城市轨道交通线路道岔常见病害及整治措施研究

孙幸福

（兰州市轨道交通有限公司运营分公司，甘肃兰州 730030）

1 道岔概况

兰州城市轨道交通1 号线自2019年6月开通运营以来，随着运营时间和通过列车轴重荷载的增加，道岔的尖轨部分、辙叉部分等关键部位都出现了不同程度的裂纹、掉块、剥离等伤损情况，同时也出现了道岔滑床板开裂情况等。结合兰州轨道交通1 号线正线采用的60AT 尖轨和高锰钢铸造的7 号道岔进行分析研究。

城市轨道交通最常用的一种道岔是7 号普通单开道岔，主要由转辙部分、连接部分、辙叉部分及护轨等其他部分组成，其构造如图1所示。

2 道岔常见病害

2.1 转辙及导曲部分常见病害

2.1.1 尖轨不密贴

导致道岔尖轨不密贴的因素有很多，如整体框架尺寸不良、尖轨动程不满足要求、滑床板原因等。除道岔几何尺寸不良等原因之外，一个常见原因是尖轨硬弯。产生尖轨硬弯的主要原因有两个方面：一方面是道床积水、人为碰撞、养护不当等原因；另一方面是制作、运输过程的原因。

2.1.2 尖轨疲劳伤损

就道岔尖轨伤损来讲，曲股的尖轨伤损高于直股的尖轨，主要原因是：列车通过曲线方向时，冲击角、轨道之间的作用力加大，轨道蠕变和轨道切线力急剧增加。此外，在正常的速度下，轨道与基轨之间存在不匹配的问题，进一步恶化了轨道接触关系，加剧了轨道损伤。其次从尖轨疲劳伤损的机理来讲，尖轨伤损的主要原因与其接触所受的应力过大有关。

一是与轮轨关系状态情况有关。兰州轨道交通1号线在新线运行初期，由于列车未运行，所有列车车轮踏面几何尺寸一致，导致车轮踏面与尖轨接触部位高度一致，增加了受力面的接触次数，从而使新线尖轨的疲劳伤损高于既有线。

二是与尖轨本身材质特性有关。不光与钢轨本身所用材质有关，也与后期热处理等措施改变尖轨的特性有关。

三是与过车频次、荷载大小有关。随着运营开通后列车间隔加密导致过车频次的增加、乘客数量增加导致的荷载增加等都会加速尖轨的疲劳伤损。图2为尖轨鱼鳞纹伤损[1]。

2.1.3 滑床板或垫板开裂、脱焊

在城市轨道交通中，正线一般都采用整体式道床。在兰州轨道交通1 号线运营过程中，出现道岔滑床板开裂、脱焊的现象，此类问题基本出现在正线区段。针对此类问题进行分析，原因主要在两个方面：一是整体道床采用混凝土施工，道床刚度比较大，弹性不够，正线道岔较车辆段（场）道岔使用频次高，增加了列车对道岔的冲击作用，滑床板与混凝土支撑块之间胶垫弹性不足，久而久之形成此类问题；二是滑床板的材质、焊接施工工艺不达标[2]。此处道岔滑床板开裂情况经过分析，主要原因是滑床板由于施焊焊缝高度不满足要求，即施工工艺不达标造成（见图3）。

2.2 辙叉部分常见病害

2.2.1 辙叉叉心钢轨剥离掉块

由于列车车轮通过辙叉部分时，叉心钢轨受力面积减小，加之列车动荷载冲击急剧增大，导致辙叉心轨单位面积承受的荷载超过材料的安定极限，开始出现麻点、鱼鳞纹或起皮脱落，同时随着心轨处肥边挤出，降低值偏差进一步增大，心轨承受的动态压力越来越大，一般在心轨宽20mm 和50mm 处，容易出现剥离掉块等病害，并且加剧纵向发展延伸（见图4）[3]。

2.2.2 辙叉拼接缝处产生疲劳伤损

发生原因主要是接头部位的辙叉钢轨与叉后的连接钢轨弹性不一致，接头在列车的运动负荷作用下变形，在相互作用力的冲击下，使结合部位发生不一致弹性振动，长时间重复作用会产生疲劳伤损，严重的情况下会形成裂缝[4]。

2.2.3 翼轨磨耗严重以及心轨断面处存在小剥离掉块

发生的主要原因是车辙叉构造固有的不平顺，列车通过叉心的冲击作用，轨道间动作用力剧增，轨道磨损激化。铁轨磨损后使轨道轮廓发生变化，原本平滑的作用边产生锐角，轨道间的动作力加剧，该部位的塑性流动加速，发展成剥离块。

3 道岔病害整治措施

3.1 尖轨不密贴整治

前文中已经提到产生尖轨不密贴的原因有很多，针对几何尺寸问题造成的尖轨不密贴，可以通过调整顶铁尺寸，调节尖轨动程等方式来解决；而由于尖轨硬弯造成的尖轨不密贴情况，可采用尖轨专用弯轨器对尖轨硬弯进行校正或者直接采用更换新轨的方式解决；对矫直基本轨来说，可采用普通方式进行校正。在弯轨过程中，应考虑钢轨的状态，由于钢轨属于弹性材料，在弯折后较短的时间内可能发生微小的回弹，因此可以多次反复地进行矫正，逐步到位，避免弯折过度，对尖轨造成损害。同时应注意消除基本轨与尖轨肥边，使基本轨与尖轨部分完全密贴[5]。

