南京地鐵鋼軌常見傷損及維護(hù)措施

張欣欣

摘 要：隨著南京地鐵線網(wǎng)擴(kuò)增，全線客運(yùn)量和運(yùn)營(yíng)時(shí)間不斷增加，鋼軌出現(xiàn)了不同類型和程度的傷損。通過分析南京地鐵鋼軌常見傷損成因，提出維護(hù)管理對(duì)策，節(jié)約鋼軌維護(hù)成本，提高地鐵運(yùn)行質(zhì)量和效率。

關(guān)鍵詞：鋼軌;傷損分析;維護(hù)措施

中圖分類號(hào)：U231.94 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1 鋼軌傷損狀況統(tǒng)計(jì)

南京地鐵現(xiàn)運(yùn)營(yíng)10條線路共378 km，首條線開通至今已運(yùn)營(yíng)15年。全線網(wǎng)正線均采用U75V 60 kg/m鋼軌，共鋪設(shè)約1 532 km，基地均采用U71mn 50 kg/m鋼軌，共鋪設(shè)約313 km。隨著運(yùn)量的逐年遞增，全線網(wǎng)鋼軌出現(xiàn)了不同程度和類型的損傷。

根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可得出，從傷損級(jí)別來看，鋼軌輕傷占比73.71%，輕傷有發(fā)展占比17.76%，重傷鋼軌占比8.53%。從傷損類型看，以焊縫傷損、螺孔裂紋、磨耗、剝離掉塊為主，這4類傷損之和占傷損總數(shù)的67%。全線網(wǎng)出現(xiàn)4 mm及以上明顯側(cè)磨的鋼軌長(zhǎng)度共計(jì)約11.38 km，占正線鋼軌的0.75%，鋼軌波浪型磨耗長(zhǎng)度約37.34 km，占正線鋼軌的2.43%，鋼軌剝離掉塊長(zhǎng)度約9.81 km，占正線鋼軌長(zhǎng)度的0.64%。為了保證運(yùn)營(yíng)安全，提高維修效率、降低運(yùn)維成本，通過對(duì)南京地鐵常見傷損原因進(jìn)行分析，提出后續(xù)維護(hù)管理措施。

2 鋼軌傷損成因分析

2.1 焊縫傷損

鋼軌焊縫傷損是指鋼軌焊接過程中，因焊接設(shè)備、焊接材料、氣溫條件或操作工藝等因素對(duì)焊接質(zhì)量產(chǎn)生影響，在焊縫中所產(chǎn)生的缺陷。外部表現(xiàn)為接頭平直度不符合標(biāo)準(zhǔn)，鋼軌接頭出現(xiàn)上拱或者凹陷。目前1、2號(hào)線存在較多壓潰低接頭和上拱高接頭。高低接頭處行車不平順，輪軌異常沖擊力大，噪聲和振動(dòng)明顯，現(xiàn)場(chǎng)多伴隨聯(lián)結(jié)零件損壞、線路高低不良等次生病害。內(nèi)部表現(xiàn)為夾雜、灰斑、未焊透等，多為焊接前斷面除銹不徹底、焊接時(shí)間不足、焊接后正火處理溫度不達(dá)標(biāo)等工藝問題所致。

2.2 螺孔裂紋

鋼軌接頭處螺栓孔周圍應(yīng)力集中，在輪軌沖擊力作用下，螺栓孔周圍會(huì)萌生細(xì)微裂紋，進(jìn)一步擴(kuò)展產(chǎn)生斷裂。在大軌縫、低接頭、鋼軌錯(cuò)牙、剝離掉塊等病害處會(huì)加劇輪軌沖擊力，軌道彈性差，如軌下墊板剛度大、扣件螺栓扭矩過大等也會(huì)加大鋼軌的豎向振動(dòng)。此外在鋼軌鉆孔后若未對(duì)螺孔進(jìn)行倒棱，螺孔邊殘留的毛刺會(huì)使應(yīng)力更為集中，會(huì)加劇裂紋的產(chǎn)生。

