大準鐵路鋼軌傷損原因分析

弓志浩

摘 要 由于運量的逐年遞增和列車密度的驟增，鋼軌不同程度出現了損傷，為了保證運營安全，降低維修工作量和節約維修成本，采取有針對性的預防措施。

關鍵詞 鋼軌；傷損；分析

中圖分類號 U21 文獻標識碼 A 文章編號 2095-6363（2017）06-0036-02

大準鐵路是單線Ⅰ級電氣化鐵路，正線全長265.142km，初期設計運輸能力為1 500萬噸，1990年7月開工建設，1993年8月鋪架貫通，1997年6月臨管運營。2002年運量達到1 546萬噸。但是隨著準格爾旗煤礦陸續大量開發，全國煤炭需求的快速增長，大準鐵路成了大秦線在內蒙煤炭東運的重要運輸延伸通道，從2002開始，每年運量以近520萬噸速度遞增。為提升大準鐵路運能，確保營運安全，大準鐵路開始了技術擴能改造，以及九蘇木至二道河區段的復線建設。正線鋼軌也從當初的43kg/m，逐漸更換到50kg/m、60kg/m，直到目前的75kg/m。

由于運量的逐年遞增和列車密度的驟增，鋼軌不同程度的出現了損傷，為了保證運營安全，降低維修工作量和節約維修成本，通過對大準線鐵路歷年的鋼軌損傷情況統計數據進行分析，并提出整改意見。

1 鋼軌傷損情況

1）通過歷年統計數據分析，可看出核傷、掉塊、裂紋是鋼軌傷損的主要類型，這三類傷損之和占鋼軌傷損的82.6%。正線傷損占傷損總數的83.4%，曲線傷損占正線的75.0%，曲線半徑R≤800m鋼軌占傷損的62.1%。

大準線歷年通過總重與傷軌數量對比看，由于累計通過總重的不斷增加，鋼軌傷損也是不斷增加。鋼軌傷損數量2008年比2007年增加59根，2009年比2008年增加108根，2010年比2009年增加185根。2010年以后至2015年，九蘇木至點岱溝雙線的開通運營，由于單線變雙線分流原因，鋼軌傷損數量有所下降。

2）長軌條更換下時每條平均通過總重為391Mt，長軌條所在曲線半徑大部分是800m及以下的小半徑曲線，長軌更換原因主要是鋼軌頂面磨耗嚴重、魚鱗紋發展至掉塊等病害。

3）大準全線自2006年全線換鋪60kg/m以來，未進行過換軌地段統計有148.776km，大部分是直線地段和半徑大于1 000m的曲線地段，平均每公里鋼軌傷損2.46根。

4）斷軌處線路平面條件，直線地段11處、曲線地段27處。曲線上股22處、下股5處，曲線半徑R≤600m地段22處，占斷軌總數的58%。冬季（11月至次年2月）發生20處，占斷軌總數的53%。

2 鋼軌傷損原因分析

1）2011年鋼軌傷損數量與年累計通過總重成正比，呈逐年上升趨勢，原因是通過總重以每年增加100Mt的量增長，鋼軌在列車車輪的不斷碾壓下，出現各種病害，由輕傷逐漸發展到重傷，鋼軌所能承受的通過總重是一定的，根據歷年統計數據，大準線傷損鋼軌的平均通過總重是545Mt/根，因此鋼軌傷損也以每年100根的量增長。從2011年以后至今，鋼軌傷損數量逐年下降，平均每年以100根的傷損數量下降，主要原因是九蘇木至點岱溝雙線的逐年分段開通，原來單線的通過總重，現在變為雙線合計的通過總重，比如二龍間雙線地段，2013年上行線通過總重為105Mt，下行線通過總重為27Mt，如果還是單線運行，則鋼軌承受的通過總重應為132Mt。因此，在雙線運行地段相比原來的單線運行，鋼軌傷損會出現下降趨勢。另一個原因是列車運行分開上下行后列車車輪只從一個方向對鋼軌進行碾壓，與鋼軌承受從兩個方向進行碾壓的力相比，鋼軌出現傷損的周期明顯延長。

