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城市轨道交通道岔伤损原因分析及整治措施研究

来源:现代城市轨道交通 作者:



随着城市轨道交通行业的迅速发展,城市轨道交通设备设施运营维护中不可避免的出现一系列病害现象。以南宁市轨道交通 1 号、2 号线为例,分析其运营期间道岔尖轨、辙叉出现不同程度冷弯、裂纹、剥离、掉块等伤损的原因,并针对性地提出合理的预防和维护策略。


道岔缺陷及伤损分类、统计



城市轨道交通正线使用较多的钢轨型号为P60,材质一般为 U71Mn 或U75V,一般选用P60-1/9号、P50-1/7号道岔。道岔辙叉较多采用高锰钢整铸式辙叉,尖轨多采用60AT弹性可弯尖轨,尖轨尖端为藏尖式。辙叉和尖轨下设垫板和滑床板,并用高强螺钉固定于轨枕上。

在正常运营条件下,钢轨受列车轮对的作用较复杂,其受外界作用大小、方向和位置都有很大的不确定性,与静态作业条件下有很大不同。在荷载和温度作用下,钢轨发生压缩、伸长、弯曲、扭转、压溃、磨耗、裂纹等各种复杂的变形。钢轨内部受力更加复杂,常因温度急剧变化、外界作用力较大而拉断。另外,冶炼过程的缺陷以及运输、使用过程中的不良条件也会导致钢轨的伤损。对于道岔而言,其基本轨、尖轨均为钢轨刨切弯制,辙叉为高锰钢整铸,受力和伤损原因更加复杂。为做好城市轨道交通线路设备的检查、巡视、更换和日常管理等工作,行业内将钢轨伤损程度划分为轻伤、重伤和折断3 大类,伤损类型分为9 类32 种。日常城市轨道交通轨道伤损管理中通常对辙叉伤损判定为轻伤、轻伤有发展、重伤。城市轨道交通列车因其车辆轴重轻、车型单一,轨道结构及运营条件等都与铁路有着明显的区别,形成的伤损类型也有自身的特点。

南宁市轨道交通1号线分2段开通,2号线较1号线晚开通1年,随着运营时间的不断增长,各道岔出现不同程度的伤损,出现的道岔伤损主要类型有裂纹、掉块、剥离、尖轨变形、飞边等。通过统计管段内加固和更换的尖轨、辙叉伤损情况,可将导致尖轨、辙叉伤损的原因大致分为材质、制造工艺、轮轨作用、维护管理和环境等5 类。本文道岔伤损统计主要以尖轨和辙叉出现伤损的数量为主要统计指标指标。

南宁市轨道交通1 号线、2 号线道岔伤损部位和伤损数量统计情况见表1,1号线、2号线道岔伤损类别及数量情况统计见表2。由表1、表2可见,辙叉伤损比例高于尖轨伤损比例,尖轨变形和辙叉裂纹较多。

道岔缺陷及伤损原因分析



尖轨制作工艺
通过道岔缺陷及伤损统计分析,尖轨的缺陷及伤损主要有尖轨磨耗,尖轨与基本轨不密贴,尖轨作用面有裂纹,尖轨开口过大等。经分析,2号线尖轨缺陷及伤损主要是因为尖轨在制作运输过程中存在一定程度的硬弯等,致使部分尖轨存在与基本轨不密贴、尖轨开口较大等问题,经厂家现场进行调试,较大部分尖轨可满足规范要求。

辙叉材质及铸造工艺
钢轨在制造过程中,由于工艺不良而致使钢轨内有炉渣、白点、气泡、金属外物等缺陷,造成轨面夹渣、夹灰。这些缺陷在列车重复荷载作用下,最终引起轨头变形或轨面裂纹。现今国内已建设、开通的城市轨道交通较多的采用高锰钢整铸辙叉,其主要尺寸和钢轨组合辙叉相同。城市轨道交通专用高锰钢整铸辙叉在几何参数、铸造工艺等方面与铁路常用辙叉存在一定差异,各城市因设计图纸存在一定区别,造成生产厂家在辙叉铸造过程中存在一定差异。

