淺談地鐵鋼軌的檢查、養(yǎng)護(hù)和維修

徐正義

摘要：隨著城市化的不斷快速發(fā)展，城市匯聚人口增多，為城市交通帶來了更大挑戰(zhàn)，只發(fā)展傳統(tǒng)公共交通已經(jīng)難以滿足人口對交通的需求。獨(dú)立路權(quán)、速度快、準(zhǔn)點(diǎn)率高、承載率高的城市軌道交通已逐漸成為城市人口工作出行的重要方式。地鐵作為城市軌道交通的一種，為了滿足實(shí)際的乘客運(yùn)輸需求，其行車密度和載客量也不斷提升，增加了軌道結(jié)構(gòu)中的鋼軌使用頻次和周期鋼軌磨耗量，一定程度上影響了軌道的使用壽命。為了滿足軌道的正常載客需求，追求更高的經(jīng)濟(jì)效益，科學(xué)對地鐵的鋼軌進(jìn)行檢查、養(yǎng)護(hù)和維修十分必要。本文主要結(jié)合本人的工作經(jīng)驗(yàn)，對現(xiàn)階段地鐵軌道結(jié)構(gòu)中的鋼軌檢查、養(yǎng)護(hù)和維修中存在的問題及改進(jìn)措施進(jìn)行簡單的探討。

關(guān)鍵詞：城市軌道;地鐵運(yùn)營;軌道檢修

一、地鐵軌道檢修的重要性分析

地鐵軌道在建設(shè)完成投入使用之后，受車輛荷載、輪軌作用與外界各種因素的影響，不可避免會陸續(xù)產(chǎn)生各種問題，例如鋼軌傷損、扣件損壞、道床破損、軌枕破損等。為保證地鐵運(yùn)營期間的行車安全，這些問題必須通過運(yùn)營期間的科學(xué)檢查、養(yǎng)護(hù)和維修盡可能的降低損耗，提高軌道的安全系數(shù)，減少軌道故障率。如果不能科學(xué)建立檢查、養(yǎng)護(hù)和維修標(biāo)準(zhǔn)，并且嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)對軌道進(jìn)行檢修，會在一定程度上縮短軌道的正常使用壽命，增加運(yùn)營成本的同時(shí)給地鐵運(yùn)營留下安全隱患，更甚者會引發(fā)安全事故。但是，過度的檢查、養(yǎng)護(hù)和維修又會導(dǎo)致資金浪費(fèi)和資源浪費(fèi)，同樣帶來運(yùn)營成本上升的問題。因此，地鐵檢修人員應(yīng)加大對于地鐵軌道的檢查、養(yǎng)護(hù)和維修規(guī)律的研究，既要制定標(biāo)準(zhǔn)保證地鐵的檢修質(zhì)量，又要避免運(yùn)營資源的浪費(fèi)，提高地鐵運(yùn)營企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。這也就要求軌道檢修人員要對地鐵軌道常見的故障類型及原因有著充分的了解，并且制定嚴(yán)格的檢修標(biāo)準(zhǔn)，針對不同線路的不同特點(diǎn)靈活調(diào)整檢查、養(yǎng)護(hù)和維修策略。同時(shí)檢修人員的職業(yè)素養(yǎng)也要滿足實(shí)際的工作需求，在總結(jié)軌道設(shè)備變化規(guī)律的基礎(chǔ)上提升作業(yè)技能。

二、地鐵鋼軌的傷損發(fā)展過程。

地鐵軌道在建成之后至鋼軌出現(xiàn)傷損之間是有一定的時(shí)間期限的，且傷損會隨著時(shí)間的推移進(jìn)一步發(fā)展。鋼軌按照傷損發(fā)展的時(shí)間順序，可以分為三個時(shí)期，分別為塑性變形時(shí)期、剝離損傷時(shí)期和疲勞損傷時(shí)期。

1、塑性變形時(shí)期

塑性變形是地鐵鋼軌傷損的第一個時(shí)期，在地鐵軌道建好之后，受到地鐵車輛運(yùn)行所產(chǎn)生的沖擊荷載作用，導(dǎo)致鋼軌橫斷面的幾何形狀發(fā)生一定的變化。這種幾何形變是非常微弱的，通過直接觀察難以發(fā)現(xiàn)。隨著車輛運(yùn)行密度和車輛的荷載增加，軌道承受來自列車的沖擊荷載逐漸增大，達(dá)到鋼軌母材金屬屈服強(qiáng)度極限時(shí)，鋼軌發(fā)生塑性形變。塑性形變一般不會影響軌道設(shè)備的正常使用，正常情況下不會有較大的安全隱患。

