浅析地铁轨道曲线病害的成因与整治措施

伍铁朝

摘 要：通过对地铁线路曲线病害的成因与危害性进行分析，提出轨道曲线病害的整治方法，提高轨道曲线日常检查、养护及技术管理水平。轨道线路在日常运营中，不断的受到车辆的碾压和冲击，因此轨道线路处在不断变化中，特别是轨道曲线地段，所承受的碾压、冲击更为明显，由此所产生的线路状态变化也较快，变形不断积累，并对轨道零部件的磨损及影响也较为嚴重。而轨道曲线的养护维修及病害整治便显得非常之重要，对轨道曲线的养护水平及病害整治质量，直接关系到列车的安全运营。

关键词：轨道线路;曲线病害;维养及技术管理

中图分类号：U216.41 文献标识码：A

0 引言

在地铁线路中，钢轨曲线地段是并列于道岔、焊接接头的薄弱环节之一。在轨道的曲线地段，其钢轨结构与直线地段有着显著的不同。主要体现在曲线地段会设置外轨超高、部分设置轨距加宽、缓和曲线轨距递增递减等。这些特殊的设置，目的均为改善列车通过曲线地段时的行车条件，从而提高地铁乘坐舒适性。但是，地铁线路的特点是高密集发车，曲线地段在列车的超高频率通过下，这些特殊设置导致曲线地段钢轨自身、线路的几何尺寸相较于直线地段更容易发生变化，相应的病害也会发展的更快。因此，在地铁线路的维护保养中，曲线地段既是重点，又是难点。本文结合地铁线路的特点，对地铁曲线线路的病害原因进行分析，并提出针对性的整治措施，以为实际维修保养工作提供参考。

1 常见曲线病害及其原因

1.1 曲线钢轨疲劳裂纹及剥落掉块

在线路的维修养护中，小半径曲线病害最主要体现在钢轨的疲劳裂纹和剥落掉块。曲线轨道为列车提供了导向与支撑，但也承受了来自列车的反作用力，曲线外股将会受到来自车轮的振动力、竖向压力及摩擦力，并受轮轨廓形匹配度、钢轨材质等影响。列车车轮产生的较大应力导致车轮与轨面接触面附近应力过大，且长期受荷载的反复作用，对钢轨头部内侧形成较大的横向力及蠕滑力，加上车轮与钢轨的不停交互作用，是导致曲线钢轨疲劳裂纹和剥落掉块的重要原因。

1.2 曲线钢轨压溃

运行在轨道上的列车，存对钢轨形成垂向及横向受力态状，而在轨道不平顺地段，还会产生附加力，如在曲线地段还会因曲线外股超高及车轮横向推挤的横向压力产生附加的垂向力。横向水平力主要指车轮对钢轨的侧压力和曲线上的附加横向力，轨道线路中曲线地段所产生的横向水平力都比较大，且受力程度与曲线半径成反比。曲线地段所产生的离心力及因外轨超高致使列车倾斜产生的附加力。轨道的横向力又与离心力、曲线半径、行车速度及曲线外轨超高密切相关。当在横向力与压应力叠加作用下超过了钢轨的屈服强度时，钢轨作用面将产生塑性变形，钢轨踏面会表成部分压陷的情况，而压陷部位因为低于轨面水平，极少与车轮踏面接触而形成暗斑，直至形成钢轨疲劳裂纹。

1.3 曲线方向不良

曲线方向不良的病害多数是处在曲线头、曲线尾的位置，出现曲线头、尾向上股凸出的现象，称为“鹅头”。产生“鹅头”的原因主要为：曲线正矢不良缓和曲线的长度、超高及轨距加宽递减不合理;维修养护时的方法不当，例如在拨道作业时，习惯往上挑，使误差集中到缓和曲线头，甚至会造成曲线头、曲线尾位置的破坏;列车运行过程中对轨道曲线的冲击也会造成此类病害，比如列车从直线进入曲线或由曲线进入直线时。

曲线接头“支嘴”，这类曲线病害主要在小半径曲线比较多，特别是在接头对接的曲线上，主要由钢轨的弹性和三硬弯引起。

1.4 曲线钢轨磨耗

曲线磨耗分为侧面磨耗、垂直磨耗及波浪形磨耗等，造成曲线钢轨磨耗的原因及影响因素较多，除与钢轨自身材质、曲线半径、车辆类型、通过总重及维修养护质量相关外，还受曲线超高、轨向不良、轨底坡等因素影响。

