重载铁路钢轨接头病害的成因及整治

程海波

重载铁路钢轨接头病害的成因及整治

程海波

重载单元铁路最主要的特点是运量大、机车轴重大，也必然使轨道承受的荷载更大。在机车车辆的轮对通过钢轨接头时，因接头的不平顺致使车辆产生剧烈的振动，同时更加速了线路运行状态的动态变化，因而形成接头病害。结合云支线重载铁路开通后，在线路养护中的实践，总结出了对线路采取综合整治的方式，有效地控制了接头病害的发生和发展。

铁路运输；重载单元铁路；钢轨接头病害

0 引言

钢轨接头指的是不同长度的单根钢轨，用夹板螺栓相互连接的部位。此部位常造成线路设备表面的不平顺，在机车车辆的轮对通过钢轨接头时，因线路的不平顺而产生剧烈冲击，同时加速线路的动态变化，形成钢轨的各种接头病害。而在接头病害产生之后，则又会加剧轮对对线路的破坏，二者互为因果，使钢轨接头病害的发展和变化加速，养路工区很难应付，因此钢轨接头也就成了铁路线路最薄弱的环节。在轨型、线路基础大致相同的情况下，混凝土轨枕线路接头比木枕线路接头变化更快、病害产生周期短、发展迅速。在线路的日常维修工作中，混凝土轨枕线路接头的养护维修工作量占到日常维修总量的70%以上。通常情况下，在线路养护时如果在石碴没有翻白之前，钢轨接头一般约1个月保养1次；而石碴一旦翻白，就需每周进行接头的保养；接头出现石碴溜塌时甚至每两天就需保养1次，接头病害发展到这种程度，如果不能够从根本上整治病害，接头就不能保持正常的工作状态，就会严重影响铁路线路安全运营。

随着列车的连续几次提速，机车车辆的轴重加大、铁路的运量的猛增，这就给我们的铁路专用线提出了更高的要求。为了适应铁路运输业发展的需要，集团公司于2004年～2005年投入大量资金对云冈和口泉的主要站场和线路进行了大幅度的更新和技术改造，在云冈沟开通了万t重载单元列车。重载铁路最主要的特点是铁路运量大和机车车辆轴重加大，这两大特点使得轨道结构需要承受更大的动荷载，由此使得轨道结构及其连接部件的破坏速度比普通线路更快，从而增加了线路维修的工作量和维修成本。从云支线过去5 a的养护维修情况分析发现：重载铁路轨道结构破坏的常见形式有连接零件破损（尤其是接头夹板裂纹，接头螺栓折断，弹条扣件折断）、钢轨表面的不平顺（马鞍型磨耗、波形磨耗等）以及线路下沉3种。而连接零件伤损和轨面不平顺产生的主要原因是机车车辆对接头部位的强大冲击力的反复作用，使得这些连接部件产生疲劳伤损而形成。线路下沉的主要原因是：一是基床坍塌；二是道床的下沉变形；三是桥涵两头路基的不均匀沉陷。如云支线3#桥前后就曾经有类似的状况，道床厚度不足、桥枕外露压溃，翻浆冒泥、冻害等病害的相继出现，致使公司每年均需耗费大量人力和物力对该地段道床进行破底清筛，却并没有彻底解决问题。因此，公司投入大量资金对两道沟的正线线路进行了大型的机械化清筛和捣固作业，同时集中力量对云支线部分地段进行了大范围的调坡起道工作，彻底解决了线路的三角坑、翻浆冒泥、冻害等问题，但是接头仍然是线路上的一个薄弱环节，仍然会影响到行车安全，因此只有采取综合整治的方式才能彻底解决这一难题，有效控制接头病害的产生和发展。

1 钢轨接头病害形成的成因

我们在线路上经常见到的钢轨接头病害主要有以下几种形式：按接头轨面的状态可分为低接头、不均匀磨耗接头、接头错牙、剥离掉块、大小轨缝。按接头道床的状态可分为接头翻白、接头溜塌、接头板结。按接头的结构状态可分为夹板下弯或磨蚀、夹板螺栓和扣件螺帽扭力矩不足、扣板及轨距挡板不密贴、扣件破损失效等。

