地鐵軌道養(yǎng)護(hù)中打磨技術(shù)的應(yīng)用研究

朱蕾 葉肖

無錫地鐵運(yùn)營有限公司 江蘇 無錫 214000

軌道的使用壽命和車輛行駛的安全息息相關(guān)，而軌道上的鋼軌、道岔、枕木等部件會隨著列車運(yùn)行產(chǎn)生各種損傷，并且在列車運(yùn)行過程中容易出現(xiàn)鋼軌磨損、軌距變寬等問題，一旦發(fā)現(xiàn)軌道出現(xiàn)損傷，需要及時(shí)采取措施進(jìn)行處理。打磨是解決這些問題的主要方法，在城市地鐵中，對于車輛運(yùn)行安全十分重要的因素是地鐵軌道。通常來說，地鐵列車運(yùn)行時(shí)會對軌距產(chǎn)生一定影響。以某地區(qū)為例，該地地鐵車輛運(yùn)行過程中通過的路段都在隧道內(nèi)或地下隧道內(nèi)，因此當(dāng)車輛通過時(shí)很容易導(dǎo)致列車與鐵軌之間產(chǎn)生摩擦和沖擊現(xiàn)象，此外軌距對車輛行駛過程中的穩(wěn)定性也有一定影響，當(dāng)軌距發(fā)生變化時(shí)會使得車輪和鐵軌之間產(chǎn)生沖擊和磨耗現(xiàn)象，而軌距一旦發(fā)生變化就會導(dǎo)致列車行駛過程中出現(xiàn)脫軌或出軌現(xiàn)象。因此，為了保障車輛運(yùn)行過程中的安全隱患能夠降低到最低程度，要及時(shí)對軌道進(jìn)行養(yǎng)護(hù)處理，其中軌道養(yǎng)護(hù)一般包括對破損鋼軌進(jìn)行更換、對存在病害的道岔進(jìn)行修整打磨等工作。

1 我國地鐵軌道打磨技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

地鐵軌道打磨技術(shù)最早應(yīng)用于1950年左右的鐵路工程項(xiàng)目當(dāng)中，并且該項(xiàng)技術(shù)在經(jīng)過數(shù)十年到發(fā)展之后，通過相關(guān)專業(yè)工作人員的優(yōu)化和完善，研發(fā)出了更多不同型號不同形式的軌道打磨車，并且在地鐵軌道鋼軌打磨工作當(dāng)中廣泛應(yīng)用，由此可以看出當(dāng)前我國軌道打磨技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)日漸成熟，并且逐漸發(fā)展成為一種現(xiàn)代化的地鐵軌道養(yǎng)護(hù)技術(shù)方法，所取得的工作效益非常明顯。但是由于我國在軌道打磨技術(shù)的研發(fā)使用時(shí)間方面比較落后，在1989年通過初步引進(jìn)學(xué)習(xí)之后，才正式是有了我國國產(chǎn)的第一部軌道打磨車輛，該車輛主要用于鋼軌的毛邊、毛刺打磨處理，并且這種打磨方法在工作效率上相對偏低，打磨技術(shù)方法上比較落后，特別是我國地鐵工程項(xiàng)目建設(shè)施工規(guī)模不斷擴(kuò)張的條件下，該打磨方法無法充分滿足長時(shí)間地鐵養(yǎng)護(hù)工作要求。在后續(xù)的發(fā)展過程中，隨著我國科技技術(shù)的不斷成熟，軌道打磨機(jī)國產(chǎn)化已經(jīng)基本成型，并且逐漸開始了軌道打磨新型技術(shù)的研究工作，特別是針對一些小型軌道打磨設(shè)計(jì)工作研究取得了明顯的成績，可以對地鐵軌道實(shí)施精確、高效和高質(zhì)量的打磨處理工作，對推動(dòng)我國軌道交通運(yùn)輸事業(yè)的長遠(yuǎn)穩(wěn)定發(fā)展打下了良好的基礎(chǔ)。

