地铁轨道养护中打磨技术的应用研究

朱蕾 叶肖

无锡地铁运营有限公司 江苏 无锡 214000

轨道的使用寿命和车辆行驶的安全息息相关，而轨道上的钢轨、道岔、枕木等部件会随着列车运行产生各种损伤，并且在列车运行过程中容易出现钢轨磨损、轨距变宽等问题，一旦发现轨道出现损伤，需要及时采取措施进行处理。打磨是解决这些问题的主要方法，在城市地铁中，对于车辆运行安全十分重要的因素是地铁轨道。通常来说，地铁列车运行时会对轨距产生一定影响。以某地区为例，该地地铁车辆运行过程中通过的路段都在隧道内或地下隧道内，因此当车辆通过时很容易导致列车与铁轨之间产生摩擦和冲击现象，此外轨距对车辆行驶过程中的稳定性也有一定影响，当轨距发生变化时会使得车轮和铁轨之间产生冲击和磨耗现象，而轨距一旦发生变化就会导致列车行驶过程中出现脱轨或出轨现象。因此，为了保障车辆运行过程中的安全隐患能够降低到最低程度，要及时对轨道进行养护处理，其中轨道养护一般包括对破损钢轨进行更换、对存在病害的道岔进行修整打磨等工作。

1 我国地铁轨道打磨技术的发展现状

地铁轨道打磨技术最早应用于1950年左右的铁路工程项目当中，并且该项技术在经过数十年到发展之后，通过相关专业工作人员的优化和完善，研发出了更多不同型号不同形式的轨道打磨车，并且在地铁轨道钢轨打磨工作当中广泛应用，由此可以看出当前我国轨道打磨技术的应用已经日渐成熟，并且逐渐发展成为一种现代化的地铁轨道养护技术方法，所取得的工作效益非常明显。但是由于我国在轨道打磨技术的研发使用时间方面比较落后，在1989年通过初步引进学习之后，才正式是有了我国国产的第一部轨道打磨车辆，该车辆主要用于钢轨的毛边、毛刺打磨处理，并且这种打磨方法在工作效率上相对偏低，打磨技术方法上比较落后，特别是我国地铁工程项目建设施工规模不断扩张的条件下，该打磨方法无法充分满足长时间地铁养护工作要求。在后续的发展过程中，随着我国科技技术的不断成熟，轨道打磨机国产化已经基本成型，并且逐渐开始了轨道打磨新型技术的研究工作，特别是针对一些小型轨道打磨设计工作研究取得了明显的成绩，可以对地铁轨道实施精确、高效和高质量的打磨处理工作，对推动我国轨道交通运输事业的长远稳定发展打下了良好的基础。

2 地铁轨道打磨处理工作的重要作用

地铁轨道打磨工作是非常重要的工作环节，直接关系到地铁车辆的运行稳定性和质量，同时关系到地铁的使用安全性，因此对于地铁轨道的打磨处理工作非常关键。

2.1 新建地铁轨道线路打磨工作的重要性

通过对新建地铁线路轨道进行打磨处理，可以对新建的钢轨公差和施工偏差进行调整，提高地铁滚轮和轨道之间的接触效果。在地铁轨道工程施工过程中，主要使用的是挂枕架轨法对整个道床进行施工，尽管使用铁垫板已经加工成轨道的底部支撑部分，但是因为各个轨枕相对独立，在施工中会出现支撑变形和钢轨轨枕制造公差等方面因素，造成施工完成之后的轨道底坡位置的施工进度无法得到保证。根据实际滚轮对踏面的锥度大小，通过使用对应的打磨技术方法，合理选择打磨头偏转的角度和功率，可以最大程度上解决这一施工误差问题，可以保证地铁轨道表面可以得到一个相对不变的钢轨倾斜角度[1]。要想解决轮轨之间的接触问题，在新建的地铁轨道打磨技术的使用当中，可以发挥出多方面功能和优势，从现阶段我国大部分城市地铁的运行工作状态进行分析，通过对地铁钢轨表面进行打磨处理之后，可以有效降低导轨和车辆滚轮之间的磨合时间，使得整个钢轨的使用周期得到延长，在对钢轨进行充分磨合处理工作之后，很多导轨的轨迹吻合程度得到了明显提升，钢轨的光带也从以往的不稳定状态逐渐变得越来越稳定。轨道磨损过程中的均匀性也得到了明显的提升。通过对新建的轨道线路进行打磨处理，可以有效去除轨道表面上多余的毛刺或者是腐蚀残渣，可以保证轨道的表面更加光洁，新建轨道和车辆的滚轮之间的摩擦协调性更高，同时地铁在运行过程中所产生的噪音量也得到了有效控制，整个地铁的人员舒适性也得到了明显的提高。

