冬季集包線無縫線路鋼軌折斷分析和處理

鮑潤全

(呼準鄂鐵路有限責任公司，內蒙古呼和浩特 010050)

呼和浩特鐵路局管內京包鐵路線路集包段，北傍陰山山脈，南沿黃河，是連接我國西北、華北、東北地區，外接蒙古、俄羅斯以及東歐國家的重要陸路通道。集包線線路全長約300 km，地處北方寒冷地區，冬、夏季軌溫變化幅度較大，我們知道軌溫變化幅度越大，冬季或夏季無縫線路所承受的溫度拉力或壓力越大，鋼軌折斷及脹軌跑道的幾率就越大。多年來養護的經驗表明，只要我們認真鉆研分析，日常養護中貫徹好“預防為主、防治結合”的原則，對癥下藥，針對具體的情況，采取具體的應對措施，無縫線路許多病害在一定時間或一定地段是可以減少的。近幾年，隨著鐵路跨越式發展的需要，集包線運輸高、密、重的特點，對我們養護維修工作是一種考驗，同時也提出更高的要求，積極預防無縫線路長鋼軌折斷是工務部門冬季養護工作的主要任務之一。

1 鋼軌焊縫折斷的危害

無縫線路鋼軌折斷(含焊縫)，是無縫線路常見病害之一，它嚴重危及行車安全，造成無縫線路結構發生破壞，若不加以預防和整治，會造成列車顛覆，人員傷亡的重大損失。斷軌對行車的危害隨著斷縫的大小而變化，一般鋼軌的斷縫只有20 mm～30 mm，個別的可達到50 mm～60 mm，橋上可能會更大。如果斷軌發生在列車行駛中，隨著氣溫的下降，斷縫會繼續擴大，嚴重時有可能形成一個100 mm～200 mm的大斷縫。斷縫過大，容易出現斷縫兩端鋼軌上下或左右錯口，嚴重影響行車安全，甚至在焊縫及熱影響區范圍內出現嚴重的水平裂紋，使鋼軌發生粉碎性斷裂，那樣，后果將不堪設想。從斷軌發生的部位看，斷軌的絕大多數發生在鋁熱焊縫接頭，一小部分發生在兩焊縫間的軌條上。從發生的時間上來看，90%的斷軌發生在11月～12月和1月～2月，而且以11月～12月發生的次數最多。一般大多發生在夜間。如2008年12月份，京包上行線K671+31號軌焊縫垂直斷裂，拉開軌縫33 mm，發生在夜間0:20。

2 鋼軌焊縫折斷的原因

1)作用在無縫線路鋼軌上的外力包括機車車輛反復作用下的動力及溫度變化引起的溫度力以及其他附加力，當這些力在鋼軌內部引起的應力超過了鋼軌本身的屈服強度時，鋼軌容易折斷，而焊縫疲勞強度及斷裂韌性低鋁熱焊縫的屈服強度和冷彎強度只有母材的70%左右，疲勞強度則只有母材的60%左右，所以鋁熱焊縫容易斷裂，同時由于焊縫的裂紋或其他缺陷，這些初始裂紋或缺陷首先擴大，焊縫疲勞強度急劇下降，就會首先造成焊縫折斷。2)焊縫及其熱影響區強度不均，焊縫的強度又低于母材，隨著列車碾壓時間的延長，在焊縫前后40 mm～60 mm的范圍內，逐漸出現低凹，由于焊縫低凹增加了車輪的附加沖擊力，附加沖擊力又加速焊縫的低凹，使鋼軌受力狀況更加惡化，形成類似于普通線路低扣接頭那樣的惡性循環。這種惡性循環不但造成石碴坍塌，軌枕斷裂、扣件折損，增加了維修養護的工作量和難度，同時也加速了焊縫的斷裂。3)鎖定軌溫偏高，線路爬行，加重焊縫斷裂。鎖定軌溫偏高時，冬季焊縫要承受較大的溫度拉力，焊縫斷裂多發生在11月～12月及1月～2月份的低溫季節，就是明顯的例子。如京包上行線K706+500 m處，在夏季插入短軌焊復軌溫28℃，偏高，導致該處在當年冬季2月份發生斷軌。4)線路爬行是萬惡之源，它不僅會造成許多線路病害，而且，還使無縫線路的長鋼軌發生不正常的伸縮，改變了原鎖定軌溫，形成冬季拉斷鋼軌，夏季脹軌的惡兆。同時，它還造成焊縫受力不均勻，增大了列車的附加沖擊力，加速了焊縫(包括鋼軌)的斷裂，有時，它會直接引起鋼軌或焊縫折斷。5)養護維修不當，也是焊縫斷裂的重要原因。線路的養護維修質量不好，例如在焊縫附近線路搗固不均、空吊板、暗坑、鋼軌爬行、軌枕間距不均、三角坑、軌道水平、方向、高低不良、道床板結和翻漿冒泥等，將加大列車的沖擊力，造成焊縫斷裂。6)焊縫直接放在軌枕上或緊靠軌枕邊緣時，會增加列車對這些薄弱位置的沖擊，促使焊縫折斷。7)無縫線路鋼軌超期服役，鋼軌母材的屈服強度降低，疲勞傷損，尤其是焊縫處易發生斷軌。如現在上行K706+500 m焊縫處發生斷軌，主要是上行鋼軌噸公里通過總重超過大修換軌周期，鋼軌超期服役造成。