钢轨接头虽然可以借助夹板、螺栓等零件保持钢轨的连续性，并不能保证轨道结构的整体性，更不能保证设备的平顺性。车辆在通过钢轨接头时，会产生瞬间的碰撞和冲击，因之产生的附加动力一般为正常轮对荷载的2倍～3倍，致使接头处轨道的破坏加大，病害的发展迅速。根据探伤工区和云冈11个养路工区5 a来对云冈沟设备的巡查和抢修记录统计发现，接头处钢轨的伤损量在全部伤损率中可占到总数50%以上；混凝土轨枕在接头处的失效几率也相对于其他部位高3倍～5倍；用于防止接头病害所使用的工时大约占总养护工时的40%。结合这些日常养护维修分析，钢轨接头病害之所以发生，其最根本的原因是轨道结构的不连续和钢轨面的不平顺，也就导致轮轨之间产生附加力的作用；而过大的附加力的作用又促使轨道结构不连续性和不平顺性的发展以及轮轨接触附加动力的加大，更促进了接头病害的发展；另外，线路工在日常维修中养护方法不当也会造成接头病害的产生和发展。

1.1 钢轨接头部位的不平顺性

钢轨接头部位的不平顺指的是接头轨缝。车轮压在钢轨的末端时，相邻连接钢轨的始端相应会有抬高的趋势，因而形成一个台阶；动力荷载作用下钢轨接头处的挠曲并不是连续的曲线，而是一个折线。当台阶、轨缝、折角3个要素同时存在时，就会产生轮轨之间的冲击，增大钢轨接头处的附加动力；而且轨缝越大，台阶越大、折角越大，轮轨之间的冲击力也越大。钢轨表面在接头区的不均匀磨耗是轨面不平顺的另一种形式的表现。

1.2 附加和动态的不平顺

附加不平顺通常是在运营过程中逐步形成的，轨道结构薄弱、钢轨不均匀磨耗、道床的弹性不足都会引起附加的不平顺。

动态不平顺一般有两种情况：一种是轨道弹性不均匀以及机车车辆带来的动荷载波动，轮轨接触点的轨迹也相应呈现出波浪形；另一种是道床不均匀和线路存在暗坑、吊板形成的弹性下沉。这两种不平顺只有在机车车辆运行过程中才能表现出来。正是线路的动态不平顺才增大了列车运行过程中的撞击和振动。实践中我们也发现有的养路工区在线路养护工作中使用弹性不均、厚度不同的垫板以及不正确的线路养护方法，加剧了轨道动态不平顺。

经过大量的数据分析和实践经验总结，我们发现，车轮通过钢轨接头处的轨缝时，轮轨之间剧烈的撞击和振动，是造成钢轨接头病害的外因，接头部分以及钢轨的材质、淬火工艺不佳是接头产生病害的内因。

2 钢轨接头病害的综合整治

在2010年云冈、口泉两道沟正线进行大机清筛之后，笔者一直对钢轨接头病害的整治进行分析和研讨，并且参与了现场的每一次综合整治工作。经过1 a多的摸索和经验总结，笔者认为形成接头病害的原因是多方面的，接头病害的整治也应该采取综合整治的方式。根据经验总结，笔者建议对钢轨接头的日常养护及病害综合整治从以下几方面着手。

首先，要加强接头轨缝及零部件的日常养护，轨缝值始终保持在规定范围之内；定期检查和复紧高强螺栓，接头螺栓的扭力矩要按照《维规》要求保持在规定值以上；定期对接头夹板和螺栓涂油，以此缓减列车的冲击和破坏；做好道床、轨枕、零扣件的养护。

其次，加大力度对接头部位的道床进行整治，做到正确、合理起道捣固。接头在列车动荷载的反复作用下，钢轨接头处比非接头部位的道床应力和振动加速度高，因此接头道床必须有良好的捣固质量。接头处为了避免形成鼓包，起道时也应将轨面抬平之后进行捣固，禁止抬高接头。

第三，定期对轨面进行整修。在运营中钢轨接头处轨端不均匀磨耗和剥落掉块、擦伤引起机车车辆巨大的附加冲击力，导致线路变形加剧，接头病害的发展加快，所以必须及时修理，打磨和焊补接头轨面。

