地铁钢轨伤损原因分析及维护

菅速军

摘要：随着国家的快速发展，大中城市人口密集，交通拥堵，地铁作为城市的交通生命线，其运力大、速度快、费用相对低廉，目前已成为大多数市民首选的出行工具。随着交通量的增加，密集的车流对钢轨的损伤也日益严重。基于此，本文分析了地铁钢轨伤损原因的分析及维护管理措施。

关键词：钢轨；伤损；维护

随着城市化的迅速发展，地铁作为大中城市稳定快捷的交通方式，发展越来越快。于是安全问题成为地铁运营中重点关注的内容，轨道作为地铁运营中最基础的设施，承担着源头的安全保障，而钢轨是轨道结构重要的一部分，引导机车车辆的轮对前进，承受轮对的巨大压力及冲击力，并将受力传递至轨枕及道床，起着承上启下之功效，钢轨的状态会直接影响运营的安全和质量。

一、地铁运营特点

地铁因其承载量大、稳定快捷等特点，成为缓解城市交通压力的一种手段，其列车开行密度很大，在部分人流量大的区段甚至发车间隔短至120秒；地铁作为城市公共交通，其站间距很小，需要频繁的制动起步；且地铁线路受人流密度及地面建筑物影响，其线型复杂，存在大量小半径曲线（曲线半径R≤300m），各种不利因素的影响，造成钢轨伤损频发。

二、地铁钢轨损伤的类别及原因分析

地铁在运营过程中出现的伤损按照其形成原因可归纳为以下几点：

1.钢轨的材质问题，钢轨在制造的过程中，由于工艺原因造成钢轨内有炉渣、气泡、白点、金属外物等杂质，这些缺陷在轮对荷载的反复作用下，最终造成钢轨核伤、裂纹及轨头变形等情况。

2.焊接的原因，地铁受作业空间和运输条件限制，一般均采用25m厂制轨进行现场气压焊或铝热焊，特别是铝热焊，受温度、湿度及作业人员技能等影响，其内部出现小的气孔或者夹渣，造成运营过程中伤损不断发展，最后造成钢轨的折断。

3.外部受力造成的伤损，由于钢轨在铺设施工过程和维修作业中，造成钢轨的外部伤损（机械撞击造成的表面伤损，电弧造成的表面伤损等等），这些缺陷在轮对的荷载的作用下，形成各种伤损。

4.环境的影响，由于地铁大部分都处于地下隧道内，隧道内湿度较大，且部分隧道受地下水的各种矿物盐影响，造成钢轨的锈蚀剥离。

5.轮轨作用

5.1轮轨作用基本上是由于轮轨接触形成的疲劳裂纹。轮轨接触面表层金属发生塑性变形，使钢轨的几何形状发生变化。钢轨塑性变形程度和磨耗速率，与轮轨接触应力和摩擦力成正比，与钢轨的硬度成反比。钢轨表面的塑性变形一方面使金属加工硬化，硬度提高，另一方面疲劳裂纹易在表面萌生和沿变形流线方向发展。当塑性变形达到一定深度时，在表面形成的疲劳裂纹将在接触剪应力作用下沿变形流线方向倾斜向下发展，当疲劳裂纹的扩展速率大于磨耗速率时，在钢轨的作用边（特别是曲线上股）出现程度不同的鱼鳞状裂纹和剥离掉块。

5.2小半径曲线，受列车转向架、线路超高的影响，离心力过大，钢轨发生侧磨，且侧磨主要发生在曲线上股，由于轮对不断冲击上股，整体稳定性会发生变化，曲线下股轮对与钢轨的接触发生变化，由平滑的滚动接触变成小幅度的冲击下股钢轨，下股钢轨在不断的冲击荷载作用下，形成表面的波形磨耗，同时出现大量鱼鳞伤损。

三、地铁钢轨维护管理措施

1、优化地铁钢轨的材质管理。

1.1根据地铁的运量及运力，结合实际情况选用最为合适的钢轨，尽量选用强度更高、韧性更好、对外力冲击的消解作用更好的钢材。

1.2优化材料的寿命管理方案。每一种钢轨都有对应的使用环境与使用年限，技术人员要在材料安装前，建立科学的材料生命档案，将材料的具体型号信息、购买时间信息、价格信息、供应商信息、维修管理负责人信息、更换信息、更换流程信息，详细记录在档案中，方便轨道材料管理与维修人员，根据档案进行及时的材料更换。

