城市軌道交通折返線道岔典型病害及治理策略研究

周維漢

摘 要：隨著國內城市軌道交通的快速發展和網絡化運營，快速、準時、安全、可靠、平穩、舒適已逐漸成為乘客心中軌道交通的代名詞，選乘軌道交通也已是居民出行的主要交通方式之一，隨之而來的便是客流的不斷攀升、行車密度的不斷增大和設備運行的高度疲勞，也給軌道交通養修人員帶來了嚴峻的挑戰。本文主要探討了作為軌道交通行車關鍵設備之一的終點站折返道岔會出現的主要典型病害類型，多方面分析了病害產生的原因、機理，并現場整改探索，驗證總結了多種可行的整治措施。

關鍵詞：折返道岔 滑床板 尖軌 基本軌 轍叉 波磨 剝離掉塊 裂紋

軌道是城市軌道交通的行車基礎，是電客車運行的關鍵設備之一，道岔又是軌道中最薄弱、最復雜、最重要的設備，終點站折返道岔更是重中之重，在軌道交通運行中起著舉足輕重的作用，它不僅影響客車的便捷運轉，也影響線路的充分利用，一旦出現故障，會直接造成客車晚點、掉線或線路中斷等情況，嚴重時還有可能出現脫軌、傷亡等事故。

終點站折返道岔，隨著行車間隔的不斷縮小，使用頻次非常之高，由于受地下空間、工程造價的限制，折返線設計之初通常不選用最有利于行車的大號、可動心軌道岔，加之地下線建設施工條件差造成諸多難以整改的施工缺陷，導致電客車在折返線的實際運行環境常常很差，輪軌接觸關系、接觸應力異常復雜，最終造成折返道岔的問題病害多樣復雜、難以根除，也使得折返線軌道養修的任務更重、難度更大、成本更高。因此，在軌道交通線路的日常養修中，折返道岔是軌道養護人員研究分析的最重要課題之一，若要保證軌道設備的安全可靠，首當其沖必須加強對折返線道岔的狀態檢查、病害分析、措施制定、深度精修和精細化管理，這樣才能保障軌道交通行車的快速便捷、安全準時。

1 折返道岔典型病害

折返線道岔，一般由不少于4組的站后道岔和2組站前道岔組成，困難情況下只有站后道岔。由于站后便于快速折返，站前只用于應急，因此，問題病害主要集中發生在站后道岔，尤其臨近車站的兩組。從軌道的組成來看，轉轍部分主要病害有滑床板的脫焊或折斷、尖軌的不均勻側磨及剝離掉塊、基本軌的波磨等；導曲部分主要病害有導曲軌的不均勻側磨；轍叉部分主要病害有岔心的疲勞裂紋及剝離掉塊等。另外，還有前順坡處的肥邊、尖軌尖的軋傷、墊板的折斷、基本軌的硬彎、護軌的磨耗等，這里不做贅述。

1.1 滑床板脫焊、折斷

滑床板病害通常表現為滑床臺與底板脫焊、底板折斷、臺板折斷。脫焊主要分布在曲股側第9-16塊之間，通常從壓嘴側開始出現裂紋，并向另一側發展、延伸；折斷主要分布在第5-15塊之間，主要從基本軌軌底處也即臺板壓嘴下方斷裂，臺板折斷一般較少發生，主要集中在銷釘上方。

蘭州1號線近年來滑床板脫焊、折斷約300余塊，分析其主要原因為：（1）焊筋質量不高。滑床板一般由滑床臺（16mm鋼）與底板（Q235鋼）焊接而成，由于其焊接質量不高，往往焊筋堆焊高度不足、不均勻，極易導致焊縫從薄弱處、應力集中處出現脫焊、撕裂情況。（2）受力異常復雜。基本軌內側由彈片和滑床板壓嘴扣壓，客車過道岔曲股時基本軌受離心力外傾，基本軌軌底外翻上翹使應力傳至滑床板壓嘴，導致滑床臺與底板間反復受拉力作用開焊或撕裂，尤其第9塊滑床板處于半徑為200m的曲尖軌曲線起點，基本軌橫向開始受離心力作用并傳至壓嘴，與此同時該處也為尖軌頂寬50mm以后，垂向承受客車全部動態荷載，滑床板受力復雜多變且急劇增大，導致第9-16塊滑床板極易出現疲勞傷損、脫焊折斷。（3）鋼材強度不夠。主要是Q235鋼強度本身不高，容易在周圍工況較差的基礎上發生底板折斷。（4）施工質量不好。建設期地下施工精度往往不高，造成采用短枕鋪設的軌底坡容易出現反坡或整組枕面非同一平面，導致滑床板受力不良不均、交變復雜，導致出現脫焊、折斷。（5）膠墊彈性不足。正線折返線一般為彈性差、剛度大的整體道床， 加之滑床板下橡膠墊板僅為8mm，提供的緩沖作用有限 ，電客車在高頻次折返通過整體道床道岔時，對滑床板的沖擊破壞更大。

