地鐵小半徑曲線鋼軌磨耗分析及整治措施

戴姝婷

摘要：本文研究的主要目的是在國家交通基礎設施網絡快速發展的背景下，明確地鐵小半徑曲線鋼軌磨損病害的嚴重性與整治養護的必要性。通過分析鋼軌磨損區域，研究鋼軌磨損因素，進而提出相應的整治措施，以提升國家軌道交通建設質量，進而推動國家基礎設施完善，提高人民生活水平。此次研究選用的是文獻研究法，通過對相應文獻的查找，為文章的分析提供一些理論基礎。

關鍵詞：地鐵;小半徑曲線;鋼軌磨耗

前言：地鐵網絡是為城市交通服務的交通網絡，受到城市功能分區與原有地下建設工程的影響，在保障軌道交通的安全性減振設計的同時增加了鋼軌的磨損壓力，使得地鐵小半徑曲線鋼軌的磨耗成為地鐵鋼軌病害的主要問題。由于我國地鐵建設工程起步晚，地鐵軌道養護治理的經驗與理論尚未形成，亟須總結現有問題并尋找解決方案。因此，本文此次研究的內容和提出的策略對國家軌道交通現代化建設具有理論性意義，對完善城市基礎設施、滿足人民需要具有現實意義。

1地鐵小半徑曲線鋼軌磨耗原因

地鐵鋼軌為列車正常運行提供支撐與依托，作為城市交通網絡的重要組成部分，地鐵軌道鋪設環境復雜、運營時間長、列車間隔時間短且在載客數量較為龐大的同時又具有時間差異性，因此在運營過程中，地鐵鋼軌的磨耗受到多方作用力與環境因素影響。從物理力學角度來看，鋼軌的損耗受到軌道半徑的影響，越小的軌道半徑將為地鐵輪對與鋼軌之間提供更大的活動空間。另外鋼軌的損耗也與鋼軌自身的剛度有關，剛度越強的鋼軌其結構形變空間與反彈空間就越小，在面對慣性加持的列車時，強大的沖擊作用會造成鋼軌磨耗，此外為了速度與降噪考慮所使用的低阻尼材料在復雜物理作用下會形成的鋼軌波磨，也會造成鋼軌磨耗。從運營功能角度來看，鋼軌的磨損與所承載列車的速度、間隔、載客量等功能因素相關。地下軌道的專業性較強，基本不存在列車混跑的現象，這種長期專一的運營功能會加劇鋼軌波磨與鋼軌磨耗。

2地鐵小半徑曲線鋼軌磨耗區域

2.1 鋼軌側磨

鋼軌側磨的主要損害表現為疲勞裂紋與涂層剝離（圖1）。一方面從軌道本身來看，出于地下軌道交通的功能性要求與實用性考慮，地下軌道相較于地上軌道路況更為復雜，軌道間的豎緩重疊現象更為嚴重，同時各個路段間坡度變動也更為頻繁，在高速運行的列車沖擊下，此類復雜的線路緩沖作用相對欠缺，增加了自身磨耗與換軌周期[1]。另一方面從列車角度來看，為了滿足交通運營需要，列車運行時間較長，在路線、速度和間隔方面相對固定，小半徑的軌道設計使得列車離心力作用于軌道更加明顯，這使得鋼軌傷損發生的位置相對固定地集中在受力一側，增加了鋼軌病害的嚴重性和危害性。

2.2鋼軌異常波磨

鋼軌異常波磨主要表現在軌道受力幾何形位錯誤的影響下發生的鋼軌頂面裂痕與鋼軌結構脫落（圖2）。地鐵軌道的減振設計是保證地下軌道交通有序運營的關鍵所在，由于地下結構的復雜和脆弱，抗振材料鐵軌可以提高施工與運營期間的安全性與便利性，同時出于以人為本的設計理念，降低軌道振幅，可以從根本上減輕地鐵運行噪音，為居民出行創造更加良好的體驗。但減振設計所采用的低阻尼鋼軌材料與普通鋼軌材料在磨耗波長方面存在明顯的差異，在二者交接的位置常出現異常波磨損害，從整體上影響軌道在列車行進時的平穩性，而長時間的車輛振動會使之發生疊加加劇軌道波磨問題[2]。

3地鐵小半徑曲線鋼軌磨耗預防措施

3.1 路線規劃預防

地鐵小半徑鋼軌給予了地鐵行進中的靈活性與建設中的便利性的同時，也犧牲了傳統軌道直線運行的簡易性，在地下坡度變換中的超短夾角直線設計和小半徑基礎上的軌道重疊使軌道與列車間的幾何形位受力平衡變得更加脆弱，頂部與側面的鋼軌被迫成為鋼軌表面受力的錯位代償因素。因此為了預防后期出現的磨耗風險，就應當在設計中更加強調鐵軌結構的保護性與穩定性，在線路規劃中將功能性與便利性進行結合考慮，為地鐵小半徑曲線鋼軌磨耗做到前置性預防。

