淺析地鐵軌道曲線病害的成因與整治措施

伍鐵朝

摘 要：通過對地鐵線路曲線病害的成因與危害性進行分析，提出軌道曲線病害的整治方法，提高軌道曲線日常檢查、養護及技術管理水平。軌道線路在日常運營中，不斷的受到車輛的碾壓和沖擊，因此軌道線路處在不斷變化中，特別是軌道曲線地段，所承受的碾壓、沖擊更為明顯，由此所產生的線路狀態變化也較快，變形不斷積累，并對軌道零部件的磨損及影響也較為嚴重。而軌道曲線的養護維修及病害整治便顯得非常之重要，對軌道曲線的養護水平及病害整治質量，直接關系到列車的安全運營。

關鍵詞：軌道線路;曲線病害;維養及技術管理

中圖分類號：U216.41 文獻標識碼：A

0 引言

在地鐵線路中，鋼軌曲線地段是并列于道岔、焊接接頭的薄弱環節之一。在軌道的曲線地段，其鋼軌結構與直線地段有著顯著的不同。主要體現在曲線地段會設置外軌超高、部分設置軌距加寬、緩和曲線軌距遞增遞減等。這些特殊的設置，目的均為改善列車通過曲線地段時的行車條件，從而提高地鐵乘坐舒適性。但是，地鐵線路的特點是高密集發車，曲線地段在列車的超高頻率通過下，這些特殊設置導致曲線地段鋼軌自身、線路的幾何尺寸相較于直線地段更容易發生變化，相應的病害也會發展的更快。因此，在地鐵線路的維護保養中，曲線地段既是重點，又是難點。本文結合地鐵線路的特點，對地鐵曲線線路的病害原因進行分析，并提出針對性的整治措施，以為實際維修保養工作提供參考。

1 常見曲線病害及其原因

1.1 曲線鋼軌疲勞裂紋及剝落掉塊

在線路的維修養護中，小半徑曲線病害最主要體現在鋼軌的疲勞裂紋和剝落掉塊。曲線軌道為列車提供了導向與支撐，但也承受了來自列車的反作用力，曲線外股將會受到來自車輪的振動力、豎向壓力及摩擦力，并受輪軌廓形匹配度、鋼軌材質等影響。列車車輪產生的較大應力導致車輪與軌面接觸面附近應力過大，且長期受荷載的反復作用，對鋼軌頭部內側形成較大的橫向力及蠕滑力，加上車輪與鋼軌的不停交互作用，是導致曲線鋼軌疲勞裂紋和剝落掉塊的重要原因。

1.2 曲線鋼軌壓潰

運行在軌道上的列車，存對鋼軌形成垂向及橫向受力態狀，而在軌道不平順地段，還會產生附加力，如在曲線地段還會因曲線外股超高及車輪橫向推擠的橫向壓力產生附加的垂向力。橫向水平力主要指車輪對鋼軌的側壓力和曲線上的附加橫向力，軌道線路中曲線地段所產生的橫向水平力都比較大，且受力程度與曲線半徑成反比。曲線地段所產生的離心力及因外軌超高致使列車傾斜產生的附加力。軌道的橫向力又與離心力、曲線半徑、行車速度及曲線外軌超高密切相關。當在橫向力與壓應力疊加作用下超過了鋼軌的屈服強度時，鋼軌作用面將產生塑性變形，鋼軌踏面會表成部分壓陷的情況，而壓陷部位因為低于軌面水平，極少與車輪踏面接觸而形成暗斑，直至形成鋼軌疲勞裂紋。

1.3 曲線方向不良

曲線方向不良的病害多數是處在曲線頭、曲線尾的位置，出現曲線頭、尾向上股凸出的現象，稱為“鵝頭”。產生“鵝頭”的原因主要為：曲線正矢不良緩和曲線的長度、超高及軌距加寬遞減不合理;維修養護時的方法不當，例如在撥道作業時，習慣往上挑，使誤差集中到緩和曲線頭，甚至會造成曲線頭、曲線尾位置的破壞;列車運行過程中對軌道曲線的沖擊也會造成此類病害，比如列車從直線進入曲線或由曲線進入直線時。

曲線接頭“支嘴”，這類曲線病害主要在小半徑曲線比較多，特別是在接頭對接的曲線上，主要由鋼軌的彈性和三硬彎引起。

1.4 曲線鋼軌磨耗

曲線磨耗分為側面磨耗、垂直磨耗及波浪形磨耗等，造成曲線鋼軌磨耗的原因及影響因素較多，除與鋼軌自身材質、曲線半徑、車輛類型、通過總重及維修養護質量相關外，還受曲線超高、軌向不良、軌底坡等因素影響。