3 鋼軌焊縫折斷的預防措施

1)提高焊縫質量，改進焊接工藝，嚴格遵守有關規章的規定。要加強焊接工的技術培訓，提高其理論和實做能力;加強機具日常管理，確保焊軌質量良好;實行記名焊，提高職工的責任心;焊接時要保證焊接條件良好，在施工點不足、天氣不良等情況下推移焊接時間。2)全面鎖定線路。按規定要求堆滿并夯實道床，擰緊中間扣件螺栓和緩沖區接頭螺絲，加強線路防爬鎖定，保持軌道結構縱、橫向阻力，防止鋼軌的不正常收縮。防止因鋼軌或焊縫折斷后軌縫拉大進而發生行車安全事故。3)整治焊縫病害。對高、低接頭、錯口接頭、馬鞍形接頭等缺陷接頭，要用磨、焊、墊、搗、篩等辦法進行綜合整治。對超過標準的焊縫應及時打磨、焊補，使無縫線路鋼軌頂面和內側保持平整光滑。有嚴重缺陷者，要鋸掉重新焊接，以降低列車對鋼軌的沖擊。4)加強線路養護維修，提高線路設備質量。加強對線路養護維修，是保持鋼軌和焊縫質量的重要措施。冬季鋼軌剛性大，起道、撥道作業時，機械應放在距焊縫1 m以外，嚴禁用起撥道機直接頂撞焊縫，并避免做一些冷彎直軌工作。5)為減緩曲線鋼軌磨耗，應加強曲線養護，經常保持曲線圓順，合理設置超高度和軌底坡，適時對直線與曲線、外股與內股鋼軌進行調換，特別是要根據鋼軌材質、側磨情況，建立合理的涂油制度，以減輕鋼軌磨耗。6)夏季高溫季節成段更換鋼筋混凝土軌枕、道床破底清篩等施工處，如果進行高溫應力放散，入冬前，一定還要放散應力，按設計鎖定軌溫要求，在設計鎖定軌溫范圍內進行應力放散，重新鎖定線路。7)加強鋼軌探傷是預防鋼軌折斷的有力措施。要加強焊縫的探傷，尤其是入冬前的探傷檢查，發現重傷的焊縫，要采取增設防爬設備，進行緊急處理和臨時處理等有效措施，并加強檢查，以確保行車安全;加強探傷工的技術業務培訓，合理安排探傷計劃，根據氣候和設備狀況安排探傷周期，做到周期合理、重點突出。8)加強焊縫及鋼軌薄弱地段的管理。影響鋼軌或焊縫斷裂的因素很復雜。這就要求我們切實掌握斷軌(含焊縫)的時間、地點、建立技術卡片，從焊接、鋪設、鎖定及軌枕位置、氣溫、環境、維修情況、軌面平順、傷損程度等多方面做好原始記錄，從中進一步分析斷軌的原因，總結經驗，確定今后改進和養護維修的措施，延長鋼軌或焊縫的使用壽命。

