铁路线路维修中钢轨尺寸偏差的影响分析

温宇星

（中国铁路郑州局集团有限公司，河南新乡 453000）

0 引言

钢轨尺寸偏差在铁路线路维修、养护等方面，均有极为关键的影响，且大多数情况下，随着钢轨尺寸偏差量的增大，铁路钢轨的使用寿命会明显缩短。作为铁路线路维修标准中的关键性技术条件，相关施工部门必须将钢轨尺寸偏差控制在一定的数值限度标准之中。为实现铁路线路的平稳与安全化行车，相关建筑部件的尺寸数值必须满足国家所制定的标准约束条件。由于铁路列车的不间断高速行驶，车轮结构在整个动态作用过程中会对底部钢轨产生侧向与垂直方向的作用力，且随着冲击、振动、摇摆外力强度的增大，铁路线路钢轨也会长期处于相对疲劳的存在状态中[1]。铁路线路钢轨从生产出厂到正式铺设使用的过程中，不会再经历其他的加工处理，因此，钢轨设备的各部分尺寸都必须严格遵守规定，也只有按照规格标准尺寸进行轧制的钢轨，才能完全满足铁路运输行业的实际发展需求。

1 标准轨与短尺轨

现阶段国内铁路线路所使用钢轨的标准长度由25.0 m、12.5 m两种类型组成，而用于曲线铁路中的钢轨则由24.84 m、24.92 m、24.96 m、12.38 m、12.42 m、12.46 m等6种类型共同组成。在实际施工过程中，确定这些线路钢轨的标准长度值极为必要。规定钢轨的标准长度数值，不仅有利于铁路线路设备的标准化处理，也能在一定程度上辅助机械化施工作业的顺利进行，从而提高维修养护技术的施工效率，降低铁路线路维修所需的消耗成本。

在铁路钢轨生产与制造的过程中，由于人为疏忽、数值偏差等问题，不可避免地会出现大量不满足长度标准的“短尺轨”，特别是随着机械化施工技术的逐渐普及，“短尺轨”现象的发生概率更是不断增大，由于该类型铁路钢轨所占的产出比重过大，除站内正线建设外，一部分钢轨也被用于外部铁路线路的建设，甚至被直接应用于区间干线之上。“短尺轨”线路的持续增多，导致铁路线路的尺寸不再趋于整齐化，有时甚至会造成无法配对情况的出现，对单根独长钢轨的利用带来极为不便的影响。

由于“短尺轨”的影响，每公里铁路线路需要增加多个钢轨接头。L代表铁路钢轨的标准长度值，在“短尺轨”长度为l的情况下，每公里钢轨接头数量R=。

2 长度尺寸偏差

由于钢轨的长度水平会在轨温影响下出现伸缩变化形式，因此为实现铁路线路的有效维修，应对钢轨的标准长度进行统一定义。所谓铁路钢轨的标准长度，是指标准轨温下，铁路线路测量所获得的钢轨长度数值。在实际施工过程中，由于外力作用、力学误差等条件的影响，铁路线路维修允许一定偏差数值的存在，但要求该数值结果必须保持在一定的实值区间之内[2]。在单根换轨施工中，若使用钢轨的长度数值不能处于理想化数值区间内，易导致列车脱轨、行驶振荡等情况的出现。因此，在铁路钢轨不能在原长状态下使用时，应在轨道淬火层部分增加端头螺栓孔，并借助坚固的钢型材设备，对薄弱锯截面进行加固处理。

设ΔD代表“短尺轨”与标准钢轨之间的长度差数值，ρ代表钢轨轨缝系数，联立上述物理量，铁路线路维修过程中的钢轨长度尺寸偏差值P=。

当钢轨长度的正偏差与负偏差结果同时达到最大值状态时，应以具有正偏差的钢轨更换具有负偏差的钢轨，而当尺寸偏差量与铁路轨缝相等时，可默认线路钢轨的轨缝数值为零。

3 断面尺寸偏差

铁路线路钢轨的断面尺寸偏差由轨腰高度、轨头高度、轨底宽度、钢轨高度、轨头宽度等多个零部件的尺寸偏差数量值组成，一般情况下钢轨断面尺寸偏差会对铁路线路的维修质量造成直接影响。当钢轨高度或轨头高度出现尺寸偏差情况时（即鱼尾板上部轨头部分的高度数值与理想数值不一致），钢轨连接后的接缝部分就会出现明显的上下级错口；而当轨头宽度出现尺寸偏差情况时，钢轨连接后的接缝部分则会出现左右级错口（图1）。

