京九线钢轨状态分析及整修的探索与实践

徐春山

（中国铁路南昌局集团公司九江桥工段,江西 九江 332000）

0 引言

京九线为双线铁路，沿线是我国东中部结合地带，在国家梯度开发战略中处于沟通南北、承东启西的重要地位。“大京九”的诞生为缓解运输压力，增加相关通道能力创造了条件。原铁道部将京九铁路定位为“以货为主、兼顾客运”，是中国铁路货运最繁忙的干线之一。九江管辖地段坐落于江西最北端，串联湖北、江西两省，处于京九线咽喉部位，运输压力大，维修天窗紧张，同时毗邻鄱阳湖和庐山，昼夜温差大，钢轨伤损发展速度较快，钢轨重伤频发。为有效缓解钢轨的磨耗与滚动接触疲劳损伤[1]，该文选取九江桥工段内上下行线路为研究对象，采用长期跟踪实验的研究方法，对京九线在役钢轨的损伤情况进行全面统计分析，提出科学的钢轨整修策略。

1 研究工况

九江工段管内京九线上行线的管辖范围为K1277+000~K1424+425、下行线K1277+000~K1428+000，正线累计298.643 km，由南浔铁路演变而来，建设年代久远，设备基础薄弱，运输压力大，维修天窗资源不稳定，重伤率居高不下。该段管内上行线以包钢钢轨为主，下行以攀钢钢轨为主；曲线地段累计为45.848 km，总占比为15.4%，其中半径在800~1 200 m 的曲线占比60%，半径小于800 m的曲线占比5%。近五年来，京九线平均百公里重伤数量高达4.8 处，钢轨防断压力巨大。该段上行钢轨最近一次大修日期大多为2008—2009 年，年通道总重40 Mt，累计通过总重约700 Mt；下行钢轨最近一次大修日期大多为2016 年前后，年通过总重87 Mt，累计通过总重约600 Mt，整体呈现上行服役时间长、下行运量大等特点。

2 钢轨损伤情况现场跟踪实验

2.1 钢轨上道服役年限分析

京九上行正线钢轨上道年份2007—2008 年占比31.04%，上道年份2010—2011 年占比14.71%，上道年份2015—2017 年占比29.9%，上道年份2022 年占比21.17%，详情见图1。

图1 京九上行正线钢轨上线时间统计

京九下行正线钢轨上道年份2010—2014 年占比10.16%，上道年份2015—2016 年占比78.36%，上道年份2021—2022 年占比10.06%，详情见图2。

图2 京九下行正线钢轨上线时间统计

2.2 通过总重分析

京九正线钢轨通过总重统计见图3，从图中可看出，上行线通过总重0~500 Mt 占比52.28%，通过总重在500~700 Mt 占比15.94%，通过总重在700~1 000 Mt 占比31.78%，上行年通过总重为40 Mt，截至2022 年末，通过总重超700 Mt 的地段钢轨较多。

图3 京九正线钢轨通过总重统计

京九下行正线钢轨通过总重在0~500 Mt 占比10.06%，通过总重在500~700 Mt 占比80.71%，通过总重在700~1 000 Mt 占比9.23%，下行年通过总重为87 Mt，预计2023 年末通过总重超700 Mt 地段占比将达68.99%。

2.3 重伤数量分析

2018—2022 年京九正线及上下行线重伤累计如图4所示，从图中可知京九正线总重伤数均逐年增加，但上行涨幅较为平缓，下行涨幅变化较大，尤其2020 年较2019 年增加近一倍，2021 年较2020 年增加60%。近5年京九线重伤数累计1 433 处，主要以接触性疲劳引起的横向裂纹为主，占比54.5%；其次是焊缝伤损，占比34.7%。直线地段重伤为240 处占比16.7%，曲线地段重伤为536 处占比37.4%，曲线地段重伤主要集中半径800~1 200 m 为320 处，半径800 m 以下为186 处，半径1 200 m 以上30 处。

图4 京九正线钢轨重伤数量统计（2018—2022年）

综上：京九线伤损主要以接触性疲劳引起的横向裂纹为主，且主要集中在曲线半径800~1 200 m 区段。

3 钢轨整修策略

3.1 线路大机打磨策略

根据现场跟踪实验结果，钢轨检查月在季度末，2021 年3 月—2022 年3 月正线钢轨重伤分别为8 处、10处、9 处、12 处、38 处，伤损总体呈逐季度递增的趋势。针对此种损伤趋势，2022 年5 月采取集中修的方式，开展线路大机打磨工作。主要打磨策略[2]如下：

