浅谈地铁钢轨的检查、养护和维修

徐正义

摘要：随着城市化的不断快速发展，城市汇聚人口增多，为城市交通带来了更大挑战，只发展传统公共交通已经难以满足人口对交通的需求。独立路权、速度快、准点率高、承载率高的城市轨道交通已逐渐成为城市人口工作出行的重要方式。地铁作为城市轨道交通的一种，为了满足实际的乘客运输需求，其行车密度和载客量也不断提升，增加了轨道结构中的钢轨使用频次和周期钢轨磨耗量，一定程度上影响了轨道的使用寿命。为了满足轨道的正常载客需求，追求更高的经济效益，科学对地铁的钢轨进行检查、养护和维修十分必要。本文主要结合本人的工作经验，对现阶段地铁轨道结构中的钢轨检查、养护和维修中存在的问题及改进措施进行简单的探讨。

关键词：城市轨道;地铁运营;轨道检修

一、地铁轨道检修的重要性分析

地铁轨道在建设完成投入使用之后，受车辆荷载、轮轨作用与外界各种因素的影响，不可避免会陆续产生各种问题，例如钢轨伤损、扣件损坏、道床破损、轨枕破损等。为保证地铁运营期间的行车安全，这些问题必须通过运营期间的科学检查、养护和维修尽可能的降低损耗，提高轨道的安全系数，减少轨道故障率。如果不能科学建立检查、养护和维修标准，并且严格按照标准对轨道进行检修，会在一定程度上缩短轨道的正常使用寿命，增加运营成本的同时给地铁运营留下安全隐患，更甚者会引发安全事故。但是，过度的检查、养护和维修又会导致资金浪费和资源浪费，同样带来运营成本上升的问题。因此，地铁检修人员应加大对于地铁轨道的检查、养护和维修规律的研究，既要制定标准保证地铁的检修质量，又要避免运营资源的浪费，提高地铁运营企业的经济效益。这也就要求轨道检修人员要对地铁轨道常见的故障类型及原因有着充分的了解，并且制定严格的检修标准，针对不同线路的不同特点灵活调整检查、养护和维修策略。同时检修人员的职业素养也要满足实际的工作需求，在总结轨道设备变化规律的基础上提升作业技能。

二、地铁鋼轨的伤损发展过程。

地铁轨道在建成之后至钢轨出现伤损之间是有一定的时间期限的，且伤损会随着时间的推移进一步发展。钢轨按照伤损发展的时间顺序，可以分为三个时期，分别为塑性变形时期、剥离损伤时期和疲劳损伤时期。

1、塑性变形时期

塑性变形是地铁钢轨伤损的第一个时期，在地铁轨道建好之后，受到地铁车辆运行所产生的冲击荷载作用，导致钢轨横断面的几何形状发生一定的变化。这种几何形变是非常微弱的，通过直接观察难以发现。随着车辆运行密度和车辆的荷载增加，轨道承受来自列车的冲击荷载逐渐增大，达到钢轨母材金属屈服强度极限时，钢轨发生塑性形变。塑性形变一般不会影响轨道设备的正常使用，正常情况下不会有较大的安全隐患。

2、剥离损伤时期

随着塑性变化的逐步加重，轨道两端的断面开始出现一些细微的裂纹，长此以往会形成一些类似鱼鳞状的剥离层面。轨道承受的荷载越大，地铁车辆运行频率越高，出现剥离层的时间也就越快;地铁车辆的轴重和荷载越大，剥离状况也就越明显，剥离层的深度也就越大。同时，钢轨的抗拉性能和强屈比以及轨道的施工工艺也会对轨道的剥离损伤产生一定的影响，随着剥离程度的逐渐加大，开始进入剥离损伤时期。

3、疲劳损伤

当轨道的剥离损伤发展到一定程度之后，轨道的脱落速度还有程度开始逐渐加重。同时随着地铁车辆运行频率和荷载的不断增加，钢轨的裂纹也开始逐步加深。此时轨道的状态极其不稳定，若荷载过大或受到外界环境、突发情况等影响，非常容易出现变形、断裂等问题。此类钢轨问题已严重影响地铁车辆的正常行驶，极易引发安全事故。此时必须对钢轨进行必要的保养和适度的维修，减小钢轨伤损给运营带来的风险。因为地铁在运营期间天窗时间有限，所以科学的检查、养护和维修策略需要在进入疲劳损伤之前加大检查频次，开始对钢轨的养护和维修，将严重伤损及时消除，避免产生紧急的地铁运营安全事故，以免造成中断运营的问题。

三、地铁钢轨检查、养护和维修的问题分析

1、钢轨几何形位超限

钢轨变形一般指的是第一个塑性变形时期，一方面因为钢轨塑性变形的影响，受到地铁各种荷载作用下发生形变或离心偏移;另一方面，轨道建设阶段施工工艺问题或土建结构问题也会带来钢轨几何形位超限问题。其中，轨道在垂直方向上的变化最为明显，特别是曲线地段和下坡地段。在地铁行驶过曲线地段或下坡地段时，受到离心力的影响，直接会导致增加轨道的竖向荷载。轨道在设计的时候，往往都是按照统一标准去计算的，忽略了车辆在行驶状态下所产生的离心力对钢轨的影响。因此，轨道的水平路段钢轨的变形一般不会严重，但在曲线地段和下坡地段变形较为严重。除此之外，轨道结构下部的土建结构部分因长期受到的荷载高于水平路段，相较于水平路段也易产生不均匀沉降，进一步加速了轨道结构的变形，使钢轨过早进入剥离损伤时期和疲劳损伤时期。