2.2 既有轨道线路打磨工作的重要性

在既有地铁轨道线路长时间使用之后，其中一部分的地铁轨道会出现材料的脱落和掉块情况，同时还存在飞边擦伤等各种质量缺陷问题，特别是在地铁的曲线地段，经常会出现比较大的磨损问题，很多地铁在运行过程中主要使用的是ATO运行工作模式，因此在车辆类型方面并不具有多样化形式，轴重基本相同，在运营过程中同一区间段车速基本保持相同，行车的频率相对较高，造成轨道在同一位置经常会受到同样的作用力。因此，轨道如果产生质量缺陷问题，这种病害会在较短的时间内快速加重，特别是容易受到磨损的区域，受到列车滚轮的反复摩擦和颠簸影响，会形成比较严重的轨道道床病害和钢轨扣件破坏等各种问题。

由此可以看出，既有的轨道线路在长时间的运行工作之后，会造成比较严重的磨损消耗、疲劳损伤等各种问题，主要表现在第一，钢轨波磨和滑动病害问题，加大了地铁通行过程中的噪音和振动程度，对地铁乘客以及附近的人们日常生活造成一定的影响；第二，钢轨出现接触性疲劳损伤问题，属于一种物质转化，钢轨硬化表层加深，并且会造成钢轨表面裂缝加大，出现鱼鳞损伤等问题，严重的情况下甚至会造成钢轨的直接断裂；第三，钢轨表面出现明显的污染问题，由于腐蚀铁锈影响到滚轮之间的接触程度，列车在行驶过程中对于信号系统等安全性造成了不良影响。通过对既有线路进行打磨处理，可以最大程度上降低地铁轨道病害问题，保证地铁通行的安全性，同时延长地铁轨道的使用寿命。

3 地铁轨道养护中打磨技术的具体应用策略分析

3.1 地铁轨道预防性打磨技术

轨道养护工作的基本原则是“以勤养轨”，而打磨技术是一种常见的养护技术。随着车辆运行速度的提高，列车会在轨道上产生很大的轮轨作用力，轨道会受到不同程度的损伤，而轨道主要的故障是轨距变宽和枕木松动。此外，轨枕顶部会产生一定凹坑，这些凹坑将加剧对轨枕和道床之间产生摩擦和压力，因此需要及时对这些凹坑进行打磨。但是在实际工作中由于轨道线路较长，很难对所有轨道进行全面打磨处理，因此采取在部分线路上安装测距仪和钢轨测振仪等设备，对部分线路进行重点检查，并根据实际情况对不同程度的轨道损伤进行预防性打磨处理[2]。此外，还需要结合目前国内普遍使用的几种轨道养护技术，对各线路实际情况进行分析，要充分考虑到养护成本、维护难度以及维护周期等因素。常用的预防性打磨技术有以下几种：1）等幅法：这种方法在实际使用过程中只需要调整部分轨道轨距即可实现轨道打磨，在相同养护里程内能够有效降低维护成本和降低工作量；2）等速法：通过调整几组不同型号轨道扣件之间不同的松紧程度，实现对车辆运行速度变化的适应能力。这种方法需要将每组扣件之间进行多次打磨实验后才能得到较好效果，并且在此过程中要特别注意各扣件之间松紧程度不同而产生的调整幅度大小；3）等宽法：这种方法需要先将轨道扣件、轨枕和道床等部件间的距离调节到最大值后再进行打磨处理，这种方法操作简单且效果较好，但也存在着一定缺点，比如对某些部位调整过紧会导致局部作业难度增加，由于没有考虑到整体轨道道床结构之间存在的缝隙大小和变化趋势关系，因此可能无法避免不均匀磨损现象发生；4）等距法：该方法在实际使用过程中，能够同时兼顾所有影响因素并进行综合考虑和调整，既能保证调整后轨道外观质量达到标准要求，也能够确保调整后扣件系统间存在缝隙时能够降低摩擦压力，从而防止冲击磨损现象发生。

3.2 地铁轨道焊接后粗磨技术

在对轨道进行养护工作时，一般会对轨道表面进行焊接，在焊接过程中通常会导致钢轨之间的接触面积增大，因此需要及时对钢轨焊接位置进行打磨。但是一般情况下，地铁列车运行过程中不会出现车辆与铁轨的直接接触，因此可以将轨道焊接后的打磨工作推迟到列车运行之后进行，但是因为很多地区在地铁运营过程中，所处位置会有不同程度的磨损问题，因此不能将轨道焊接后粗磨技术应用到这些地区中[3]。

