京九線鋼軌狀態(tài)分析及整修的探索與實(shí)踐

徐春山

（中國(guó)鐵路南昌局集團(tuán)公司九江橋工段,江西 九江 332000）

0 引言

京九線為雙線鐵路，沿線是我國(guó)東中部結(jié)合地帶，在國(guó)家梯度開發(fā)戰(zhàn)略中處于溝通南北、承東啟西的重要地位。“大京九”的誕生為緩解運(yùn)輸壓力，增加相關(guān)通道能力創(chuàng)造了條件。原鐵道部將京九鐵路定位為“以貨為主、兼顧客運(yùn)”，是中國(guó)鐵路貨運(yùn)最繁忙的干線之一。九江管轄地段坐落于江西最北端，串聯(lián)湖北、江西兩省，處于京九線咽喉部位，運(yùn)輸壓力大，維修天窗緊張，同時(shí)毗鄰鄱陽湖和廬山，晝夜溫差大，鋼軌傷損發(fā)展速度較快，鋼軌重傷頻發(fā)。為有效緩解鋼軌的磨耗與滾動(dòng)接觸疲勞損傷[1]，該文選取九江橋工段內(nèi)上下行線路為研究對(duì)象，采用長(zhǎng)期跟蹤實(shí)驗(yàn)的研究方法，對(duì)京九線在役鋼軌的損傷情況進(jìn)行全面統(tǒng)計(jì)分析，提出科學(xué)的鋼軌整修策略。

1 研究工況

九江工段管內(nèi)京九線上行線的管轄范圍為K1277+000~K1424+425、下行線K1277+000~K1428+000，正線累計(jì)298.643 km，由南潯鐵路演變而來，建設(shè)年代久遠(yuǎn)，設(shè)備基礎(chǔ)薄弱，運(yùn)輸壓力大，維修天窗資源不穩(wěn)定，重傷率居高不下。該段管內(nèi)上行線以包鋼鋼軌為主，下行以攀鋼鋼軌為主；曲線地段累計(jì)為45.848 km，總占比為15.4%，其中半徑在800~1 200 m 的曲線占比60%，半徑小于800 m的曲線占比5%。近五年來，京九線平均百公里重傷數(shù)量高達(dá)4.8 處，鋼軌防斷壓力巨大。該段上行鋼軌最近一次大修日期大多為2008—2009 年，年通道總重40 Mt，累計(jì)通過總重約700 Mt；下行鋼軌最近一次大修日期大多為2016 年前后，年通過總重87 Mt，累計(jì)通過總重約600 Mt，整體呈現(xiàn)上行服役時(shí)間長(zhǎng)、下行運(yùn)量大等特點(diǎn)。

2 鋼軌損傷情況現(xiàn)場(chǎng)跟蹤實(shí)驗(yàn)

2.1 鋼軌上道服役年限分析

京九上行正線鋼軌上道年份2007—2008 年占比31.04%，上道年份2010—2011 年占比14.71%，上道年份2015—2017 年占比29.9%，上道年份2022 年占比21.17%，詳情見圖1。

圖1 京九上行正線鋼軌上線時(shí)間統(tǒng)計(jì)

京九下行正線鋼軌上道年份2010—2014 年占比10.16%，上道年份2015—2016 年占比78.36%，上道年份2021—2022 年占比10.06%，詳情見圖2。

圖2 京九下行正線鋼軌上線時(shí)間統(tǒng)計(jì)

2.2 通過總重分析

京九正線鋼軌通過總重統(tǒng)計(jì)見圖3，從圖中可看出，上行線通過總重0~500 Mt 占比52.28%，通過總重在500~700 Mt 占比15.94%，通過總重在700~1 000 Mt 占比31.78%，上行年通過總重為40 Mt，截至2022 年末，通過總重超700 Mt 的地段鋼軌較多。

圖3 京九正線鋼軌通過總重統(tǒng)計(jì)

京九下行正線鋼軌通過總重在0~500 Mt 占比10.06%，通過總重在500~700 Mt 占比80.71%，通過總重在700~1 000 Mt 占比9.23%，下行年通過總重為87 Mt，預(yù)計(jì)2023 年末通過總重超700 Mt 地段占比將達(dá)68.99%。

2.3 重傷數(shù)量分析

2018—2022 年京九正線及上下行線重傷累計(jì)如圖4所示，從圖中可知京九正線總重傷數(shù)均逐年增加，但上行漲幅較為平緩，下行漲幅變化較大，尤其2020 年較2019 年增加近一倍，2021 年較2020 年增加60%。近5年京九線重傷數(shù)累計(jì)1 433 處，主要以接觸性疲勞引起的橫向裂紋為主，占比54.5%；其次是焊縫傷損，占比34.7%。直線地段重傷為240 處占比16.7%，曲線地段重傷為536 處占比37.4%，曲線地段重傷主要集中半徑800~1 200 m 為320 處，半徑800 m 以下為186 處，半徑1 200 m 以上30 處。

