冬季集包线无缝线路钢轨折断分析和处理

鲍润全

(呼准鄂铁路有限责任公司，内蒙古呼和浩特 010050)

呼和浩特铁路局管内京包铁路线路集包段，北傍阴山山脉，南沿黄河，是连接我国西北、华北、东北地区，外接蒙古、俄罗斯以及东欧国家的重要陆路通道。集包线线路全长约300 km，地处北方寒冷地区，冬、夏季轨温变化幅度较大，我们知道轨温变化幅度越大，冬季或夏季无缝线路所承受的温度拉力或压力越大，钢轨折断及胀轨跑道的几率就越大。多年来养护的经验表明，只要我们认真钻研分析，日常养护中贯彻好“预防为主、防治结合”的原则，对症下药，针对具体的情况，采取具体的应对措施，无缝线路许多病害在一定时间或一定地段是可以减少的。近几年，随着铁路跨越式发展的需要，集包线运输高、密、重的特点，对我们养护维修工作是一种考验，同时也提出更高的要求，积极预防无缝线路长钢轨折断是工务部门冬季养护工作的主要任务之一。

1 钢轨焊缝折断的危害

无缝线路钢轨折断(含焊缝)，是无缝线路常见病害之一，它严重危及行车安全，造成无缝线路结构发生破坏，若不加以预防和整治，会造成列车颠覆，人员伤亡的重大损失。断轨对行车的危害随着断缝的大小而变化，一般钢轨的断缝只有20 mm～30 mm，个别的可达到50 mm～60 mm，桥上可能会更大。如果断轨发生在列车行驶中，随着气温的下降，断缝会继续扩大，严重时有可能形成一个100 mm～200 mm的大断缝。断缝过大，容易出现断缝两端钢轨上下或左右错口，严重影响行车安全，甚至在焊缝及热影响区范围内出现严重的水平裂纹，使钢轨发生粉碎性断裂，那样，后果将不堪设想。从断轨发生的部位看，断轨的绝大多数发生在铝热焊缝接头，一小部分发生在两焊缝间的轨条上。从发生的时间上来看，90%的断轨发生在11月～12月和1月～2月，而且以11月～12月发生的次数最多。一般大多发生在夜间。如2008年12月份，京包上行线K671+31号轨焊缝垂直断裂，拉开轨缝33 mm，发生在夜间0:20。

2 钢轨焊缝折断的原因

1)作用在无缝线路钢轨上的外力包括机车车辆反复作用下的动力及温度变化引起的温度力以及其他附加力，当这些力在钢轨内部引起的应力超过了钢轨本身的屈服强度时，钢轨容易折断，而焊缝疲劳强度及断裂韧性低铝热焊缝的屈服强度和冷弯强度只有母材的70%左右，疲劳强度则只有母材的60%左右，所以铝热焊缝容易断裂，同时由于焊缝的裂纹或其他缺陷，这些初始裂纹或缺陷首先扩大，焊缝疲劳强度急剧下降，就会首先造成焊缝折断。2)焊缝及其热影响区强度不均，焊缝的强度又低于母材，随着列车碾压时间的延长，在焊缝前后40 mm～60 mm的范围内，逐渐出现低凹，由于焊缝低凹增加了车轮的附加冲击力，附加冲击力又加速焊缝的低凹，使钢轨受力状况更加恶化，形成类似于普通线路低扣接头那样的恶性循环。这种恶性循环不但造成石碴坍塌，轨枕断裂、扣件折损，增加了维修养护的工作量和难度，同时也加速了焊缝的断裂。3)锁定轨温偏高，线路爬行，加重焊缝断裂。锁定轨温偏高时，冬季焊缝要承受较大的温度拉力，焊缝断裂多发生在11月～12月及1月～2月份的低温季节，就是明显的例子。如京包上行线K706+500 m处，在夏季插入短轨焊复轨温28℃，偏高，导致该处在当年冬季2月份发生断轨。4)线路爬行是万恶之源，它不仅会造成许多线路病害，而且，还使无缝线路的长钢轨发生不正常的伸缩，改变了原锁定轨温，形成冬季拉断钢轨，夏季胀轨的恶兆。同时，它还造成焊缝受力不均匀，增大了列车的附加冲击力，加速了焊缝(包括钢轨)的断裂，有时，它会直接引起钢轨或焊缝折断。5)养护维修不当，也是焊缝断裂的重要原因。线路的养护维修质量不好，例如在焊缝附近线路捣固不均、空吊板、暗坑、钢轨爬行、轨枕间距不均、三角坑、轨道水平、方向、高低不良、道床板结和翻浆冒泥等，将加大列车的冲击力，造成焊缝断裂。6)焊缝直接放在轨枕上或紧靠轨枕边缘时，会增加列车对这些薄弱位置的冲击，促使焊缝折断。7)无缝线路钢轨超期服役，钢轨母材的屈服强度降低，疲劳伤损，尤其是焊缝处易发生断轨。如现在上行K706+500 m焊缝处发生断轨，主要是上行钢轨吨公里通过总重超过大修换轨周期，钢轨超期服役造成。

