)的單線運(yùn)行，鋼軌傷損會(huì)出現(xiàn)下降趨勢(shì)。另一個(gè)原因是列車(chē)運(yùn)行分開(kāi)上下行后列車(chē)車(chē)輪只從一個(gè)方向?qū)︿撥夁M(jìn)行碾壓，與鋼軌承受從兩個(gè)方向進(jìn)行碾壓的力相比，鋼軌出現(xiàn)傷損的周期明顯延長(zhǎng)。

2）實(shí)際運(yùn)營(yíng)中曲線上車(chē)輪與鋼軌接觸不合理。曲線不圓順，超高設(shè)置不合理，曲線頭尾點(diǎn)位置偏移，導(dǎo)致車(chē)輪踏面與軌面接觸不良，造成鋼軌頂面光帶寬窄不一，磨耗不均勻等病害。

3）踏面接觸疲勞魚(yú)鱗裂紋傷損。軌頭踏面在輪軌接觸應(yīng)力作用下形成魚(yú)鱗裂紋。在進(jìn)一步疲勞擴(kuò)展過(guò)程中魚(yú)鱗裂紋發(fā)生剝離掉塊，由輕傷逐漸發(fā)展成掉塊重傷。

4）鋼軌螺栓孔裂紋。輪軌高頻沖擊力、鋼軌振動(dòng)加速度是螺栓孔產(chǎn)生裂紋的因素。軌道存在的激擾（大軌縫、低接頭、錯(cuò)牙、剝落掉塊）是加大高頻沖擊力、振動(dòng)加速度的主要原因；同時(shí)道床彈性差、軌下墊板剛度大也可加大沖擊力。鋼軌螺栓孔打眼后，作業(yè)人員未對(duì)螺栓孔進(jìn)行倒角，螺栓孔邊角毛刺應(yīng)力集中也會(huì)產(chǎn)生裂紋。

5）新鋼軌踏面的脫碳層較深，鋪設(shè)新鋼軌后未對(duì)軌頭踏面的脫碳層進(jìn)行預(yù)防性打磨，促進(jìn)了剝離裂紋的萌生和擴(kuò)展。

6）線路參數(shù)對(duì)鋼軌傷損的影響。曲線超高、軌距、軌底坡、正矢的不合理設(shè)置，影響了車(chē)輪導(dǎo)向力、輪軌沖擊角的大小，加快了鋼軌傷損的發(fā)展。

3 減少鋼軌傷損采取的措施

1）可以大量用新材料。在小半徑曲線改用PG4鋼軌，這種鋼軌比較耐磨且抗壓潰和抗塑性變形也效果較好，可以延緩剝離裂紋的產(chǎn)生。

2）加強(qiáng)曲線養(yǎng)護(hù)。改善小半徑曲線平順性（將線路中心撥至原設(shè)計(jì)）、調(diào)整線路外軌超高量和軌距（減少15%的曲線超高量、軌距控制在0～-2mm、曲線下股軌底坡調(diào)成1/20）減少輪對(duì)對(duì)軌道沖擊、增強(qiáng)軌道彈性（清篩道床、采用熱塑性彈性體新墊板）。

3）有計(jì)劃地安排大型鋼軌打磨車(chē)打磨正線鋼軌。對(duì)新鋪設(shè)的鋼軌進(jìn)行預(yù)防性打磨，消除脫碳層，可以減緩曲線鋼軌踏面壓潰、剝離裂紋和淺層狀剝離掉塊傷損。鋼軌打磨車(chē)對(duì)已產(chǎn)生剝離裂紋的鋼軌進(jìn)行幾遍打磨，較好地阻止裂紋向深度方向擴(kuò)展，對(duì)延緩剝離裂紋傷損的產(chǎn)生和發(fā)展也有效果。還可利用小型道岔打磨機(jī)對(duì)道岔轍岔心、尖軌、基本軌和道岔前后的連接短軌進(jìn)行修理性打磨，可有效防止鋼軌發(fā)生裂紋、掉塊等傷損，以延緩鋼軌使用壽命。

4）加強(qiáng)鋼軌檢查。對(duì)小半徑曲線、鋁熱焊接頭、小型氣壓焊接頭、道岔尖軌、轍岔等線路薄弱地段加強(qiáng)檢查，發(fā)現(xiàn)輕傷鋼軌時(shí)應(yīng)做好標(biāo)記，查找原因，加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)，以延緩鋼軌使用壽命。

5）提高焊軌質(zhì)量。一方面提高焊接人員技術(shù)，加強(qiáng)人員的培訓(xùn)。另一方面嚴(yán)格按照焊軌技術(shù)流程焊軌，焊接鋼軌焊軌前必須準(zhǔn)備充分，鋼軌的表面清理徹底、色澤均勻呈現(xiàn)鋼軌原本色；對(duì)鋼軌開(kāi)裂、掉塊、壓塌等傷損軌頭必須切除；軌端必須平整、垂直，無(wú)偏斜。線路上有條件的盡量用移動(dòng)式閃光焊軌機(jī)焊軌，對(duì)于臨時(shí)斷軌的用鋁熱焊，焊接時(shí)，安裝設(shè)備前應(yīng)檢查砂模，符合條件方能使用；嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)流程作業(yè)。根據(jù)使用的焊劑類(lèi)型和鋼軌型號(hào)來(lái)嚴(yán)格控制預(yù)熱時(shí)間以及現(xiàn)場(chǎng)氣候條件，應(yīng)適當(dāng)延長(zhǎng)預(yù)熱時(shí)間；按照工藝要求時(shí)間拆模；熱打磨鋼軌軌頭頂面及兩側(cè)打磨至與既有鋼軌基本平齊，冷打磨平順度鋼軌作用邊不超過(guò)±0.3mm、頂面不超過(guò)+0.3/-0mm。頂面焊縫應(yīng)高于鋼軌面0.8mm～1.0mm，防止冷卻后造成焊縫低塌；通過(guò)對(duì)鋼軌傷損原因的詳盡分析，并采取有針對(duì)性的預(yù)防和減少傷損的具體措施，不僅降低了維修成本，延長(zhǎng)鋼軌使用壽命，而且保障了營(yíng)運(yùn)安全。