城市軌道交通線路道岔常見病害及整治措施研究

孫幸福

（蘭州市軌道交通有限公司運(yùn)營(yíng)分公司，甘肅蘭州 730030）

1 道岔概況

蘭州城市軌道交通1 號(hào)線自2019年6月開通運(yùn)營(yíng)以來，隨著運(yùn)營(yíng)時(shí)間和通過列車軸重荷載的增加，道岔的尖軌部分、轍叉部分等關(guān)鍵部位都出現(xiàn)了不同程度的裂紋、掉塊、剝離等傷損情況，同時(shí)也出現(xiàn)了道岔滑床板開裂情況等。結(jié)合蘭州軌道交通1 號(hào)線正線采用的60AT 尖軌和高錳鋼鑄造的7 號(hào)道岔進(jìn)行分析研究。

城市軌道交通最常用的一種道岔是7 號(hào)普通單開道岔，主要由轉(zhuǎn)轍部分、連接部分、轍叉部分及護(hù)軌等其他部分組成，其構(gòu)造如圖1所示。

2 道岔常見病害

2.1 轉(zhuǎn)轍及導(dǎo)曲部分常見病害

2.1.1 尖軌不密貼

導(dǎo)致道岔尖軌不密貼的因素有很多，如整體框架尺寸不良、尖軌動(dòng)程不滿足要求、滑床板原因等。除道岔幾何尺寸不良等原因之外，一個(gè)常見原因是尖軌硬彎。產(chǎn)生尖軌硬彎的主要原因有兩個(gè)方面：一方面是道床積水、人為碰撞、養(yǎng)護(hù)不當(dāng)?shù)仍?；另一方面是制作、運(yùn)輸過程的原因。

2.1.2 尖軌疲勞傷損

就道岔尖軌傷損來講，曲股的尖軌傷損高于直股的尖軌，主要原因是：列車通過曲線方向時(shí)，沖擊角、軌道之間的作用力加大，軌道蠕變和軌道切線力急劇增加。此外，在正常的速度下，軌道與基軌之間存在不匹配的問題，進(jìn)一步惡化了軌道接觸關(guān)系，加劇了軌道損傷。其次從尖軌疲勞傷損的機(jī)理來講，尖軌傷損的主要原因與其接觸所受的應(yīng)力過大有關(guān)。

一是與輪軌關(guān)系狀態(tài)情況有關(guān)。蘭州軌道交通1號(hào)線在新線運(yùn)行初期，由于列車未運(yùn)行，所有列車車輪踏面幾何尺寸一致，導(dǎo)致車輪踏面與尖軌接觸部位高度一致，增加了受力面的接觸次數(shù)，從而使新線尖軌的疲勞傷損高于既有線。

二是與尖軌本身材質(zhì)特性有關(guān)。不光與鋼軌本身所用材質(zhì)有關(guān)，也與后期熱處理等措施改變尖軌的特性有關(guān)。

三是與過車頻次、荷載大小有關(guān)。隨著運(yùn)營(yíng)開通后列車間隔加密導(dǎo)致過車頻次的增加、乘客數(shù)量增加導(dǎo)致的荷載增加等都會(huì)加速尖軌的疲勞傷損。圖2為尖軌?mèng)~鱗紋傷損[1]。

2.1.3 滑床板或墊板開裂、脫焊

在城市軌道交通中，正線一般都采用整體式道床。在蘭州軌道交通1 號(hào)線運(yùn)營(yíng)過程中，出現(xiàn)道岔滑床板開裂、脫焊的現(xiàn)象，此類問題基本出現(xiàn)在正線區(qū)段。針對(duì)此類問題進(jìn)行分析，原因主要在兩個(gè)方面：一是整體道床采用混凝土施工，道床剛度比較大，彈性不夠，正線道岔較車輛段（場(chǎng)）道岔使用頻次高，增加了列車對(duì)道岔的沖擊作用，滑床板與混凝土支撐塊之間膠墊彈性不足，久而久之形成此類問題；二是滑床板的材質(zhì)、焊接施工工藝不達(dá)標(biāo)[2]。此處道岔滑床板開裂情況經(jīng)過分析，主要原因是滑床板由于施焊焊縫高度不滿足要求，即施工工藝不達(dá)標(biāo)造成（見圖3）。

2.2 轍叉部分常見病害

2.2.1 轍叉叉心鋼軌剝離掉塊

由于列車車輪通過轍叉部分時(shí)，叉心鋼軌受力面積減小，加之列車動(dòng)荷載沖擊急劇增大，導(dǎo)致轍叉心軌單位面積承受的荷載超過材料的安定極限，開始出現(xiàn)麻點(diǎn)、魚鱗紋或起皮脫落，同時(shí)隨著心軌處肥邊擠出，降低值偏差進(jìn)一步增大，心軌承受的動(dòng)態(tài)壓力越來越大，一般在心軌寬20mm 和50mm 處，容易出現(xiàn)剝離掉塊等病害，并且加劇縱向發(fā)展延伸（見圖4）[3]。