1.2 尖軌、導曲軌不均勻側磨、剝離掉塊

折返線道岔尖軌，尤其離車站最近、常處曲股側兩組，使用頻次最高，電客車清客后折返時，短時間內在小半徑、短長度的折返道岔進行了列車啟動、加速、減速、過曲線等過程，加之轉轍部分結構復雜、工況較差，在車輪蠕滑與滾動交錯、離心剪切沖擊與豎向荷載沖擊等交變作用下，尖軌受力異常復雜，陸續出現不均勻側磨、垂磨、疲勞裂紋，并不斷加劇、擴展、延伸，進而出現壓潰碎裂、剝離掉塊、塑流肥邊。蘭州1號線運行3年尖軌便出現嚴重病害，主要集中出現在第一牽引點至第二牽引點、尖軌跟端位置，這也是道岔十分常見、難易根治的病害，甚至部分地鐵出現半年更換的情況。如若轉轍部分還存在尖軌線型不良、密貼不良、翹頭拱腰、滑床板空吊、基本軌橫移、小方向不良等情況，尖軌的不均勻側磨、剝離掉塊會更加頻繁萌生、發展，嚴重降低尖軌的使用壽命和安全可靠性，產生的剝離掉塊還可能造成道岔卡阻，影響道岔扳動、行車運輸。

導曲軌處于尖軌跟端的相鄰部分，若存在曲線圓順性不好、接頭處硬彎、道岔前后整體幾何形位不佳等情況，很容易引起車體在導曲線的橫向激勵振動，車體的蛇行運動加劇，從而導致輪軌間的接觸交變應力異常增大，最終在導曲軌作用邊形成振蕩型的不均勻側磨、肥邊，甚至掉塊。

1.3 曲基本軌波磨

折返線道岔曲基本軌，與曲尖軌處于同一運行工況，在列車啟停、加減速、過小半徑曲線時，輪軌間的蠕滑與滾動交變作用、法向力的不斷波動等因素引發了輪軌的粘滑振動，粘滑振動的產生進一步導致鋼軌踏面塑性變形，最終形成波磨，若軌道的平順性較差、基本軌彎折不良，在高密度的輪軌相互作用下，久而久之出現嚴重波磨、疲勞擦傷、壓潰碎裂，尤其臨近車站兩組。

1.4 叉心疲勞裂紋、壓潰掉塊

折返線道岔岔心通常選用9號固定轍叉，由于存在有害空間，電客車通過不連續、間斷的軌道線路時，車輪對轍叉心的表面形成一個錘擊作用，加之翼軌垂磨的不斷增大，上述錘擊或碾壓沖擊更加劇烈，于是叉心表面集中出現疲勞微裂紋等塑性損傷，最終擴展、延伸為壓潰裂損、蜂窩狀點蝕、剝離掉塊。

2 典型病害治理策略

2.1 滑床板脫焊、折斷的整治

針對道岔滑床板脫焊、斷裂，從分析的原因入手，可考慮以下措施開展整治：（1）增加滑床臺與底板之間的連接強度。在新線設計之初優化設計，增加滑床板與底板之間的堆焊高度，或在既有線更換焊筋堆高更足的滑床板，如蘭州地鐵將焊筋為5mm的滑床板換為焊筋為8mm的滑床板，滑床板脫焊的概率大幅度下降；也可選用整鑄型滑床板或高強度鋼質型滑床板；還可對已上線的滑床板進行技術改造，通過從底板底部鉆孔（不鉆穿）、攻絲后與滑床臺栓接，并將底板長出螺桿切除、焊接、磨平，通過蘭州上線現場檢驗，滑床板脫焊的概率也是大幅度降低。（2）選用或改造為設有軌撐的滑床板，提高電客車通過曲尖軌時基本軌的抗傾覆能力，以此減小滑床板壓嘴處的受力。（3）對澆筑為反坡的軌枕表面進行削坡處理。通過打磨枕面或采取楔形墊板使滑床板處在設計的平面，在電客車通過曲尖軌時減小壓嘴的部分復雜受力。（4）定期更換滑床板下失效膠墊。通過觀察、檢測因滑床板涂油造成的板下膠墊彈性，當膠墊彈性大幅下降時，總結經驗定期更換失效膠墊。（5）板下更換為彈性更好的高強度橡膠墊板。從碎石道床道岔對比可知，增加軌枕與滑床板之間的緩沖作用有利于減少折斷。（6）減少滑床板偏磨或空吊問題。針對滑床板臺面出現偏磨、劃傷、空吊等情況，及時打磨、墊高，必要時更換滑床板。

