城市轨道交通折返线道岔典型病害及治理策略研究

周维汉

摘 要：随着国内城市轨道交通的快速发展和网络化运营，快速、准时、安全、可靠、平稳、舒适已逐渐成为乘客心中轨道交通的代名词，选乘轨道交通也已是居民出行的主要交通方式之一，随之而来的便是客流的不断攀升、行车密度的不断增大和设备运行的高度疲劳，也给轨道交通养修人员带来了严峻的挑战。本文主要探讨了作为轨道交通行车关键设备之一的终点站折返道岔会出现的主要典型病害类型，多方面分析了病害产生的原因、机理，并现场整改探索，验证总结了多种可行的整治措施。

关键词：折返道岔 滑床板 尖轨 基本轨 辙叉 波磨 剥离掉块 裂纹

轨道是城市轨道交通的行车基础，是电客车运行的关键设备之一，道岔又是轨道中最薄弱、最复杂、最重要的设备，终点站折返道岔更是重中之重，在轨道交通运行中起着举足轻重的作用，它不仅影响客车的便捷运转，也影响线路的充分利用，一旦出现故障，会直接造成客车晚点、掉线或线路中断等情况，严重时还有可能出现脱轨、伤亡等事故。

终点站折返道岔，随着行车间隔的不断缩小，使用频次非常之高，由于受地下空间、工程造价的限制，折返线设计之初通常不选用最有利于行车的大号、可动心轨道岔，加之地下线建设施工条件差造成诸多难以整改的施工缺陷，导致电客车在折返线的实际运行环境常常很差，轮轨接触关系、接触应力异常复杂，最终造成折返道岔的问题病害多样复杂、难以根除，也使得折返线轨道养修的任务更重、难度更大、成本更高。因此，在轨道交通线路的日常养修中，折返道岔是轨道养护人员研究分析的最重要课题之一，若要保证轨道设备的安全可靠，首当其冲必须加强对折返线道岔的状态检查、病害分析、措施制定、深度精修和精细化管理，这样才能保障轨道交通行车的快速便捷、安全准时。

1 折返道岔典型病害

折返线道岔，一般由不少于4组的站后道岔和2组站前道岔组成，困难情况下只有站后道岔。由于站后便于快速折返，站前只用于应急，因此，问题病害主要集中发生在站后道岔，尤其临近车站的两组。从轨道的组成来看，转辙部分主要病害有滑床板的脱焊或折断、尖轨的不均匀侧磨及剥离掉块、基本轨的波磨等；导曲部分主要病害有导曲轨的不均匀侧磨；辙叉部分主要病害有岔心的疲劳裂纹及剥离掉块等。另外，还有前顺坡处的肥边、尖轨尖的轧伤、垫板的折断、基本轨的硬弯、护轨的磨耗等，这里不做赘述。

1.1 滑床板脱焊、折断

滑床板病害通常表现为滑床台与底板脱焊、底板折断、台板折断。脱焊主要分布在曲股侧第9-16块之间，通常从压嘴侧开始出现裂纹，并向另一侧发展、延伸；折断主要分布在第5-15块之间，主要从基本轨轨底处也即台板压嘴下方断裂，台板折断一般较少发生，主要集中在销钉上方。

兰州1号线近年来滑床板脱焊、折断约300余块，分析其主要原因为：（1）焊筋质量不高。滑床板一般由滑床台（16mm钢）与底板（Q235钢）焊接而成，由于其焊接质量不高，往往焊筋堆焊高度不足、不均匀，极易导致焊缝从薄弱处、应力集中处出现脱焊、撕裂情况。（2）受力异常复杂。基本轨内侧由弹片和滑床板压嘴扣压，客车过道岔曲股时基本轨受离心力外倾，基本轨轨底外翻上翘使应力传至滑床板压嘴，导致滑床台与底板间反复受拉力作用开焊或撕裂，尤其第9块滑床板处于半径为200m的曲尖轨曲线起点，基本轨横向开始受离心力作用并传至压嘴，与此同时该处也为尖轨顶宽50mm以后，垂向承受客车全部动态荷载，滑床板受力复杂多变且急剧增大，导致第9-16块滑床板极易出现疲劳伤损、脱焊折断。（3）钢材强度不够。主要是Q235钢强度本身不高，容易在周围工况较差的基础上发生底板折断。（4）施工质量不好。建设期地下施工精度往往不高，造成采用短枕铺设的轨底坡容易出现反坡或整组枕面非同一平面，导致滑床板受力不良不均、交变复杂，导致出现脱焊、折断。（5）胶垫弹性不足。正线折返线一般为弹性差、刚度大的整体道床， 加之滑床板下橡胶垫板仅为8mm，提供的缓冲作用有限 ，电客车在高频次折返通过整体道床道岔时，对滑床板的冲击破坏更大。