4 鋼軌折斷的處理措施

1)緊急處理。當斷縫小于50 mm時，立即在斷縫處上好普通夾板或特制拱形夾板，用急救器加固，在焊縫兩端各50 m范圍內加強防爬鎖定，擰緊扣件，防止斷縫進一步拉大，并派人看守，限速5 km/h放行列車。如斷軌小于30 mm時，限速15 km/h～25 km/h放行列車。經過緊急處理開通線路后，如果設備條件許可，應在原位焊復，否則應在軌端鉆孔，上好普通夾板或特制拱形夾板，擰緊接頭螺栓，然后可適當提高行車速度。同時在斷縫兩側約3.8 m處的軌頭非工作邊上作出標記，并準確丈量兩標記間的距離和軌頭非工作邊一側的斷縫值，作好記錄，以便觀測斷縫是否擴大和永久處理后檢測是否恢復原位。原位焊復前，切除斷口折損部位的長度不超過60 mm，以滿足鋁熱焊的最大焊縫寬度。原位焊復后，無縫線路實際鎖定溫度保持不變。原位焊復時，應松開接頭兩側200 m～250 m范圍內的鋼軌扣件，并在此范圍內每隔50 m設立1處位移觀測，用鋼軌拉伸器張拉鋼軌，輔以撞軌，觀測鋼軌位移情況，位移到位后即進行焊接。

2)臨時處理。鋼軌折損嚴重或斷縫大于50 mm，以及緊急處理后，不能立即焊接修復，斷縫仍繼續擴大，應封鎖線路進行臨時處理。臨時處理時，在斷縫兩側約3.8 m處軌頭非工作邊上作出標記，并準確丈量兩標記間的距離和軌頭非工作邊一側的斷縫值，作好記錄，以便觀測斷縫是否擴大，為永久處理作好準備。然后，沿斷縫兩側對稱切除傷損部位，兩鋸口間插入6 m的同型鋼軌，軌端鉆孔，上好接頭夾板，用螺栓擰緊。在短軌前后各50 m范圍內擰緊扣件后，按正常速度放行列車。

3)永久處理。鋼軌斷縫處緊急處理或臨時處理后，在接近或低于實際鎖定軌溫時，插入短軌重新焊接修復。采用鋁熱焊時，插入短軌長度等于切除鋼軌長度減去兩倍預留焊縫值。先焊好一端，另一端張拉到位后焊接。插入短軌長度應大于6 m，短于6.5 m。焊后長軌條基本上恢復原有狀態，保持原鎖定軌溫不變。焊接時的軌溫不應低于0℃。放行列車時，焊縫時軌溫應降至300℃以下。

5 結語

本文通過對冬季鋼軌容易折斷的原因進行分析，提出一些切實可行的防治措施，對指導集包線工務部門做好防斷軌工作有一定的借鑒作用。無縫線路冬季的養護維修，應著重注意防爬鎖定、整修扣件、打磨不平順焊縫、消滅三角坑、暗坑與空吊板等工作。保持線路的大平及方向良好，減輕列車沖擊振動，使線路鋼軌得以保持穩定和完好的狀態。

［1］ 中華人民共和國鐵道部.鐵路線路維修規則［M］.北京:中國鐵道出版社，2006.

［2］ 中華人民共和國鐵道部.鐵路技術管理規程［M］.北京:中國鐵道出版社，2004.

［3］ 中華人民共和國鐵道部.鐵路工務安全規則［M］.北京:中國鐵道出版社，2006.

［4］ 中華人民共和國鐵道部.TZ 201-2008客貨共線鐵路軌道工程施工技術指南［M］.北京:中國鐵道出版社，2008.