2、严控焊接工艺及质量

2.1提高焊接工艺，焊接施工不当是造成地铁钢轨接头伤损的重要原因，焊接损伤的主要原因之一。技术人员首先要采用先进的无缝焊接技术，替代传统的钢轨焊接工艺，增加钢轨接头的抵抗力，减少焊接接缝中的污染物质堆积，减少轨道表面因焊接接缝的存在，造成的裂纹损伤。其次需适当增加地铁轨道轨条的长度，以减少轨道轨条的数量，减少焊接接缝，提高轨道的完整性，以及轨道对物理应力的消解作用。

2.1提高焊接材料的质量。首先，技术人员要加强对焊接施工的环境控制，合理调整焊接环境的温度、湿度、杂质含量等；其次，地铁轨道施工及维护单位，要选择具有专业资质的焊接技术人员；最后，焊接施工开始前，做好技术交底，确保工人深入理解技术要求。

3、加强对施工过程的材料保护及后期标准化养护

3.1施工过程中，做好对既有钢轨的保护，杜绝野蛮施工，严格控制验收，对存在隐患的钢轨及时进行更换。

4、加强钢轨维护

4.1定期对钢轨进行探伤、巡查，对发现问题及时进行核对，确保伤损隐患影响程度最小。

4.2加强对小半径曲线的维护，对部分磨耗较为严重的区段，安装钢轨自动涂油器装置，降低人工涂油的劳动强度，轨旁自动涂油法减磨效果明显，可实施性强，且不影响其他设备的正常使用，同时对轮对的磨耗也起一定的减缓作用。

4.3加大对钢轨的廓形打磨，前期对钢轨的磨耗情况进行全面收集整治，合理安排区段进行实验观测，通过数据的分析，安排对钢轨的廓形打磨，减缓钢轨的磨耗。

4.4合理调整轨底坡，轨底坡的大小也会影响小半径曲线钢轨发生侧磨的程度。加大内轨轨底坡，减缓外轨轨底坡，可加大内外轮滚动半径差，减小车轮在外轨上的滚动距离，从而达到减缓侧磨的目的。

4.5合理调整超高，由于超高影响导向力和冲角的变化，因而直接影响钢轨轨头侧磨速率的大小。经过对欠超高与过超高对曲线钢轨侧磨的影响的大量观测试验表明，有着适当的欠超高对减缓钢轨侧磨是有利的。

4.6合理调整轨距，保证线路轨距变化率均匀，列车进入曲线时，运行的蛇形幅度变大，列车左右摆动加强，作用于钢轨的横向力增大，轮轨间撞击力也变大，从而加剧轮轨磨耗和轨道变形。现场试验表明，适当减小轨距，可以改善机车车辆通过曲线的条件，使两轮的滚动半径差增大，滑动力减小，轮缘与外轨侧面之间的摩擦力也就减小，同时车体横向摇摆减弱，轮轨导向力也适当减小，从而减轻侧磨。

5. 完善钢轨的轻度损伤处理机制。在上述钢轨损伤预防工作的基础上，针对已出现的损伤情况，进行严格细致的处理，对钢轨损伤进行精细化管理：

5.1应用先进的检测设备与维修设备，对地铁钢轨的损伤状况进行精准分析，建立钢轨损伤的3D立体影像图，对钢轨的内部损伤状况进行分析。

5.2在钢轨上加装智能传感设备，对钢轨的温度、载荷进行分析，及时发现已出现的轻微损伤，进行润滑、打磨处理，对钢轨进行合理的维护。

4. 结语

通过分析钢轨伤损的原因，采取先加强线路设备维护，控制曲线线型线位，合理布设曲线超高、轨底坡，加强钢轨打磨整修和改善轮轨润滑条件等措施，从而减少由于轮轨关系的恶化而引起的换轨、镟轮、转向架维修等大量费用，同时还可以改善列车行车条件，减小噪音震动，增加乘客乘坐的舒适度，同时对延长钢轨的使用寿命会起到十分重要作用。

参考文献：

[1]王阳.地铁轨道伤损原因及维护[J].绿色环保建材,2018(02).

[2]刘小剑.地铁轨道伤损原因及维护[J].商品与质量，2018(07).

[3]杨文广.地铁轨道伤损原因及维护管理[J].建筑工程技术与设计，2016(08).