2 地鐵軌道打磨處理工作的重要作用

地鐵軌道打磨工作是非常重要的工作環(huán)節(jié)，直接關(guān)系到地鐵車輛的運(yùn)行穩(wěn)定性和質(zhì)量，同時(shí)關(guān)系到地鐵的使用安全性，因此對于地鐵軌道的打磨處理工作非常關(guān)鍵。

2.1 新建地鐵軌道線路打磨工作的重要性

通過對新建地鐵線路軌道進(jìn)行打磨處理，可以對新建的鋼軌公差和施工偏差進(jìn)行調(diào)整，提高地鐵滾輪和軌道之間的接觸效果。在地鐵軌道工程施工過程中，主要使用的是掛枕架軌法對整個(gè)道床進(jìn)行施工，盡管使用鐵墊板已經(jīng)加工成軌道的底部支撐部分，但是因?yàn)楦鱾€(gè)軌枕相對獨(dú)立，在施工中會出現(xiàn)支撐變形和鋼軌軌枕制造公差等方面因素，造成施工完成之后的軌道底坡位置的施工進(jìn)度無法得到保證。根據(jù)實(shí)際滾輪對踏面的錐度大小，通過使用對應(yīng)的打磨技術(shù)方法，合理選擇打磨頭偏轉(zhuǎn)的角度和功率，可以最大程度上解決這一施工誤差問題，可以保證地鐵軌道表面可以得到一個(gè)相對不變的鋼軌傾斜角度[1]。要想解決輪軌之間的接觸問題，在新建的地鐵軌道打磨技術(shù)的使用當(dāng)中，可以發(fā)揮出多方面功能和優(yōu)勢，從現(xiàn)階段我國大部分城市地鐵的運(yùn)行工作狀態(tài)進(jìn)行分析，通過對地鐵鋼軌表面進(jìn)行打磨處理之后，可以有效降低導(dǎo)軌和車輛滾輪之間的磨合時(shí)間，使得整個(gè)鋼軌的使用周期得到延長，在對鋼軌進(jìn)行充分磨合處理工作之后，很多導(dǎo)軌的軌跡吻合程度得到了明顯提升，鋼軌的光帶也從以往的不穩(wěn)定狀態(tài)逐漸變得越來越穩(wěn)定。軌道磨損過程中的均勻性也得到了明顯的提升。通過對新建的軌道線路進(jìn)行打磨處理，可以有效去除軌道表面上多余的毛刺或者是腐蝕殘?jiān)?，可以保證軌道的表面更加光潔，新建軌道和車輛的滾輪之間的摩擦協(xié)調(diào)性更高，同時(shí)地鐵在運(yùn)行過程中所產(chǎn)生的噪音量也得到了有效控制，整個(gè)地鐵的人員舒適性也得到了明顯的提高。

2.2 既有軌道線路打磨工作的重要性

在既有地鐵軌道線路長時(shí)間使用之后，其中一部分的地鐵軌道會出現(xiàn)材料的脫落和掉塊情況，同時(shí)還存在飛邊擦傷等各種質(zhì)量缺陷問題，特別是在地鐵的曲線地段，經(jīng)常會出現(xiàn)比較大的磨損問題，很多地鐵在運(yùn)行過程中主要使用的是ATO運(yùn)行工作模式，因此在車輛類型方面并不具有多樣化形式，軸重基本相同，在運(yùn)營過程中同一區(qū)間段車速基本保持相同，行車的頻率相對較高，造成軌道在同一位置經(jīng)常會受到同樣的作用力。因此，軌道如果產(chǎn)生質(zhì)量缺陷問題，這種病害會在較短的時(shí)間內(nèi)快速加重，特別是容易受到磨損的區(qū)域，受到列車滾輪的反復(fù)摩擦和顛簸影響，會形成比較嚴(yán)重的軌道道床病害和鋼軌扣件破壞等各種問題。

