高铁钢轨磨耗探伤与维修护养.doc

高铁钢轨磨耗、探伤与维修护养高铁钢轨磨耗、探伤与维修护养
一、城市轨道的钢轨磨耗　　
钢轨磨耗主要是指钢轨的侧面磨耗和波浪形磨耗。至于垂直磨耗一半情况下是正常的，随着轴重和通过总重的增加而增大。轨道几何形位设置不当，会使垂直磨耗速率加快，这是要防止的，可通过调整轨道几何尺寸解决。
钢轨的波浪形磨耗(简为钢轨波磨)是钢轨伤损的一种表现形式。目前在中国内地已开通运营城市轨道交通的城市,如上海、广州以及南京等,均已不同程度地出现了钢轨波磨的现象[1-3]。波磨的产生加剧了轮轨动力作用,加速了车辆转向架及轨道部件的损坏,增加了工务部门的养护维修费用;由波磨引起的列车高频振动降低了乘车的舒适度,严重时甚至可能危及列车安全;另外,列车通过波磨钢轨时所发出的啸叫声也成为轨道交通噪声的主要来源之一。
要从根本上消除波磨对行车和轨道养护造成的不利影响,采取有效的预防和治理措施,必须弄清楚波磨产生的原因和发展的规律,对影响波磨的因素进行份测和追踪,以掌握波磨的特征。本文正是基于上述的考虑而进行的。
1、国外城市轨道交通钢轨波磨特征综述
钢轨波磨作为城市轨道交通钢轨伤损的主要形式之一,早已引起了发达国家轨道交通工务部门的重视。美国、加拿大、法国、意大利和日本等国先后对所在地区的轨道交通线路上的波磨进行了大范围的观测与统计,总结出了轨道交通钢轨波磨的一些特征。
Tassilly等[4]在20世纪80年代末期对巴黎都市轨道交通管理局(RATP)运营的巴黎地铁和法国快速轨道网络线路上的钢轨波磨进行了观测,结果发现:波磨主要出现在曲线上且种类各异,波长一般在50~300 mm之间;波磨或出现在曲线下股钢轨(混凝土整体道床波磨波长较短),或出现在上股钢轨(有砟轨道上波长较长),或上下股均有波磨产生。
Donald R.Ahlbeck等人[5]对1969年至1989年间的47篇有关钢轨波磨的科技报告及研究文献进行了综述,总结了波磨出现的轨道类型、运营速度、曲线半径,以及波磨波长、波深等特征。其中:城市轨道交通钢轨波磨出现的曲线半径在366 m之内,波磨波长介于50~200 mm之间;波深与波长相关,短波波磨的波深一般小于0.2 mm,最大波深达0.9 mm。
二、国内的城市轨道交通钢轨磨损实例。

上海轨道交通1号线波磨特征统计份析
为了全面地了解上海轨道交通钢轨波磨的情况,份析波磨的成因,以达到针对性地提出减缓钢轨波磨的措施和相应的技术参数,对上海轨道交通1号线部份曲线和直线的钢轨进行了连续布点测量,并对波磨测量数据进行统计份析。
2.1 被测线路的条件及波磨测量方案
本次测量所选线路条件如表2所示。所选线路均铺设60 kg/m钢轨,轨下基础为长轨枕埋入式整体道床,轨枕数量按1 680根/km配置,钢轨扣件采用DTⅢ型扣件。采用SEC-RC电子平直仪(1 m长),对所选定曲线的下股钢轨和直线左右股钢轨每隔20m进行一次测量。各线路对应测点数如表3所示。

2.2 钢轨顶面特征及波磨宏观特征
钢轨顶面特征能反映钢轨目前的状况和车轮在钢轨上运行的状态。通过观察发现,测试曲线线路的下股钢轨普遍压溃,轨顶面波磨比较明显,轮轨接触带基本覆盖整个轨顶顶面,并在外侧边形成多处肥边,轨面伴随有长裂纹和剥离,如图1所示。在波磨显着地段,波峰光滑,波谷有密集的裂纹,部份地段波峰、波谷纹相连。

2.3 波磨的波长和波深特征统计份析
波长和波深(即峰峰值)是衡量钢轨波磨的最重要的两个指标。根据波长固定机理,波磨的产生与轮轨系统的某阶振动密切相关。通过列车运行速度v与波磨波长λ计算所得的频率f=v/λ,往往是判断导致波磨产生的振动来源的依据;同时,不同波长和波深的波磨对列车通过的动力冲击响应的影响也不同。二者结合起来共同反映波磨的轻重程度。

二、高速铁路轨道的探伤
1、钢轨内部的核伤和裂纹可用探伤车来检测；探伤的种类有如下两种：
　　（1） 周期性探伤。根据探伤作业计划，每隔一定周期，在“天窗”时间内，钢轨探车以30~40km/h的速度边向钢轨洒水，边向钢轨发射2500Hz、2MHz的超声波，根据各种反射波来判断钢轨内部的伤损。超声波探头单侧装有4个，发射角度分别为0°和37°各一个，70°的有两个。探伤结果有多种表示方法。
　　（2） 精密探伤。使用钢轨探伤车对全线进行探伤，找出伤损钢轨的处所和部位，再由探伤工使用各种小型精密探伤仪，逐处进行精密探伤，对照伤损判别标准，确定伤损等级，采取相应措施。
2、探伤的种类
常用的无损探伤方法有：X光射线探伤、超声波探伤、磁粉探伤、渗透探伤、涡流探伤、γ射线探伤、萤光探伤、着色探伤等方法。
3、高铁常用的探伤
根据钢轨的探伤设备工作原理，分电磁探伤和超声探伤两大类。超声波探伤比较常用于高铁轨道的探伤。
超声波的接收和产生原理相似，当超声波遇到不连续性时，即会产生反射，反射的超声波使压电晶片振动，继而在压电晶片两端产生电压。最主要是如何将电脉冲转化为探伤仪屏幕上的波形，模拟机是通过显像管现实的，显像管的图像是电子打在荧光物质上，是荧光物质发光，电子经过一个电场而改变方向，打在屏幕的不同位置，是屏幕显现图像的。显像管x方向上的电压探伤仪加在压电晶片上的电压，y方向是压电晶片振动产生的电压。这样就形成了屏幕上的波形。（其实电脉冲还要经过放大，整合滤波等一系列过程才加到显像管上的。