2.2 尖軌、導曲軌不均勻側磨、剝離掉塊的整治

電客車通過曲股尖軌時，由于折返道岔高頻次的轉換使用，不均勻側磨不斷加劇，加上疲勞性塑變，隨之出現掉塊，根據蘭州1號線嘗試的經驗，可考慮采取以下措施：

（1）通過垂直打磨機或角磨機及時修理性打磨尖軌的疲勞裂損或剝離掉塊、預防性打磨消除尖軌表面微細裂紋和整修輪軌接觸面，防止尖軌面病害惡化發展或掉塊造成道岔卡阻。

（2）優化調整道岔轉轍部分的方向、高低、軌距變化率，使其直股更順直、曲股更圓順。

（3）檢查、矯正直、曲尖軌線型、翹頭、拱腰，調整尖軌的抗點、假密貼，減少密貼不良造成尖軌斷面變形使得輪軌接觸應力更加復雜。

（4）調整臨近涂油器出油，適當增加曲尖軌附著油脂，減小輪軌間應力，減緩輪軌間磨耗。

（5）增加電客車的啟停距離，適當降低速度通過道岔區域，減小輪軌間沖擊力。

（6）通過對導曲軌人為設置5mm超高，并對前后順坡處理。從現場數據來看，導曲軌側磨有一定改善。

（7）通過調邊使用導曲軌，最大程度提高鋼軌壽命。

2.3 曲基本軌波磨的整治

基本軌波磨頻繁復發、無法根除，可考慮以下減緩措施：

（1）通過及時采取預防性打磨措施去除產生的初期波磨、疲勞裂紋和修復性打磨壓潰掉塊，改善輪軌接觸條件，防止病害的進一步惡化，減緩波磨、疲勞性傷損的發展。

（2）精細化調整轉轍部分和導曲部分的小高低、碎方向和矯正曲基本軌的彎折，減少施工造成的初始不平順和不圓順，提高行車平順性。

（3）檢查、調整道岔及前后的大方向、長平，擴大維修面，減少行車的不利條件。

2.4 轍叉心裂紋、壓潰掉塊的整治

轍叉病害，通常在全線道岔均會頻繁產生，可采取以下措施：（1）定期通過角磨機及時消除心軌微裂紋、翼軌肥邊，預防病害惡化為剝離掉塊，改善有害空間部位的輪軌接觸條件。（2）適當對轍叉心墊高，減少車輪對轍叉心的沖擊力。（3）更換、提高轍叉部位橡膠墊板彈性，加大轍叉對車輪作用力的緩沖作用。（4）切除病害部位，用高錳鋼焊條進行焊補處理，延長轍叉使用壽命。

3 結語

城市軌道交通終點站折返道岔，因其位置特殊、結構復雜、零件薄弱，導致其尤為重要、受力異常、病害繁多。常見的典型病害主要為尖軌、滑床板、基本軌、導曲軌和轍叉的傷損問題，這些是軌道養修的難點頑疾，也是國內外軌道交通治理的難題。經過對蘭州軌道交通現場設備出現的病害深入調查分析，從病害發生的機理、先期設計缺陷、后期施工問題入手，制定了多種可行的措施，包括提高加強設備強度、優化精調幾何尺寸、及時消除初期病害、改善改良運行工況等，經過整治、驗證，上述維護措施均取得了不錯的治理效果，提高了城市軌道交通關鍵設備的安全可靠度，延長了薄弱零部件的使用壽命，減少了物資、人力不必要的浪費，也為折返線道岔的維修整治總結了一定的成功經驗。

參考文獻：

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