由此可以看出，既有的軌道線路在長時(shí)間的運(yùn)行工作之后，會造成比較嚴(yán)重的磨損消耗、疲勞損傷等各種問題，主要表現(xiàn)在第一，鋼軌波磨和滑動(dòng)病害問題，加大了地鐵通行過程中的噪音和振動(dòng)程度，對地鐵乘客以及附近的人們?nèi)粘Ｉ钤斐梢欢ǖ挠绊?；第二，鋼軌出現(xiàn)接觸性疲勞損傷問題，屬于一種物質(zhì)轉(zhuǎn)化，鋼軌硬化表層加深，并且會造成鋼軌表面裂縫加大，出現(xiàn)魚鱗損傷等問題，嚴(yán)重的情況下甚至?xí)斐射撥壍闹苯訑嗔?；第三，鋼軌表面出現(xiàn)明顯的污染問題，由于腐蝕鐵銹影響到滾輪之間的接觸程度，列車在行駛過程中對于信號系統(tǒng)等安全性造成了不良影響。通過對既有線路進(jìn)行打磨處理，可以最大程度上降低地鐵軌道病害問題，保證地鐵通行的安全性，同時(shí)延長地鐵軌道的使用壽命。

3 地鐵軌道養(yǎng)護(hù)中打磨技術(shù)的具體應(yīng)用策略分析

3.1 地鐵軌道預(yù)防性打磨技術(shù)

軌道養(yǎng)護(hù)工作的基本原則是“以勤養(yǎng)軌”，而打磨技術(shù)是一種常見的養(yǎng)護(hù)技術(shù)。隨著車輛運(yùn)行速度的提高，列車會在軌道上產(chǎn)生很大的輪軌作用力，軌道會受到不同程度的損傷，而軌道主要的故障是軌距變寬和枕木松動(dòng)。此外，軌枕頂部會產(chǎn)生一定凹坑，這些凹坑將加劇對軌枕和道床之間產(chǎn)生摩擦和壓力，因此需要及時(shí)對這些凹坑進(jìn)行打磨。但是在實(shí)際工作中由于軌道線路較長，很難對所有軌道進(jìn)行全面打磨處理，因此采取在部分線路上安裝測距儀和鋼軌測振儀等設(shè)備，對部分線路進(jìn)行重點(diǎn)檢查，并根據(jù)實(shí)際情況對不同程度的軌道損傷進(jìn)行預(yù)防性打磨處理[2]。此外，還需要結(jié)合目前國內(nèi)普遍使用的幾種軌道養(yǎng)護(hù)技術(shù)，對各線路實(shí)際情況進(jìn)行分析，要充分考慮到養(yǎng)護(hù)成本、維護(hù)難度以及維護(hù)周期等因素。常用的預(yù)防性打磨技術(shù)有以下幾種：1）等幅法：這種方法在實(shí)際使用過程中只需要調(diào)整部分軌道軌距即可實(shí)現(xiàn)軌道打磨，在相同養(yǎng)護(hù)里程內(nèi)能夠有效降低維護(hù)成本和降低工作量；2）等速法：通過調(diào)整幾組不同型號軌道扣件之間不同的松緊程度，實(shí)現(xiàn)對車輛運(yùn)行速度變化的適應(yīng)能力。這種方法需要將每組扣件之間進(jìn)行多次打磨實(shí)驗(yàn)后才能得到較好效果，并且在此過程中要特別注意各扣件之間松緊程度不同而產(chǎn)生的調(diào)整幅度大??；3）等寬法：這種方法需要先將軌道扣件、軌枕和道床等部件間的距離調(diào)節(jié)到最大值后再進(jìn)行打磨處理，這種方法操作簡單且效果較好，但也存在著一定缺點(diǎn)，比如對某些部位調(diào)整過緊會導(dǎo)致局部作業(yè)難度增加，由于沒有考慮到整體軌道道床結(jié)構(gòu)之間存在的縫隙大小和變化趨勢關(guān)系，因此可能無法避免不均勻磨損現(xiàn)象發(fā)生；4）等距法：該方法在實(shí)際使用過程中，能夠同時(shí)兼顧所有影響因素并進(jìn)行綜合考慮和調(diào)整，既能保證調(diào)整后軌道外觀質(zhì)量達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，也能夠確保調(diào)整后扣件系統(tǒng)間存在縫隙時(shí)能夠降低摩擦壓力，從而防止沖擊磨損現(xiàn)象發(fā)生。

