城市轨道交通线路钢轨全寿命养护研究

文 / 兰州市轨道交通有限公司运营分公司 马彬

随着我国经济突飞猛进地发展，人们的生活水平显著提升，城市人口数量也随之剧增，城市轨道交通凭借其承载人数多，行驶方便、安全准时以及绿色环保的特点得到大多数城市的广泛认可并成为市民出行的首选。为了满足城市规模不断扩大发展的需求，城市轨道交通的行车密度、载客量也与之剧增，导致列车与轨道之间的摩擦问题也日益严重，摩擦损耗的问题已经严重地影响到了城市轨道交通路线钢轨预期设计的使用寿命。因此，面对当下的问题，首先需要进行详细的分析造成城市轨道交通线路钢轨损耗的主要原因，根据实际存在的问题制定出相应的控制措施。本文主要对城市轨道交通线路钢轨磨损严重的原因进行系统的研究和分析，主要从轨道的全面养护和减缓轨道磨损两个方面来考虑问题，最终提出了全寿命养护策略，这不仅能够确保城市轨道列车安全可靠的运行，还能够极大地延长城市轨道交通线路钢轨的使用寿命，从而达到获得最大经济效益的目的。

引言

近年来，随着城市轨道交通线路的大量投入使用，不仅有效地解决了城市居民上班、下班高峰期的拥堵问题，还极大地减少了对城市环境的破坏，另外城市轨道交通凭借其本身行驶速度快、安全准时以及承载能力强的优势，现阶段已经逐步发展成为城市居民出行首选的交通工具。但是伴随着城市人口数量的剧增，城市轨道交通的行车密度不断增加，经过高频次的长时间运行作用导致城市轨道交通列车车轮与轨道之间的摩擦问题越来越严重，并产生了一定的破坏作用，这样以来严重的影响了轨道的使用寿命。

而城市交通中钢轨作为列车行驶主要的承载部

件，经过列车车轮反复的动载作用和摩擦，钢轨的表面极易出现各种损耗问题，尤其是钢轨的轨距角处极易产生裂纹，问题严重时更会造成该部位的钢轨出现剥离掉块的现象，在专业的领域，该现象称之为“滚动疲劳接触伤损和磨耗伤损”，如果这个问题得不到有效解决，列车在行驶过程中还会产生巨大的噪音，情形严重时更会出现断轨的现象，这对乘客的乘车舒适度甚至生命安全都造成了严重的影响。

形成城市轨道交通线路钢轨损耗的过程及减小损耗的控制措施

城市轨道交通线路钢轨的损耗大多数发生在钢轨轨头处，经过长时间车轮的滚动动载挤压和摩擦，钢轨滚动接触疲劳将会导致钢轨轨头出现剥离现象，由于这是轮轨接触相对比较频繁的位置，列车车轮强大的挤压力作用在钢轨轨头处，将会产生较大的接触应力，当钢轨轨头的接触应力超过钢轨的疲劳屈服极限时，钢轨就会产生裂纹，钢轨轨头发生变形。

面对以上问题，钢轨在安装完成之后，首先应对钢轨表面进行打磨，对钢轨结构做一定的预整形处理，消除轨道材料在生产过程中内部产生的应力和施工中产生的一些初始不平顺。另外，还可以通过适当的调整钢轨轨道参数和轨道的动力性能的方式，实现减缓和控制列车与轨道之间产生的摩擦损耗问题。

城市轨道交通线路钢轨全寿命养护策略的提出

钢轨全寿命养护策略的管理理念

造成城市轨道交通线路钢轨损耗的主要原因是滚动疲劳接触伤损和磨耗伤损，单从这一成因考虑，实质上就是轨道与列车之间相互作用、相互摩擦产生的。

而钢轨的使用寿命主要受制于钢轨产生伤损的严重程度的影响，对于所采取的全寿命养护策略也需要根据钢轨损坏的不同状况来制定。例如列车每周或者每月的运行频率、列车与轨道之间的接触摩擦情况、钢轨日常的润滑频率以及钢轨的变形程度等等，这样可以根据不同的情形，制定出不同的养护策略。

通过技术人员的分析和研究，可以适当的改变列车与轨道之间的接触关系，减少列车对轨道某一点的挤压和受力，也可以改变原有轨道的材质，增加钢轨本身的韧性和弹性，并且定期的对钢轨做润滑处理和整形处理，这对提高轨道使用寿命有着良好的效果。

由此可知，对线路钢轨实施全寿命养护策略本就是一项系统复杂的过程，如果仅仅是加强钢轨的维护保养是不能够从根本上消除钢轨的磨损问题的，这必须要从整个系统流程考虑，结合列车的重量、结构和运行频率，认真做好轨道的日常检测、钢轨润滑和变形等各项工作，这些都是减缓钢轨损耗的合理手段。

为此，结合目前的钢轨滚动接能疲劳伤损和磨耗伤损的主要检测和养护手段，考虑钢轨整个服役寿命期的伤损发展情况，提出钢轨全寿命养护策略理念。

钢轨全寿命养护策略是以线路的累积通过总重为时间轴，以钢轨轨头质量的变化（如轨头外形变化、钢轨轨顶面裂纹发展、钢轨磨耗等）为纵坐标，描述了钢轨轨头质量随累积通过总重变化的规律，这种钢轨全寿命养护策略理念涉及到钢轨从上道至更换下道整个寿命阶段的全部内容，主要包括钢轨轨头质量标准的确定及应用、钢轨轨头检测技术及应用、钢轨轨头整形作业技术及应用以及钢轨寿命预测等四个方面。