2、剝離損傷時(shí)期

隨著塑性變化的逐步加重，軌道兩端的斷面開始出現(xiàn)一些細(xì)微的裂紋，長此以往會形成一些類似魚鱗狀的剝離層面。軌道承受的荷載越大，地鐵車輛運(yùn)行頻率越高，出現(xiàn)剝離層的時(shí)間也就越快;地鐵車輛的軸重和荷載越大，剝離狀況也就越明顯，剝離層的深度也就越大。同時(shí)，鋼軌的抗拉性能和強(qiáng)屈比以及軌道的施工工藝也會對軌道的剝離損傷產(chǎn)生一定的影響，隨著剝離程度的逐漸加大，開始進(jìn)入剝離損傷時(shí)期。

3、疲勞損傷

當(dāng)軌道的剝離損傷發(fā)展到一定程度之后，軌道的脫落速度還有程度開始逐漸加重。同時(shí)隨著地鐵車輛運(yùn)行頻率和荷載的不斷增加，鋼軌的裂紋也開始逐步加深。此時(shí)軌道的狀態(tài)極其不穩(wěn)定，若荷載過大或受到外界環(huán)境、突發(fā)情況等影響，非常容易出現(xiàn)變形、斷裂等問題。此類鋼軌問題已嚴(yán)重影響地鐵車輛的正常行駛，極易引發(fā)安全事故。此時(shí)必須對鋼軌進(jìn)行必要的保養(yǎng)和適度的維修，減小鋼軌傷損給運(yùn)營帶來的風(fēng)險(xiǎn)。因?yàn)榈罔F在運(yùn)營期間天窗時(shí)間有限，所以科學(xué)的檢查、養(yǎng)護(hù)和維修策略需要在進(jìn)入疲勞損傷之前加大檢查頻次，開始對鋼軌的養(yǎng)護(hù)和維修，將嚴(yán)重傷損及時(shí)消除，避免產(chǎn)生緊急的地鐵運(yùn)營安全事故，以免造成中斷運(yùn)營的問題。

三、地鐵鋼軌檢查、養(yǎng)護(hù)和維修的問題分析

1、鋼軌幾何形位超限

鋼軌變形一般指的是第一個塑性變形時(shí)期，一方面因?yàn)殇撥壦苄宰冃蔚挠绊?，受到地鐵各種荷載作用下發(fā)生形變或離心偏移;另一方面，軌道建設(shè)階段施工工藝問題或土建結(jié)構(gòu)問題也會帶來鋼軌幾何形位超限問題。其中，軌道在垂直方向上的變化最為明顯，特別是曲線地段和下坡地段。在地鐵行駛過曲線地段或下坡地段時(shí)，受到離心力的影響，直接會導(dǎo)致增加軌道的豎向荷載。軌道在設(shè)計(jì)的時(shí)候，往往都是按照統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)去計(jì)算的，忽略了車輛在行駛狀態(tài)下所產(chǎn)生的離心力對鋼軌的影響。因此，軌道的水平路段鋼軌的變形一般不會嚴(yán)重，但在曲線地段和下坡地段變形較為嚴(yán)重。除此之外，軌道結(jié)構(gòu)下部的土建結(jié)構(gòu)部分因長期受到的荷載高于水平路段，相較于水平路段也易產(chǎn)生不均勻沉降，進(jìn)一步加速了軌道結(jié)構(gòu)的變形，使鋼軌過早進(jìn)入剝離損傷時(shí)期和疲勞損傷時(shí)期。