3.2 軌道優化預防

首先在減振方面，地鐵軌道應當著力平衡現有的減振技術與抗磨耗技術，目前出于對軌道交通安全與噪聲層面的考慮，地鐵小半徑曲線鋼軌多配有減振型扣件?？奂に噷⑵胀ㄤ撥壟c低阻尼、低剛度的減振鋼軌相組合，不同的材質除了在鐵路運行過程內部出現異常波磨磨耗外，兩種材質間的強度、彈性、摩擦性統一困難，極易在交接處出現形變磨損。因此軌道施工單位應當著力與科研機構合作購買性能均衡的優質材料，同時引進先進技術設備[3]。其次在工藝方面，隨著鐵路建設工藝的提升，長軌枕道床的優勢逐漸展現，尤其針對于地鐵小半徑曲線鋼軌，采用埋入式的道床承載能力更強，承壓精度也大于早期傳統短式道床。同時作為城市內部軌道交通，地鐵軌道建設可以充分利用我國飛速發展的高速鐵路建設經驗將先進的CRTS三型板材應用在地鐵預制軌道中，通過提高鋼軌技術含量提升使用質量，以降低磨損影響。最后在細節處理方面，鋼軌在鋪設完成后及正式使用前應當采取以打磨為代表的預備工藝，打磨技術可以去除鋼軌表面的脫碳結構與施工過程中的摩擦損傷，給予地鐵列車滑輪更貼合的接觸面，相關施工部門應當對該步驟高度重視，增加對打磨環節的資金與技術支持，并配合以相應的打磨車提高整體效率。

4地鐵小半徑曲線鋼軌磨耗治理措施

4.1 鋼軌涂油

鋼軌涂油的物理學原理在于減少列車滑輪與軌道間的摩擦力進而減弱兩者碰撞中的沖擊磨損。經實踐數據表明，涂油法不僅可以降低軌道側磨壓力也對于修復異常波磨具有顯著作用。同時由于鋼軌本身設計的精密性，加之軌道交通的持續性要求，在養護過程中應避免油脂內滲造成二次傷害，在涂油施工前優先可以使用超聲波無損檢測技術完成探傷并對原有傷病進行修復，在保證鋼軌表面無傷病裂痕的前提下再進行涂油施工。在進行鋼軌涂油養護施工時，需要重點關注軌道所需油量，可以通過電子涂油機械與控制器把握出油的精準度與針對性（圖3）。

4.2科學設置軌道參數

對于地鐵小半徑曲線鋼軌而言，其結構特點本身就是導致鋼軌磨耗的原因，因此對于小半徑曲線鋼軌的病害治理應當從軌道設計環節就開始進行。為了避免小半徑結構弊端的影響，可以在具體布局設計中恰當改變如軌道間距、坡度、高度等幾何參數進行磨耗效果的中和。如適當增加低速運行區小半徑曲線的超高，可以有效改善上股鋼軌的受力環境，降低上股側磨發展[4]。這就要求在軌道鋪設設計環節相關施工單位利用計算機模型做好模擬演算工作，并借鑒發達國家與我國北上廣地鐵建設經驗，在統籌規劃與多方考量下結合實地測量的真實數據，為鋼軌病害治理提供科學的建設方案。

5結束語

由于地鐵運行時的減震工藝，使得地鐵小半徑鋼軌磨耗成為貫穿地鐵設計建設與使用全程的問題，整治地鐵小半徑鋼軌磨耗問題將大幅提高地下交通軌道的壽命與安全性。通過本文研究得知由于地下軌道的長期運營，地鐵小半徑曲線鋼軌主要表現為側磨或異常波磨的損耗?；诖?，本文提出了相應的優化對策，包括工程設計時需要進行的路線規劃預防與軌道優化預防。同時提出磨耗治理對策，包括在地鐵運營期和工程建設階段所需要進行的鋼軌涂油與科學設置軌道參數工作。

參考文獻：

[1] 陸云.地鐵小半徑曲線鋼軌磨耗的防治措施[J].城市軌道交通研究，2018，21（01）：68-71.

[2] 章志平，許一凡.地鐵小半徑曲線鋼軌磨耗分析及整治措施[J].科技與企業，2016（06）：235.

[3] 魏賢坤.地鐵小半徑曲線養護與維修[J].山西建筑，2008（15）：296-297+356.

[4] 顏怡翥.廣州地鐵5號線小半徑曲線鋼軌磨耗分析[J].城市軌道交通研究，2011，14（06）：55-57+63.

（作者單位：南京地鐵運營有限責任公司）