（1）对铺设上道后新钢轨的打磨预打磨，去除轨面脱碳层；消除钢轨在生产、焊接、运输和施工过程中产生的表面缺陷，改善焊接接头和线路的整体平顺性。

（2）对已产生病害钢轨的进行修理性打磨，治理钢轨波磨；消除或减缓钢轨滚动接触疲劳裂纹、硌伤和擦伤等病害，如图5~6 所示。

图5 打磨前后钢轨平滑性

图6 打磨前后钢轨廓形偏差指数对比

（3）对直线地段钢轨服役状态较好、基本没有明显钢轨病害的，采用“一遍式”的打磨策略对钢轨进行轨面全覆盖打磨，修正轨头廓形，改善轨面状态[3]。

（4）对曲线地段钢轨服役状态较差的，针对不同钢轨伤损类型及程度，提出了“渐进式”的打磨策略，通过多次打磨抑制及缓解钢轨伤损的发生和发展，并逐步修正轨头廓形。

2022 年5 月集中修期间，安排钢轨大机打磨972 遍/km，打磨后钢轨轨距角病害得到缓解，钢轨表面波磨轨状态及平直度得到显著提高。京九线线路钢轨廓形偏差指数GQI 评分，打磨前其平均分62.5、下行GQI 平均分64.9；打磨后GQI 评分均在87 以上，其中上行平均分为87.9、下行平均分为89.1，经打磨后廓形得到大幅提高，轮轨关系得到改善。打磨后，京九线2022 年下半年区间钢轨重伤为10 处，较2022 年上半年减少40 处，经打磨后重伤数量下降明显。

3.2 设置合理欠超高

通过对钢轨侧磨及其对应的曲线超高测量结果表明，相同曲线半径条件下，随着超高的减少，钢轨侧磨总体呈现下降趋势。这主要是由于随着超高的增加，列车通过曲线时的冲角变大，从而增加上股的侧磨，如图7 所示。为此，对发生严重侧磨的曲线，在坚持准确测速确定平衡超高的基础上，设置10%~15%的欠超高。如京九线下行同一区间的K1360+900~K1361+470、K1363+045~K1363+600 曲线半径均为815 m，列车通过速度为110 km/h，K1361 曲线为平衡超高侧磨发展速率为0.2 mm/月，K1363 曲线在平衡超高基础上设置10%欠超高侧磨发展速率为0.1 mm/月。

图7 钢轨曲线超高应力示意图

3.3 钢轨日常排查整治策略

2022 年以来外单位接连出现钢轨折断，暴露出钢断轨隐患十分突出，失控断轨仍然存在，为进一步规范钢轨管理，全面掌握管内钢轨及焊缝状态，深刻吸取外单位断轨故障教训，钢轨日常排查整治策略如下：

（1）开展管内钢轨及焊缝排查整治工作，重点对钢轨出厂年月、轨型、钢种、生产厂、钢轨状态进行排查，对各类焊缝平直度、距轨枕边位置、溢流飞边、轨枕空吊、表面状态等进行排查，对超期服役、状态不良的钢轨焊缝进行更换，通过排查2022 年已完成102 处超期服役及不良钢轨及焊缝更换，有效地消除了断轨的风险。

（2）充分利用轨检车波形图进行防断拾遗补缺。九江桥工段通过对轨检车波形图进行精细分析，重点对短波高低分析，对不平顺地方及时安排人员复核，如线路几何尺寸有问题及时安排整治，如现场焊缝存在低塌及时安排更换，2022 年分析出短波高低180 处，经复核现场46 处焊缝不良，其中高焊缝6 处，低焊缝25 处，均安排打磨处理；焊缝打塌15 处，全部更换下道，有效控制断轨风险。

（3）积极开展小机打磨，消除打磨受限区域。九江桥工段日常积极开展小机打磨工作，2022 年全年共计完成小机打磨道岔200 组，对尖、心轨钢轨鱼鳞伤，钢轨肥边，低扣焊缝预防性打磨，实现整组道岔贯通打磨，提高道岔区域的整体平顺性，延长轨件使用寿命。

3.4 科学选用新上道钢轨类型

科学选用上道钢轨可以延长钢轨使用寿命，减少轨道养护维修工作量，提高钢轨的综合使用效益，根据铁路的线路状态和载荷条件铺设不同材质和强度等级的钢轨。在年通过总重≥5.0×107t 的线路上，在直线和大半径曲线上选用U75V 热轧钢轨，半径≤1 000 m 的曲线上选用强度等级为1 180 MPa 级的U75VH 热处理钢轨；在年通过总重＜5.0×107t 的线路上，直线和大半径曲线选用U71Mn 热轧钢轨，在半径≤800 m 曲线选用U71MnH或U75VH 热处理钢轨；普速道岔用轨（包括基本轨、尖轨、辙叉翼轨及叉心轨）优先选用贝氏体钢道岔尖轨和贝氏体钢辙叉部件或选用U75VH 在线热处理钢轨，不选用离线热处理钢轨。

4 结论

该文针对京九线铁路在役钢轨服役状态，开展了普速铁路在役钢轨整修的几点探讨，得到如下主要结论：

（1）江桥工段管内京九线运输压力大，天窗资源紧张，道床基础差，钢轨服役年限长，通过总重大，重伤率位于南昌局前列，钢轨整治已到刻不容缓的地步。

（2）钢轨打磨可以有效治理和控制钢轨的波磨、表面裂纹、剥离掉块等疲劳伤损，改善轮轨接触状况，延长钢轨的使用寿命，选择合理的打磨廓形及方式能有效修复钢轨状态，有效减少重伤的产生。

（3）积极开展钢轨及焊缝排查整治工作，对超期服役、钢轨状态不佳的钢轨和焊缝及时进行更换，能主动减轻防断压力，有利于钢轨的日常管理。

（4）在直线上不宜铺设高硬度的热处理钢轨（除多个曲线的夹直线外），曲线半径钢轨应视年通过总重及曲线半径而定，有时钢轨磨耗太少，出现的问题比不耐磨出现的问题更复杂，因此，合理选用钢轨类型能提高钢轨使用寿命[4]。