我国一般采用的粗磨方式是将打磨轮与钢轨接触，从而在钢轨之间产生摩擦，这种打磨方法相对于之前来说有了很大改进，主要在对轨道进行打磨时，只需要对钢轨与车轮之间产生的磨耗进行打磨即可，不需要对轨道和车轮之间接触处产生磨耗进行打磨，这种粗磨方式相对于之前的处理方法，减少了很多工作流程和环节。此外，由于粗磨技术更加适合我国地铁实际情况，因此它可以广泛应用到其他地区的铁路轨道养护工作中。在对地铁轨道粗磨过程中，一般会根据不同地段所处位置、地质条件以及养护需求等情况采取不同的粗磨方法。通常来说，在一些地铁线路较少或者地下线路较多等地段，采用粗磨技术进行养护，如果地铁线路附近存在地质灾害比较严重的现象，或者一些坡度很大的地段，可以采用粗磨技术进行养护。如果地铁线路附近地形复杂时，则不能采用粗磨技术进行养护。一方面由于这些地区多为山地及丘陵地区，容易出现地质灾害；另一方面这些地段一般难以安装打磨设备，因此只能采用较小规模且局部路段的粗磨法。另外，由于不能对钢轨磨损问题采取有效措施，只能针对出现磨损问题较大、已达到使用寿命的钢轨采取粗磨措施，目前我国在对钢轨粗磨法上已经积累了一定经验。

3.3 地铁轨道修复性打磨技术

在轨道养护中打磨处理是最主要的一种养护手段，打磨技术的使用不仅能够起到延长轨道使用寿命，提高轨道抗疲劳能力的作用，同时也能够提升车辆运行安全性和舒适性。但是随着列车速度的不断提升，在列车高速运行过程中受到轮轨之间接触压力影响和摩擦阻力作用下，会对轨道产生较大的磨损。因此，在对轨道进行养护处理时，一般采用修复性打磨技术对病害进行处理。常见的修复性打磨技术有机械修、热氧处理、超声波处理等方法。第一，机械修法在使用过程中，当钢轨出现磨损或局部变形等现象时，可以采用磨耗与矫正相结合的方式对钢轨进行修复，这种修复方法通常是根据实际情况，决定需要修整的部位和范围，之后进行打磨或者是更换钢轨[4]。第二，热氧处理法：热氧处理法主要针对轨枕下方存在磨耗现象，对于地铁车辆运行安全性影响不大时，可以采用这种方式进行处理，这种方法使用加热设备对轨枕上方进行加热，使枕木实现软化效果之后再将钢轨取出。第三，超声波打磨法。主要是通过超声波的作用来对轨道产生影响，当轨道受到较大冲击或受到振动时都会导致轨道变形，而利用这种方法能够较好地消除轨道中存在的噪音和不平顺现象。第四，修复性打磨技术，不仅能够实现对于线路病害的修复和解决，同时也能够使线路状况保持在最佳状态下运行，还能对线路产生一定的保护作用。此外，修复性打磨技术还不会影响列车运行速度且具有较高安全性能及环保性能。

3.4 地铁钢轨断面廓打磨技术

对地铁钢轨进行打磨，主要是对轨道断面轮廓进行打磨，这种打磨方法可以使得轨道断面轮廓更加平顺，可以在一定程度上防止出现钢轨过度磨耗现象。一般情况下，地铁运行过程中会存在着车辆载荷、轨道刚度、轨距和轮轨相互作用等因素的影响。在车辆载荷作用下，在一定范围内会出现钢轨轨头的轻微磨耗，但这种磨耗现象具有一定的规律，不会造成严重磨耗现象，而当列车载荷减少或者轨道刚度降低时，钢轨轨头磨耗程度就会增大[5]。随着列车载荷和轨道刚度的增加，轮轨作用力会逐渐减少，直至列车运行过程中不受任何外界因素的影响而保持平衡，然而随着车辆运行过程中，车轮和铁轨之间摩擦程度增加及不断增加的荷载作用，钢轨在经过长时间振动和车轮与铁轨接触以后产生疲劳现象，当车轮运行到一定速度时就会造成轨道横向振动和道床压缩变形等现象，导致轮缘与钢轨之间出现横向磨耗现象。如果这种情况持续时间过长，会导致轮对产生疲劳磨损或者轮缘发生弯曲变形等问题。因此在进行轨道养护作业时需要及时进行钢轨断面轮廓打磨工作，以减少其对列车运行造成的影响。

4 结语

综上所述，要想保证城市地铁运行的安全性和稳定性，需要对新建的地铁轨道和既有的地铁轨道进行必要的打磨处理，结合地铁轨道的常见的损耗和病害问题特点，对各种先进的打磨技术进行合理使用，保证地铁轨道运行的安全性，同时避免不必要的经济损失产生。