2、钢轨接头部位处理不到位

轨道结构中钢轨的接头部位整体应力水平要高于其他部分，接头部位整体材质结构又相对脆弱。钢轨的接头连接以焊接为主，主要有铝热焊，移动气压焊和接触焊三种方式，每一种方式的设备材料和温度以及工艺都存在着差异。所以在焊接的时候，不同的方法和工艺的焊接结果也不同。比如，在采用铝热工艺的时候，焊接头部分会存在气孔夹渣，导致连接部位的刚度和抗拉性能无法满足实际的运行需求。如果使用移动气压焊接，会导致轨道的接头部位不均匀或出现局部凹陷、形状偏差、焊接不彻底等诸多问题，使焊接部位的应力无法满足实际的运行需求，在运行过程中出现开裂变形。如果使用点焊的方式，点焊操作人员的工艺水平不达标或者不成熟也会留下一定的质量隐患。

3、地铁轨道检修标准有待细化，设备状态责任划分有待明确

由于轨道的检修质量直接关系到地铁的运行安全以及乘客的生命财产安全，因此要不断提高地铁轨道的运维管理水平。在传统的地铁轨道运维模式之下，检修管理方式未从制度文件上精确分配责任区，长期阶段的养护维修人员相对不固定，且轨道检查、养护和维修的控制标准有待进一步细化。上述问题在一定程度上影响到了轨道检查、养护和维修的效率，钢轨的伤损有时未能及时发现进行管理。

四、地铁钢轨的检查、养护和维修策略研究

1、建立检修标准，健全钢轨伤损管理机制，强化检修队伍

地铁轨道检修部门可根据实际情况以及现有的技术人员力量合理地安排轨道检修计划，并建立科学的检修标准，健全钢轨伤损管理机制，确保能够按照标准化流程做好地铁钢轨的检查、养护和维修。进一步明确细化工区、人员的责任范畴，合理地划分责任区间，在责任区划分的时候，避免有重复或模糊不清的地带，强化不同工区和人员的责任意识。建立公司层级科学的钢轨检修标准，加强钢轨伤损的管理力度，确保钢轨伤损发展之后能及时处理。另外，需要不断提高作业人员的专业素养，鼓励轨道检修人员不断学习和强化专业知识和技能，结合实际情况给技术人员进行系统科学的培训。在工区例会时加强思想教育，提高技术人员的责任意识，确保轨道检查执行到位，养护和维修工作合理有效。

2、重视打磨工艺在钢轨养护和维修中的作用

无论是新建成的轨道还是既有线轨道，均要结合钢轨现场实际情况进行打磨。新建轨道在建设期会遗留部分问题，运营单位或部门在运营提前介入阶段应加大力度排查轨道施工问题，尤其是钢轨伤损问题，协调施工单位及时消除新钢轨的电击伤、磕伤等伤损。进入运营期后，要通过适当的打磨提高钢轨与列车接触面的平稳度。对钢轨变形较为突出的位置，除了打磨之外还要进行必要的精调，保证轨道处于低TQI状态，对凸起的焊缝或塑性变形所造成的几何形位偏差进行打磨或切削，弱化焊缝、肥边、擦伤等因素对车辆运行造成的影响。可以加大激光抛光打磨等工艺在现阶段钢轨检修中的应用度，提高钢轨运营检修效果。

3、加大对轨道结构的变形监测

加大对轨道结构的变形监测，尤其是曲线地段、下坡地段、建设期施工质量控制薄弱地段。曲线地段和下坡地段轨道在列车快速运行下，冲击荷载加大，增加了轨道承受的竖向荷载，导致轨道出现竖向塑性变形或轨道基础下沉。即便在设计阶段会考虑上述问题进行设计处理，例如轨道超高设计，但真正的施工阶段受到施工材料和施工工艺、自然环境等多方面的影响，在轨道曲线地段和水平地段必然会存在着差异沉降。建设期施工质量控制薄弱地段的轨道结构可能存在强度不足、施工质量高低不均等问题，轨道结构易产生不同程度的变化，也会在一定程度上影响钢轨状态。因此，加大对轨道曲线地段、下坡地段、建设期施工质量控制薄弱地段的监测力度是必要的。建议引入轨道监测设备，实时对轨道的状态进行监测。

4、强化钢轨接头的焊接质量控制

若钢轨焊接接头出现伤损或不牢固的问题，必然会影响到整个轨道的设备状态，导致钢轨发生断裂或出现其他问题，从而引发进一步的事故。因此，应加强对轨道接头焊接的质量控制，在轨道施工期或运营期焊接的时候，要结合现场实际情况，选择合适的焊接工艺，焊接耗材，在焊接环境控制上保证达标。要确保焊接人员的操作水平能满足实际的焊接需求，强化对钢轨焊缝的质量控制。加大运营提前介入施工的检查力度，将焊缝问题消除在施工阶段。焊接完成之后，要及时进行打磨，对于有裂缝的部位应立刻处理，运营期的轨道线路应满足地铁运营的需要，保障车辆运行的安全。

五、结束语

地铁在现阶段的城市交通中发挥着日益重要的作用，而地铁轨道的设备质量直接决定了地铁的安全性和稳定性，尤其是钢轨作为轨道结构中直接承受列车荷载并且将荷载传递至下部结构的重要部分，其检查、养护和维修的重要性不言而喻。因此，要不断总结轨道设备的变化规律，更加科学地开展地铁钢轨的检查、养护和维修工作，建立健全轨道设备的控制标准和检修制度，对钢轨伤损问题要及时处理，在钢轨状态恶化状态临界点前通过主动维修消除安全隱患，保证轨道质量能满足地铁的正常安全运营需求，避免发生事故中断运营。

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