（1）曲線超高設置不當，超高是曲線的一個重要參數，曲線超高過大或過小都會引起鋼軌的偏載和輪軌不正常的接觸，超高過大會使列車的重量偏載于里股鋼軌，則加大里股的垂直磨耗，同時也影響外股的側磨;曲線超高過小，外輪輪緣會對外軌產生較大的擠壓力，則會對側磨產生不利。（2）軌底坡如查不正確，則會造成鋼軌頂面與車輪踏面不吻合，鋼軌頂面受力不均勻形成偏壓，也會加速鋼軌磨耗。（3）曲線方向不圓順，使列車通過時產生搖晃，也會加速鋼軌的磨損，形成波磨。

2 曲線病害的整治

在軌道曲線維護保養的過程中，須按下述重點進行綜合整治，曲線圓順、合理設置超高、提高軌道框架阻力、減少鋼軌磨耗。

2.1 疲勞裂紋及剝落掉塊

（1）可通過預防性及修復性打磨改善輪軌接觸關系，提高輪軌廓形匹配度，以降低疲勞裂紋及剝落掉塊的產生概率，減緩病害的發展。而側面磨耗的加劇對輪軌廓形的改變更為顯著，需重點關注。（2）鋼軌涂油潤滑雖然會減少磨耗，但會加快鋼軌剝落掉塊的出現及發展，疲勞裂紋不斷發展就會造成剝落掉塊，因此在疲勞裂紋出現時建議減少此處鋼軌的潤滑，如將持續潤滑改為間斷潤滑，并加強巡查。（3）通過在軌底墊入彈性膠墊、安裝彈性扣件、鋪設彈性軌枕等降低軌道剛性、增加軌道彈性，減少輪軌間的應力;通過調整軌底坡，對曲線內股鋼軌軌底坡進行加大，減少鋼軌的側磨量等措施加以改善及減緩。（4）當疲勞裂紋不斷發展及剝落掉塊，且達到一定程度后，需對該曲線鋼軌進行更換。

2.2 曲線“鵝頭”的整治措施

（1）在測量正矢前，先撥正直線兩端的直線方向，壓除“鵝頭”，再用繩正法計算撥道量，撥道要在曲線全長范圍內進行，并要考慮適當預留回彈量。（2）進行現場核查，看現場超高、軌距加寬及正矢遞減是否合理。（3）在曲線臨時補修撥道時，不可從曲線中間往兩端撥道，防止將作業誤差趕到曲線兩端。（4）在曲線頭、尾位置的道床要保持足夠的厚度及框架剛度。

2.3 曲線正矢不良的整治措施

（1）及時補充或更換失效的軌道零部件，保持整個曲線段的軌道框架穩定。（2）加強軌距整改，對軌距經常發生變化的曲線進行加設軌距拉桿或軌撐。（3）整治過程中，應以改道及曲線正矢整治相結合，并以曲線上股為基準股，曲線正矢與計劃正矢的誤差控制在2 mm范圍內，在曲線正矢符合要求及上股曲線圓順的地基礎上，再對曲線下股軌距進行整改。

2.4 曲線磨耗的防治措施

（1）對曲線鋼軌采取預防性打磨，減少列車的蛇形運動，將損傷完全消滅在萌發狀態。（2）定期對鋼軌涂油，降低輪軌側面的摩擦系數，可以減少、減緩曲線外側鋼軌的側面磨耗，延長曲線鋼軌使用壽命。（3）整正軌底坡，軌底坡的影響輪軌接觸的位置及受力大小，進而影響到鋼軌的側磨;可目測檢查鋼軌頂面的光帶是否在中心線上，如光帶偏里或偏外，都說明軌底坡不正常，可用墊膠墊的方法對軌底坡進行修正，使輪軌接觸面增大。

3 結論

（1）車輪對鋼軌的應力超過鋼軌材質的屈服力后，將會引起鋼軌的塑性變形，且隨著變形的不斷累積形成疲勞裂紋，進一步發展就會造成剝落掉塊。疲勞裂紋與剝落掉塊存在一定的因果關系。（2）在日常的維護保養中嚴格按照規程、規范進行，利用動態檢測與靜態檢測相結合的方式進行曲線地段狀態分析，并加強現場曲線地段軌道核查與巡查，發現問題及時處理。（3）建立曲線地段技術臺賬，特別是小半徑曲線的技術臺賬，結合實際檢測情況，找出病害發展規律及病害易發曲線地段，進行針對性的整治。

參考文獻：

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[2]劉建利，蔡建林.鐵道線路施工與維護技術[M].江蘇大學出版社，2017.