2.2.2 轍叉拼接縫處產(chǎn)生疲勞傷損

發(fā)生原因主要是接頭部位的轍叉鋼軌與叉后的連接鋼軌彈性不一致，接頭在列車的運(yùn)動(dòng)負(fù)荷作用下變形，在相互作用力的沖擊下，使結(jié)合部位發(fā)生不一致彈性振動(dòng)，長(zhǎng)時(shí)間重復(fù)作用會(huì)產(chǎn)生疲勞傷損，嚴(yán)重的情況下會(huì)形成裂縫[4]。

2.2.3 翼軌磨耗嚴(yán)重以及心軌斷面處存在小剝離掉塊

發(fā)生的主要原因是車轍叉構(gòu)造固有的不平順，列車通過叉心的沖擊作用，軌道間動(dòng)作用力劇增，軌道磨損激化。鐵軌磨損后使軌道輪廓發(fā)生變化，原本平滑的作用邊產(chǎn)生銳角，軌道間的動(dòng)作力加劇，該部位的塑性流動(dòng)加速，發(fā)展成剝離塊。

3 道岔病害整治措施

3.1 尖軌不密貼整治

前文中已經(jīng)提到產(chǎn)生尖軌不密貼的原因有很多，針對(duì)幾何尺寸問題造成的尖軌不密貼，可以通過調(diào)整頂鐵尺寸，調(diào)節(jié)尖軌動(dòng)程等方式來解決；而由于尖軌硬彎造成的尖軌不密貼情況，可采用尖軌專用彎軌器對(duì)尖軌硬彎進(jìn)行校正或者直接采用更換新軌的方式解決；對(duì)矯直基本軌來說，可采用普通方式進(jìn)行校正。在彎軌過程中，應(yīng)考慮鋼軌的狀態(tài)，由于鋼軌屬于彈性材料，在彎折后較短的時(shí)間內(nèi)可能發(fā)生微小的回彈，因此可以多次反復(fù)地進(jìn)行矯正，逐步到位，避免彎折過度，對(duì)尖軌造成損害。同時(shí)應(yīng)注意消除基本軌與尖軌肥邊，使基本軌與尖軌部分完全密貼[5]。

3.2 滑床板開裂整治

首先，從提高滑床板自身質(zhì)量角度出發(fā)：一是應(yīng)用新技術(shù)、新材料以提高道岔滑床板的材質(zhì)質(zhì)量；二是提升滑床板制作工藝，由于非金屬夾雜物過多，采用火焰切割方法等，容易造成應(yīng)力集中，增加了滑床板裂紋的概率，因此應(yīng)對(duì)滑床板制作工藝進(jìn)行改進(jìn)，避免上述問題產(chǎn)生。

其次，應(yīng)加強(qiáng)道岔現(xiàn)場(chǎng)施工工藝。例如，滑床板開裂的主要原因?yàn)槭┕ず附涌p高度不足，因此應(yīng)加強(qiáng)施工焊接工藝，一是要嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)施工焊接要求進(jìn)行焊接，不得自主變更焊接工藝；二是要做好焊接工藝的改進(jìn)，通過改進(jìn)焊接尺寸、焊接方法、焊接材料等，提高焊接工藝[6]。

最后，對(duì)道岔幾何尺寸、剛度彈性、道床情況進(jìn)行優(yōu)化。例如，可以將滑床板下的大膠墊更換為彈性強(qiáng)度高的膠墊，增加墊板部分的彈性，增大滑床板與底座之間的緩沖，再通過改進(jìn)現(xiàn)有大量整體道床，有效解決一部分滑床板開裂的問題。

3.3 道岔區(qū)域鋼軌傷損整治

針對(duì)道岔轉(zhuǎn)轍區(qū)的尖軌部分以及轍叉區(qū)叉心、翼軌等部分常見的鋼軌傷損磨耗、掉塊等情況，整治措施首先從提高設(shè)備質(zhì)量出發(fā)，通過改善鋼軌自身的設(shè)備質(zhì)量來達(dá)到防治鋼軌傷損的目的，研制生產(chǎn)剛度高、耐磨性好、抗疲勞度強(qiáng)的新型鋼軌是提高鋼軌自身質(zhì)量的有效途徑。其次，提高鋼軌制造工藝。鋼軌材質(zhì)不純是鋼軌疲勞損傷的主要原因之一。鋼軌淬火工藝不滿足要求，所以在鋼軌用鋼的冶煉過程中應(yīng)通過提高制作工藝，盡量減少鋼軌材質(zhì)中的雜質(zhì)[7]。