2）實際運營中曲線上車輪與鋼軌接觸不合理。曲線不圓順，超高設置不合理，曲線頭尾點位置偏移，導致車輪踏面與軌面接觸不良，造成鋼軌頂面光帶寬窄不一，磨耗不均勻等病害。

3）踏面接觸疲勞魚鱗裂紋傷損。軌頭踏面在輪軌接觸應力作用下形成魚鱗裂紋。在進一步疲勞擴展過程中魚鱗裂紋發生剝離掉塊，由輕傷逐漸發展成掉塊重傷。

4）鋼軌螺栓孔裂紋。輪軌高頻沖擊力、鋼軌振動加速度是螺栓孔產生裂紋的因素。軌道存在的激擾（大軌縫、低接頭、錯牙、剝落掉塊）是加大高頻沖擊力、振動加速度的主要原因；同時道床彈性差、軌下墊板剛度大也可加大沖擊力。鋼軌螺栓孔打眼后，作業人員未對螺栓孔進行倒角，螺栓孔邊角毛刺應力集中也會產生裂紋。

5）新鋼軌踏面的脫碳層較深，鋪設新鋼軌后未對軌頭踏面的脫碳層進行預防性打磨，促進了剝離裂紋的萌生和擴展。

6）線路參數對鋼軌傷損的影響。曲線超高、軌距、軌底坡、正矢的不合理設置，影響了車輪導向力、輪軌沖擊角的大小，加快了鋼軌傷損的發展。

3 減少鋼軌傷損采取的措施

1）可以大量用新材料。在小半徑曲線改用PG4鋼軌，這種鋼軌比較耐磨且抗壓潰和抗塑性變形也效果較好，可以延緩剝離裂紋的產生。

2）加強曲線養護。改善小半徑曲線平順性（將線路中心撥至原設計）、調整線路外軌超高量和軌距（減少15%的曲線超高量、軌距控制在0～-2mm、曲線下股軌底坡調成1/20）減少輪對對軌道沖擊、增強軌道彈性（清篩道床、采用熱塑性彈性體新墊板）。

3）有計劃地安排大型鋼軌打磨車打磨正線鋼軌。對新鋪設的鋼軌進行預防性打磨，消除脫碳層，可以減緩曲線鋼軌踏面壓潰、剝離裂紋和淺層狀剝離掉塊傷損。鋼軌打磨車對已產生剝離裂紋的鋼軌進行幾遍打磨，較好地阻止裂紋向深度方向擴展，對延緩剝離裂紋傷損的產生和發展也有效果。還可利用小型道岔打磨機對道岔轍岔心、尖軌、基本軌和道岔前后的連接短軌進行修理性打磨，可有效防止鋼軌發生裂紋、掉塊等傷損，以延緩鋼軌使用壽命。

4）加強鋼軌檢查。對小半徑曲線、鋁熱焊接頭、小型氣壓焊接頭、道岔尖軌、轍岔等線路薄弱地段加強檢查，發現輕傷鋼軌時應做好標記，查找原因，加強養護，以延緩鋼軌使用壽命。

5）提高焊軌質量。一方面提高焊接人員技術，加強人員的培訓。另一方面嚴格按照焊軌技術流程焊軌，焊接鋼軌焊軌前必須準備充分，鋼軌的表面清理徹底、色澤均勻呈現鋼軌原本色；對鋼軌開裂、掉塊、壓塌等傷損軌頭必須切除；軌端必須平整、垂直，無偏斜。線路上有條件的盡量用移動式閃光焊軌機焊軌，對于臨時斷軌的用鋁熱焊，焊接時，安裝設備前應檢查砂模，符合條件方能使用；嚴格按照標準流程作業。根據使用的焊劑類型和鋼軌型號來嚴格控制預熱時間以及現場氣候條件，應適當延長預熱時間；按照工藝要求時間拆模；熱打磨鋼軌軌頭頂面及兩側打磨至與既有鋼軌基本平齊，冷打磨平順度鋼軌作用邊不超過±0.3mm、頂面不超過+0.3/-0mm。頂面焊縫應高于鋼軌面0.8mm～1.0mm，防止冷卻后造成焊縫低塌；通過對鋼軌傷損原因的詳盡分析，并采取有針對性的預防和減少傷損的具體措施，不僅降低了維修成本，延長鋼軌使用壽命，而且保障了營運安全。