大秦鐵路鋼軌使用壽命和延長措施研究

趙國震

摘 要：近年來，隨著大秦鐵路全線運量的不斷上升，鐵路負載也在不斷加大，已成為世界上年運量最大的鐵路干線，但其鋼軌的磨損程度和使用壽命也在隨之下降和縮短。針對大秦鐵路的運營現狀，對如何延長鋼軌的使用壽命進行了探討，以供有關鐵路運輸人員參考和借鑒。

關鍵詞：大秦鐵路；使用壽命；鋼軌；鐵路運輸事故

中圖分類號：U213.4 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.18.080

大秦鐵路作為我國重要的重載鐵路之一，在我國乃至世界的重載鐵路干線中占據著重要地位，極大地推動了我國鐵路運輸事業的發展，解決了我國長期存在的鐵路運煤緊張問題。于1992年全線通車的大秦鐵路自山西省大同市出發到達河北省秦皇島市，是我國鐵路發展的重要里程碑之一，全長超過600 km，縱貫北京、天津等我國重要省市，在西煤東運戰略中發揮著不可替代的作用，為我國東部地區的經濟建設作出了卓越的貢獻。大秦鐵路自運營開始，一直致力于實現鐵路運煤的最高效率，取得了較大的成果，年運量目前已超5.0×108 t。然而，高強度的運營加劇了鐵路鋼軌的磨損，加大了鐵路維護人員維修和檢查的難度，更是在一定程度上提高了鐵路運輸事故的發生概率。

1 重載鐵路的發展現狀

在鐵路運輸事業發展的早期，重載鐵路常是一個令人回避的話題，原因在于重載鐵路的建設不僅需要超高的成本，更需要相關技術人員的參與和煩瑣的后期維護，且因重載鐵路鋼軌斷裂而引發的鐵路事故屢見不鮮。然而，隨著工業的發展，煤和礦石的開采量不斷增大，國際上對運煤干線，尤其是重載鐵路的建設日益迫切，重載鐵路進入了全新的發展時期。

在國際上，許多發達國家都將重載鐵路的發展放在鐵路發展的首位，給予了極高的重視。在美國等發達國家，重載鐵路從建設到發展、維護，已經形成了一整套完善的體系：在建設方面，采用了具有高強度、高耐磨性的鋼材；在維護方面，有專業的鐵路技術人員打磨鋼軌，有些發達國家使用潤滑劑提高鋼軌的使用壽命。

2 大秦鐵路鋼軌容易出現的損傷

隨著鐵路運營事業的快速發展，雖然具有先進的設備和維護人員，但大秦鐵路還是受到了一定的損傷。通過鐵路技術人員的不斷研究發現，大秦鐵路鋼軌損傷主要分為裂紋、擦傷和掉塊等形式。

2.1 裂紋

研究表明，大秦鐵路鋼軌出現的裂紋主要為橫向裂紋，分為鋪設前裂紋和運營中出現的裂紋兩種：早期出現的裂紋主要是因用于鋪設鋼軌的鋼材沒有完全回火，進而導致鋼軌內部組織斷裂，在表面處形成裂紋，嚴重影響了列車的運行和運煤效率；運營中出現的裂紋主要是因列車在運行過程中會產生循環的高強度應力，鋼軌不僅要受來自列車的垂直應力，還要受列車與鋼軌中存在的橫向摩擦力，導致鋼軌表面出現裂紋，且裂紋在列車的進一步壓迫下會向鋼軌深部拓展，最終導致鋼軌斷裂，給鐵路運煤埋下了極大的安全隱患。

2.2 擦傷

對大秦鐵路的鋼軌進行了多次試驗，試驗結果表明，大秦鐵路鋼軌在高強度運營下極易出現表面擦傷，進而降低鋼軌的承載強度。鋼軌出現擦傷的原因主要分為以下3點：①由于運煤列車常行駛在坡度大、距離長的路段，較長的運輸距離會弱化鋼軌的承載作用，并擦傷鋼軌，長時間擦傷會導致鋼軌出現橫向斷裂。②列車在轉彎過程中，車輪與鋼軌之間易因大面積接觸而產生較大的應力，進而擦傷鋼軌。③列車在車站啟動或制動時，車輪與鋼軌之間長時間的相對滑動會導致擦傷更加嚴重。此外，車輪啟動困難時，鋼軌會受高強度的橫向應力，進而導致擦傷。

3 大秦鐵路鋼軌使用壽命分析

針對上述大秦鐵路鋼軌易出現的各種損傷，及其損傷發生的各種規律，研究人員在掌握各種損傷類型的基礎上，努力探索鋼軌損傷的一般規律，從而延長鋼軌的使用壽命，提高大秦鐵路的總體運營效率。研究具體分為以下2方面：①對新型鋼材的研究。新型鋼材必須在原有鋼材的基礎上進一步提升自身的耐磨性和承載力，針對大秦鐵路鋼軌易因摩擦產生的高溫而誘發斷裂的特點，新型鋼材要具有抗高溫的性質。②對鋼軌潤滑技術的研究。鋼軌潤滑是大秦鐵路鋼軌后期維護中不可缺少的內容。采用鋼軌潤滑技術主要可避免鋼軌的早期裂紋和擦傷，通過潤滑劑的滲透作用在鋼軌表面形成保護層，從而可達到預防裂紋向鋼軌內部發展的目的。

4 延長大秦鐵路鋼軌使用壽命的手段

根據以上研究，延長大秦鐵路鋼軌的使用壽命必須從整體入手，即從提高鋼材的性能出發。鑒于大秦鐵路日益攀升的運量，必須從根本上降低車輪應力對鋼軌的破壞，尤其要在重點地段采用潤滑和打磨措施，完善鋼軌的維護體系，提高鋼軌的抗疲勞性和強度，從而使大秦鐵路發揮更大的作用。在大秦鐵路的重點地段，應鋪設具有熱塑性的高彈性材料，這樣可極大地改善鋼軌的整體質量，從而有效降低鐵路運營成本和提高運煤效率。此外，具有熱塑性的彈性材料比傳統材料具有更優秀的拉伸性能，可保證鋼軌不因塑性變形而引發內部組織向白色組織轉變，從根本上避免了鋼軌斷裂現象的發生。

5 結束語

綜上所述，大秦鐵路作為我國乃至世界上重要的重載鐵路干線，在我國的運煤事業中發揮了不可替代的作用。通過從各方面延長大秦鐵路鋼軌的使用壽命，筆者相信，其必將在未來起到更為重要的作用。

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〔編輯：張思楠〕