武漢地鐵DTVI—2扣件彈條斷裂原因分析與措施探討

范浩?劉源?李群

摘 要 本文對武漢軌道交通6號線DTVI2型扣件彈條斷裂進(jìn)行跟蹤監(jiān)測，統(tǒng)計(jì)彈條斷裂區(qū)域的曲線半徑、左右股、鋼軌內(nèi)外側(cè)、線路平順型等數(shù)據(jù)，并將彈條送專業(yè)檢測單位檢測。根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)及彈條質(zhì)量檢測結(jié)果分析彈條斷裂原因，提出針對性整改措施，減緩彈條斷裂情況。

關(guān)鍵詞 軌道；DTVI-2扣件；彈條；斷裂

引言

DTVI-2型扣件是專門針對地鐵特點(diǎn)而研制的彈性分開式扣件，是一種大范圍應(yīng)用于國內(nèi)地鐵的成熟扣件，其采用無螺栓彈條結(jié)構(gòu)，部件簡單、承壓均勻，且能夠減少涂油、復(fù)擰等工作，從而降低工作量，提高工作效率。武漢軌道交通6號線2016年12月28日正式開通運(yùn)營，線路全長35.93km，設(shè)37站，主要采用DTVI-2型扣件。武漢地鐵軌道交通6號線首次采用此種扣件形式，在開通運(yùn)營3個(gè)月后開始出現(xiàn)彈條斷裂情況，并有逐漸增加的趨勢，嚴(yán)重影響軌道線路的正常運(yùn)營。為此，本文針對此種情況進(jìn)行深入分析并提出相應(yīng)的整改措施，以減緩彈條斷裂情況。

1 DTVI-2扣件彈條斷裂情況統(tǒng)計(jì)

武漢軌道交通6號線于2017年3月開始出現(xiàn)DTVI-2型扣件彈條斷裂現(xiàn)象，截至2018年5月，共斷裂DTVI-2型扣件彈條3819件，平均每月斷裂252件。武漢軌道交通1號線、2號線、3號線、4號線每月彈條斷裂數(shù)量分別為1件、8件、12件、4件，而武漢軌道交通6號線作為新運(yùn)營線路，每月斷裂彈條數(shù)量達(dá)到255件，極為不正常。

根據(jù)統(tǒng)計(jì)，武漢軌道交通6號線彈條斷裂均發(fā)生在半徑小于或等于400m的小半徑曲線地段。以彈條斷裂情況最為嚴(yán)重的輕工大學(xué)至園博園北上行YJD56曲線為例，曲線全長467m曲線半徑400m，彈條斷裂總數(shù)為1231件，其中曲上股斷裂78件，占比6.33%，曲下股斷裂1153件，占比93.7%。鋼軌內(nèi)測斷裂836件，占比68%，鋼軌外側(cè)斷裂395件，占比32%。斷裂位置均位于彈條前肢（大圓弧）處。

2 彈條斷裂原因分析

根據(jù)彈條斷裂數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)及質(zhì)量檢測結(jié)果，本文認(rèn)為影響其斷裂的因素如下：

2.1 軌道振動(dòng)

根據(jù)上述數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，彈條斷裂現(xiàn)象集中在小半徑曲線地段的曲下股。通過現(xiàn)場觀測及測量，曲下股均存在一定的波磨情況，曲線半徑越小，波磨情況越嚴(yán)重。武勝路至琴臺區(qū)間，曲下股最大波磨已達(dá)到0.6，園博園北至輕工大學(xué)曲下股最大波磨已達(dá)0.4，波長52～120mm。列車行駛在這一區(qū)段時(shí)振動(dòng)幅度明顯大于直線地段，且噪音較大。由于波長短，鋼軌在列車的反復(fù)荷載作用下會(huì)存在高頻振動(dòng)。而扣件系統(tǒng)作為約束鋼軌自由移動(dòng)的部件，鋼軌的高頻振動(dòng)荷載將會(huì)反作用于扣件彈條，當(dāng)荷載超過扣件彈條極限承受強(qiáng)度時(shí)，彈條將會(huì)斷裂。北京交通大學(xué)做過相應(yīng)試驗(yàn)研究，e型彈條的動(dòng)態(tài)應(yīng)力應(yīng)變增大的最本質(zhì)原因就是受到與其共振頻率相同的激擾作用而引發(fā)彈條共振，使彈條振動(dòng)強(qiáng)度增大，從而使彈條受力更復(fù)雜，引發(fā)彈條斷裂。而地鐵線路中鋼軌波磨病害是其主要激擾源[1，2]。

2.2 軌道局部不平順

由于隧道結(jié)構(gòu)存在不均勻沉降，影響了軌道結(jié)構(gòu)的幾何尺寸，使軌道結(jié)構(gòu)的平順性降低，局部區(qū)域存在鋼軌空吊。列車經(jīng)過時(shí)存在會(huì)產(chǎn)生晃車、振動(dòng)現(xiàn)象，進(jìn)一步增加扣件彈條的受力，影響彈條的使用壽命。