第四，及时改善垫层的弹性。在云支线我们发现，弹性垫层经过多年的运营，橡胶垫板不同程度出现硬化，尤其是接头部位的垫板在巨大冲击力的作用下弹性逐步降低，建议养路工区要及时对接头处4根轨枕的弹性垫板进行更换，保证轨道结构的弹性。

由于云支线正线为长度25 m钢轨、混凝土轨枕线路，要从根本上解决接头病害还需要从改善钢轨材质、钢轨的淬火工艺及技术要求、钢轨及夹板的设计等方面入手，采取符合混凝土轨枕线路特点的方法进行养护维修作业，改善接头的状态。

建议养路工区在日常维修中针对钢轨接头病害进行整治。

①对接头的捣固要加强，时刻保持道床饱满。接头处的失效轨枕要及时更换，同时更换接头处相邻的两根轨枕，以保持接头前后支撑条件一致。

②接头范围内的道床 (接头5空)要及时清筛、更换，避免造成道床板结，道床失去弹性而引起翻浆冒泥，形成线路明显的不平顺。

③轨头高低、左右错牙等病害要及时消灭。轨距线内侧及轨面错牙不得超过1 mm，也可使用液压直轨器矫直接头的小硬弯，同时上紧接头螺栓，使之达到规定的扭力矩，以保持接头的坚固。

④对鞍形接头消灭接头不平顺的有效办法是使用钢轨打磨机进行打磨。使用平形砂轮机打磨时可以来回进行打磨；使用碗形砂轮研磨时，先研磨中部到要求深度，再向两端侧研磨，圆弧最后整修。打磨后的轨面高度相当于小腰部位的钢轨高度。要求用1 m直尺检查，轨面平整、均匀。

⑤整治低接头时最好使用上弯夹板，上弯量以2 mm～4 mm为宜。在换上上弯夹板后，钢轨接头处2根～6根轨枕范围内的轨面就会抬高，接头处容易出现螺栓松动及空吊板，所以必须拧紧螺栓、对接头加强捣固。

⑥大轨缝是接头病害产生的主要原因，所以应根据季节和温度的变化，对轨缝的变化定期观测，适时调整轨缝。轨缝设置必须符合规定要求，不允许出现大轨缝。

⑦用特制的枕底大胶垫处理钢轨低接头病害。对于翻浆冒泥的接头必须先进行破底清筛，待枕底稳定后才可以垫入大胶垫。特制的大胶垫在垫入1 a后必须撤出，并重新捣固好接头部位。

⑧适时拧紧连接扣件，更换失效大胶垫；整修轨底坡，保持1∶40的轨底坡。

⑨分层次夯拍道床，以增加道床的阻力；同时根据支嘴的程度增加道床宽度，调整里外口夹板，利用夹板的反弯控制接头支嘴。为了防止支嘴扩大，在线路拨道作业时，对接头支嘴只能压，不能挑；如果必须上挑时，则要用拨小腰带接头的方法，不可直接拨动支嘴接头。

总之，线路日常维修工作必须坚决贯彻“预防为主，防治结合，修养并重”的原则，根据实际情况合理安排养护计划。

3 结束语

综上所述，随着机车提速和重载运输的发展，钢轨和钢轨接头的负荷日益加重，工作条件日趋恶化，它的地位和作用就显得愈来愈重要。尤其在我们这样的地方性铁路运输业中，要求我们强化设备、料具质量，维修时采用先进的技术、方法，并且做到在现场灵活的运用，同时严格按照铁道部颁发的维修作业标准进行工作，保证线路的安全和畅通，以适应今后运输事业发展的需要。

Causes and Regulations of Rail Joints Disease in Heavy Haul Railway

Cheng Haibo

The main features of heavy haul railway are large volume and heavy locomotive axle,which make the track heavily load.The irregularity vehicle joints causes severe vibration and accelerates the dynamic changes of line running when the locomotive vehicle wheel goes through the rail joint,resulting in joint disease.By interacting with the track maintenance of heavy railway in Yunzhi line,summarizes a comprehensive treatment approach to railway line and effectively controls the occurrence and development of joint disease.

rail transport;Heavy haul railway;rail joints disease

U213.2+2

B

1000-4866（2012）02-0040-03

程海波，女，1972年5月出生，现在大同煤矿集团矿山铁路分公司工作，工程师。

2012-01-19

2012-02-09