鋼軌探傷車檢出可疑傷損的綜合分析方法

秦懷兵，徐志強(qiáng)

（國家能源集團(tuán) 朔黃鐵路發(fā)展有限責(zé)任公司，河北 肅寧 062350）

0 引言

目前，鐵路部門大量使用鋼軌探傷車進(jìn)行周期性鋼軌超聲波探傷。利用探傷車采集鋼軌超聲波數(shù)據(jù)，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)回放分析，數(shù)據(jù)分析時(shí)系統(tǒng)可自動(dòng)將檢測數(shù)據(jù)與傷損數(shù)據(jù)庫進(jìn)行比對(duì)，符合傷損特征的系統(tǒng)自動(dòng)框選，然后人工對(duì)B型圖進(jìn)行判別，判斷鋼軌可疑傷損類型、位置、大小，再依據(jù)傷損形態(tài)和走勢下發(fā)一級(jí)、二級(jí)、三級(jí)報(bào)警；探傷車下發(fā)的可疑傷損交由人工探傷儀進(jìn)行復(fù)核，最終進(jìn)行傷損確認(rèn)或疑似排除，經(jīng)確認(rèn)的傷損軌如達(dá)到重傷則更換新軌[1-3]。現(xiàn)有鋼軌可疑傷損分析手段單一，只能初步判斷傷損類型及大小等基本信息，無法對(duì)可疑傷損的危害性進(jìn)行評(píng)級(jí)，無法分析引發(fā)鋼軌可疑傷損的深層成因，如深層成因未解決，更換新軌后仍可能傷損頻發(fā)。

同樣類型和大小的鋼軌可疑傷損，其發(fā)展惡化速度及危害性與許多因素有關(guān)。重載鐵路、車流密度大的區(qū)段、線路狀態(tài)不良處所、路基道床病害地段的傷損發(fā)展惡化速度快，橋梁、隧道地段的傷損危害性大。

鋼軌可疑傷損的形成與發(fā)展，除鋼軌制造、使用本身的原因外，與軌道、路基道床的病害息息相關(guān)[4-6]。一是鋼軌接頭養(yǎng)護(hù)不良，形成接頭病害，接頭處受力狀況惡化，沖擊應(yīng)力隨之增加，從而加快了鋼軌端部的疲勞和螺栓孔周邊裂紋的擴(kuò)展；二是軌道幾何狀態(tài)不良，當(dāng)列車運(yùn)行時(shí)，在靜、動(dòng)力不平順處，應(yīng)力集中，沖擊加劇，誘發(fā)鋼軌傷損、斷裂；三是道床和路基的病害，加劇鋼軌傷損的發(fā)展；四是軌面擦傷、掉塊、魚鱗傷、波磨等引發(fā)傷損。

因此，通過鋼軌探傷車B型圖可判別可疑傷損的類型、大小，但不能對(duì)傷損危害性進(jìn)行評(píng)價(jià)，需綜合運(yùn)用路基道床、軌道幾何、鋼軌表面狀態(tài)等數(shù)據(jù)，對(duì)可疑傷損進(jìn)行危害性評(píng)估，同時(shí)找出引發(fā)傷損的相關(guān)原因。

1 鋼軌探傷現(xiàn)狀

朔黃鐵路發(fā)展有限責(zé)任公司（簡稱朔黃公司）現(xiàn)有重載綜合檢測車和探傷車各1組。重載綜合檢測車集成路基道床、鋼軌探傷、軌道、接觸網(wǎng)、信號(hào)、無線通信、地面紅外線軸溫探測站等七大檢測系統(tǒng)，可對(duì)路基道床狀態(tài)、軌道幾何參數(shù)、鋼軌傷損及磨耗、線路表面狀態(tài)、車輛動(dòng)態(tài)響應(yīng)等參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測[7-8]。每月重載綜合檢測車與鋼軌探傷系統(tǒng)同步檢測的各專業(yè)數(shù)據(jù)為鋼軌傷損綜合分析提供基礎(chǔ)。

探傷車只用于鋼軌探傷。朔黃鐵路目前的正線鋼軌探傷采用探傷車及探傷儀交叉作業(yè)、周期交替、優(yōu)勢互補(bǔ)的模式，探傷車檢測周期為每旬一次，探傷儀按不同行別、區(qū)段制定不同檢測周期。

2 鋼軌可疑傷損綜合分析思路

針對(duì)現(xiàn)有探傷車傷損數(shù)據(jù)分析方法無法全面、準(zhǔn)確評(píng)價(jià)傷損危害性的問題，朔黃公司結(jié)合線路條件，綜合應(yīng)用軌道幾何、軌道巡檢、鋼軌波磨、斷面磨耗、路基道床狀態(tài)等影響鋼軌傷損發(fā)展的各專業(yè)檢測數(shù)據(jù)，判斷傷損的嚴(yán)重程度和危害性，同時(shí)分析傷損成因，提供人工探傷復(fù)核的優(yōu)先等級(jí)[9-10]，指導(dǎo)工務(wù)專業(yè)徹底整治可能引發(fā)鋼軌傷損的軌道及路基道床病害缺陷，避免鋼軌可疑傷損重復(fù)發(fā)生。