道岔轉(zhuǎn)轍區(qū)尖軌的傷損磨耗、掉塊等問題十分普遍，一是由于列車通過次數(shù)較多，二是在城市軌道交通正線中多使用7 號(hào)道岔，曲率較大，很容易產(chǎn)生疲勞傷損等問題。目前除提高鋼軌本身質(zhì)量外，主要采取的措施有：調(diào)節(jié)涂油器涂油次數(shù)以及一次涂油量，對(duì)框架尺寸以及軌道幾何尺寸進(jìn)行調(diào)整，對(duì)滑床板、頂鐵位置進(jìn)行調(diào)整，對(duì)基本軌方向進(jìn)行調(diào)整，使基本軌方向直順，對(duì)尖軌進(jìn)行預(yù)打磨處理等。

對(duì)道岔轍叉區(qū)叉心、翼軌等設(shè)備部件磨耗問題，首先應(yīng)對(duì)其幾何尺寸進(jìn)行測(cè)量調(diào)整，以確保幾何尺寸狀態(tài)良好，其次通過道岔廓形打磨等方式解決轍叉區(qū)鋼軌表面缺陷、傷損等病害問題，同時(shí)優(yōu)化轍叉區(qū)域廓形，改善輪軌接觸關(guān)系，延長(zhǎng)鋼軌使用壽命。

3.4 加強(qiáng)道岔巡檢，確保道岔幾何尺寸良好

目前軌道設(shè)備的檢查分為靜態(tài)檢查和動(dòng)態(tài)檢查。靜態(tài)檢查可以采用探傷小車、軌縫探傷儀等對(duì)道岔部件材質(zhì)進(jìn)行檢查，但靜態(tài)檢查不能模擬出在正常行駛時(shí)道岔的真實(shí)工作狀態(tài)；同時(shí)軌縫探傷儀等檢測(cè)設(shè)備對(duì)道岔設(shè)備的檢測(cè)還存在很多的短板，不能很好地檢測(cè)出設(shè)備的實(shí)際狀態(tài)。動(dòng)態(tài)檢測(cè)車等動(dòng)態(tài)檢查設(shè)備目前已在城市軌道交通行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用，然而，對(duì)道岔設(shè)備區(qū)域的檢測(cè)仍然存在一定的短板。因此，道岔設(shè)備作為軌道設(shè)備較弱的一環(huán)，在日常維護(hù)管理中，應(yīng)加強(qiáng)道岔設(shè)備區(qū)的巡檢力度，縮短檢測(cè)周期，加密觀測(cè)關(guān)鍵和損傷道岔設(shè)備，保持設(shè)備質(zhì)量良好，確保列車運(yùn)行安全。同時(shí)，要嚴(yán)格管控道岔設(shè)備的幾何尺寸狀態(tài)，改善道岔區(qū)域輪軌關(guān)系，減少車輪對(duì)道岔部件的損傷。

3.5 改善道岔周邊環(huán)境

對(duì)軌道線路設(shè)備影響最大的環(huán)境因素是積水。首先應(yīng)確保軌道線路排水設(shè)施良好，擁有良好的排水坡度、排水溝的防水性等，及時(shí)對(duì)集水井進(jìn)行排水，防止排水溝被堵或者積水；其次應(yīng)做好隧道結(jié)構(gòu)滲漏水的處理工作，防止大量滲漏水導(dǎo)致道岔道床、基坑積水或被淹；同時(shí)做好道床結(jié)構(gòu)整體性強(qiáng)度、剛度，路基夯實(shí)度等工作，防止道床下沉、開裂、傾斜等，通過以上措施來改善道岔周邊環(huán)境對(duì)道岔的危害。

4 結(jié)語

道岔作為軌道線路三大薄弱環(huán)節(jié)之一，在城市軌道交通運(yùn)營(yíng)中具有列車通過頻次高、道岔型號(hào)小、整體道床剛度大等特點(diǎn)，很容易出現(xiàn)各種問題。以蘭州軌道交通1 號(hào)線普通道岔出現(xiàn)的各類病害進(jìn)行分類分析，指出了道岔轉(zhuǎn)轍部分、轍叉部分鋼軌出現(xiàn)的疲勞傷損、剝離掉塊及滑床板開裂等病害情況。通過對(duì)道岔病害原因的統(tǒng)計(jì)分析，首先從鋼軌自身質(zhì)量出發(fā)，提出提高鋼軌鑄造工藝，采用新型高強(qiáng)度、耐磨性好的鋼軌材質(zhì)等措施；其次，提出合理的預(yù)防和維護(hù)策略，在維護(hù)中加強(qiáng)巡檢維修工作以確保道岔設(shè)備幾何尺寸狀態(tài)良好，再結(jié)合鋼軌預(yù)打磨處理，提高道岔的整體質(zhì)量，從而盡可能地延長(zhǎng)道岔部件的使用壽命；最后，通過改善道岔周邊環(huán)境來減小對(duì)道岔的危害。