3 钢轨焊缝折断的预防措施

1)提高焊缝质量，改进焊接工艺，严格遵守有关规章的规定。要加强焊接工的技术培训，提高其理论和实做能力;加强机具日常管理，确保焊轨质量良好;实行记名焊，提高职工的责任心;焊接时要保证焊接条件良好，在施工点不足、天气不良等情况下推移焊接时间。2)全面锁定线路。按规定要求堆满并夯实道床，拧紧中间扣件螺栓和缓冲区接头螺丝，加强线路防爬锁定，保持轨道结构纵、横向阻力，防止钢轨的不正常收缩。防止因钢轨或焊缝折断后轨缝拉大进而发生行车安全事故。3)整治焊缝病害。对高、低接头、错口接头、马鞍形接头等缺陷接头，要用磨、焊、垫、捣、筛等办法进行综合整治。对超过标准的焊缝应及时打磨、焊补，使无缝线路钢轨顶面和内侧保持平整光滑。有严重缺陷者，要锯掉重新焊接，以降低列车对钢轨的冲击。4)加强线路养护维修，提高线路设备质量。加强对线路养护维修，是保持钢轨和焊缝质量的重要措施。冬季钢轨刚性大，起道、拨道作业时，机械应放在距焊缝1 m以外，严禁用起拨道机直接顶撞焊缝，并避免做一些冷弯直轨工作。5)为减缓曲线钢轨磨耗，应加强曲线养护，经常保持曲线圆顺，合理设置超高度和轨底坡，适时对直线与曲线、外股与内股钢轨进行调换，特别是要根据钢轨材质、侧磨情况，建立合理的涂油制度，以减轻钢轨磨耗。6)夏季高温季节成段更换钢筋混凝土轨枕、道床破底清筛等施工处，如果进行高温应力放散，入冬前，一定还要放散应力，按设计锁定轨温要求，在设计锁定轨温范围内进行应力放散，重新锁定线路。7)加强钢轨探伤是预防钢轨折断的有力措施。要加强焊缝的探伤，尤其是入冬前的探伤检查，发现重伤的焊缝，要采取增设防爬设备，进行紧急处理和临时处理等有效措施，并加强检查，以确保行车安全;加强探伤工的技术业务培训，合理安排探伤计划，根据气候和设备状况安排探伤周期，做到周期合理、重点突出。8)加强焊缝及钢轨薄弱地段的管理。影响钢轨或焊缝断裂的因素很复杂。这就要求我们切实掌握断轨(含焊缝)的时间、地点、建立技术卡片，从焊接、铺设、锁定及轨枕位置、气温、环境、维修情况、轨面平顺、伤损程度等多方面做好原始记录，从中进一步分析断轨的原因，总结经验，确定今后改进和养护维修的措施，延长钢轨或焊缝的使用寿命。

4 钢轨折断的处理措施

1)紧急处理。当断缝小于50 mm时，立即在断缝处上好普通夹板或特制拱形夹板，用急救器加固，在焊缝两端各50 m范围内加强防爬锁定，拧紧扣件，防止断缝进一步拉大，并派人看守，限速5 km/h放行列车。如断轨小于30 mm时，限速15 km/h～25 km/h放行列车。经过紧急处理开通线路后，如果设备条件许可，应在原位焊复，否则应在轨端钻孔，上好普通夹板或特制拱形夹板，拧紧接头螺栓，然后可适当提高行车速度。同时在断缝两侧约3.8 m处的轨头非工作边上作出标记，并准确丈量两标记间的距离和轨头非工作边一侧的断缝值，作好记录，以便观测断缝是否扩大和永久处理后检测是否恢复原位。原位焊复前，切除断口折损部位的长度不超过60 mm，以满足铝热焊的最大焊缝宽度。原位焊复后，无缝线路实际锁定温度保持不变。原位焊复时，应松开接头两侧200 m～250 m范围内的钢轨扣件，并在此范围内每隔50 m设立1处位移观测，用钢轨拉伸器张拉钢轨，辅以撞轨，观测钢轨位移情况，位移到位后即进行焊接。

2)临时处理。钢轨折损严重或断缝大于50 mm，以及紧急处理后，不能立即焊接修复，断缝仍继续扩大，应封锁线路进行临时处理。临时处理时，在断缝两侧约3.8 m处轨头非工作边上作出标记，并准确丈量两标记间的距离和轨头非工作边一侧的断缝值，作好记录，以便观测断缝是否扩大，为永久处理作好准备。然后，沿断缝两侧对称切除伤损部位，两锯口间插入6 m的同型钢轨，轨端钻孔，上好接头夹板，用螺栓拧紧。在短轨前后各50 m范围内拧紧扣件后，按正常速度放行列车。

3)永久处理。钢轨断缝处紧急处理或临时处理后，在接近或低于实际锁定轨温时，插入短轨重新焊接修复。采用铝热焊时，插入短轨长度等于切除钢轨长度减去两倍预留焊缝值。先焊好一端，另一端张拉到位后焊接。插入短轨长度应大于6 m，短于6.5 m。焊后长轨条基本上恢复原有状态，保持原锁定轨温不变。焊接时的轨温不应低于0℃。放行列车时，焊缝时轨温应降至300℃以下。

5 结语

本文通过对冬季钢轨容易折断的原因进行分析，提出一些切实可行的防治措施，对指导集包线工务部门做好防断轨工作有一定的借鉴作用。无缝线路冬季的养护维修，应着重注意防爬锁定、整修扣件、打磨不平顺焊缝、消灭三角坑、暗坑与空吊板等工作。保持线路的大平及方向良好，减轻列车冲击振动，使线路钢轨得以保持稳定和完好的状态。

［1］ 中华人民共和国铁道部.铁路线路维修规则［M］.北京:中国铁道出版社，2006.

［2］ 中华人民共和国铁道部.铁路技术管理规程［M］.北京:中国铁道出版社，2004.

［3］ 中华人民共和国铁道部.铁路工务安全规则［M］.北京:中国铁道出版社，2006.

［4］ 中华人民共和国铁道部.TZ 201-2008客货共线铁路轨道工程施工技术指南［M］.北京:中国铁道出版社，2008.