1.2 尖轨、导曲轨不均匀侧磨、剥离掉块

折返线道岔尖轨，尤其离车站最近、常处曲股侧两组，使用频次最高，电客车清客后折返时，短时间内在小半径、短长度的折返道岔进行了列车启动、加速、减速、过曲线等过程，加之转辙部分结构复杂、工况较差，在车轮蠕滑与滚动交错、离心剪切冲击与竖向荷载冲击等交变作用下，尖轨受力异常复杂，陆续出现不均匀侧磨、垂磨、疲劳裂纹，并不断加剧、扩展、延伸，进而出现压溃碎裂、剥离掉块、塑流肥边。兰州1号线运行3年尖轨便出现严重病害，主要集中出现在第一牵引点至第二牵引点、尖轨跟端位置，这也是道岔十分常见、难易根治的病害，甚至部分地铁出现半年更换的情况。如若转辙部分还存在尖轨线型不良、密贴不良、翘头拱腰、滑床板空吊、基本轨横移、小方向不良等情况，尖轨的不均匀侧磨、剥离掉块会更加频繁萌生、发展，严重降低尖轨的使用寿命和安全可靠性，产生的剥离掉块还可能造成道岔卡阻，影响道岔扳动、行车运输。

导曲轨处于尖轨跟端的相邻部分，若存在曲线圆顺性不好、接头处硬弯、道岔前后整体几何形位不佳等情况，很容易引起车体在导曲线的横向激励振动，车体的蛇行运动加剧，从而导致轮轨间的接触交变应力异常增大，最终在导曲轨作用边形成振荡型的不均匀侧磨、肥边，甚至掉块。

1.3 曲基本轨波磨

折返线道岔曲基本轨，与曲尖轨处于同一运行工况，在列车启停、加减速、过小半径曲线时，轮轨间的蠕滑与滚动交变作用、法向力的不断波动等因素引发了轮轨的粘滑振动，粘滑振动的产生进一步导致钢轨踏面塑性变形，最终形成波磨，若轨道的平顺性较差、基本轨弯折不良，在高密度的轮轨相互作用下，久而久之出现严重波磨、疲劳擦伤、压溃碎裂，尤其临近车站两组。

1.4 叉心疲劳裂纹、压溃掉块

折返线道岔岔心通常选用9号固定辙叉，由于存在有害空间，电客车通过不连续、间断的轨道线路时，车轮对辙叉心的表面形成一个锤击作用，加之翼轨垂磨的不断增大，上述锤击或碾压冲击更加剧烈，于是叉心表面集中出现疲劳微裂纹等塑性损伤，最终扩展、延伸为压溃裂损、蜂窝状点蚀、剥离掉块。

2 典型病害治理策略

2.1 滑床板脱焊、折断的整治

针对道岔滑床板脱焊、断裂，从分析的原因入手，可考虑以下措施开展整治：（1）增加滑床台与底板之间的连接强度。在新线设计之初优化设计，增加滑床板与底板之间的堆焊高度，或在既有线更换焊筋堆高更足的滑床板，如兰州地铁将焊筋为5mm的滑床板换为焊筋为8mm的滑床板，滑床板脱焊的概率大幅度下降；也可选用整铸型滑床板或高强度钢质型滑床板；还可对已上线的滑床板进行技术改造，通过从底板底部钻孔（不钻穿）、攻丝后与滑床台栓接，并将底板长出螺杆切除、焊接、磨平，通过兰州上线现场检验，滑床板脱焊的概率也是大幅度降低。（2）选用或改造为设有轨撑的滑床板，提高电客车通过曲尖轨时基本轨的抗倾覆能力，以此减小滑床板压嘴处的受力。（3）对浇筑为反坡的轨枕表面进行削坡处理。通过打磨枕面或采取楔形垫板使滑床板处在设计的平面，在电客车通过曲尖轨时减小压嘴的部分复杂受力。（4）定期更换滑床板下失效胶垫。通过观察、检测因滑床板涂油造成的板下胶垫弹性，当胶垫弹性大幅下降时，总结经验定期更换失效胶垫。（5）板下更换为弹性更好的高强度橡胶垫板。从碎石道床道岔对比可知，增加轨枕与滑床板之间的缓冲作用有利于减少折断。（6）减少滑床板偏磨或空吊问题。针对滑床板台面出现偏磨、划伤、空吊等情况，及时打磨、垫高，必要时更换滑床板。