3.2 地鐵軌道焊接后粗磨技術(shù)

在對軌道進(jìn)行養(yǎng)護(hù)工作時(shí)，一般會對軌道表面進(jìn)行焊接，在焊接過程中通常會導(dǎo)致鋼軌之間的接觸面積增大，因此需要及時(shí)對鋼軌焊接位置進(jìn)行打磨。但是一般情況下，地鐵列車運(yùn)行過程中不會出現(xiàn)車輛與鐵軌的直接接觸，因此可以將軌道焊接后的打磨工作推遲到列車運(yùn)行之后進(jìn)行，但是因?yàn)楹芏嗟貐^(qū)在地鐵運(yùn)營過程中，所處位置會有不同程度的磨損問題，因此不能將軌道焊接后粗磨技術(shù)應(yīng)用到這些地區(qū)中[3]。

我國一般采用的粗磨方式是將打磨輪與鋼軌接觸，從而在鋼軌之間產(chǎn)生摩擦，這種打磨方法相對于之前來說有了很大改進(jìn)，主要在對軌道進(jìn)行打磨時(shí)，只需要對鋼軌與車輪之間產(chǎn)生的磨耗進(jìn)行打磨即可，不需要對軌道和車輪之間接觸處產(chǎn)生磨耗進(jìn)行打磨，這種粗磨方式相對于之前的處理方法，減少了很多工作流程和環(huán)節(jié)。此外，由于粗磨技術(shù)更加適合我國地鐵實(shí)際情況，因此它可以廣泛應(yīng)用到其他地區(qū)的鐵路軌道養(yǎng)護(hù)工作中。在對地鐵軌道粗磨過程中，一般會根據(jù)不同地段所處位置、地質(zhì)條件以及養(yǎng)護(hù)需求等情況采取不同的粗磨方法。通常來說，在一些地鐵線路較少或者地下線路較多等地段，采用粗磨技術(shù)進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，如果地鐵線路附近存在地質(zhì)災(zāi)害比較嚴(yán)重的現(xiàn)象，或者一些坡度很大的地段，可以采用粗磨技術(shù)進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。如果地鐵線路附近地形復(fù)雜時(shí)，則不能采用粗磨技術(shù)進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。一方面由于這些地區(qū)多為山地及丘陵地區(qū)，容易出現(xiàn)地質(zhì)災(zāi)害；另一方面這些地段一般難以安裝打磨設(shè)備，因此只能采用較小規(guī)模且局部路段的粗磨法。另外，由于不能對鋼軌磨損問題采取有效措施，只能針對出現(xiàn)磨損問題較大、已達(dá)到使用壽命的鋼軌采取粗磨措施，目前我國在對鋼軌粗磨法上已經(jīng)積累了一定經(jīng)驗(yàn)。

3.3 地鐵軌道修復(fù)性打磨技術(shù)