鋼軌可疑傷損綜合分析主要應(yīng)用7個(gè)專業(yè)的檢測數(shù)據(jù)：鋼軌傷損歷史數(shù)據(jù)、線路技術(shù)狀況、軌道巡檢、鋼軌波磨、斷面磨耗、軌道幾何、路基道床。

（1）鋼軌傷損歷史數(shù)據(jù)：通過查看探傷車歷史數(shù)據(jù)，對(duì)比歷次檢測傷損的形成、發(fā)展情況。

（2）線路技術(shù)狀況：包括線路情況（鋼軌可疑傷損位于直線地段還是曲線地段，曲線半徑大小，曲線超高設(shè)置，是否隧道、橋梁，線路坡度大小，軌枕類型）和鋼軌情況（鋼軌軌型、材質(zhì)、鋪設(shè)時(shí)間，單元軌條類型，鎖定軌溫，通過總質(zhì)量），通過線路技術(shù)狀況分析傷損與線路技術(shù)條件的關(guān)聯(lián)關(guān)系。

（3）軌道巡檢：查看傷損所在鋼軌的表面狀況，是否有表面擦傷超限、剝落、掉塊、魚鱗傷等。

（4）鋼軌波磨：查看可疑傷損200 m范圍內(nèi)波磨幅值及RMS值，是否波磨超限。

（5）斷面磨耗：查看可疑傷損處鋼軌斷面磨耗情況，是否磨耗超限。

（6）軌道幾何：查看可疑傷損200 m范圍內(nèi)線路質(zhì)量情況，線路質(zhì)量是否合格。

（7）路基道床：查看可疑傷損處道床厚度是否達(dá)標(biāo)、道床臟污是否超限、路基是否有病害。

鋼軌傷損綜合分析思路見圖1。

圖1 鋼軌傷損綜合分析思路

3 鋼軌可疑傷損綜合分析

3.1 路基道床病害地段

鋼軌探傷車檢測朔黃鐵路下行K580+300處發(fā)現(xiàn)鋼軌左股疑似軌頭核傷（見圖2）。

（1）傷損描述。探傷系統(tǒng)陣列式直打內(nèi)側(cè)70°通道檢出；傷損位置為軌頭內(nèi)側(cè)，疑似軌頭核傷，大小為8 mm×7 mm。

圖2 傷損位置示意圖

圖3 鋼軌傷損B型圖波形對(duì)比

（2）傷損歷史數(shù)據(jù)對(duì)比。傷損B型圖波形見圖3。上一檢測周期傷損波形由陣列式直打內(nèi)側(cè)70°通道檢出，本次檢測同樣由陣列式直打內(nèi)側(cè)70°通道檢出，與上一檢測周期比較，傷損有發(fā)展趨勢。

（3）線路技術(shù)狀況。該處傷損位于朔黃鐵路下行K580+300處，處于緩和曲線上股地段，R=1 200 m，h=45 mm，左股，線路坡度3.4‰，下坡道，Ⅱ型軌枕；普通線路，60 kg/m鋼軌，材質(zhì)為U71Mn，通過總質(zhì)量8.22 億 t。

（4）路基道床檢測輔助分析。由K580+000—K581+000路基道床報(bào)表（見圖4）可知，該公里處有410 m道床厚度不足，且道床污染較嚴(yán)重；局部地段有20 m道床底面不平整地段；有140 m為可能含水地段。可判定路基道床病害對(duì)鋼軌可疑傷損造成影響。

（5）其他檢測數(shù)據(jù)輔助分析。該可疑傷損前后200 m波磨幅值為0～0.23 mm，鋼軌軌頭表面有輕微磨耗；查看該處鋼軌巡檢圖像，鋼軌軌面狀況良好；軌道幾何無超限，TQI值未超標(biāo)。可排除其他因素影響。

（6）綜合分析結(jié)論。該處傷損位于路基地段，根據(jù)傷損類型、大小及線路技術(shù)狀況綜合判定為二級(jí)傷損；傷損成因與路基道床臟污、含水、厚度不足有關(guān)。建議復(fù)核傷損后對(duì)道床病害進(jìn)行整治。

圖4 路基道床報(bào)表

（7）現(xiàn)場復(fù)核確認(rèn)。利用探傷儀對(duì)該處可疑傷損進(jìn)行復(fù)核（見圖5），判定為軌頭核傷，重傷，下線解剖結(jié)果見圖6。