三、高速铁路的维修养护
1、无缝线路管理
　　无缝线路最致命的事故是“胀轨跑道”和“钢轨折断”。产生该事故的原因主要是钢轨内部的温度力，而钢轨最小抗弯强度与钢轨横向刚度、道床横向阻力、轨排弯曲刚度有关。
　　因此，在无缝线路管理时应做到：
　　（1） 正确设定钢轨锁定轨温并严格检测；
　　（2） 严格按章作业，确保道床横向阻力；
　　（3） 控制钢轨的异常伸缩、爬行；
　　（4） 异常高温时，增加巡道班次，观察线路方向，必要时采取慢行措施。
2、异常情况下的处理对策
　　异常情况是指列车运行时，遇到不可抗拒的自然灾害或突发事件，其管理体制标准优先级别最高。
　 1 降暴雨时处理对策
　　在高速铁路沿线布置雨量计，收集沿线降雨情况，并将相关数据传输到管理室。当雨量超过限值时，一方面加强线路巡视，启动相应的救援体系，另一方面对列车进行限速。当降雨结束后，解除限速，逐级提速，恢复原有行车速度。
　　2 振动超限时处理对策
　　 当司机报告有振动超限时，通过该区段的列车采取慢行措施，进行现场调查，以决定是否能解除慢行。此外，对轨道不平顺中高低、方向超限时，也采取慢行措施。
　　3 地震、强风、大雨雪时处理对策
　　 高速铁路线路走向不同，地质状况不同，采取措施也有不同。东海道新干线沿海而建，地震频繁，而在东北新干线，降雨雪对行车的影响也需考虑。因此，都制定了相应处理标准和对策。
3、高速铁路的轨道管理是实现舒适、安全运营的重要基础。笔者对高速铁路轨道管理相关的3个问题进行了研究：
　　（1） 加强对高速铁路检测、养护维修技术、养护维修体制的研究，特别是钢轨平直度和钢轨内部高速探伤研究；
　　（2） 开展高速铁路工务信息系统的研究；
（3） 研究自然灾害预警系统、侵入物监视系统、事故现场快速反应及事故系统。

图为无缝线路的养护

4、有关线路的养护修养
线路状态检查 　主要形式是：①日常检查，是定时进行的例行检查；②定期检查，在春、秋两季对线路设备进行的全面检查，秋季检查结果是编制设备技术档案的原始资料，也是制定下一年度设备养护工作计划的依据；③专门检查，对钢轨状态、线路动态、线路纵断面和线路平面等进行的定期检查。
　　线路养护修理 　主要作业有：①轨道几何状态的整修，包括顺平线路、拨正方向、改正轨距、矫正轨底坡、调整轨缝和防爬锁定线路等；②保养并个别更换伤损的钢轨、轨枕及联结零件，或全部更新钢轨、轨枕及联结零件；③清筛并补充道碴，使其既密实又有弹性，并具有良好的排水性能；④保养并整修路基、排水及防护加固设备；⑤整修道口和线路标志；⑥做好其他属于延长设备使用寿命的修理工作，如焊补钢轨、辙叉，整修联结零件，补修轨枕等。道岔和曲线是线路上的薄弱环节，除进行上述有关作业外，还需根据特别规定的技术标准和要求，进行相应的作业项目。
　　线路养护修理一般采取周期性修理为主的方式，主要包括周期性轨道更新或大修,周期性轨道综合维修,以及经常性巡检和重点补修。中国铁路对线路养护修理作业划分为线路经常维修、线路中修和线路大修三个方面。
经常维修 　是预防线路发生一切不良现象，并及时消除已经发生的病害的作业。它包括：①线路维修，主要是以整修轨道几何形状及个别更换和修理保养轨道构件为主。维修工作程序采取周期性综合维修，经常保养和紧急补修相结合的方式。②线路巡查，包括巡道、巡山和巡河工作,巡道由专职巡道工按照批准的巡回图,有计划地巡查线路，发现和排除故障，并做好力所能及的线路补修工作；在路基条件复杂的地段，设专职巡山巡河工，进行登山沿河检查，观测路基及其防护加固设备状况和病害发展情况。③线路建筑物看守，即在有必要的道口设道口看守工，维护道口交通秩序，保证道口安全，并保证道口的经常完好和整洁；在有危及行车安全的路基病害处所，设固定的或临时的坍方落石看守工进行监视。
中修 　消除线路上积累起来的，同时又是经常维修所不能消灭的病害的作业。其主要内容是：清筛并补充道碴，恢复道床弹性和良好的排水性能，同时更换失效轨枕和伤损钢轨及联结零件，整修线路，使线路质量基本恢复到或接近原来的标准。线路中修按规定的工作范围和技术条件进行设计或编制工作量表，并按设计或工作量表进行施工。
大修 　消除线路上积累起来的一切病害，使线路质量全面恢复到原有标准或达到更高标准的作业。线路大修有两种作法，一是全面更新，一是部分更新。