在軌道養(yǎng)護(hù)中打磨處理是最主要的一種養(yǎng)護(hù)手段，打磨技術(shù)的使用不僅能夠起到延長軌道使用壽命，提高軌道抗疲勞能力的作用，同時(shí)也能夠提升車輛運(yùn)行安全性和舒適性。但是隨著列車速度的不斷提升，在列車高速運(yùn)行過程中受到輪軌之間接觸壓力影響和摩擦阻力作用下，會對軌道產(chǎn)生較大的磨損。因此，在對軌道進(jìn)行養(yǎng)護(hù)處理時(shí)，一般采用修復(fù)性打磨技術(shù)對病害進(jìn)行處理。常見的修復(fù)性打磨技術(shù)有機(jī)械修、熱氧處理、超聲波處理等方法。第一，機(jī)械修法在使用過程中，當(dāng)鋼軌出現(xiàn)磨損或局部變形等現(xiàn)象時(shí)，可以采用磨耗與矯正相結(jié)合的方式對鋼軌進(jìn)行修復(fù)，這種修復(fù)方法通常是根據(jù)實(shí)際情況，決定需要修整的部位和范圍，之后進(jìn)行打磨或者是更換鋼軌[4]。第二，熱氧處理法：熱氧處理法主要針對軌枕下方存在磨耗現(xiàn)象，對于地鐵車輛運(yùn)行安全性影響不大時(shí)，可以采用這種方式進(jìn)行處理，這種方法使用加熱設(shè)備對軌枕上方進(jìn)行加熱，使枕木實(shí)現(xiàn)軟化效果之后再將鋼軌取出。第三，超聲波打磨法。主要是通過超聲波的作用來對軌道產(chǎn)生影響，當(dāng)軌道受到較大沖擊或受到振動(dòng)時(shí)都會導(dǎo)致軌道變形，而利用這種方法能夠較好地消除軌道中存在的噪音和不平順現(xiàn)象。第四，修復(fù)性打磨技術(shù)，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)對于線路病害的修復(fù)和解決，同時(shí)也能夠使線路狀況保持在最佳狀態(tài)下運(yùn)行，還能對線路產(chǎn)生一定的保護(hù)作用。此外，修復(fù)性打磨技術(shù)還不會影響列車運(yùn)行速度且具有較高安全性能及環(huán)保性能。

3.4 地鐵鋼軌斷面廓打磨技術(shù)

對地鐵鋼軌進(jìn)行打磨，主要是對軌道斷面輪廓進(jìn)行打磨，這種打磨方法可以使得軌道斷面輪廓更加平順，可以在一定程度上防止出現(xiàn)鋼軌過度磨耗現(xiàn)象。一般情況下，地鐵運(yùn)行過程中會存在著車輛載荷、軌道剛度、軌距和輪軌相互作用等因素的影響。在車輛載荷作用下，在一定范圍內(nèi)會出現(xiàn)鋼軌軌頭的輕微磨耗，但這種磨耗現(xiàn)象具有一定的規(guī)律，不會造成嚴(yán)重磨耗現(xiàn)象，而當(dāng)列車載荷減少或者軌道剛度降低時(shí)，鋼軌軌頭磨耗程度就會增大[5]。隨著列車載荷和軌道剛度的增加，輪軌作用力會逐漸減少，直至列車運(yùn)行過程中不受任何外界因素的影響而保持平衡，然而隨著車輛運(yùn)行過程中，車輪和鐵軌之間摩擦程度增加及不斷增加的荷載作用，鋼軌在經(jīng)過長時(shí)間振動(dòng)和車輪與鐵軌接觸以后產(chǎn)生疲勞現(xiàn)象，當(dāng)車輪運(yùn)行到一定速度時(shí)就會造成軌道橫向振動(dòng)和道床壓縮變形等現(xiàn)象，導(dǎo)致輪緣與鋼軌之間出現(xiàn)橫向磨耗現(xiàn)象。如果這種情況持續(xù)時(shí)間過長，會導(dǎo)致輪對產(chǎn)生疲勞磨損或者輪緣發(fā)生彎曲變形等問題。因此在進(jìn)行軌道養(yǎng)護(hù)作業(yè)時(shí)需要及時(shí)進(jìn)行鋼軌斷面輪廓打磨工作，以減少其對列車運(yùn)行造成的影響。

4 結(jié)語

綜上所述，要想保證城市地鐵運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性，需要對新建的地鐵軌道和既有的地鐵軌道進(jìn)行必要的打磨處理，結(jié)合地鐵軌道的常見的損耗和病害問題特點(diǎn)，對各種先進(jìn)的打磨技術(shù)進(jìn)行合理使用，保證地鐵軌道運(yùn)行的安全性，同時(shí)避免不必要的經(jīng)濟(jì)損失產(chǎn)生。