圖4 京九正線鋼軌重傷數(shù)量統(tǒng)計(jì)（2018—2022年）

綜上：京九線傷損主要以接觸性疲勞引起的橫向裂紋為主，且主要集中在曲線半徑800~1 200 m 區(qū)段。

3 鋼軌整修策略

3.1 線路大機(jī)打磨策略

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)跟蹤實(shí)驗(yàn)結(jié)果，鋼軌檢查月在季度末，2021 年3 月—2022 年3 月正線鋼軌重傷分別為8 處、10處、9 處、12 處、38 處，傷損總體呈逐季度遞增的趨勢(shì)。針對(duì)此種損傷趨勢(shì)，2022 年5 月采取集中修的方式，開展線路大機(jī)打磨工作。主要打磨策略[2]如下：

（1）對(duì)鋪設(shè)上道后新鋼軌的打磨預(yù)打磨，去除軌面脫碳層；消除鋼軌在生產(chǎn)、焊接、運(yùn)輸和施工過程中產(chǎn)生的表面缺陷，改善焊接接頭和線路的整體平順性。

（2）對(duì)已產(chǎn)生病害鋼軌的進(jìn)行修理性打磨，治理鋼軌波磨；消除或減緩鋼軌滾動(dòng)接觸疲勞裂紋、硌傷和擦傷等病害，如圖5~6 所示。

圖5 打磨前后鋼軌平滑性

圖6 打磨前后鋼軌廓形偏差指數(shù)對(duì)比

（3）對(duì)直線地段鋼軌服役狀態(tài)較好、基本沒有明顯鋼軌病害的，采用“一遍式”的打磨策略對(duì)鋼軌進(jìn)行軌面全覆蓋打磨，修正軌頭廓形，改善軌面狀態(tài)[3]。

（4）對(duì)曲線地段鋼軌服役狀態(tài)較差的，針對(duì)不同鋼軌傷損類型及程度，提出了“漸進(jìn)式”的打磨策略，通過多次打磨抑制及緩解鋼軌傷損的發(fā)生和發(fā)展，并逐步修正軌頭廓形。

2022 年5 月集中修期間，安排鋼軌大機(jī)打磨972 遍/km，打磨后鋼軌軌距角病害得到緩解，鋼軌表面波磨軌狀態(tài)及平直度得到顯著提高。京九線線路鋼軌廓形偏差指數(shù)GQI 評(píng)分，打磨前其平均分62.5、下行GQI 平均分64.9；打磨后GQI 評(píng)分均在87 以上，其中上行平均分為87.9、下行平均分為89.1，經(jīng)打磨后廓形得到大幅提高，輪軌關(guān)系得到改善。打磨后，京九線2022 年下半年區(qū)間鋼軌重傷為10 處，較2022 年上半年減少40 處，經(jīng)打磨后重傷數(shù)量下降明顯。

3.2 設(shè)置合理欠超高

通過對(duì)鋼軌側(cè)磨及其對(duì)應(yīng)的曲線超高測(cè)量結(jié)果表明，相同曲線半徑條件下，隨著超高的減少，鋼軌側(cè)磨總體呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。這主要是由于隨著超高的增加，列車通過曲線時(shí)的沖角變大，從而增加上股的側(cè)磨，如圖7 所示。為此，對(duì)發(fā)生嚴(yán)重側(cè)磨的曲線，在堅(jiān)持準(zhǔn)確測(cè)速確定平衡超高的基礎(chǔ)上，設(shè)置10%~15%的欠超高。如京九線下行同一區(qū)間的K1360+900~K1361+470、K1363+045~K1363+600 曲線半徑均為815 m，列車通過速度為110 km/h，K1361 曲線為平衡超高側(cè)磨發(fā)展速率為0.2 mm/月，K1363 曲線在平衡超高基礎(chǔ)上設(shè)置10%欠超高側(cè)磨發(fā)展速率為0.1 mm/月。

圖7 鋼軌曲線超高應(yīng)力示意圖

3.3 鋼軌日常排查整治策略

2022 年以來外單位接連出現(xiàn)鋼軌折斷，暴露出鋼斷軌隱患十分突出，失控?cái)嘬壢匀淮嬖?，為進(jìn)一步規(guī)范鋼軌管理，全面掌握管內(nèi)鋼軌及焊縫狀態(tài)，深刻吸取外單位斷軌故障教訓(xùn)，鋼軌日常排查整治策略如下：