2、鋼軌接頭部位處理不到位

軌道結(jié)構(gòu)中鋼軌的接頭部位整體應(yīng)力水平要高于其他部分，接頭部位整體材質(zhì)結(jié)構(gòu)又相對脆弱。鋼軌的接頭連接以焊接為主，主要有鋁熱焊，移動氣壓焊和接觸焊三種方式，每一種方式的設(shè)備材料和溫度以及工藝都存在著差異。所以在焊接的時(shí)候，不同的方法和工藝的焊接結(jié)果也不同。比如，在采用鋁熱工藝的時(shí)候，焊接頭部分會存在氣孔夾渣，導(dǎo)致連接部位的剛度和抗拉性能無法滿足實(shí)際的運(yùn)行需求。如果使用移動氣壓焊接，會導(dǎo)致軌道的接頭部位不均勻或出現(xiàn)局部凹陷、形狀偏差、焊接不徹底等諸多問題，使焊接部位的應(yīng)力無法滿足實(shí)際的運(yùn)行需求，在運(yùn)行過程中出現(xiàn)開裂變形。如果使用點(diǎn)焊的方式，點(diǎn)焊操作人員的工藝水平不達(dá)標(biāo)或者不成熟也會留下一定的質(zhì)量隱患。

3、地鐵軌道檢修標(biāo)準(zhǔn)有待細(xì)化，設(shè)備狀態(tài)責(zé)任劃分有待明確

由于軌道的檢修質(zhì)量直接關(guān)系到地鐵的運(yùn)行安全以及乘客的生命財(cái)產(chǎn)安全，因此要不斷提高地鐵軌道的運(yùn)維管理水平。在傳統(tǒng)的地鐵軌道運(yùn)維模式之下，檢修管理方式未從制度文件上精確分配責(zé)任區(qū)，長期階段的養(yǎng)護(hù)維修人員相對不固定，且軌道檢查、養(yǎng)護(hù)和維修的控制標(biāo)準(zhǔn)有待進(jìn)一步細(xì)化。上述問題在一定程度上影響到了軌道檢查、養(yǎng)護(hù)和維修的效率，鋼軌的傷損有時(shí)未能及時(shí)發(fā)現(xiàn)進(jìn)行管理。

四、地鐵鋼軌的檢查、養(yǎng)護(hù)和維修策略研究

1、建立檢修標(biāo)準(zhǔn)，健全鋼軌傷損管理機(jī)制，強(qiáng)化檢修隊(duì)伍

地鐵軌道檢修部門可根據(jù)實(shí)際情況以及現(xiàn)有的技術(shù)人員力量合理地安排軌道檢修計(jì)劃，并建立科學(xué)的檢修標(biāo)準(zhǔn)，健全鋼軌傷損管理機(jī)制，確保能夠按照標(biāo)準(zhǔn)化流程做好地鐵鋼軌的檢查、養(yǎng)護(hù)和維修。進(jìn)一步明確細(xì)化工區(qū)、人員的責(zé)任范疇，合理地劃分責(zé)任區(qū)間，在責(zé)任區(qū)劃分的時(shí)候，避免有重復(fù)或模糊不清的地帶，強(qiáng)化不同工區(qū)和人員的責(zé)任意識。建立公司層級科學(xué)的鋼軌檢修標(biāo)準(zhǔn)，加強(qiáng)鋼軌傷損的管理力度，確保鋼軌傷損發(fā)展之后能及時(shí)處理。另外，需要不斷提高作業(yè)人員的專業(yè)素養(yǎng)，鼓勵軌道檢修人員不斷學(xué)習(xí)和強(qiáng)化專業(yè)知識和技能，結(jié)合實(shí)際情況給技術(shù)人員進(jìn)行系統(tǒng)科學(xué)的培訓(xùn)。在工區(qū)例會時(shí)加強(qiáng)思想教育，提高技術(shù)人員的責(zé)任意識，確保軌道檢查執(zhí)行到位，養(yǎng)護(hù)和維修工作合理有效。