2.3 鋼軌磨耗

波浪形磨耗和側(cè)面磨耗是曲線地段常見的鋼軌傷損。波浪形磨耗是指鋼軌軌頭磨耗踏面沿長(zhǎng)度方向出現(xiàn)周期性的不均勻磨耗和塑性變形，其形成原因具有復(fù)雜綜合性，與鋼軌材質(zhì)、輪軌作用力、列車運(yùn)行工況、軌道結(jié)構(gòu)彈性等因素有關(guān)。側(cè)面磨耗主要是由于轉(zhuǎn)向架走行部輪緣與鋼軌側(cè)面之間的滾動(dòng)摩擦造成的，其發(fā)展跟車輛動(dòng)力性能、曲線半徑、軌道結(jié)構(gòu)參數(shù)等諸多因素有關(guān)。

波磨和側(cè)磨多發(fā)生在曲線地段，在R≤800 m的小半徑曲線地段波磨較為明顯和集中，大半徑曲線和直線地段出現(xiàn)波磨的情況很少。而側(cè)磨的發(fā)展還與線路總運(yùn)量相關(guān)，經(jīng)統(tǒng)計(jì)R≤800 m的小半徑曲線地段側(cè)磨數(shù)據(jù)，開通年限早、客流量大的1、2、3號(hào)線側(cè)磨的總長(zhǎng)度為5.89 km，占此類曲線側(cè)磨長(zhǎng)度的48.3%，同時(shí)，側(cè)磨最大（超過10 mm）的3條曲線均位于運(yùn)營(yíng)年限最久的一號(hào)線，總長(zhǎng)度約0.68 km。

2.4 剝離掉塊

軌頭剝離掉塊主要發(fā)生在軌距角處，原因是軌距角處輪軌接觸應(yīng)力大，鋼軌表面的剪應(yīng)力使得鋼軌產(chǎn)生剪切疲勞，隨后發(fā)生淺層裂紋，當(dāng)裂紋面積達(dá)到一定程度后，裂紋頂層在車輪碾壓下產(chǎn)生塑性變形，最后剝離掉塊。

從現(xiàn)場(chǎng)情況來看，在鋼軌側(cè)磨明顯的地段少見剝離掉塊，因鋼軌磨耗速度大于疲勞裂紋發(fā)展速度，基本不會(huì)產(chǎn)生軌距角掉塊。在涂油器安裝地段若已經(jīng)產(chǎn)生剝離，由于涂油器的油脂滲入裂紋，在車輪壓力下產(chǎn)生油楔作用，會(huì)加速鋼軌裂紋及掉塊的發(fā)展。

3 鋼軌傷損預(yù)防及維護(hù)措施

3.1 重視鋼軌新線驗(yàn)收

從以上分析可知，焊縫傷損、螺孔裂紋傷損等多是由于施工質(zhì)量缺陷發(fā)展而來的，因此從運(yùn)營(yíng)角度出發(fā)，要重視鋼軌的新線驗(yàn)收工作。一是把控焊接質(zhì)量，對(duì)軌端清理、對(duì)軌、溫度調(diào)整、打磨等工序采取旁站制度，嚴(yán)格要求按照標(biāo)準(zhǔn)施工;二是加強(qiáng)鋼軌接頭檢查，對(duì)于焊縫嚴(yán)重缺陷難以整修的，要求切掉重焊，對(duì)鋼軌接頭夾板進(jìn)行全面拆解，發(fā)現(xiàn)螺栓孔周圍多孔、裂紋的，及時(shí)組織更換。

3.2 加強(qiáng)鋼軌探傷檢查

加強(qiáng)探傷檢查是運(yùn)營(yíng)后提早發(fā)現(xiàn)鋼軌傷損的首要措施。除定期開展常規(guī)探傷工作之外，應(yīng)明確重點(diǎn)探傷工作。以下情況應(yīng)適當(dāng)增加探傷遍數(shù)：（1）冬季高架段和地面段;（2）橋梁和隧道過渡段、小半徑曲線地段、大坡道和鋼軌狀態(tài)不良地段;（3）傷軌數(shù)量出現(xiàn)異常地段;（4）超過或接近大修周期地段。在運(yùn)營(yíng)時(shí)間長(zhǎng)，線路傷損較多的線路，加密大型探傷車、雙軌式探傷小車探傷遍次，人工探傷復(fù)核，能夠提高檢查效率，準(zhǔn)確定位傷損位置，及時(shí)采取處置措施。