轮轨作用力
列车在道岔上通过时,可能发生车轮制动滑行或空转,轮轨之间发生剧烈摩擦,使轨面变硬、变脆,经过车轮多次重复作用便会形成轨头横向或者纵向裂纹。目前,南宁市轨道交通1 号线、2 号线高锰钢整铸辙叉心较快出现裂纹、掉块等情况。究其原因,主要由于高锰钢辙叉作用面较列车车轮硬度低,铸造过程中虽然经过淬火等工序处理,但前期硬度还是存在一定不足。在列车长期重复作用过程中易因接触踏面应力集中产生裂纹,如裂纹不及时处理将发展成掉块等伤损。

维护管理
道岔构造复杂、养护困难,是工、电、运等多专业和多部门管理的结合部分又是事故的多发处所。在铺设和日常维护中,尖轨的最小跟距、尖轨尖端开口宽度、尖轨动程、尖轨跟端轮缘槽宽度等几何尺寸严重影响尖轨的状态。铺设和维护检修不到位,容易导致尖轨或基本轨异常磨耗,缩短设备使用寿命,更可能产生列车掉道、挤岔等事故。

环境因素
南宁地处亚热带地区,常年雨量充足,湿度较高,隧道及车站内渗水常发,造成隧道内较其他地区潮湿,加快了道岔部件的锈蚀速度。受大气和电化学的腐蚀,道岔部件容易产生锈蚀,相关资料揭示,干燥区域钢轨、道岔等锈蚀速度明显缓于潮湿环境。南宁市轨道交通1号线、2 号线的现场实测资料显示,潮湿地段锈蚀较干燥地段严重,且道岔部件的内、外侧最易锈蚀掉块。


道岔缺陷及伤损控制措施



提高道岔的整体质量
(1)提高道岔的整体质量。控制尖轨刨切母材钢轨中各化学成分的含量,如,钢轨中锰元素可以提高钢的强度和韧性;硅元素易与氧元素产生化学反应,能除去钢中的气泡,增加钢轨的密度;锰、硅能提高钢轨的耐磨性;严格控制高锰钢的碳、锰、硅、磷、硫等化学成分,并严格按照要求进行水韧处理;根据轮对硬度匹配性进行预硬化处理,增加辙叉表面材质的强度。

(2)改进制造工艺。尖轨可以采用全长作用面淬火技术;在母材钢轨的冶炼过程中采用精炼、真空托起等先进的锻造技艺使钢质净化,尽量减少钢中非金属夹杂物,以减少夹灰和疲劳剥离等伤损的发生;在高锰钢辙叉铸造后期可采用较先进的爆破淬火技术,提高高锰钢辙叉接触面的前期强度;在出厂验收中严格按照规范要求提高验收标准,降低外形尺寸偏差对道岔部件后期使用的影响。

(3)推广应用混凝土枕及整体道床,增加道岔整体刚度,降低列车振动对道岔部件的伤损速度。

加强道岔巡查
目前采用人工探伤小车、轨缝探伤仪等对道岔部件材质进行静态检查,但静态检查在一定程度上不能真实反映出列车通过时道岔部件的真实工作状态。钢轨探伤车等动态检查设备在铁路已运用较为成熟,但在道岔区依然存在一定的短板。因此,在目前的运营维护管理中,应加强道岔区巡视力度、缩短检测周期,及时发现道岔部件伤损情况,保持道岔设备质量状态良好,确保列车运行安全。

加强道岔几何尺寸检查
目前,国内城市轨道交通对道岔区常采取人工巡视方法,并按照相关规范进行周期性检查。在道岔日常管理中,要严把道岔几何尺寸状态关,优化道岔部件受力状态,减少车轮对道岔部件的伤损。

改善道岔周边环境
改善隧道渗漏水、道床周边排水设施,加强道床边沟积水、排水孔堵塞、转辙机基坑渗水等结构故障的整治力度,降低道床运行环境中不良环境因素对道岔的锈蚀危害。


怎么样,看完之后是不是对城市轨道交通道岔伤损原因及如何整治有了进一步的了解?更多城市轨道交通技术文章在“现代城市轨道交通”,快来关注吧


参考文献

汪爱东,汪凤弟,韦庭三. 城市轨道交通道岔伤损原因分析及整治措施研究[J].现代城市轨道交通,2019(7):77-79