再用軌使用現(xiàn)狀的調(diào)查分析

田常海， 劉佳朋， 石彤， 王晨陽， 梁旭， 周韶博

（中國鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司 金屬及化學(xué)研究所，北京 100081）

0 引言

國外鋼軌使用分為一次和二次甚至多次使用［1］，我國普速鐵路干線下道鋼軌也二次使用，二次使用的鋼軌稱為再用軌，分為整形整修和一般整修及不整修再用軌［2］。20 世紀(jì)開始進(jìn)行廠內(nèi)整形整修和一般整修研究與實踐［3?5］。

隨著鋼軌質(zhì)量提高、100 m 定尺長度鋼軌使用、焊接質(zhì)量和工藝水平提高、運輸和線路條件改善、鋼軌養(yǎng)護(hù)維修作業(yè)水平提高，特別是鋼軌打磨技術(shù)應(yīng)用，干線鋼軌大修周期由原來的700 Mt 提高到1 000 Mt［6］。干線下道鋼軌作為再用軌使用、養(yǎng)護(hù)維修等情況發(fā)生了變化，2014 年前，少部分線路再用軌只進(jìn)行修理性打磨，大部分線路再用軌不打磨；2014 年后，大部分線路再用軌按目標(biāo)廓形進(jìn)行預(yù)防性或修理性打磨，少部分線路再用軌不打磨。由于將再用軌作為干線鋼軌的使用情況和再用軌使用后打磨維修條件的變化，中國國家鐵路集團(tuán)有限公司希望完善再用軌使用技術(shù)條件，在對再用軌傷損研究分析基礎(chǔ)上［7］，有必要進(jìn)一步調(diào)研再用軌使用現(xiàn)狀。

進(jìn)行整形整修再用軌、一般再用軌及未整修再用軌使用和傷損情況調(diào)查，獲得再用軌使用現(xiàn)狀。

1 再用軌測試區(qū)段

2020 年，調(diào)研中國鐵路北京、上海、鄭州和沈陽局集團(tuán)有限公司再用軌使用現(xiàn)狀，測試再用軌硬度、軌頭廓形、焊接接頭平直度等項目，統(tǒng)計分析再用軌傷損情況。再用軌測試區(qū)段統(tǒng)計見表1，此外，還統(tǒng)計分析了七灤線唐山南、開平和洼里站再用軌傷損情況。

表1 再用軌測試區(qū)段統(tǒng)計

2 再用軌硬度測試

再用軌踏面硬度與強(qiáng)度正相關(guān)［8］，在北京、上海、鄭州和沈陽鐵路局集團(tuán)公司選擇典型線路進(jìn)行再用軌踏面中心和軌距角區(qū)域布氏硬度測試。測試位置避開焊縫200 mm 以上，測點間距大于100 mm，每次測試6 個點，再用軌硬度測試結(jié)果見表2。

表2 再用軌硬度測試結(jié)果

風(fēng)上線和隴海鐵爐站6 道再用軌分別為2019 年鋪設(shè)的秦沈客運專線和隴海線線路區(qū)間下道鋼軌，下道前鋼軌按1—1.5年周期進(jìn)行預(yù)防性打磨，鋪設(shè)1年的再用軌還未硬化。鋪設(shè)未打磨的七灤線上、下行再用軌踏面中心硬化率為9%～15%，高于大秦重載線鋼軌硬化率4%～11%［9］，軌距角區(qū)域硬化率可達(dá)23%～25%；打磨的再用軌踏面中心硬化率僅為1%～5%?？梢钥闯?，打磨將未打磨再用軌踏面中心硬化率降低至1%～5%，打磨去除再用軌踏面部分硬化層，降低了硬化率、延緩了鋼軌性能劣化、減少了疲勞傷損。

