关于铁路线路钢轨伤损的整治的调研报告

关于铁路线路钢轨伤损的整治的调研报告我于2009年12月至2010年1月份，在齐齐哈尔工务段齐线车间进行了关于铁路钢轨伤损整治的调查。

主要对象是铁路既有线路正线，站专线的线路。

通过这次调查活动我不仅掌握了很多铁路线路方面的资料和知识，而且咸受到了工作的辛苦，进一步了解了铁路线路养护任务，的好坏直接关系着维修投入与行车安全。

一、调查目的
1 掌握钢轨及夹板伤损原因与整治。

2 掌握冬季钢轨三折分布及伤损原因
3 加强冬季钢轨三折的检查与防护
二、调查方法
以现场实地检查的方法进行调查
三、调研内容，过程及结论
（一）概述
齐齐哈尔工务段地处高寒地区，管内线桥设备陈旧老化、技术标准低，管辖的685.6km 嫩林正线，于1988年至1992年换轨大修，预应力钢筋混凝土枕代替了木枕，50kg25m轨取代了43kg25m轨，经过换轨大修，轨道结构强度大大增强，线路稳定性大幅度提高。

但随着运量的不断加大，列车速度的不断提高，运营十几年来，50kg钢轨及双头型夹板在冬季发生三折伤损较为严重，一旦发生，轻者将影响正常行车秩序，重者将导致机车脱轨造成车毁人亡。

因此分析线路设备在冬季发生三折伤损的原因，制定相应防范措施,延长使用寿命，提高设备质量，对确保行车安全有着重要意义。

（二）三折分布及伤损原因
1 钢轨及夹板伤损部位和特点
1.1 钢轨伤损部位和特点
钢轨伤损包括核伤、横裂和垂裂，其部位均发生在钢轨头部和中央，就钢轨横裂和垂裂的横断面来看，均有5mm至20mm鱼鳞伤和剥落掉块的旧痕，绝大多数发生在钢轨顶部边缘，检查时容易发现。

而核伤多发生在钢轨内部，早期的小核伤因回波位移小，与干扰的回波混杂其中，而难以分辩,检查时不容易发现。

(1)特别是钢轨接头部位，如钢轨接头轨缝过大、错牙、折角破坏了轨道的连续性，改变了车轮瞬时转动中心，致使车轮产生了一个较大的瞬时加速度，从而增加了轨道的附加冲击力。

据计算，速度为100km/h的车辆，通过1.0mm迎轮错牙（P60钢轨），附加应力为608.8kN，通过轨缝为14mm接头时，附加应力为148.3kN，通过折角为0.025弧度的接头时，附加应力为380kN。

这些附加应力的冲击加速了钢轨的疲劳，缩短了钢轨的寿命。

加速了对轨道几何尺寸的破坏，导致接头病害增多，形成恶性循环。

同时强大的附加应力加速了车轮对钢轨头部的磨耗，使钢轨形成低头和马鞍等永久性病害。

工区在整治低接头时抬高接头后只捣固接头轨枕，使钢轨承受的冲击荷载集中在轨端下颏，易使钢轨颏部产生水平裂纹或螺栓孔一次性揭盖。

反复地捣固造成接头处轨枕过夯，形成小腰吊板，加速了钢轨接头核伤的形成、螺栓孔裂纹的发展。

尤其是线路咙口或道岔的连接短轨都是自制短轨，轨头未经淬火处理，轨面容易磨耗，形成钢轨低头。

钻孔工具落后，使钻孔母材被拉伤或使螺栓孔周边存在毛刺及其他微细缺陷，成为螺栓孔裂纹源。

(2)小半径曲线线路钢轨接触疲劳伤损，主要有曲线外股钢轨的轨头核伤、侧面磨损、剥离、波形磨耗、侧面磨耗、曲线内股钢轨压溃或压宽。

对于曲线线路上，特别是小半径曲线，由于列车速度不相适应，车轮对钢轨踏面的接触应力过大，远远超过钢轨本身的屈服强度和安定极限值，使轨头断面几何形状发生变化，踏面压溃，并产生疲劳裂纹和剥离掉块。

2 夹板伤损部位和特点
夹板伤损包括折断和裂纹，其部位均发生在夹板中央，就折断夹板横断面来看，均有5mm至20mm扇形旧痕，绝大多数发生在夹板下部边缘，检查时不易发现。