2.2 尖轨、导曲轨不均匀侧磨、剥离掉块的整治

电客车通过曲股尖轨时，由于折返道岔高频次的转换使用，不均匀侧磨不断加剧，加上疲劳性塑变，随之出现掉块，根据兰州1号线尝试的经验，可考虑采取以下措施：

（1）通过垂直打磨机或角磨机及时修理性打磨尖轨的疲劳裂损或剥离掉块、预防性打磨消除尖轨表面微细裂纹和整修轮轨接触面，防止尖轨面病害恶化发展或掉块造成道岔卡阻。

（2）优化调整道岔转辙部分的方向、高低、轨距变化率，使其直股更顺直、曲股更圆顺。

（3）检查、矫正直、曲尖轨线型、翘头、拱腰，调整尖轨的抗点、假密贴，减少密贴不良造成尖轨断面变形使得轮轨接触应力更加复杂。

（4）调整临近涂油器出油，适当增加曲尖轨附着油脂，减小轮轨间应力，减缓轮轨间磨耗。

（5）增加电客车的启停距离，适当降低速度通过道岔区域，减小轮轨间冲击力。

（6）通过对导曲轨人为设置5mm超高，并对前后顺坡处理。从现场数据来看，导曲轨侧磨有一定改善。

（7）通过调边使用导曲轨，最大程度提高钢轨寿命。

2.3 曲基本轨波磨的整治

基本轨波磨频繁复发、无法根除，可考虑以下减缓措施：

（1）通过及时采取预防性打磨措施去除产生的初期波磨、疲劳裂纹和修复性打磨压溃掉块，改善轮轨接触条件，防止病害的进一步恶化，减缓波磨、疲劳性伤损的发展。

（2）精细化调整转辙部分和导曲部分的小高低、碎方向和矫正曲基本轨的弯折，减少施工造成的初始不平顺和不圆顺，提高行车平顺性。

（3）检查、调整道岔及前后的大方向、长平，扩大维修面，减少行车的不利条件。

2.4 辙叉心裂纹、压溃掉块的整治

辙叉病害，通常在全线道岔均会频繁产生，可采取以下措施：（1）定期通过角磨机及时消除心轨微裂纹、翼轨肥边，预防病害恶化为剥离掉块，改善有害空间部位的轮轨接触条件。（2）适当对辙叉心垫高，减少车轮对辙叉心的冲击力。（3）更换、提高辙叉部位橡胶垫板弹性，加大辙叉对车轮作用力的缓冲作用。（4）切除病害部位，用高锰钢焊条进行焊补处理，延长辙叉使用寿命。

3 结语

城市轨道交通终点站折返道岔，因其位置特殊、结构复杂、零件薄弱，导致其尤为重要、受力异常、病害繁多。常见的典型病害主要为尖轨、滑床板、基本轨、导曲轨和辙叉的伤损问题，这些是轨道养修的难点顽疾，也是国内外轨道交通治理的难题。经过对兰州轨道交通现场设备出现的病害深入调查分析，从病害发生的机理、先期设计缺陷、后期施工问题入手，制定了多种可行的措施，包括提高加强设备强度、优化精调几何尺寸、及时消除初期病害、改善改良运行工况等，经过整治、验证，上述维护措施均取得了不错的治理效果，提高了城市轨道交通关键设备的安全可靠度，延长了薄弱零部件的使用寿命，减少了物资、人力不必要的浪费，也为折返线道岔的维修整治总结了一定的成功经验。

参考文献：

[1]郭建平，刘维宁，雷黔湘，等.北京地铁4号线钢轨异常波磨调查及整治措施[J].都市快轨交通，2011（3）.

[2]刘涌涛，刘文涛.广州地铁道岔群磨耗的成因研究及治理措施[J].都市快轨交通，2004（4）.