探討高速鐵路鋼軌擦傷原因分析及處理措施

楊凱

摘要：本文基于高速鐵路鋼軌擦傷原因及處理措施進(jìn)行了探討

關(guān)鍵詞：高速鐵路；鋼軌擦傷；處理措施

一、鋼軌擦傷原因分析

1.1擦傷發(fā)生時(shí)間分析

某高鐵開(kāi)通后，在運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，除了動(dòng)車(chē)組、鋼軌探傷車(chē)、打磨列車(chē)和維修軌道車(chē)外，從未有其它列車(chē)在線路上運(yùn)營(yíng)。期間，也陸續(xù)接到動(dòng)車(chē)組緊急制動(dòng)的報(bào)告，在接到緊急制動(dòng)的報(bào)告后，工務(wù)段按規(guī)定對(duì)發(fā)生緊急制動(dòng)地點(diǎn)前后一公里線路鋼軌進(jìn)行重點(diǎn)檢查。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2016年，某高鐵上海局管內(nèi)一年發(fā)生動(dòng)車(chē)組緊急制動(dòng)共25次。經(jīng)檢查，都未造成鋼軌擦傷。鋼軌探傷車(chē)、打磨列車(chē)和維修軌道車(chē)在運(yùn)行和作業(yè)過(guò)程中，未出現(xiàn)打飛輪或緊急制動(dòng)照成鋼軌擦傷，從而排除了開(kāi)通運(yùn)營(yíng)后鋼軌擦傷的可能性。即鋼軌擦傷發(fā)生在開(kāi)通運(yùn)行之前。

1.2擦傷類型分析

輪軌擦傷的主要類型可以分為兩種，一是長(zhǎng)大坡道制動(dòng)擦傷，其形狀通常呈連續(xù)的長(zhǎng)條形，擦傷深度不定，可以發(fā)生在一股或兩股鋼軌上；二是列車(chē)啟動(dòng)時(shí)輪對(duì)空轉(zhuǎn)造成的擦傷其形狀多為橢圓形，也有呈長(zhǎng)條形，一般擦傷深度較深，可達(dá)0.5mm～2mm，長(zhǎng)度為20mm～100mm，寬度為30mm～50mm，通常左右股成對(duì)出現(xiàn)。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)33處輪軌擦傷的情況看，基本上都是呈連續(xù)的長(zhǎng)條形，發(fā)生在單雙股、深淺都有，且其擦傷點(diǎn)分布具有一定規(guī)律，根據(jù)某高鐵上行K224+178處擦傷情況，繪制其擦傷位置分布示意圖（如圖1）。以DF4D機(jī)車(chē)為例，其輪對(duì)間距為1.8m，且其他東風(fēng)系列機(jī)車(chē)輪對(duì)間距基本相同。據(jù)此分析其擦傷位置間距與東風(fēng)內(nèi)燃機(jī)車(chē)輪對(duì)間距基本吻合，即可以確定現(xiàn)場(chǎng)擦傷多為東風(fēng)內(nèi)燃機(jī)車(chē)造成的制動(dòng)擦傷。

1.3擦傷地段線路特征分析

鋼軌發(fā)生擦傷的地點(diǎn)并不是偶然的，也存在一定的規(guī)律，由相關(guān)數(shù)據(jù)可知，鋼軌擦傷多發(fā)生在長(zhǎng)大坡道上。因?yàn)椋ㄔO(shè)初期工程列車(chē)運(yùn)輸組織多為單線正反運(yùn)行，空出另一線施工，所以長(zhǎng)大坡道上下坡都會(huì)出現(xiàn)制動(dòng)擦傷。而鋼軌擦傷多為左右股同時(shí)對(duì)稱出現(xiàn)在曲線上居多。

1.4擦傷鋼軌材質(zhì)原因分析

某高鐵浙江段所采用的鋼軌為U71MnG強(qiáng)度等級(jí)為880MPa，其布氏硬度在260HB-300HB。該鋼軌中含碳量較低，采用Mn元素來(lái)提高強(qiáng)度，有較好的韌、塑性，焊接性優(yōu)良。而建設(shè)過(guò)程中在線路上運(yùn)行的機(jī)車(chē)多為東風(fēng)系列機(jī)車(chē)，輪對(duì)硬度參數(shù)：265HB-320HB間，輪與軌硬度比在1.05～1.15之間，即輪比軌硬度大。現(xiàn)在所發(fā)現(xiàn)的所有擦傷，從其本質(zhì)都是輪軌接觸面相對(duì)摩擦產(chǎn)生高溫，導(dǎo)致軌頭頂面金屬組織產(chǎn)生相變，由珠光體組織轉(zhuǎn)變成硬而脆的馬氏體組織，簡(jiǎn)稱“白層”。它們有兩個(gè)主要特性：一是硬度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于鋼軌母材的硬度，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量其布氏硬度值達(dá)600HB～700HB，而正常鋼軌母材在260HB-300HB間；二是仔細(xì)觀察會(huì)發(fā)現(xiàn)它的顏色跟鋼軌母材顏色有區(qū)別，更白更亮，固得名白亮層。