2、重視打磨工藝在鋼軌養(yǎng)護(hù)和維修中的作用

無論是新建成的軌道還是既有線軌道，均要結(jié)合鋼軌現(xiàn)場實(shí)際情況進(jìn)行打磨。新建軌道在建設(shè)期會遺留部分問題，運(yùn)營單位或部門在運(yùn)營提前介入階段應(yīng)加大力度排查軌道施工問題，尤其是鋼軌傷損問題，協(xié)調(diào)施工單位及時(shí)消除新鋼軌的電擊傷、磕傷等傷損。進(jìn)入運(yùn)營期后，要通過適當(dāng)?shù)拇蚰ヌ岣咪撥壟c列車接觸面的平穩(wěn)度。對鋼軌變形較為突出的位置，除了打磨之外還要進(jìn)行必要的精調(diào)，保證軌道處于低TQI狀態(tài)，對凸起的焊縫或塑性變形所造成的幾何形位偏差進(jìn)行打磨或切削，弱化焊縫、肥邊、擦傷等因素對車輛運(yùn)行造成的影響。可以加大激光拋光打磨等工藝在現(xiàn)階段鋼軌檢修中的應(yīng)用度，提高鋼軌運(yùn)營檢修效果。

3、加大對軌道結(jié)構(gòu)的變形監(jiān)測

加大對軌道結(jié)構(gòu)的變形監(jiān)測，尤其是曲線地段、下坡地段、建設(shè)期施工質(zhì)量控制薄弱地段。曲線地段和下坡地段軌道在列車快速運(yùn)行下，沖擊荷載加大，增加了軌道承受的豎向荷載，導(dǎo)致軌道出現(xiàn)豎向塑性變形或軌道基礎(chǔ)下沉。即便在設(shè)計(jì)階段會考慮上述問題進(jìn)行設(shè)計(jì)處理，例如軌道超高設(shè)計(jì)，但真正的施工階段受到施工材料和施工工藝、自然環(huán)境等多方面的影響，在軌道曲線地段和水平地段必然會存在著差異沉降。建設(shè)期施工質(zhì)量控制薄弱地段的軌道結(jié)構(gòu)可能存在強(qiáng)度不足、施工質(zhì)量高低不均等問題，軌道結(jié)構(gòu)易產(chǎn)生不同程度的變化，也會在一定程度上影響鋼軌狀態(tài)。因此，加大對軌道曲線地段、下坡地段、建設(shè)期施工質(zhì)量控制薄弱地段的監(jiān)測力度是必要的。建議引入軌道監(jiān)測設(shè)備，實(shí)時(shí)對軌道的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測。

4、強(qiáng)化鋼軌接頭的焊接質(zhì)量控制

若鋼軌焊接接頭出現(xiàn)傷損或不牢固的問題，必然會影響到整個軌道的設(shè)備狀態(tài)，導(dǎo)致鋼軌發(fā)生斷裂或出現(xiàn)其他問題，從而引發(fā)進(jìn)一步的事故。因此，應(yīng)加強(qiáng)對軌道接頭焊接的質(zhì)量控制，在軌道施工期或運(yùn)營期焊接的時(shí)候，要結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況，選擇合適的焊接工藝，焊接耗材，在焊接環(huán)境控制上保證達(dá)標(biāo)。要確保焊接人員的操作水平能滿足實(shí)際的焊接需求，強(qiáng)化對鋼軌焊縫的質(zhì)量控制。加大運(yùn)營提前介入施工的檢查力度，將焊縫問題消除在施工階段。焊接完成之后，要及時(shí)進(jìn)行打磨，對于有裂縫的部位應(yīng)立刻處理，運(yùn)營期的軌道線路應(yīng)滿足地鐵運(yùn)營的需要，保障車輛運(yùn)行的安全。

五、結(jié)束語

地鐵在現(xiàn)階段的城市交通中發(fā)揮著日益重要的作用，而地鐵軌道的設(shè)備質(zhì)量直接決定了地鐵的安全性和穩(wěn)定性，尤其是鋼軌作為軌道結(jié)構(gòu)中直接承受列車荷載并且將荷載傳遞至下部結(jié)構(gòu)的重要部分，其檢查、養(yǎng)護(hù)和維修的重要性不言而喻。因此，要不斷總結(jié)軌道設(shè)備的變化規(guī)律，更加科學(xué)地開展地鐵鋼軌的檢查、養(yǎng)護(hù)和維修工作，建立健全軌道設(shè)備的控制標(biāo)準(zhǔn)和檢修制度，對鋼軌傷損問題要及時(shí)處理，在鋼軌狀態(tài)惡化狀態(tài)臨界點(diǎn)前通過主動維修消除安全隱患，保證軌道質(zhì)量能滿足地鐵的正常安全運(yùn)營需求，避免發(fā)生事故中斷運(yùn)營。

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