而裂纹夹板多发生在夹板上侧，有5mm至70mm不等的裂纹，检查时容易发现。

3 钢轨及夹板伤损原因
3.1 钢轨鱼鳞伤、剥落掉块产生的原因
马允先老师在2002年4月《铁道工务》发表的《钢轨接触疲劳裂纹形成和发展机理探索》论文中做了较全面的阐述，钢轨面形成的细小裂纹固然与基材质、使用、工作状况有关，工务部门还应从线路养护的角度考虑。

例如：轨底坡的设置不合理时，轮轨间接触面积减少，应力将集中在接触部位，工作条件急剧恶化，加上我段地处高寒地区昼夜气温温差大,加速了钢轨的塑性变形,随着轮轨作用次数的积累, 鱼鳞伤、剥落掉块很快就出现，这从轨面的磨耗状况，直接就可观察到。

另外，因曲线要素不同，超高的设置只能相互兼顾，这样，当出现欠超高时，车轮有爬上轨面的趋势，轮缘作用边与钢轨内侧作用边就形成了滑动摩擦，这样不断冲击，摩擦破坏，钢轨作用边就由细小裂纹的发展并互相贯通而形成剥落掉块，由于是结构的缺陷，这种现状难以消除。

齐齐哈尔工务段所管辖的线路山区较多，地形复杂，管内线路设备有道岔657组，大小曲线682条，总长度346.588km，占正线的53%。

其中250m＜R＜300m的曲线占曲线总数的40%，特别是曲线地段和坡道区段，都不同程度地存在着鱼鳞伤与剥落掉块，并且是造成断轨的主要原因。

2005.10～2008.9，我段共发生断轨12根，由核伤引发的10根,其中由鱼鳞伤、剥落掉块造成的断轨8根。

如何有效地控制钢轨伤损的发展，以防止鱼鳞伤与剥落掉块引发的断轨，是我们在今后工作中所要努力的方向。

但是，当前最棘手的问题是鱼鳞伤与剥落掉块发展到什么程度或多深才发生突发性折断，如何界定什么样的鱼鳞伤
钢轨要下道，这也是我们所要探索的。

特别是钢轨鱼鳞伤、剥落掉块是产生断轨的重要原因之一，而对它的检查又有许多难点。

其主要因素有：
(1)目前使用的超声波钢轨探伤仪遇曲线上股作用边的鱼鳞伤、剥落掉块会产生杂乱的回波，对正常的伤波产生干扰，特别是鱼鳞伤向轨头内发展的垂裂和早期的小核伤因回波位移小，与干扰的回波混杂其中而难以分辨；
(2)当鱼鳞伤、剥落掉块形成垂裂并发展到一定程度时，才有所区别。

要从杂乱的示波中去分辨，光听报警是无法区别的，只有思想高度集中，眼看示波，而长时间如此势必造成探伤人员疲劳，稍一疏忽，就可能产生漏检；
(3)如果鱼鳞伤形成连续的揭层，其下的核伤被揭层所遮挡就难以发现。

我段又于2008年9月又开始了换轨大修，60kg长轨条取代了50kg25m轨，经过换轨大修，轨道结构强度大大增强，线路稳定性大幅度提高。

但随着运量的不断加大，列车速度的不断提高，运营十几年来，50kg钢轨伤损较为严重，根据对正线P50kg重伤钢轨伤损统计，发现核伤如下表：
从中可见：随着运量的增加，伤损呈递增趋势，到2008年开始大修换轨时，伤损才有所减少，在这些核伤中鱼鳞伤占有一定比例。

2006年鱼鳞伤引发横裂64根，占50%，2007年鱼鳞伤引发横裂88根，占68.22%，2008年鱼鳞伤引发横裂47根,占75.81%。

可见,鱼鳞伤引发的横裂伤损在核伤中也呈递增趋势。

因而对鱼鳞伤剥落掉块的防治和早期发现与监控非常重要。

4 材质原因
4.1 钢轨
通过对现场折断钢轨的分析，发现有相当一部分钢轨在冶炼过程中存在的非金属夹杂物及接头淬火的不均匀性增加了钢轨内应力，并且没有达到TB/T2344—2003《43kg/m～75 kg/m热轧钢轨订货技术条件》的要求，从而降低钢轨的力学性能。