图1 钢轨断面示意

在已知铁路线路维修情况的基础上，可认为轨腰高度与鱼尾板连接能力之间具有密切联系，若轨腰偏差数值较大，则会导致鱼尾板高度偏差持续缩小，造成鱼尾板不能与钢轨下额部分进行较好贴合，最终使鱼尾板不能发挥其自身的稳定性作用，促使钢轨接头处出现明显的振动现象[3]。若轨腰偏差数值较小，则会导致鱼尾板高度偏差持续增大，促使鱼尾板不能快速靠近铁路钢轨的轨腰部分，导致列车车轮对鱼尾板外缘造成严重磨损。由于钢筋混凝土轨枕的大量铺设，鱼尾板的物理承载能力也可得到大幅提升，这样钢轨断面的尺寸偏差将不会对铁路线路维修造成影响。

4 断面不与垂直轴线成对称关系

轴线是指通过钢轨中心位置的物理延长线，随着列车行驶，其所指方向会出现一定程度的偏离变化，但由于钢轨尺寸偏差数值的影响，该项数值指标的存在情况很难会出现不断扩张的变化趋势[4]。所谓钢轨断面是指在铁路线路维修过程中，由于两个不连接钢轨硬性连接所产生的物理截面，一般情况下，断面所占的物理面积越大，钢轨结构的尺寸偏差量也就越大，反之则越小。

若钢轨断面与垂直轴线之间不能保持良好的对称关系，则会导致两个相邻钢轨之间出现相对的物理作用力，一方面对铁路上行驶的列车造成上浮的托举力作用，另一方面也会出现明显的向心指向力，不仅加剧了线路钢轨的实际磨损程度，也会使钢轨表面呈现相对光滑的表现情况。表1反映了标准钢轨与“短尺轨”在断面与垂直轴线保持不对称关系情况下，实际尺寸偏差对钢轨承力能力造成的影响。

表1 非对称关系下钢轨尺寸偏差对钢轨承力能力的影响

5 螺栓孔位置偏差

螺栓孔是连接设备的作用位置，通常情况下，可将两个完全独立的铁路线路钢轨固定在一起，在实际维修过程中，相邻两个螺栓孔所处位置的物理距离越远，钢轨尺寸的偏差量也就越大。在标准情况下，铁路钢轨轨缝等于8 mm，此时鱼尾螺栓、鱼尾板螺栓都处于一个相对宽松的连接状态。若已知钢轨的实际重量水平，则可认为螺栓孔位置偏差是影响铁路线路维修质量的唯一因素[5]。现阶段大多数铁路线路钢轨均采取无缝连接的形式，相邻螺栓孔位置偏差量基本等于0.5 m或0.6 m，当该项物理量数值水平过大时，钢轨结构易因物理承载力过大，出现断裂或弯折的情况。当该项物理量数值水平过小时，螺栓孔处的连接螺栓易因膨出作用而向外不断外移，并最终脱落进入列车的行驶轨道之中，造成列车脱轨事件的出现。

因此，在设置螺栓孔位置偏差量数值时，应综合考虑多项因素，在保障钢轨物理承载能力的同时尽量将螺栓放置在相对较远的连接位置处，一方面避免外部压力过大，对轨道结构造成的弯曲性影响，另一方面也可最大限度延长列车的实际行进距离。当螺栓孔位置偏差量数值不断趋近于0.5 m时，钢轨尺寸的偏差量也会逐渐靠近其最小数值，获得理想的铁路线路维修结果。

6 结束语

为获得理想化的铁路线路维修效果，应从长度尺寸偏差、断面尺寸偏差等多个方面同时着手，在控制钢轨尺寸偏差数值量水平的同时，提升钢轨结构的物理力学承载能力，从而为列车行驶提供一个相对稳定且可靠的环境，使乘客的生命安全得到有效保障。