快速及准高速铁路钢轨接头病害及其防治

第２２卷第５期　甘肃科技　Ｖ－０２．２２　Ｎｏ．５　２００６年５月　Ｇａｎｓｕ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｍａｙ．　２００６　快速及准高速铁路钢轨接头病害及其防治　李永会，袁岳淦　（广深铁路股份有限公司。广东深圳５１８０１０）　摘　要：本文结合广深１６０ｋｍ／ｈ准高速线，从钢轨接头受力入手，分析接头病害产生原因，并提出　整治办法，对快速及准高速线路加强钢轨接头养护具有一定的现实指导意义。　关键词：线路；接头；病害；防治　中图分类号：Ｕ４１２　众所周知，钢轨接头、曲线、道岔是铁路轨道的　Ｐ１＝１．１４３ｎ。　８　Ｖｏ　￡。　三个薄弱环节，在快速铁路普通线路上更是如此。　式中：　在这三者中，钢轨接头数量多，受力复杂，养护难度　ｎ一常数（钢轨顶面圆弧半径是３００ｍｍ，车轮直　大，显得尤为突出。根据２００５年６月设备评比期间　径Ｄ一８４０ｍｍ时，ｎ一２．８５×１０　Ｎ／ｒａｍ　。；车轮直径　对广深线２６００个接头的调查分析，发现有鞍形磨耗　Ｄ一９１５ｍｍ，ｎ一２．８９×１０　Ｎ／ｒａｍ。　。）　病害６３０个，低接头２７个，剥落掉块２Ｏ个，大轨缝　￡一（ｍ　×ｍ　）／（ｍ　＋ｍ　）　９个，夹板弯曲６个。这些接头病害经过整治虽已　ｍ　一簧下质量（ｋｇ），为常数ＩＴＩ　一轨道有效质　好转，但仍然成为进一步提速的不利因素。因此，正　量（ｋｇ）　确认识钢轨接头病害，探索接头养护的方法，对确保　ＩＴＩ　一Ｏ．４×Ｍ（Ｍ一每米轨道的质量）　列车安全、快速、平稳运行，延长设备使用寿命很有　Ｖ。一行车速度（Ｋｍ／ｈ）　现实意义。　８一冲击角，一，／￣／Ｒ‘　１钢轨接头的受力分析　ｈ一接头错牙高度（ｍｍ）　Ｒ一车轮半径（ｍｍ）　广深准高速铁路自１９９４年１２月开通以来，一　直是区间无缝线路。在缓冲区、道岔区存在一定数　量的钢轨接头。钢轨接头的存在，虽然能够保证轨　道几何形态的完整，但却在一定程度上破坏了轨线　的连续性。如果钢轨接头处存在不平顺病害，如大　轨缝、低接头、鞍形磨耗、高低错牙等，在列车通过时　就会成为激振源，引起车体、转向架和簧下质量的振　动。这些振动所产生的惯性力形成巨大的动力附加　荷载，造成轮轨剧烈冲击。这种冲击荷载有时可达　静轮载的３～４倍。图１为英国铁路总局（ＢＲＢ）对　钢轨接头受力情况实测的结果。图１中轮轨作用力　随时间变化而不同，车轮越过接头后１／４～１／２微秒　２　４　岳　Ｓ　ｌ０　ｌ２　１４　Ｔ／ｎ＇￣　时间内，出现一个力的峰值Ｐ。；再越过接头约７个　图１钢轨接头受力情况　微秒后出现第二个峰值Ｐ：。前者相当于车轮簧下　由上式可以看出，Ｐ。的大小与行车速度和轮轨　质量与轨道质量用赫兹接触刚度弹簧联结时的自振　冲击角有关，而在同一车轮直径时，冲击角的大小又　频率，是高频的，后者是低频的。根据近年的研究，　取决于错牙高度，如图２。由于Ｐ。力是一个高频瞬　轮轨冲击力Ｐ。如下式：　时力，对轨道的破坏十分严重。研究表明，钢轨在冲　维普资讯 http://www.cqvip.com