在通过总重达到60Mt 左右时，轨头掉块和螺栓孔裂纹，就会发展成重伤。

由于不当生产与热处理工艺造成的晶粒粗大或晶粒与组织的不均匀、表面严重脱碳，甚至出现淬火马氏体的现象。

这些材质方面的缺陷严重降低了钢轨的使用性能，使其不能承担接头恶劣的工作条件。

4.2 夹板
通过对现场失效夹板的分析，发现有相当一部分夹板材质没有达到YB354—63《每米50公斤钢轨用夹板技术条件》的要求，由于不当生产与热处理工艺造成的晶粒粗大或晶粒与组织的不均匀、表面严重脱碳，甚至出现淬火马氏体的现象。

这些材质方面的缺陷严重降低了夹板的使用性能，使其不能承担接头恶劣的工作条件。

4.3 温度影响
钢轨和夹板伤损随温度变化呈一定规律，温度与钢轨和夹板伤损频率大致成反比关系，夏季发生频率较低，冬季发生频率较高。

低温条件下钢材出现冷脆，使夹板易折断，温度低到一定程度，钢材脆断明显增加，当气温在零下10℃以上时，钢轨和夹板折断数量较少，而在10℃以下，钢轨和夹板折断数量猛增，大兴安岭地区1、2、3、11、12月份，这5个月平均气温低于零下30℃，即每年气温较低的月份，这一时期是钢轨和夹板折断的高峰期。

4.5 线路病害因素
据近几年钢轨和夹板伤损按公里统计数据表明，线路质量不良地段发生钢轨和夹板伤
损频率较高。

如冻害群地段、路基下沉地段、钢轨低接头、钢轨接头处翻浆、坍碴、支嘴、线路空吊地段、线路不稳定处所等，这些地段钢轨和夹板受力不均，我段管内线路属高寒山区铁路，线路病害较多，据不完全统计线路病害地段所发生的钢轨和夹板伤损数约占钢轨和夹板伤损总数的五分之一。

特别是在冬季钢轨接头病害是造成钢轨和夹板伤损的重要原因，由于列车在通过接头时，形成剧烈的冲击力和振动力，最大可达几十吨，这样就使钢轨头部和夹板产生永久性变形，形成低接头，直至夹板折断，造成恶性循环；在冲击力作用下，轨面产生塑性变形，出现钢轨上下错牙，使淬火端钢轨顶面剥落掉块，螺栓孔裂纹，夹板和钢轨腭部接触面磨耗，造成钢轨伤损加大。

（三）防止冬季发生三折的解决途径
1由于我段加强了防“三折”检查力度，强化了线路保养和病害整治质量，充分发挥“六道防线”的作用，即专业探伤检查，工区手工检查，巡道员班放控制，群众作业检查，干部不定期抽查，群众性检查，使得钢轨和夹板伤损均能及时发现，妥善处理，保证行车安全。

2 强化日常对线路设备的检查
认真落实巡道员的岗位责任制，加强检控工区巡检人员对钢轨和夹板的日常检查，巡道员在巡查中对做了伤损标记的设备要重点检查，巡查时要认真细心检查做到心中有数，并在交接记录上填写伤损设备的变化情况。

应对巡检人员进行有效监督，经常进行抽查，同时要加强巡道员处理“三折”的技能演练，教育巡道员增强安全意识，提高在非正常情况下的应急处理能力，增强责任心，认真巡查设备，果断处理故障，防止线路设备“三折”的发生，在严寒气候条件下对“三折”易发生地段，必要时应增派巡道员及巡道班次，实行双岗制巡道，要求巡道员要认真检查设备状态，特别是轻伤、轻伤有发展的设备，要进行重点检查，确保行车安全。

每年的11月1日至下一年的3月末，以车间为单位，成立
手工检查组，每周对管内设备进行检查一次，并利用相应工具备品，对钢轨孔裂、鱼尾板、剥落掉块处所进行认真细致地检查。

对状态不良地段、大坡道地段、小半径曲线等处所要加强手工检查力度，充分发挥手工检查的辅助作用。

对已经发展为重伤的设备要采取果断措施，该拦停就拦停，该慢行就慢行，及时加固并通知工区组织更换。

作业组每天在线路上作业，上下班、作业中都要对通过区段认真检查。

各线路工区要对管内重点地段做到有计划，严控制，勤检查，并填写《防三折设备检查情况登记簿》，加强对各级干部定期检查和跟踪考核管理，形成层层管理，逐级负责的防范体系，使设备处于层层监控中。

