有軌電車軌道結構的病害類型及管理方法*

趙梓含 程 櫻 許玉德 張文波

(1.同濟大學道路與交通工程教育部重點實驗室，201804,上海；2.上海市城市建設設計研究總院(集團)有限公司，200125,上海；3.中國鐵路上海局集團有限公司質監(jiān)站，200071，上海//第一作者，碩士研究生)

目前,部分現(xiàn)代有軌電車線路采用混合路權，其軌道結構不僅要承受有軌電車荷載，也要承受其他車輛的荷載。諸多工程實踐表明，直線、大半徑曲線地段普通鋼軌使用壽命主要受疲勞影響，小半徑曲線地段鋼軌則主要受磨耗影響。現(xiàn)代有軌電車線路曲線半徑小、坡度大，車輛起制動頻繁，增加了槽型軌磨耗程度，而磨耗程度直接影響槽型軌的使用壽命和有軌電車的運行安全[1]。

當前，世界各國尚未形成完備的有軌電車軌道結構管理標準體系。有軌電車線路軌道結構病害形式多樣，建立完善的管理體系有利于軌道的養(yǎng)護維修及車輛的平穩(wěn)運行。本文在收集日本有軌電車相關資料的基礎上，結合我國工程實踐經驗，歸納分析了有軌電車的軌道結構病害類型;總結了日本有軌電車軌道幾何狀態(tài)的管理標準，對檢測技術進行了分析，從而為我國有軌電車軌道結構的管理提供一些技術參考。

1 有軌電車軌道結構類型

除鋼軌軌頂面及軌頭內側面之外，其余結構部分均被鋪裝材料包裹的軌道結構，稱為埋入式軌道結構。為便于其他車輛通行，更好地實現(xiàn)路權共享，取得良好的景觀效果，有軌電車越來越多地采用了埋入式軌道結構[2]。

按照結構組成形式分類，國外有軌電車埋入式軌道結構主要分為四種類型,如圖1所示。其中，道床板埋入式、無扣件預制槽口板埋入式、有扣件預制槽口板埋入式屬于無砟軌道結構;埋入式有砟結構是在傳統(tǒng)有砟軌道基礎上，在其表面通過一定材質的鋪裝層將軌枕及鋼軌埋入。

圖1 國外有軌電車埋入式軌道結構分類

我國有軌電車軌道結構的設計與建設正處于摸索階段，現(xiàn)有的有軌電車軌道結構基本是在已有軌道交通設計建設經驗的基礎上，結合國外有軌電車的設計方案綜合研究而得。至今，我國已建成及在建的有軌電車工程的軌道結構主要包括8種形式，8種軌道結構及其應用線路如圖2所示。

圖2 國內有軌電車埋入式軌道結構分類

2 有軌電車軌道結構病害類型

有軌電車線路的多種病害主要是由車輛荷載、沖擊力作用引起的，并會隨時間積累，影響車輛運行安全。尤其是在路權共享路段，鋼軌磨耗積累、軌距擴大、路面不平和瀝青鋪裝惡化等現(xiàn)象十分常見。

(1) 鋼軌病害?，F(xiàn)代有軌電車多數(shù)采用獨立旋轉輪對，車輪無法自動對中，通過曲線時輪軌磨耗較大，磨耗集中出現(xiàn)在小半徑曲線區(qū)段。此外，鋼軌接頭和焊縫傷損、鋼軌側磨、鋼軌肥邊等病害也會對有軌電車行車安全有所影響。

(2) 軌道幾何不平順。軌道不平順是指軌道的幾何形狀、尺寸和空間位置相對其正常狀態(tài)的偏差。軌道作為行車的基礎設備，直接承受有軌電車車輛傳來的壓力、沖擊和振動，采用混合路權的線路軌道還承受其他車輛的作用。軌距擴大、軌向錯動、線路不均勻沉降等會引起有軌電車線路及軌道在空間位置上發(fā)生改變。

(3) 道岔病害。由于金屬疲勞強度不足以及車輪的重復作用，導致有軌電車線路的道岔形成疲勞損傷，轍叉心和尖軌受到較大影響。

(4) 其他病害。諸如道床損壞、鋪裝惡化、路面不平、輪緣槽內有異物等其他病害也比較常見。

3 有軌電車軌道結構的管理方法

3.1 軌道結構養(yǎng)護維修模式

英國、德國、日本等國家的地鐵維修已進入了計劃修和狀態(tài)修相結合的模式，而有軌電車還停留在計劃修模式。狀態(tài)修是以線路軌道設施技術的實際狀態(tài)為基礎，根據其需要進行適時、合理的養(yǎng)護維修的檢修制度。狀態(tài)修修制可更加深入地把握軌道狀態(tài)，提高維修效率，節(jié)約大量的人力資源和物力資源。與狀態(tài)修相比，計劃修更易管理，但個別區(qū)段和設備存在維修不足或過度維修的現(xiàn)象，維修成本相對較高，缺乏科學性和針對性。

以淮安有軌電車為例，目前我國有軌電車的檢修按照頻率分為年檢、季檢、月檢、周檢和日檢，其檢修項目大體相似，但檢修的具體內容各有差異。其中,年檢著重于對鋼軌焊縫、接頭進行探傷;季檢、月檢需對鋼軌幾何形位進行檢查;周檢、日檢則主要進行日常檢查，如軌槽內異物、失效設備等。

