鐵路線路維修中鋼軌尺寸偏差的影響分析

溫宇星

（中國鐵路鄭州局集團有限公司，河南新鄉 453000）

0 引言

鋼軌尺寸偏差在鐵路線路維修、養護等方面，均有極為關鍵的影響，且大多數情況下，隨著鋼軌尺寸偏差量的增大，鐵路鋼軌的使用壽命會明顯縮短。作為鐵路線路維修標準中的關鍵性技術條件，相關施工部門必須將鋼軌尺寸偏差控制在一定的數值限度標準之中。為實現鐵路線路的平穩與安全化行車，相關建筑部件的尺寸數值必須滿足國家所制定的標準約束條件。由于鐵路列車的不間斷高速行駛，車輪結構在整個動態作用過程中會對底部鋼軌產生側向與垂直方向的作用力，且隨著沖擊、振動、搖擺外力強度的增大，鐵路線路鋼軌也會長期處于相對疲勞的存在狀態中[1]。鐵路線路鋼軌從生產出廠到正式鋪設使用的過程中，不會再經歷其他的加工處理，因此，鋼軌設備的各部分尺寸都必須嚴格遵守規定，也只有按照規格標準尺寸進行軋制的鋼軌，才能完全滿足鐵路運輸行業的實際發展需求。

1 標準軌與短尺軌

現階段國內鐵路線路所使用鋼軌的標準長度由25.0 m、12.5 m兩種類型組成，而用于曲線鐵路中的鋼軌則由24.84 m、24.92 m、24.96 m、12.38 m、12.42 m、12.46 m等6種類型共同組成。在實際施工過程中，確定這些線路鋼軌的標準長度值極為必要。規定鋼軌的標準長度數值，不僅有利于鐵路線路設備的標準化處理，也能在一定程度上輔助機械化施工作業的順利進行，從而提高維修養護技術的施工效率，降低鐵路線路維修所需的消耗成本。

在鐵路鋼軌生產與制造的過程中，由于人為疏忽、數值偏差等問題，不可避免地會出現大量不滿足長度標準的“短尺軌”，特別是隨著機械化施工技術的逐漸普及，“短尺軌”現象的發生概率更是不斷增大，由于該類型鐵路鋼軌所占的產出比重過大，除站內正線建設外，一部分鋼軌也被用于外部鐵路線路的建設，甚至被直接應用于區間干線之上?！岸坛哕墶本€路的持續增多，導致鐵路線路的尺寸不再趨于整齊化，有時甚至會造成無法配對情況的出現，對單根獨長鋼軌的利用帶來極為不便的影響。

由于“短尺軌”的影響，每公里鐵路線路需要增加多個鋼軌接頭。L代表鐵路鋼軌的標準長度值，在“短尺軌”長度為l的情況下，每公里鋼軌接頭數量R=。

2 長度尺寸偏差

由于鋼軌的長度水平會在軌溫影響下出現伸縮變化形式，因此為實現鐵路線路的有效維修，應對鋼軌的標準長度進行統一定義。所謂鐵路鋼軌的標準長度，是指標準軌溫下，鐵路線路測量所獲得的鋼軌長度數值。在實際施工過程中，由于外力作用、力學誤差等條件的影響，鐵路線路維修允許一定偏差數值的存在，但要求該數值結果必須保持在一定的實值區間之內[2]。在單根換軌施工中，若使用鋼軌的長度數值不能處于理想化數值區間內，易導致列車脫軌、行駛振蕩等情況的出現。因此，在鐵路鋼軌不能在原長狀態下使用時，應在軌道淬火層部分增加端頭螺栓孔，并借助堅固的鋼型材設備，對薄弱鋸截面進行加固處理。

設ΔD代表“短尺軌”與標準鋼軌之間的長度差數值，ρ代表鋼軌軌縫系數，聯立上述物理量，鐵路線路維修過程中的鋼軌長度尺寸偏差值P=。

當鋼軌長度的正偏差與負偏差結果同時達到最大值狀態時，應以具有正偏差的鋼軌更換具有負偏差的鋼軌，而當尺寸偏差量與鐵路軌縫相等時，可默認線路鋼軌的軌縫數值為零。

3 斷面尺寸偏差

鐵路線路鋼軌的斷面尺寸偏差由軌腰高度、軌頭高度、軌底寬度、鋼軌高度、軌頭寬度等多個零部件的尺寸偏差數量值組成，一般情況下鋼軌斷面尺寸偏差會對鐵路線路的維修質量造成直接影響。當鋼軌高度或軌頭高度出現尺寸偏差情況時（即魚尾板上部軌頭部分的高度數值與理想數值不一致），鋼軌連接后的接縫部分就會出現明顯的上下級錯口；而當軌頭寬度出現尺寸偏差情況時，鋼軌連接后的接縫部分則會出現左右級錯口（圖1）。