圖5 探傷儀復(fù)核傷損

圖6 鋼軌解剖圖

3.2 橋梁、隧道地段

鋼軌探傷車檢測朔黃鐵路下行K162+871處發(fā)現(xiàn)鋼軌左股疑似焊縫傷損（見圖7）。

（1）傷損描述。探傷系統(tǒng)由后陣列式直打內(nèi)側(cè)后70°及前后偏斜70°共同檢出傷損；傷損位置為軌頭內(nèi)側(cè)，處于鋼軌軌頭部位，疑似焊縫傷損，大小為9 mm×8 mm。

圖7 傷損位置示意圖

（2）傷損歷史數(shù)據(jù)對(duì)比。鋼軌傷損B型圖波形見圖8。上一檢測周期傷損波形由偏斜角70°通道檢出，本次檢測由陣列式直打內(nèi)側(cè)70°和偏斜角70°通道檢出，與上一檢測周期比較，傷損有發(fā)展趨勢。

圖8 鋼軌傷損B型圖波形對(duì)比

（3）線路技術(shù)狀況。該處傷損位于下行曲線下股，R=1 500 m，h=30 mm，線路坡度11.5‰，上坡道，Ⅲ型軌枕；60 kg/m鋼軌，材質(zhì)為U71Mn，通過總質(zhì)量為 4.2 億 t。

（4）鋼軌波磨檢測輔助分析。該可疑傷損位置前后200 m波磨幅值為0.01～0.03 mm，鋼軌軌頭表面有輕微磨耗。可排除由鋼軌波磨超限引起傷損。

（5）軌道幾何檢測輔助分析。該傷損位于K162+800—K163+000單元管理區(qū)段，該處傷損200 m單元區(qū)段內(nèi)軌道幾何檢測波形見圖9，傷損所在單元區(qū)段線路質(zhì)量情況見表1。該區(qū)段TQI=8.41，線路狀態(tài)良好。可排除軌道幾何嚴(yán)重失格造成鋼軌傷損。

圖9 軌檢波形圖

（6）路基道床檢測輔助分析。該可疑傷損處道床底砟厚度為300 mm，厚度合格；道床基本清潔；路基無病害。可排除路基道床嚴(yán)重病害造成鋼軌傷損。

（7）綜合分析結(jié)論。該處傷損位于大橋地段，且處于兩隧道之間，如發(fā)生斷軌后果較為嚴(yán)重，根據(jù)傷損類型、大小及線路技術(shù)狀況綜合判定為三級(jí)傷損；可排除鋼軌磨耗、線路質(zhì)量、路基道床等因素的影響。

（8）現(xiàn)場復(fù)核確認(rèn)。利用探傷儀對(duì)該處可疑傷損進(jìn)行復(fù)核，確認(rèn)為焊縫中心軌頭下顎產(chǎn)生裂紋（裂紋長度10 mm）。

3.3 軌道巡檢系統(tǒng)輔助判傷

鋼軌探傷車檢測朔黃鐵路上行K74+834處發(fā)現(xiàn)鋼軌左股疑似焊縫折斷（見圖10）。

圖10 傷損位置示意圖

（1）傷損描述。探傷系統(tǒng)由前后陣列式內(nèi)側(cè)70°、中間70°和外側(cè)70°、前后偏斜70°通道檢出傷損；傷損位置為軌頭內(nèi)側(cè)，疑似焊縫傷損，大小為軌頭貫通。

表1 TQI管理值

（2）傷損歷史數(shù)據(jù)對(duì)比。鋼軌傷損B型圖波形見圖11。上一檢測周期波形沒有出現(xiàn)傷損波形；本次檢測傷損波形與上一檢測周期比較，傷損有明顯發(fā)展趨勢，且形成嚴(yán)重傷損。

圖11 鋼軌傷損B型圖波形對(duì)比

（3）軌道巡檢輔助分析。查看該處鋼軌巡檢圖像，可看出此處鋼軌折斷（見圖12）。

圖12 軌道巡檢圖像

（4）綜合分析結(jié)論。根據(jù)傷損波形，同時(shí)查看巡檢圖像，直接判定為鋼軌折斷。

（5）現(xiàn)場復(fù)核確認(rèn)。利用探傷儀對(duì)該處傷損進(jìn)行復(fù)核，確認(rèn)為鋼軌折斷（見圖13、圖14）。

圖13 現(xiàn)場鋼軌狀態(tài)

圖14 鋼軌解剖圖

4 結(jié)束語

利用綜合檢測車的各專業(yè)數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析，可在對(duì)鋼軌傷損危害性進(jìn)行評(píng)估的基礎(chǔ)上，判定傷損報(bào)警等級(jí)，有利于人工探傷儀在復(fù)核時(shí)設(shè)定優(yōu)先次序。同時(shí)，可深層次分析傷損產(chǎn)生的原因，指導(dǎo)工務(wù)專業(yè)及時(shí)消除病害深層成因。經(jīng)過多年的應(yīng)用，朔黃公司形成一套成熟的鋼軌可疑傷損綜合分析方法，取得良好效果。