3.2 軌道檢測設備

線路狀態(tài)檢查是養(yǎng)護維修的基礎，深入地掌握線路狀態(tài)，有利于制定更科學、合理的維修方案，也有利于計劃修修制向狀態(tài)修修制的轉變。目前,我國軌道檢測采用手工與儀器相結合的方式，使用各種軌道檢測設備進行鋼軌探傷和尺寸測量。主要使用的檢測工具有軌距尺、軌檢儀、焊縫超聲波探傷儀、鋼軌磨耗測量儀等。具體檢測項目見表1。

表1 軌道檢測設備及其檢測項目

3.3 軌道幾何形位控制標準

軌道幾何形位即軌道各個部件的幾何形狀、相對位置和基本尺寸，由軌距、水平、高低、軌向、軌底坡組成。

世界各國尚未形成統(tǒng)一的有軌電車線路軌道幾何控制標準，不同的運營商都在普通鐵路的基礎上制定了各自的管理標準。日本有軌電車軌道大多采用工字型鋼軌，極少數(shù)采用槽型軌，軌距有標準軌(1 435 mm)和窄軌(1 067 mm)兩種。表2為日本不同有軌電車運營商的軌道控制標準，其中高低、軌向測量弦長均為10 m。從表2可以看出，只有部分運營商制定了三角坑的標準值，且不同運營商軌道管理的標準值最大差異值超過10 mm[3]。

我國有軌電車鋼軌幾乎全部選用槽型軌。槽型軌上設有輪緣槽，實現(xiàn)了防脫護軌一體化，可以更好地保證行車安全。目前，我國尚無有軌電車軌道系統(tǒng)行業(yè)標準，只有極少數(shù)企業(yè)、地方參考國家和行業(yè)標準，結合埋入式軌道的研究成果和建設經驗,以及埋入式軌道的特點，初步編制的軌道幾何狀態(tài)允許偏差值。表3為我國部分有軌電車線路軌道施工時的幾何狀態(tài)允許偏差值，其高低、軌向的測量弦長均為10 m。

表2 日本有軌電車軌道幾何形位控制標準 mm

3.4 道岔控制標準

道岔是軌道結構薄弱環(huán)節(jié)之一，其構造復雜,使用壽命比普通軌道短,養(yǎng)護維修工程量大。能否合理、科學地對道岔進行養(yǎng)護維修,直接影響線路運營狀態(tài)。我國有軌電車線路常用3號和6號道岔，其中6號道岔主要用于正線，采用槽型軌；3號道岔主要應用于車場線，選用50 kg/m鋼軌[4]。兩種道岔的幾何尺寸及參數(shù)見表4。

表3 我國部分有軌電車線路軌道施工時幾何狀態(tài)允許偏差值 mm

表4 道岔幾何尺寸及參數(shù)

日本不同有軌電車運營商所用道岔設計值、管理標準見表5?？梢钥闯?，各運營商的管理標準均不同，尤其是磨耗管理值一項，差異較大。

4 結語

埋入式軌道養(yǎng)護維修困難，應總結線路病害特征,分析其產生原因，并對有軌電車技術進行革新，使線路使用壽命更長,軌道結構抗磨耗能力更強,養(yǎng)護維修工程量更小。軌道的養(yǎng)護維修依賴于軌道狀態(tài)的檢測，軌道狀態(tài)優(yōu)劣決定了養(yǎng)護維修的時間、工程量。目前，我國有軌電車線路軌道結構狀態(tài)檢測主要依靠軌檢儀、超聲波探傷儀等工具，而路面狀態(tài)、軌槽內異物則以目測的方式進行檢查,檢測手段仍然處于落后水平。因此，需開發(fā)先進的檢測系統(tǒng)，以提高線路檢測的效率。尤其對于更易產生磨耗、裂紋等病害的道岔結構，應建立具有針對性的檢測機制。

表5 日本不同有軌電車運營商的道岔設計值和管理標準

目前，我國尚缺乏適用于現(xiàn)代有軌電車的行業(yè)標準，需加強建設有軌電車經濟、技術、安全標準。應從降低成本、增加經濟效益的角度出發(fā)，建立經濟標準；根據我國中小城市的交通現(xiàn)狀和有軌電車的技術特征,建立技術標準；以有軌電車與社會車輛及行人之間的關系為依據，建立安全標準。

道岔的設計、管理是否科學直接影響線路的運營狀態(tài)。目前,日本各運營商之間的道岔管理標準仍具有較大差異，而我國還沒有相關的管理標準,建立有軌電車線路道岔的養(yǎng)護維修管理標準，是今后發(fā)展中的重要任務。

為更好地進行軌道管理，需結合長期的理論研究成果與工程實踐經驗，制定合理的養(yǎng)護維修方案,優(yōu)化軌道狀態(tài)檢測手段,建立比較完善的有軌電車軌道管理行業(yè)標準。這有利于降低有軌電車軌道結構養(yǎng)護維修工作量,提高有軌電車運營效率，將為有軌電車軌道管理帶來極大便利。