如何判定钢轨损耗的严重程度则是当下需要重点研究的内容，城市轨道全寿命养护策略的实施是通过列车高密度、高频次行驶后轨道的累积运行状态确定的，其中钢轨轨头质量标准的控制则是全寿命养护策略顺利开展的基础条件，正确设定出钢轨轨头的质量参数，这一过程包含了钢轨在安装之初的质量参数和允许列车运行的最大质量参数。

钢轨轨头质量标准是控制钢轨寿命的前提，主要包括钢轨初始质量和钢轨临界允许质量。在新线轨道铺设完成之后，需要对各项参数进行试验，可以选择采用列车正式运行来检验轨道的质量问题，这能够有效地消除钢轨在挤压之后产生的初始应力作用。进而在列车运行试验完成之后，需要将钢轨轨头的初始不平顺和缺陷打磨干净，尽可能的减少钢轨的表面粗糙度，由此钢轨在经过一系列的预处理之后，使得钢轨处于最佳的初始状态。

另外钢轨轨头在经过长时间的挤压之后，边角的磨损十分严重，导致钢轨轨头的外形发生变化，这样以来列车在正常运行过程中往往存在着一定的安全隐患。钢轨不能继续服役，必须更换下道。这种情况下的钢轨轨头质量就是钢轨临界允许质量。面对当下的这种情况，钢轨轨头的质量问题就显得至关重要，这也是加强轨道整形修复的重要内容。

钢轨全寿命养护策略的关键内容

钢轨全寿命养护策略的有效实施，首先需要深入的了解列车与轨道之间的接触关系以及合理的钢轨外形结构，这需要从钢轨作用边的摩擦和滚动接触造成的磨损来看，这个主要问题的成因即是列车与轨道之间的关系和地位并不明确造成的。

采用全寿命养护策略的最终目的就是通过对已经发生变形的轨道，利用物理、化学手段将其恢复成最初的状态，将钢轨轨头恢复成正确的外形轮廓，这样在一定程度上改善了之前的列车与轨道之间的接触关系，与此同时也能够有效地减缓和控制列车与轨道之间产生的摩擦损耗。

另外，可以在现有的基础上，对以往列车与轨道的接触模式进行革新，这就需要根据列车的条件，线路运行的条件和轨道的损耗程度，设计出能够产生最佳的列车与轨道接触关系，其中车辆条件包括车辆的自身重量、列车钢轮材质的硬度和列车悬挂的阻力等等；线路运行条件则包括列车与轨道接触部分的高低好坏、轨道材质的弹性程度和钢轨的类型等等；轨道的损耗程度包括轨道轨头偏离大小、轨道表面的粗糙度以及钢轨头部的变形程度等等。

在掌握以上基本参数的基础上，根据列车的行驶情况设计出适合以上运行状况的轨道钢轨结构，这样可使修正的线路能够与列车进行完美搭配，能够最大化的减缓和控制列车与轨道之间的摩擦损耗。

通常情况下，线路轨道在经过长时间的高密度、高频次的重复作用之后，其外形轮廓难免会发生变形，尤其是在钢轨轨头发生严重变形之后，列车与轨道之间的接触和衔接必然存在问题，导致钢轨表面的磨损程度日益严重，最后只能通过更换钢轨的方式解决这个问题。

然而通过物理或化学手段对钢轨进行整形，更是人为干预情况下的一种钢轨轨道损耗，当钢轨轨头的材质质量发生变化，将会加剧列车与轨道之间的摩擦损耗，因此如何科学有效的对钢轨进行整形则是钢轨全寿命养护策略实施的关键性内容，采用周期性的钢轨整形手段能够最大化的延长钢轨的使用寿命。

另外，良好的钢轨润滑剂也能够减缓列车与轨道表面之间的摩擦损耗，但是这避免不了钢轨表面粗糙度的摩擦损耗，钢轨内部产生的裂纹最终将会累积下来，进而导致钢轨可能出现断轨现象。

结语

总而言之，经过多年城市轨道交通线路轨道养护实践经验的积累，针对列车与轨道摩擦严重的问题，我国已经掌握了一定的科学有效的解决方法，但是相比较国外的城市轨道交通钢轨养护策略仍然存在一定的差距。

因此，我国要根据各个城市轨道行驶的实际情况，设计出科学合理的轨道全寿命养护策略，这就需要相应的轨道养护技术人员了解线路轨道的损耗情况和车辆自身的各种条件，牢牢掌握列车实际的运行规律，尽可能的控制和减缓列车与轨道之间存在的摩擦损耗。

除此之外，还需要加强轨道的日常维护保养，利用先进的轨道磨损检测技术和评价标准，合理的设置轨道使用的相关参数。科学合理的使用城市轨道交通线路钢轨的全寿命养护策略不但能够最大化的延长轨道的使用寿命，而且能够极大地提升城市交通的运行效率，减少线路行车故障的发生。