圖1 鋼軌斷面示意

在已知鐵路線路維修情況的基礎上，可認為軌腰高度與魚尾板連接能力之間具有密切聯系，若軌腰偏差數值較大，則會導致魚尾板高度偏差持續縮小，造成魚尾板不能與鋼軌下額部分進行較好貼合，最終使魚尾板不能發揮其自身的穩定性作用，促使鋼軌接頭處出現明顯的振動現象[3]。若軌腰偏差數值較小，則會導致魚尾板高度偏差持續增大，促使魚尾板不能快速靠近鐵路鋼軌的軌腰部分，導致列車車輪對魚尾板外緣造成嚴重磨損。由于鋼筋混凝土軌枕的大量鋪設，魚尾板的物理承載能力也可得到大幅提升，這樣鋼軌斷面的尺寸偏差將不會對鐵路線路維修造成影響。

4 斷面不與垂直軸線成對稱關系

軸線是指通過鋼軌中心位置的物理延長線，隨著列車行駛，其所指方向會出現一定程度的偏離變化，但由于鋼軌尺寸偏差數值的影響，該項數值指標的存在情況很難會出現不斷擴張的變化趨勢[4]。所謂鋼軌斷面是指在鐵路線路維修過程中，由于兩個不連接鋼軌硬性連接所產生的物理截面，一般情況下，斷面所占的物理面積越大，鋼軌結構的尺寸偏差量也就越大，反之則越小。

若鋼軌斷面與垂直軸線之間不能保持良好的對稱關系，則會導致兩個相鄰鋼軌之間出現相對的物理作用力，一方面對鐵路上行駛的列車造成上浮的托舉力作用，另一方面也會出現明顯的向心指向力，不僅加劇了線路鋼軌的實際磨損程度，也會使鋼軌表面呈現相對光滑的表現情況。表1反映了標準鋼軌與“短尺軌”在斷面與垂直軸線保持不對稱關系情況下，實際尺寸偏差對鋼軌承力能力造成的影響。

表1 非對稱關系下鋼軌尺寸偏差對鋼軌承力能力的影響

5 螺栓孔位置偏差

螺栓孔是連接設備的作用位置，通常情況下，可將兩個完全獨立的鐵路線路鋼軌固定在一起，在實際維修過程中，相鄰兩個螺栓孔所處位置的物理距離越遠，鋼軌尺寸的偏差量也就越大。在標準情況下，鐵路鋼軌軌縫等于8 mm，此時魚尾螺栓、魚尾板螺栓都處于一個相對寬松的連接狀態。若已知鋼軌的實際重量水平，則可認為螺栓孔位置偏差是影響鐵路線路維修質量的唯一因素[5]。現階段大多數鐵路線路鋼軌均采取無縫連接的形式，相鄰螺栓孔位置偏差量基本等于0.5 m或0.6 m，當該項物理量數值水平過大時，鋼軌結構易因物理承載力過大，出現斷裂或彎折的情況。當該項物理量數值水平過小時，螺栓孔處的連接螺栓易因膨出作用而向外不斷外移，并最終脫落進入列車的行駛軌道之中，造成列車脫軌事件的出現。

因此，在設置螺栓孔位置偏差量數值時，應綜合考慮多項因素，在保障鋼軌物理承載能力的同時盡量將螺栓放置在相對較遠的連接位置處，一方面避免外部壓力過大，對軌道結構造成的彎曲性影響，另一方面也可最大限度延長列車的實際行進距離。當螺栓孔位置偏差量數值不斷趨近于0.5 m時，鋼軌尺寸的偏差量也會逐漸靠近其最小數值，獲得理想的鐵路線路維修結果。

6 結束語

為獲得理想化的鐵路線路維修效果，應從長度尺寸偏差、斷面尺寸偏差等多個方面同時著手，在控制鋼軌尺寸偏差數值量水平的同時，提升鋼軌結構的物理力學承載能力，從而為列車行駛提供一個相對穩定且可靠的環境，使乘客的生命安全得到有效保障。