鑒于以上原因分析，可以知道，高鐵鋼軌擦傷一般發(fā)生在建設(shè)初期，由建設(shè)過(guò)程中的工程列車(chē)（多為東風(fēng)內(nèi)燃機(jī)車(chē)）造成的制動(dòng)擦傷，而非在高鐵建成運(yùn)營(yíng)后動(dòng)車(chē)制動(dòng)造成的。鋼軌擦傷發(fā)生地段長(zhǎng)大坡道的概率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于平坡，且多為左右股對(duì)稱出現(xiàn)，曲線上多于直線。鋼軌擦傷發(fā)生后，一般情況下難于被發(fā)現(xiàn)。未及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理的鋼軌擦傷，開(kāi)通運(yùn)營(yíng)后白亮層更明顯，而運(yùn)營(yíng)一年到一年半后白亮層上會(huì)出現(xiàn)橫向裂紋，最終會(huì)出現(xiàn)軌面上剝離掉塊，嚴(yán)重影響線路的平順性，并危及行車(chē)安全，必須及時(shí)處理。

二、鋼軌擦傷預(yù)防及處理措施

根據(jù)高速鐵路鋼軌擦傷的原因來(lái)看，首先要重視預(yù)防，特別是在建設(shè)過(guò)程中怎么預(yù)防工程車(chē)輛運(yùn)行給鋼軌造成的傷害是我們急需解決的問(wèn)題。鋼軌擦傷一旦出現(xiàn)，只能通過(guò)換軌或打磨（銑磨）的處理方式來(lái)解決。

2.1鋼軌擦傷的預(yù)防

由于機(jī)車(chē)啟動(dòng)和制動(dòng)擦傷多數(shù)發(fā)生在高鐵建設(shè)過(guò)程中，監(jiān)理和路局工務(wù)提前介入人員應(yīng)對(duì)鋪軌過(guò)程，或驗(yàn)收中仔細(xì)檢查鋼軌軌面情況，重點(diǎn)檢查長(zhǎng)大坡道上鋼軌是否出現(xiàn)擦傷或出現(xiàn)白亮層，可以通過(guò)鋼軌頂面布氏硬度測(cè)量來(lái)確定是否擦傷。一經(jīng)發(fā)現(xiàn)，應(yīng)盡快在建設(shè)過(guò)程中盡早處理，否則將其遺留到開(kāi)通運(yùn)營(yíng)后再處理將增加難度，并威脅行車(chē)安全。高鐵建設(shè)過(guò)程中應(yīng)建立工程列車(chē)調(diào)度指揮機(jī)制，合理組織運(yùn)輸，減少鋼軌擦傷的發(fā)生，并建立工程列車(chē)緊急制動(dòng)及列車(chē)輪對(duì)空轉(zhuǎn)臺(tái)賬，便于準(zhǔn)確找到鋼軌擦傷地點(diǎn)，盡早采取措施。

2.2換軌焊接處理

鋼軌擦傷達(dá)到重傷或無(wú)法通過(guò)打磨處理的情況下，只能通過(guò)鋼軌更換處理。首先是在建設(shè)初期就發(fā)現(xiàn)鋼軌擦傷時(shí)，應(yīng)根據(jù)擦傷情況制定具體的更換方案。但應(yīng)遵循區(qū)間不得使用鋁熱焊且要盡可能減少焊縫，盡量避免焊縫相錯(cuò)的現(xiàn)象發(fā)生。其次是在運(yùn)營(yíng)之后，再發(fā)現(xiàn)嚴(yán)重擦傷，根據(jù)擦傷分布情況，若單一處采用插入不少于20m短軌用鋁熱焊焊接；若是多處集中擦傷可采用長(zhǎng)軌更換，減少插入焊縫數(shù)量。

3.3打磨處理

鋼軌擦傷較輕的可以通過(guò)打磨處理，其中打磨可分為人工打磨和大機(jī)打磨。對(duì)于個(gè)別出現(xiàn)的輕微擦傷可以通過(guò)人工小機(jī)打磨，打磨時(shí)應(yīng)兼顧鋼軌原有廓形，打磨時(shí)前后應(yīng)順接好。人工打磨可以采用廓形卡尺對(duì)鋼軌廓形進(jìn)行控制。對(duì)于區(qū)間內(nèi)多處出現(xiàn)的輕微擦傷可采用大機(jī)進(jìn)行打磨，打磨前對(duì)鋼軌進(jìn)行全面調(diào)查，包括鋼軌光帶及廓形情況等。根據(jù)調(diào)查情況，制定專項(xiàng)打磨技術(shù)方案及設(shè)計(jì)廓形。一般大機(jī)打磨能處理深度0.5mm左右的鋼軌擦傷。

三、結(jié)語(yǔ)

高速鐵路鋼軌擦傷現(xiàn)象并非只在某高鐵出現(xiàn)，在已建成的高鐵多有發(fā)生，且有多次因鋼軌擦傷嚴(yán)重而更換鋼軌。高速鐵路鋼軌擦傷嚴(yán)重影響軌道的平順性、列車(chē)運(yùn)行的穩(wěn)定性及旅客乘車(chē)的舒適性，同時(shí)經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行碾壓會(huì)引起鋼軌的剝離掉塊或橫向疲勞裂紋，導(dǎo)致鋼軌折斷，嚴(yán)重威脅行車(chē)安全。而鋼軌擦傷后，在無(wú)法通過(guò)打磨處理的情況下，只能更換鋼軌，存在施工風(fēng)險(xiǎn)及成本浪費(fèi)。希望通過(guò)本文引起大家對(duì)鋼軌擦傷的重視，能更好地幫助大家預(yù)防和處理高速鐵路鋼軌擦傷。

參考文獻(xiàn)：

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[2]邢麗賢.提速條件下鋼軌傷損特點(diǎn)及鋼軌傷損分類的研究[D].中國(guó)鐵道科學(xué)研究院，2008.

（作者單位：中國(guó)鐵路呼和浩特鐵路局集團(tuán)有限公司集寧工務(wù)段）