３２　甘肃科技　第２２卷　击载荷作用下容易发生裂纹，其动态断裂韧性比静　态断裂韧性低３Ｏ　９／５左右，所以在钢轨伤损中有５Ｏ～　６Ｏ　９／６是螺栓孔裂纹。其次，Ｐ。力引起的道床加速度　对轨道断面的稳定性及材质的完好也有较大的破坏　３．０ｍｍ者占７．１　９／６。严重者（０．９ｍｍ　３．０ｍｍ）在　可动心轨道岔区有１３．４　９／５，在线路中有１．７　９／６。鞍　形磨耗病害在线路接头中非常普遍，而在可动心轨　道岔区更严重。　作用。第二个峰值力Ｐ　的作用点距离轨缝约　钢轨接头的鞍形磨耗病害可引起轨道的强烈震　３００ｍｍ，它与冲击角及冲击速度有如下关系：　Ｐ２一Ｐ０＋ＢＶ０×￣／ｋ１ｍ　式中：　Ｐ。一静轮载值（ＫＮ）　Ｂ一冲击角，一￣／２ｈ／Ｒ　Ｖ。一实际行车速度（ｋｍ／ｈ）　ｋ　一轨道刚度　ｍ　一簧下质量（ｋｇ）　图２钢轨接头冲击角　当车速为１６０ｋｍ／ｈ（４５ｍ／ｓ）时，Ｐ　将作用在接　头驶入端的第一根轨枕上，它对轨枕、道床、路基面　的破坏作用较大。Ｐ　力增大时，可引起接头区轨枕　的伤损、道床的粉化和板结，以及路基的塑性变形。　因而在提高列车运行速度时更要注重钢轨接头病害　的研究，做好接头的养护，预防和整治接头病害。　２钢轨接头病害的分析　如上所述，轮轨的冲击力Ｐ　及Ｐ　的大小与行　车速度及轨面冲击角密切相关。接头轨线不连续是　产生轮轨冲击力的直接原因，而这种冲击又加剧了　不平顺，其交替作用形成恶性循环，使轨道状态不断　恶化，产生了多种接头病害。现就其主要病害简要　分析如下：　２．１钢轨接头的鞍形磨耗。　钢轨接头的鞍形磨耗主要发生在距轨端２００～　３００ｍｍ的轨面上，如图３。在准高速铁路上，鞍形　磨耗深度在０．３ｍｍ～０．８ｍｍ者占９３　，０．９ｍｍ　动。据测试，在速度为１６０ｋｍ／ｈ时，深０．８ｍｍ的鞍　形磨耗钢轨的振动加速度达４５３．９ｇ，轨枕加速度达　１８１．９ｇ，大大超出评估标准值（分别为１５０ｇ及　６０ｇ）。在０．８ｍｍ以上鞍形磨耗的钢轨接头处连接　零件容易松动、损坏，在可动心轨道岔区部分钢轨扣　板易折断。　ｌ　ｌ　ｌ　０　ｏ　ｏ　Ｏ　０　Ｏ　图３钢轨接头鞍形磨耗　（乏）　图４钢轨低接头　２．２低接头　低接头分两类，一种是接头低洼，形成的原因是　作业质量不高，道床密度不够，接头两侧轨枕及接缝　处低洼，如图４（ａ）。这种接头处由于反复起道作　业，道碴容易粉化，夹板容易弯曲　旦形成则较难　消灭；另一种是轨端磨耗造成轨端低塌，如图４（ｂ）。　其形成的主要原因是轨端淬火不均，在轮轨冲击力　Ｐ　的作用下，轨面打塌，产生肥边。　２，３钢轨剥落掉块　钢轨接头的剥落掉块有三种情况：一是接缝处　钢轨的“眉毛边”没有及时剁除，夏季当轨缝顶严时，　“眉毛边”破碎剥落，有的成块状掉下；二是轨面淬火　不均发生裂纹，以致剥落；三是因其他原因，钢轨面　维普资讯 http://www.cqvip.com

第５期　李永会等：快速及准高速铁路钢轨接头病害及其防治　３３　产生纵横龟裂，在钢轨的冲击力Ｐ　作用下逐步形成　３．３采用材质好、强度高的淬火钢轨　小碎块而剥落。在准高速铁路上，钢轨接头剥落掉　已有的ＰＤ２全长淬火钢轨具有较高的强度及　块病害占一定比例：线路上接头为０．０５　，可动心　耐磨性能，能有效减少轨头在轮轨冲击作用下的打　轨道岔区接头为３．８　。　塌、剥离和鞍形磨耗等病害的发生。　２．４其他病害（夹板弯曲。大轨缝）　３．４采用研磨及堆焊的办法整治鞍形磨耗　广深准高速铁路铺设的是Ｓ一２型混凝土轨枕，　在快速铁路上，钢轨鞍形磨耗量超过０．６ｒａｍ　Ｉ级道床。轨枕断裂很少发生，道床也没有板结、翻　时应进行研磨。用电动砂轮机打磨早期鞍形磨耗，　浆病害。