3.2 滑床板开裂整治

首先，从提高滑床板自身质量角度出发：一是应用新技术、新材料以提高道岔滑床板的材质质量；二是提升滑床板制作工艺，由于非金属夹杂物过多，采用火焰切割方法等，容易造成应力集中，增加了滑床板裂纹的概率，因此应对滑床板制作工艺进行改进，避免上述问题产生。

其次，应加强道岔现场施工工艺。例如，滑床板开裂的主要原因为施工焊接缝高度不足，因此应加强施工焊接工艺，一是要严格按照设计施工焊接要求进行焊接，不得自主变更焊接工艺；二是要做好焊接工艺的改进，通过改进焊接尺寸、焊接方法、焊接材料等，提高焊接工艺[6]。

最后，对道岔几何尺寸、刚度弹性、道床情况进行优化。例如，可以将滑床板下的大胶垫更换为弹性强度高的胶垫，增加垫板部分的弹性，增大滑床板与底座之间的缓冲，再通过改进现有大量整体道床，有效解决一部分滑床板开裂的问题。

3.3 道岔区域钢轨伤损整治

针对道岔转辙区的尖轨部分以及辙叉区叉心、翼轨等部分常见的钢轨伤损磨耗、掉块等情况，整治措施首先从提高设备质量出发，通过改善钢轨自身的设备质量来达到防治钢轨伤损的目的，研制生产刚度高、耐磨性好、抗疲劳度强的新型钢轨是提高钢轨自身质量的有效途径。其次，提高钢轨制造工艺。钢轨材质不纯是钢轨疲劳损伤的主要原因之一。钢轨淬火工艺不满足要求，所以在钢轨用钢的冶炼过程中应通过提高制作工艺，尽量减少钢轨材质中的杂质[7]。

道岔转辙区尖轨的伤损磨耗、掉块等问题十分普遍，一是由于列车通过次数较多，二是在城市轨道交通正线中多使用7 号道岔，曲率较大，很容易产生疲劳伤损等问题。目前除提高钢轨本身质量外，主要采取的措施有：调节涂油器涂油次数以及一次涂油量，对框架尺寸以及轨道几何尺寸进行调整，对滑床板、顶铁位置进行调整，对基本轨方向进行调整，使基本轨方向直顺，对尖轨进行预打磨处理等。

对道岔辙叉区叉心、翼轨等设备部件磨耗问题，首先应对其几何尺寸进行测量调整，以确保几何尺寸状态良好，其次通过道岔廓形打磨等方式解决辙叉区钢轨表面缺陷、伤损等病害问题，同时优化辙叉区域廓形，改善轮轨接触关系，延长钢轨使用寿命。

3.4 加强道岔巡检，确保道岔几何尺寸良好

目前轨道设备的检查分为静态检查和动态检查。静态检查可以采用探伤小车、轨缝探伤仪等对道岔部件材质进行检查，但静态检查不能模拟出在正常行驶时道岔的真实工作状态；同时轨缝探伤仪等检测设备对道岔设备的检测还存在很多的短板，不能很好地检测出设备的实际状态。动态检测车等动态检查设备目前已在城市轨道交通行业得到了广泛的应用，然而，对道岔设备区域的检测仍然存在一定的短板。因此，道岔设备作为轨道设备较弱的一环，在日常维护管理中，应加强道岔设备区的巡检力度，缩短检测周期，加密观测关键和损伤道岔设备，保持设备质量良好，确保列车运行安全。同时，要严格管控道岔设备的几何尺寸状态，改善道岔区域轮轨关系，减少车轮对道岔部件的损伤。

3.5 改善道岔周边环境

对轨道线路设备影响最大的环境因素是积水。首先应确保轨道线路排水设施良好，拥有良好的排水坡度、排水沟的防水性等，及时对集水井进行排水，防止排水沟被堵或者积水；其次应做好隧道结构渗漏水的处理工作，防止大量渗漏水导致道岔道床、基坑积水或被淹；同时做好道床结构整体性强度、刚度，路基夯实度等工作，防止道床下沉、开裂、倾斜等，通过以上措施来改善道岔周边环境对道岔的危害。

4 结语

道岔作为轨道线路三大薄弱环节之一，在城市轨道交通运营中具有列车通过频次高、道岔型号小、整体道床刚度大等特点，很容易出现各种问题。以兰州轨道交通1 号线普通道岔出现的各类病害进行分类分析，指出了道岔转辙部分、辙叉部分钢轨出现的疲劳伤损、剥离掉块及滑床板开裂等病害情况。通过对道岔病害原因的统计分析，首先从钢轨自身质量出发，提出提高钢轨铸造工艺，采用新型高强度、耐磨性好的钢轨材质等措施；其次，提出合理的预防和维护策略，在维护中加强巡检维修工作以确保道岔设备几何尺寸状态良好，再结合钢轨预打磨处理，提高道岔的整体质量，从而尽可能地延长道岔部件的使用寿命；最后，通过改善道岔周边环境来减小对道岔的危害。