探討高速鐵路鋼軌擦傷原因分析及處理措施

楊凱

摘要：本文基于高速鐵路鋼軌擦傷原因及處理措施進行了探討

關(guān)鍵詞：高速鐵路；鋼軌擦傷；處理措施

一、鋼軌擦傷原因分析

1.1擦傷發(fā)生時間分析

某高鐵開通后，在運營過程中，除了動車組、鋼軌探傷車、打磨列車和維修軌道車外，從未有其它列車在線路上運營。期間，也陸續(xù)接到動車組緊急制動的報告，在接到緊急制動的報告后，工務(wù)段按規(guī)定對發(fā)生緊急制動地點前后一公里線路鋼軌進行重點檢查。據(jù)統(tǒng)計，2016年，某高鐵上海局管內(nèi)一年發(fā)生動車組緊急制動共25次。經(jīng)檢查，都未造成鋼軌擦傷。鋼軌探傷車、打磨列車和維修軌道車在運行和作業(yè)過程中，未出現(xiàn)打飛輪或緊急制動照成鋼軌擦傷，從而排除了開通運營后鋼軌擦傷的可能性。即鋼軌擦傷發(fā)生在開通運行之前。

1.2擦傷類型分析

輪軌擦傷的主要類型可以分為兩種，一是長大坡道制動擦傷，其形狀通常呈連續(xù)的長條形，擦傷深度不定，可以發(fā)生在一股或兩股鋼軌上；二是列車啟動時輪對空轉(zhuǎn)造成的擦傷其形狀多為橢圓形，也有呈長條形，一般擦傷深度較深，可達0.5mm～2mm，長度為20mm～100mm，寬度為30mm～50mm，通常左右股成對出現(xiàn)。

根據(jù)現(xiàn)場33處輪軌擦傷的情況看，基本上都是呈連續(xù)的長條形，發(fā)生在單雙股、深淺都有，且其擦傷點分布具有一定規(guī)律，根據(jù)某高鐵上行K224+178處擦傷情況，繪制其擦傷位置分布示意圖（如圖1）。以DF4D機車為例，其輪對間距為1.8m，且其他東風(fēng)系列機車輪對間距基本相同。據(jù)此分析其擦傷位置間距與東風(fēng)內(nèi)燃機車輪對間距基本吻合，即可以確定現(xiàn)場擦傷多為東風(fēng)內(nèi)燃機車造成的制動擦傷。

1.3擦傷地段線路特征分析

鋼軌發(fā)生擦傷的地點并不是偶然的，也存在一定的規(guī)律，由相關(guān)數(shù)據(jù)可知，鋼軌擦傷多發(fā)生在長大坡道上。因為，建設(shè)初期工程列車運輸組織多為單線正反運行，空出另一線施工，所以長大坡道上下坡都會出現(xiàn)制動擦傷。而鋼軌擦傷多為左右股同時對稱出現(xiàn)在曲線上居多。

1.4擦傷鋼軌材質(zhì)原因分析

某高鐵浙江段所采用的鋼軌為U71MnG強度等級為880MPa，其布氏硬度在260HB-300HB。該鋼軌中含碳量較低，采用Mn元素來提高強度，有較好的韌、塑性，焊接性優(yōu)良。而建設(shè)過程中在線路上運行的機車多為東風(fēng)系列機車，輪對硬度參數(shù)：265HB-320HB間，輪與軌硬度比在1.05～1.15之間，即輪比軌硬度大。現(xiàn)在所發(fā)現(xiàn)的所有擦傷，從其本質(zhì)都是輪軌接觸面相對摩擦產(chǎn)生高溫，導(dǎo)致軌頭頂面金屬組織產(chǎn)生相變，由珠光體組織轉(zhuǎn)變成硬而脆的馬氏體組織，簡稱“白層”。它們有兩個主要特性：一是硬度遠遠大于鋼軌母材的硬度，根據(jù)現(xiàn)場測量其布氏硬度值達600HB～700HB，而正常鋼軌母材在260HB-300HB間；二是仔細觀察會發(fā)現(xiàn)它的顏色跟鋼軌母材顏色有區(qū)別，更白更亮，固得名白亮層。

鑒于以上原因分析，可以知道，高鐵鋼軌擦傷一般發(fā)生在建設(shè)初期，由建設(shè)過程中的工程列車（多為東風(fēng)內(nèi)燃機車）造成的制動擦傷，而非在高鐵建成運營后動車制動造成的。鋼軌擦傷發(fā)生地段長大坡道的概率遠遠大于平坡，且多為左右股對稱出現(xiàn)，曲線上多于直線。鋼軌擦傷發(fā)生后，一般情況下難于被發(fā)現(xiàn)。未及時發(fā)現(xiàn)和處理的鋼軌擦傷，開通運營后白亮層更明顯，而運營一年到一年半后白亮層上會出現(xiàn)橫向裂紋，最終會出現(xiàn)軌面上剝離掉塊，嚴重影響線路的平順性，并危及行車安全，必須及時處理。