在调查中曾经发现夹板弯曲及大轨缝等病　消灭接头不平顺，能及时减缓轮对对钢轨接头的冲　害。夹板弯曲病害在可动心轨道岔区发现过５处，　击作用。对待鞍形磨耗病害要“治早治小”。一旦发　线路上１Ｏ处。大轨缝病害在道岔区比较严重，其中　现，即使只有０．６ｍｍ也应注意检查接头处的钢轨、　道岔区的轨缝在９ｍｍ～１７ｍｍ占调查总数的　联结零件以及道床状况，在出现新病害之前就打磨　２０．２　，而在线路上占０．４　，１８ｒａｍ以上的有１处。　平顺。如出现鞍形前后轨面龟裂破碎，或剥落掉块　钢轨接头病害的数量及严重程度按顺序为：鞍形磨　病害，应采取堆焊的办法处理。　耗９２．２　，低接头４　，剥落掉块２．１　，大轨缝　３．５保持排水畅通。道床均匀密实整洁　１．６　，夹板弯曲０．１　。　在快速铁路上，一定要保持接头区道床整洁，排　从上述分析不难看出，在快速铁路上，接头处影　水畅通，道碴饱满，且捣固均匀、密实。防止因道床　响轨面不平顺的主要因素是鞍形磨耗。　脏污，排水不畅，造成整个道床板结硬化，使道床失　去足够的弹性，恶化接头受力条件，引发接头病害。　３　防止和整治钢轨接头病害的措施　３．６　注意保持轨缝尺寸。及时消灭接头错牙　随着列车运行速度的提高和轴重的增加，钢轨　接头错牙高度是影响冲击角的主要因素，而冲　接头及其病害对行车平稳及旅客舒适度的影响越来　击力的大小又取决于冲击角。因此，必须在日常维　越突出，应加倍重视，切实做好钢轨接头病害的防止　修养护中重视接头错牙病害的整治。　和整治工作。　３．７采用新型扣件。如哈克扣件等　３．１改善钢轨接头的结构。提高接头处钢轨强度　该种扣件由美国哈克铁路器材公司生产，具有　在快速铁路上应尽量采用跨区问无缝线路及无　紧固力大、少养护、低噪音、安装方便等特点。对个　缝道岔，把钢轨接头数量降到最低限度。在必须设　别经常出现病害的接头，采用哈克扣件是整治病害　置接头的处所，应采用冻结或胶接工艺，增加钢轨接　的有效办法。我公司曾在石龙特大桥温度调节器中　头的整体强度，防止夹板弯曲或大轨缝的出现。　使用该种扣件，在石牌站高速技改中也大量使用，收　３．２增强轨道弹性。改善接头受力状况　到良好效果。　增强轨道弹性可通过增加轨底大胶垫弹性和增　参考文献：　加轨枕弹性来实现。增加轨底胶垫弹性目前较多采　Ｅｌ３李琳．重载铁路线路结构与养ＥＭ］．中国铁道出版社，　用在接头两端轨枕上铺垫１４ｍｍ厚高弹性大胶垫，　１９９２年．　增加轨枕弹性可采用西欧国家普遍使用的将钢筋混　Ｅｚ３童大埙．铁路轨道ＥＭ］．中国铁道出版社，１９９５年．　凝土轨枕设计成中问用铁板连接的结构形式。良好　Ｅ３３铁道部工务局．铁路工务技术手册一一线路业务［Ｍ］．　的弹性，能缓冲轮轨冲击荷载并减少了道床震动，改　中国铁道出版社，１９９４．　善接头受力状况。　（上接第２０页）　ｌ９９　，．　（３）优化调度模型在水资源优化配置中具有实　Ｅ３］　Ｍ．阿佛里耳．非线性规划一一分析与方法［Ｍ］．上海：　用价值。　上海科技出版社，１９７９．　参考文献：　　’［４３冯尚友．水资源系统工程ＥＭ］．武汉：湖北科学技术出　Ｅｌｉ冯尚友．可持续水资源利用与管理导论ＥＭ］．北京：科　版社，１９９１．　［５］尤详瑜，谢新民，孙仕军，等．我国水资源配置模型研究　学出版社，２０００．　现状与展望［Ｊ］．中国水利水电科学研究院学报，２００４，　Ｅ２］董增川Ｉ．城市水资源供需系统分析［Ｍ］．河海大学，　２（２）：１３２—１３４