3 再用軌軌頭廓形測試

新長線K331 左股和七灤線上行K35 左股及京滬線新馬橋站3道再用軌廓形與60N標(biāo)準(zhǔn)廓形比對見圖1。

圖1 廓形對比

（1）預(yù)防性打磨的新長線再用軌軌頭廓形在橫向?20～+32 mm最大豎向偏差約0.5 mm。

（2）不打磨的七灤線上行K35 左股及京滬線新馬橋站3道再用軌軌頭廓形在橫向?20～+32 mm最大豎向偏差約3 mm。不打磨的再用軌軌頂面趨于平面。

4 再用軌垂直磨耗、軌底邊緣厚度測試

再用軌垂直磨耗、軌底邊緣厚度測試結(jié)果見表3。區(qū)間再用軌垂直磨耗4.3～7.6 mm，考慮到干線鋼軌下道通過總質(zhì)量約700 Mt，累計通過總質(zhì)量約1 500 Mt，再用軌垂直磨耗不足8 mm；站線再用軌垂直磨耗4.3～4.8 mm；區(qū)間和站線再用軌軌底邊緣厚度分別為10.4～14.5 mm和14.3～14.5 mm。再用軌垂直磨耗未達(dá)到輕傷標(biāo)準(zhǔn)9 mm［6］，軌底邊緣厚度也未達(dá)到重傷標(biāo)準(zhǔn)（無輕傷標(biāo)準(zhǔn)）8 mm［6］。觀測預(yù)防性打磨再用軌存在魚鱗紋、無剝落掉塊傷損、個別位置存在隱傷（見圖2）；未打磨再用軌肥邊和剝落掉塊深度可達(dá)3 mm 和4 mm，個別剝落掉塊達(dá)到了輕傷標(biāo)準(zhǔn)，但未達(dá)到重傷標(biāo)準(zhǔn)［6］，個別剝落掉塊和肥邊傷損達(dá)到了病害整治限度［6］；此外，個別線路存在干線下道鋼軌夾板未切除情況（見圖3）。文獻(xiàn)［7］統(tǒng)計分析了區(qū)間再用軌重傷情況，累計通過總質(zhì)量300 Mt/km再用軌傷損量為3.7處/km，是累計通過總質(zhì)量1 000 Mt 干線鋼軌傷損率1.5 處/km［10］的2.5 倍；分析七灤線唐山南、開平和洼里站再用軌傷損數(shù)據(jù)：站線再用軌傷損主要發(fā)生在到發(fā)線，占總傷損的76%，其他站線傷損占總傷損的17%，站線中正線傷損僅占總傷損的7%。

圖2 典型再用鋼軌傷損

圖3 再用軌夾板未切除

表3 再用軌垂直磨耗、軌底邊緣厚度測試結(jié)果

5 再用軌焊接接頭平直度測試

利用電子平直尺對表3 中測試位置前后500 m 內(nèi)再用軌焊接接頭軌頂面中心區(qū)域平直度［11］進(jìn)行測試。結(jié)果表明：

（1）在測試的55 個再用軌廠焊焊接接頭中，高、低接頭占比分別為27%和73%。高接頭平直度為0.08～1.20 mm/m，均值為0.39 mm/m；低接頭平直度為?2.34～?0.10 mm/m，均值為?0.55 mm/m；

（2）在測試的7 個再用軌鋁熱焊焊接接頭中，高、低接頭占比分別為71%和29%。高接頭平直度為0.07～0.71 mm/m，均值為0.23 mm/m；低接頭平直度為?1.5～?1.2 mm/m，均值為?1.40 mm/m。

雖然測試的焊接接頭低塌最大值達(dá)到?2.34 mm/m，超過了TG/GW 102—2019《普速鐵路線路修理規(guī)則》病害的整治限度?0.5 mm/m［6］，但仍未達(dá)到輕傷標(biāo)準(zhǔn)［6］。

6 結(jié)論

（1）不打磨的再用軌踏面中心硬化率為9%～15%，打磨的再用軌踏面中心硬化率為1%～5%。打磨去除再用軌踏面部分硬化層，可延緩再用軌性能劣化、減少疲勞傷損。

（2）打磨的再用軌軌頭廓形在橫向?20～+32 mm與60N 標(biāo)準(zhǔn)廓形豎向偏差最大約0.5 mm；不打磨的再用軌軌頭廓形在橫向?20～+32 mm與60N標(biāo)準(zhǔn)廓形豎向偏差最大可達(dá)3 mm，長期不打磨的再用軌軌頂面趨于平面。

（3）再用軌垂直磨耗為4.3～7.6 mm，累計通過總質(zhì)量為1 500 Mt，鋼軌垂直磨耗不足8 mm；軌底邊緣厚度為10.4～14.5 mm。

（4）廠焊接頭中，高接頭平直度為0.08～1.20 mm/m，低接頭平直度為?2.34～?0.10 mm/m；鋁熱焊接頭中，高接頭平直度為0.07～0.71 mm/m，低接頭平直度為?1.5～?1.2 mm/m。

（5）未打磨再用軌最嚴(yán)重傷損為4 mm 深的剝落掉塊和3 mm 肥邊；預(yù)防性打磨再用軌存在魚鱗紋、個別位置有隱傷；個別線路存在干線下道鋼軌未切除夾板情況；累計通過總質(zhì)量300 Mt/km 再用軌傷損量為3.7 處/km；站線再用軌傷損主要發(fā)生在到發(fā)線，占總傷損的76%，其他站線再用軌傷損占總傷損的17%，站線正線再用軌傷損僅占總傷損的7%。

（6）個別再用軌的剝離掉塊和肥邊及接頭低塌超出了病害整治限度，垂直磨耗、接頭低塌、剝落掉塊、軌底邊緣厚度等傷損未達(dá)到輕重傷標(biāo)準(zhǔn)。