（1）曲线超高设置不当，超高是曲线的一个重要参数，曲线超高过大或过小都会引起钢轨的偏载和轮轨不正常的接触，超高过大会使列车的重量偏载于里股钢轨，则加大里股的垂直磨耗，同时也影响外股的侧磨;曲线超高过小，外轮轮缘会对外轨产生较大的挤压力，则会对侧磨产生不利。（2）轨底坡如查不正确，则会造成钢轨顶面与车轮踏面不吻合，钢轨顶面受力不均匀形成偏压，也会加速钢轨磨耗。（3）曲线方向不圆顺，使列车通过时产生摇晃，也会加速钢轨的磨损，形成波磨。

2 曲线病害的整治

在轨道曲线维护保养的过程中，须按下述重点进行综合整治，曲线圆顺、合理设置超高、提高轨道框架阻力、减少钢轨磨耗。

2.1 疲劳裂纹及剥落掉块

（1）可通过预防性及修复性打磨改善轮轨接触关系，提高轮轨廓形匹配度，以降低疲劳裂纹及剥落掉块的产生概率，减缓病害的发展。而侧面磨耗的加剧对轮轨廓形的改变更为显著，需重点关注。（2）钢轨涂油润滑虽然会减少磨耗，但会加快钢轨剥落掉块的出现及发展，疲劳裂纹不断发展就会造成剥落掉块，因此在疲劳裂纹出现时建议减少此处钢轨的润滑，如将持续润滑改为间断润滑，并加强巡查。（3）通过在轨底垫入弹性胶垫、安装弹性扣件、铺设弹性轨枕等降低轨道刚性、增加轨道弹性，减少轮轨间的应力;通过调整轨底坡，对曲线内股钢轨轨底坡进行加大，减少钢轨的侧磨量等措施加以改善及减缓。（4）当疲劳裂纹不断发展及剥落掉块，且达到一定程度后，需对该曲线钢轨进行更换。

2.2 曲线“鹅头”的整治措施

（1）在测量正矢前，先拨正直线两端的直线方向，压除“鹅头”，再用绳正法计算拨道量，拨道要在曲线全长范围内进行，并要考虑适当预留回弹量。（2）进行现场核查，看现场超高、轨距加宽及正矢递减是否合理。（3）在曲线临时补修拨道时，不可从曲线中间往两端拨道，防止将作业误差赶到曲线两端。（4）在曲线头、尾位置的道床要保持足够的厚度及框架刚度。

2.3 曲线正矢不良的整治措施

（1）及时补充或更换失效的轨道零部件，保持整个曲线段的轨道框架稳定。（2）加强轨距整改，对轨距经常发生变化的曲线进行加设轨距拉杆或轨撑。（3）整治过程中，应以改道及曲线正矢整治相结合，并以曲线上股为基准股，曲线正矢与计划正矢的误差控制在2 mm范围内，在曲线正矢符合要求及上股曲线圆顺的地基础上，再对曲线下股轨距进行整改。

2.4 曲线磨耗的防治措施

（1）对曲线钢轨采取预防性打磨，减少列车的蛇形运动，将损伤完全消灭在萌发状态。（2）定期对钢轨涂油，降低轮轨侧面的摩擦系数，可以减少、减缓曲线外侧钢轨的侧面磨耗，延长曲线钢轨使用寿命。（3）整正轨底坡，轨底坡的影响轮轨接触的位置及受力大小，进而影响到钢轨的侧磨;可目测检查钢轨顶面的光带是否在中心线上，如光带偏里或偏外，都说明轨底坡不正常，可用垫胶垫的方法对轨底坡进行修正，使轮轨接触面增大。

3 结论

（1）车轮对钢轨的应力超过钢轨材质的屈服力后，将会引起钢轨的塑性变形，且随着变形的不断累积形成疲劳裂纹，进一步发展就会造成剥落掉块。疲劳裂纹与剥落掉块存在一定的因果关系。（2）在日常的维护保养中严格按照规程、规范进行，利用动态检测与静态检测相结合的方式进行曲线地段状态分析，并加强现场曲线地段轨道核查与巡查，发现问题及时处理。（3）建立曲线地段技术台账，特别是小半径曲线的技术台账，结合实际检测情况，找出病害发展规律及病害易发曲线地段，进行针对性的整治。

参考文献：

[1]刘永孝.铁路线路养护维修（第二版）[M].西南交大出版社，2017.

[2]刘建利，蔡建林.铁道线路施工与维护技术[M].江苏大学出版社，2017.