3.3 加強(qiáng)鋼軌表面維護(hù)

一是采取鋼軌打磨。對(duì)已經(jīng)產(chǎn)生剝離裂紋的鋼軌，有計(jì)劃性地安排鋼軌打磨車進(jìn)行打磨，能夠去除軌面疲勞層和表面損傷，改善輪軌接觸條件，較好地阻止裂紋向深度方向擴(kuò)展。對(duì)新鋪設(shè)的鋼軌采用預(yù)打磨，可消除新軌表面易導(dǎo)致魚鱗狀傷損的脫碳層及原始不平順，減少磨合期內(nèi)輪軌的異常磨耗，延緩鋼軌病害的發(fā)生。4號(hào)線部分區(qū)間采用了鋼軌預(yù)打磨技術(shù)，運(yùn)營(yíng)一段時(shí)期后較同等線路條件其他區(qū)間相比，表面?zhèn)麚p發(fā)展速率明顯變緩。二是科學(xué)使用鋼軌涂油裝置。在小半徑曲線處加裝涂油器，能適當(dāng)減緩鋼軌側(cè)磨，降低輪軌噪聲，但若涂油區(qū)域鋼軌出現(xiàn)連續(xù)魚鱗紋或掉塊現(xiàn)象，油脂滲入會(huì)加速裂紋發(fā)展，此時(shí)應(yīng)停止涂油，進(jìn)行打磨，待魚鱗紋和掉塊消除后方可重新涂油。

3.4 綜合維護(hù)軌道結(jié)構(gòu)

鋼軌的傷損控制不只要從表面維護(hù)，還要從改善整個(gè)軌道系統(tǒng)彈性入手。一是加強(qiáng)道床整修，保證道床穩(wěn)固、排水良好，碎石道床地段應(yīng)保證道砟飽滿密實(shí);二是調(diào)整扣件系統(tǒng)剛度，作業(yè)時(shí)應(yīng)嚴(yán)格按照扭力矩標(biāo)準(zhǔn)完成螺栓復(fù)擰，避免扣壓力過大造成軌下彈性不足，或扣壓力過小引起鋼軌異常爬行;三是加強(qiáng)線路幾何狀態(tài)檢查，及時(shí)整改軌枕空吊、更換失效墊板，消除軌道不平順及幾何尺寸超限處所，保證軌道結(jié)構(gòu)整體剛度均勻，彈性良好，減少鋼軌異常受力。四是治理局部鋼軌病害，在側(cè)磨嚴(yán)重的小半徑曲線地段，可考慮適當(dāng)減小過超高，鋼軌內(nèi)側(cè)涂油等方法，改善輪軌接觸狀況，以減少車輪對(duì)鋼軌的沖擊。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著南京地鐵線路數(shù)量的增加，鋼軌的養(yǎng)護(hù)和維修成為了地鐵運(yùn)營(yíng)關(guān)注的重點(diǎn)。后期的鋼軌管理工作將繼續(xù)總結(jié)現(xiàn)有運(yùn)維經(jīng)驗(yàn)，在新型工藝材料運(yùn)用、鋼軌數(shù)據(jù)智能檢測(cè)、鋼軌使用狀態(tài)綜合分析等方面深入探索，科學(xué)制定鋼軌養(yǎng)修制度、合理延長(zhǎng)鋼軌使用壽命，提高地鐵運(yùn)行質(zhì)量和效率。

參考文獻(xiàn)：

[1]白雁，袁昊.城市軌道交通鋼軌傷損的評(píng)價(jià)分析[J].中國(guó)安全科學(xué)學(xué)報(bào)，2006，16（03）：124-128.