对有裂纹的夹板要在入冬前全部更换，做好以防断轨为重点的防“三折”工作。

3. 用弹条扣件加大抗爬阻力
经检查，有些长大坡道地段，用普通扣板，虽然扭力矩达到了标准，但年年爬行。

自1995年起在上级部门的帮助下调进部分再用弹条扣件，对局部爬行处所彻底根治，已整治8处延长6.5公里，线路爬行得到了有效控制。

4 加强抢断机具管理，保证抢断工作顺利进行
（1）各车间的抢断机具应由专人管理，并要按规定的按季节特点使用保养，使机具经常处于良好状态。

（2）各车间应经常进行抢断机具的使用演练、比武，每个工区应培养2～3名操作熟练的操作手；每个车间应培养2～3名抢断机具维修人员，能处理机具的一般故障。

（3）各车间、班组应坚持防“三折”值班值宿制度，特别是夜间值班，要保证能召集到足够的人员，做到发生“三折”出动迅速，用最短的时间处理故障，尽快恢复正常运输秩序，“三折”抢险机具应始终保持良好状态，并随时待命，且应准备两套设备，保证抢险顺利完成。

（4）在自制短轨时，采用先进的锯轨机和钻孔机进行锯轨和钻孔。

将自制短轨的自
制端安放在顺轮端，减少钢轨薄弱端承受的冲击力。

5 充分发挥探伤班组的专业优势
充分发挥专业探伤人员的作用，严把探伤检查关，把“三折”危害消灭在萌芽之中。

探伤班组要在入冬前对管内线路钢轨和夹板等设备进行一次全面探伤，重点地段在低温期要增加钢轨探伤检查次数。

认真执行“三折”检查制度，切实加强钢轨探伤工作质量，消灭探伤工作中的漏检、错判现象，对于钢轨检查人员不得轻易更换，确保按规定遍数、周期完成检查任务；对钢轨接头、夹板、道岔等部位采用手工检查和仪器检查相结合的办法，对轻伤钢轨、尖轨叉心及可疑波形除按探伤周期检查外，加密探伤频次，对检查发现的问题要及时通知工区加固处理，直至达到重伤更换。

探伤检查要承包到人，责任到人，定人定鼓检查，在检查时执机人员不得与他人闲谈，必须眼盯荧光屏，耳听报警声，认真识别分析每一个伤损波型，并注意观察探头位置，检查时必须严格控制探伤速度。

加强对钢轨头部区域核伤的探测。

车辆运行速度为100km/h，运量一般达到350Mt左右时钢轨头部开始出现核伤，但往往因螺栓孔及钢轨头部断面波的影响，容易漏检，所以应特别仔细分析波型显示，并随时观看探头位置，注意校对，防止漏检。

有病害的钢轨接头是探伤作业中的重点处所，应特别加强探伤，并适当缩短探伤周期。

所以，加强钢轨探伤和手工检查是预防钢轨和夹板伤损的根本保障。

以铁道部规定的不同线路探伤周期为基础，根据不同季节的气候特点和新旧钢轨及疲劳程度等具体情况，科学合理地安排探伤周期。

探伤作业中要严格掌握日作业进度，按要求检查，慢走、细检、认真分析，切实做到“接头站、小腰慢、大腰均速度、道岔引轨正反探”。

发现异常显示或报警，要反复探测，根据耦合状况及时修正灵敏度和调整探头位置。

在接头区域探伤，探测前要将接头两侧踏面洗净，提高增益，加大注水量。

尤其是针对轨头下轨腰纵向裂纹，要用斜探头（α=500）探伤，于接头两侧放射指向轨端的超声波
束不少于三次。

在连续两个探伤周期内，同一地段的探伤仪操作员要进行轮换，实现你漏我防，杜绝误判、漏检。

合理安排探伤时间，与手工检查相配合，交叉进行，增加检查密度。

手工检查要明确责任，把人员、项目、左右股、里外口的“四固定”落实到人头，按照“一敲、二看、三照、四卸”的程序进行检查，切实做到有伤早发现、早加固、早更换，防止三折事故。

6 合理安排工作
以上是我在齐齐哈尔工务段齐线路车间作的调研报告，有不够细致，不够全面的地方请多指正。