大秦铁路钢轨使用寿命和延长措施研究

赵国震

摘 要：近年来，随着大秦铁路全线运量的不断上升，铁路负载也在不断加大，已成为世界上年运量最大的铁路干线，但其钢轨的磨损程度和使用寿命也在随之下降和缩短。针对大秦铁路的运营现状，对如何延长钢轨的使用寿命进行了探讨，以供有关铁路运输人员参考和借鉴。

关键词：大秦铁路；使用寿命；钢轨；铁路运输事故

中图分类号：U213.4 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.18.080

大秦铁路作为我国重要的重载铁路之一，在我国乃至世界的重载铁路干线中占据着重要地位，极大地推动了我国铁路运输事业的发展，解决了我国长期存在的铁路运煤紧张问题。于1992年全线通车的大秦铁路自山西省大同市出发到达河北省秦皇岛市，是我国铁路发展的重要里程碑之一，全长超过600 km，纵贯北京、天津等我国重要省市，在西煤东运战略中发挥着不可替代的作用，为我国东部地区的经济建设作出了卓越的贡献。大秦铁路自运营开始，一直致力于实现铁路运煤的最高效率，取得了较大的成果，年运量目前已超5.0×108 t。然而，高强度的运营加剧了铁路钢轨的磨损，加大了铁路维护人员维修和检查的难度，更是在一定程度上提高了铁路运输事故的发生概率。

1 重载铁路的发展现状

在铁路运输事业发展的早期，重载铁路常是一个令人回避的话题，原因在于重载铁路的建设不仅需要超高的成本，更需要相关技术人员的参与和烦琐的后期维护，且因重载铁路钢轨断裂而引发的铁路事故屡见不鲜。然而，随着工业的发展，煤和矿石的开采量不断增大，国际上对运煤干线，尤其是重载铁路的建设日益迫切，重载铁路进入了全新的发展时期。

在国际上，许多发达国家都将重载铁路的发展放在铁路发展的首位，给予了极高的重视。在美国等发达国家，重载铁路从建设到发展、维护，已经形成了一整套完善的体系：在建设方面，采用了具有高强度、高耐磨性的钢材；在维护方面，有专业的铁路技术人员打磨钢轨，有些发达国家使用润滑剂提高钢轨的使用寿命。

2 大秦铁路钢轨容易出现的损伤

随着铁路运营事业的快速发展，虽然具有先进的设备和维护人员，但大秦铁路还是受到了一定的损伤。通过铁路技术人员的不断研究发现，大秦铁路钢轨损伤主要分为裂纹、擦伤和掉块等形式。

2.1 裂纹

研究表明，大秦铁路钢轨出现的裂纹主要为横向裂纹，分为铺设前裂纹和运营中出现的裂纹两种：早期出现的裂纹主要是因用于铺设钢轨的钢材没有完全回火，进而导致钢轨内部组织断裂，在表面处形成裂纹，严重影响了列车的运行和运煤效率；运营中出现的裂纹主要是因列车在运行过程中会产生循环的高强度应力，钢轨不仅要受来自列车的垂直应力，还要受列车与钢轨中存在的横向摩擦力，导致钢轨表面出现裂纹，且裂纹在列车的进一步压迫下会向钢轨深部拓展，最终导致钢轨断裂，给铁路运煤埋下了极大的安全隐患。

2.2 擦伤

对大秦铁路的钢轨进行了多次试验，试验结果表明，大秦铁路钢轨在高强度运营下极易出现表面擦伤，进而降低钢轨的承载强度。钢轨出现擦伤的原因主要分为以下3点：①由于运煤列车常行驶在坡度大、距离长的路段，较长的运输距离会弱化钢轨的承载作用，并擦伤钢轨，长时间擦伤会导致钢轨出现横向断裂。②列车在转弯过程中，车轮与钢轨之间易因大面积接触而产生较大的应力，进而擦伤钢轨。③列车在车站启动或制动时，车轮与钢轨之间长时间的相对滑动会导致擦伤更加严重。此外，车轮启动困难时，钢轨会受高强度的横向应力，进而导致擦伤。

3 大秦铁路钢轨使用寿命分析

针对上述大秦铁路钢轨易出现的各种损伤，及其损伤发生的各种规律，研究人员在掌握各种损伤类型的基础上，努力探索钢轨损伤的一般规律，从而延长钢轨的使用寿命，提高大秦铁路的总体运营效率。研究具体分为以下2方面：①对新型钢材的研究。新型钢材必须在原有钢材的基础上进一步提升自身的耐磨性和承载力，针对大秦铁路钢轨易因摩擦产生的高温而诱发断裂的特点，新型钢材要具有抗高温的性质。②对钢轨润滑技术的研究。钢轨润滑是大秦铁路钢轨后期维护中不可缺少的内容。采用钢轨润滑技术主要可避免钢轨的早期裂纹和擦伤，通过润滑剂的渗透作用在钢轨表面形成保护层，从而可达到预防裂纹向钢轨内部发展的目的。

4 延长大秦铁路钢轨使用寿命的手段

根据以上研究，延长大秦铁路钢轨的使用寿命必须从整体入手，即从提高钢材的性能出发。鉴于大秦铁路日益攀升的运量，必须从根本上降低车轮应力对钢轨的破坏，尤其要在重点地段采用润滑和打磨措施，完善钢轨的维护体系，提高钢轨的抗疲劳性和强度，从而使大秦铁路发挥更大的作用。在大秦铁路的重点地段，应铺设具有热塑性的高弹性材料，这样可极大地改善钢轨的整体质量，从而有效降低铁路运营成本和提高运煤效率。此外，具有热塑性的弹性材料比传统材料具有更优秀的拉伸性能，可保证钢轨不因塑性变形而引发内部组织向白色组织转变，从根本上避免了钢轨断裂现象的发生。

5 结束语

综上所述，大秦铁路作为我国乃至世界上重要的重载铁路干线，在我国的运煤事业中发挥了不可替代的作用。通过从各方面延长大秦铁路钢轨的使用寿命，笔者相信，其必将在未来起到更为重要的作用。

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〔编辑：张思楠〕