2.3 鋼軌焊縫平直度不良

由于前期施工時(shí)焊縫平直度控制精度較差，導(dǎo)致在焊縫接頭附近出現(xiàn)焊縫不平順問題，列車經(jīng)過焊縫時(shí)會(huì)對鋼軌產(chǎn)生一定的沖擊力，進(jìn)而影響彈條的受力。焊縫平直度對彈條的使用壽命影響較為明顯，當(dāng)焊縫不平順性明顯時(shí)，彈條動(dòng)應(yīng)力幅值較平順線路顯著增大，會(huì)加快彈條疲勞傷損；彈條動(dòng)應(yīng)力幅值和輪對通過瞬間突變應(yīng)力幅值均隨焊縫不平順波深增大而線性增大[3]。

2.4 彈條質(zhì)量問題

DTVI-2扣件彈條設(shè)計(jì)彈程為10.5mm時(shí)，扣壓力應(yīng)為8.25kN，而送檢彈條扣壓力檢測結(jié)果分別為7.78kN、7.70kN、8.08kN，均小于設(shè)計(jì)扣壓力。亦即說明在彈條受力相同時(shí)，彈條趾端實(shí)際位移大于設(shè)計(jì)位移。在列車荷載反復(fù)作用下，彈條的實(shí)際振動(dòng)幅度大于設(shè)計(jì)振動(dòng)幅度，進(jìn)一步加快彈條疲勞斷裂。

2.5 彈條安裝不規(guī)范

DTVI-2扣件彈條設(shè)計(jì)規(guī)范要求彈條就位以其最小圓弧內(nèi)側(cè)與鐵座端部相距8～10mm為準(zhǔn)，不得頂緊或距離過大。而在實(shí)際安裝過程中可能將彈條安裝過緊，使得彈條個(gè)別部位出現(xiàn)應(yīng)力集中，降低彈條的強(qiáng)度。

3 彈條斷裂整治措施

3.1 鋼軌打磨

鋼軌打磨主要包括鋼軌波浪形磨耗打磨以及鋼軌焊縫接頭打磨，緩解列車經(jīng)過時(shí)鋼軌的振動(dòng)現(xiàn)象，有效降低彈條斷裂數(shù)量。目前武漢軌道交通6號線經(jīng)過對園博園北至輕工大學(xué)區(qū)間鋼軌接頭的打磨，該區(qū)間每個(gè)天窗點(diǎn)彈條斷裂數(shù)量相比前期有明顯下降趨勢。

3.2 加強(qiáng)線路日常維修保養(yǎng)，消除軌道線路不平順

持續(xù)優(yōu)化線路質(zhì)量，開展無縫線路應(yīng)力放散、軌道幾何尺寸精調(diào)等工作。加強(qiáng)對線路檢查，發(fā)現(xiàn)線路不平順現(xiàn)象時(shí)應(yīng)及時(shí)進(jìn)行維修保養(yǎng)，保證軌道線路保持良好狀態(tài)。另外，應(yīng)加強(qiáng)對隧道結(jié)構(gòu)沉降觀測，以避免因隧道沉降影響軌道線路質(zhì)量。

3.3 更換彈條

加強(qiáng)對使用彈條的質(zhì)量檢測，淘汰劣質(zhì)彈條。此外，選取園博園北至輕工大學(xué)區(qū)間斷裂最嚴(yán)重曲線地段，將原有彈條更換為全新的DTVI-2扣件彈條以及不同類型的全新彈條，對比兩種不同彈條的服役情況，最后擇優(yōu)選取其中一種替換彈條斷裂區(qū)域彈條。

3.4 規(guī)范安裝流程

嚴(yán)格按照DTVI-2扣件彈條設(shè)計(jì)規(guī)范要求進(jìn)行彈條安裝，彈條小圓弧內(nèi)側(cè)與鐵座端部不得頂緊或距離過大，必須遵守8～10mm的標(biāo)準(zhǔn)。此外，在安裝過程中，不應(yīng)使用鐵錘大力敲打，應(yīng)用專用工具進(jìn)行安裝，避免安裝不當(dāng)導(dǎo)致彈條質(zhì)量受損而加速彈條斷裂。

3.5 合理選擇軌道減振形式

初始設(shè)計(jì)時(shí)，針對小半徑曲線應(yīng)選擇合理減振形式，減緩小半徑曲線的振動(dòng)。此外，為減緩小半徑曲線鋼軌波磨的產(chǎn)生和發(fā)展，可采取增設(shè)鋼軌TRD調(diào)頻阻尼器等措施，吸收有害振動(dòng)能量，抑制共振，從而有效控制彈條斷裂現(xiàn)象。

參考文獻(xiàn)

[1] 肖宏，馬春生，郭驍，等.e型扣件彈條斷裂原因頻譜分析[J].同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2017，45（7）：1000-1008.

[2] 郭驍.地鐵e型彈條扣件系統(tǒng)疲勞傷損機(jī)理研究[D].北京：北京交通大學(xué)，2016.

[3] 劉小軍，趙春發(fā)，張徐.鋼軌焊縫不平順對扣件彈條動(dòng)應(yīng)力的影響分析[J].西南科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2015，（4）：20-24.