二、鋼軌擦傷預(yù)防及處理措施

根據(jù)高速鐵路鋼軌擦傷的原因來看，首先要重視預(yù)防，特別是在建設(shè)過程中怎么預(yù)防工程車輛運行給鋼軌造成的傷害是我們急需解決的問題。鋼軌擦傷一旦出現(xiàn)，只能通過換軌或打磨（銑磨）的處理方式來解決。

2.1鋼軌擦傷的預(yù)防

由于機車啟動和制動擦傷多數(shù)發(fā)生在高鐵建設(shè)過程中，監(jiān)理和路局工務(wù)提前介入人員應(yīng)對鋪軌過程，或驗收中仔細檢查鋼軌軌面情況，重點檢查長大坡道上鋼軌是否出現(xiàn)擦傷或出現(xiàn)白亮層，可以通過鋼軌頂面布氏硬度測量來確定是否擦傷。一經(jīng)發(fā)現(xiàn)，應(yīng)盡快在建設(shè)過程中盡早處理，否則將其遺留到開通運營后再處理將增加難度，并威脅行車安全。高鐵建設(shè)過程中應(yīng)建立工程列車調(diào)度指揮機制，合理組織運輸，減少鋼軌擦傷的發(fā)生，并建立工程列車緊急制動及列車輪對空轉(zhuǎn)臺賬，便于準(zhǔn)確找到鋼軌擦傷地點，盡早采取措施。

2.2換軌焊接處理

鋼軌擦傷達到重傷或無法通過打磨處理的情況下，只能通過鋼軌更換處理。首先是在建設(shè)初期就發(fā)現(xiàn)鋼軌擦傷時，應(yīng)根據(jù)擦傷情況制定具體的更換方案。但應(yīng)遵循區(qū)間不得使用鋁熱焊且要盡可能減少焊縫，盡量避免焊縫相錯的現(xiàn)象發(fā)生。其次是在運營之后，再發(fā)現(xiàn)嚴重擦傷，根據(jù)擦傷分布情況，若單一處采用插入不少于20m短軌用鋁熱焊焊接；若是多處集中擦傷可采用長軌更換，減少插入焊縫數(shù)量。

3.3打磨處理

鋼軌擦傷較輕的可以通過打磨處理，其中打磨可分為人工打磨和大機打磨。對于個別出現(xiàn)的輕微擦傷可以通過人工小機打磨，打磨時應(yīng)兼顧鋼軌原有廓形，打磨時前后應(yīng)順接好。人工打磨可以采用廓形卡尺對鋼軌廓形進行控制。對于區(qū)間內(nèi)多處出現(xiàn)的輕微擦傷可采用大機進行打磨，打磨前對鋼軌進行全面調(diào)查，包括鋼軌光帶及廓形情況等。根據(jù)調(diào)查情況，制定專項打磨技術(shù)方案及設(shè)計廓形。一般大機打磨能處理深度0.5mm左右的鋼軌擦傷。

三、結(jié)語

高速鐵路鋼軌擦傷現(xiàn)象并非只在某高鐵出現(xiàn)，在已建成的高鐵多有發(fā)生，且有多次因鋼軌擦傷嚴重而更換鋼軌。高速鐵路鋼軌擦傷嚴重影響軌道的平順性、列車運行的穩(wěn)定性及旅客乘車的舒適性，同時經(jīng)過長時間運行碾壓會引起鋼軌的剝離掉塊或橫向疲勞裂紋，導(dǎo)致鋼軌折斷，嚴重威脅行車安全。而鋼軌擦傷后，在無法通過打磨處理的情況下，只能更換鋼軌，存在施工風(fēng)險及成本浪費。希望通過本文引起大家對鋼軌擦傷的重視，能更好地幫助大家預(yù)防和處理高速鐵路鋼軌擦傷。

參考文獻：

[1]劉豐收，李闖，田常海.我國高速鐵路鋼軌早期傷損研究[J].鐵道建筑，2018，58（01）：138-140.

[2]邢麗賢.提速條件下鋼軌傷損特點及鋼軌傷損分類的研究[D].中國鐵道科學(xué)研究院，2008.

（作者單位：中國鐵路呼和浩特鐵路局集團有限公司集寧工務(wù)段）