京九线钢轨状态分析及整修的探索与实践.pdf

89交通科技与管理工程技术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+000K1424+425、下行线 K1277+000K1428+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 8001 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 20082009 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 20072008 年占比31.04%，上 道 年 份 20102011 年 占 比 14.71%，上 道年份 20152017 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 20102014 年占比10.16%，上道年份 20152016 年占比 78.36%，上道年份 20212022 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，从图中可看收稿日期：2023-08-22作者简介：徐春山（1973）,男,工程硕士,高级工程师,研究方向：交通运输及铁道工程。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）摘要针对京九线九江工段的钢轨磨耗与滚动接触疲劳损伤问题，文章基于现场实验技术，对钢轨上道服役年限、通过总重、重伤数量等方面进行长期观测，分析京九线钢轨使用情况与损伤状态，结果显示京九线九江段钢轨重伤比率较大，钢轨服役寿命短。通过采用钢轨大机打磨、合理设置曲线超高、积极开展钢轨排查工作、科学选用钢轨类型等手段，可改善钢轨与车轮间的接触状态，延长钢轨使用寿命。关键词普速线路；钢轨伤损；打磨；欠超高；热处理中图分类号U213.41文献标识码A文章编号2096-8949（2023）20-0089-032023 年第 4 卷第 20 期90交通科技与管理工程技术出，上行线通过总重 0500 Mt 占比 52.28%，通过总重在500700 Mt 占比 15.94%，通过总重在 7001 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 0500 Mt 占比 10.06%，通过总重在 500700 Mt 占比 80.71%，通过总重在 7001 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20182022 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8001 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（20182022 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 8001 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 56 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，91交通科技与管理工程技术轮轨关系得到改善。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+900K1361+470、K1363+045K1363+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 5.0107 t 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 5.0107 t 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。参考文献1 周清跃,张银花,田常海,等.60N 钢轨的廓型设计及试验研究 J.中国铁道科学,2014(2):128-135.2 周清跃,刘丰收,俞喆,等.我国铁路钢轨型面优化研究 J.中国铁路,2017(12):7-12.3 中国国家铁路集团有限公司.普速铁路钢轨打磨验收标准：铁工电202120 号 S.北京：中国国家铁路集团有限公司办公厅,2021.4 中国铁路总公司.钢轨使用规范:Q/CR 5832017S.北京：中国铁路总公司办公厅,2017.