（1）開展管內(nèi)鋼軌及焊縫排查整治工作，重點(diǎn)對(duì)鋼軌出廠年月、軌型、鋼種、生產(chǎn)廠、鋼軌狀態(tài)進(jìn)行排查，對(duì)各類焊縫平直度、距軌枕邊位置、溢流飛邊、軌枕空吊、表面狀態(tài)等進(jìn)行排查，對(duì)超期服役、狀態(tài)不良的鋼軌焊縫進(jìn)行更換，通過排查2022 年已完成102 處超期服役及不良鋼軌及焊縫更換，有效地消除了斷軌的風(fēng)險(xiǎn)。

（2）充分利用軌檢車波形圖進(jìn)行防斷拾遺補(bǔ)缺。九江橋工段通過對(duì)軌檢車波形圖進(jìn)行精細(xì)分析，重點(diǎn)對(duì)短波高低分析，對(duì)不平順地方及時(shí)安排人員復(fù)核，如線路幾何尺寸有問題及時(shí)安排整治，如現(xiàn)場(chǎng)焊縫存在低塌及時(shí)安排更換，2022 年分析出短波高低180 處，經(jīng)復(fù)核現(xiàn)場(chǎng)46 處焊縫不良，其中高焊縫6 處，低焊縫25 處，均安排打磨處理；焊縫打塌15 處，全部更換下道，有效控制斷軌風(fēng)險(xiǎn)。

（3）積極開展小機(jī)打磨，消除打磨受限區(qū)域。九江橋工段日常積極開展小機(jī)打磨工作，2022 年全年共計(jì)完成小機(jī)打磨道岔200 組，對(duì)尖、心軌鋼軌?mèng)~鱗傷，鋼軌肥邊，低扣焊縫預(yù)防性打磨，實(shí)現(xiàn)整組道岔貫通打磨，提高道岔區(qū)域的整體平順性，延長(zhǎng)軌件使用壽命。

3.4 科學(xué)選用新上道鋼軌類型

科學(xué)選用上道鋼軌可以延長(zhǎng)鋼軌使用壽命，減少軌道養(yǎng)護(hù)維修工作量，提高鋼軌的綜合使用效益，根據(jù)鐵路的線路狀態(tài)和載荷條件鋪設(shè)不同材質(zhì)和強(qiáng)度等級(jí)的鋼軌。在年通過總重≥5.0×107t 的線路上，在直線和大半徑曲線上選用U75V 熱軋鋼軌，半徑≤1 000 m 的曲線上選用強(qiáng)度等級(jí)為1 180 MPa 級(jí)的U75VH 熱處理鋼軌；在年通過總重＜5.0×107t 的線路上，直線和大半徑曲線選用U71Mn 熱軋鋼軌，在半徑≤800 m 曲線選用U71MnH或U75VH 熱處理鋼軌；普速道岔用軌（包括基本軌、尖軌、轍叉翼軌及叉心軌）優(yōu)先選用貝氏體鋼道岔尖軌和貝氏體鋼轍叉部件或選用U75VH 在線熱處理鋼軌，不選用離線熱處理鋼軌。

4 結(jié)論

該文針對(duì)京九線鐵路在役鋼軌服役狀態(tài)，開展了普速鐵路在役鋼軌整修的幾點(diǎn)探討，得到如下主要結(jié)論：

（1）江橋工段管內(nèi)京九線運(yùn)輸壓力大，天窗資源緊張，道床基礎(chǔ)差，鋼軌服役年限長(zhǎng)，通過總重大，重傷率位于南昌局前列，鋼軌整治已到刻不容緩的地步。

（2）鋼軌打磨可以有效治理和控制鋼軌的波磨、表面裂紋、剝離掉塊等疲勞傷損，改善輪軌接觸狀況，延長(zhǎng)鋼軌的使用壽命，選擇合理的打磨廓形及方式能有效修復(fù)鋼軌狀態(tài)，有效減少重傷的產(chǎn)生。

（3）積極開展鋼軌及焊縫排查整治工作，對(duì)超期服役、鋼軌狀態(tài)不佳的鋼軌和焊縫及時(shí)進(jìn)行更換，能主動(dòng)減輕防斷壓力，有利于鋼軌的日常管理。

（4）在直線上不宜鋪設(shè)高硬度的熱處理鋼軌（除多個(gè)曲線的夾直線外），曲線半徑鋼軌應(yīng)視年通過總重及曲線半徑而定，有時(shí)鋼軌磨耗太少，出現(xiàn)的問題比不耐磨出現(xiàn)的問題更復(fù)雜，因此，合理選用鋼軌類型能提高鋼軌使用壽命[4]。