浅谈地铁钢轨剥落掉块原因分析及整治

Qiye Keji Yu Fazhan
0引言
在地下铁路轨道系统中，钢轨是承担列车荷载及引导列车前行的重要设施，经过一段时间的运营后，钢轨经常出现各种各样的伤损，其中以钢轨剥落掉块最常见，除钢轨本身材质问题外，地铁线路曲线半径小、行车频次高、轨道几何形位有偏差均会导致或加剧钢轨伤损。

本文通过对某地铁1号线二期某区间下行钢轨剥落掉块情况进行调查统计，分析钢轨剥落掉块产生的原因，采取措施并提出养护维修管理建议。

1工程概况
钢轨剥落掉块里程为下行K07+230～K07+420，位于平面曲线K07+217～K07+837上，曲线半径R =360m ，超高H =110mm ；处在25‰的下坡道上。

1.1伤损特征
通过对线路的外观检查、几何尺寸调查、轨底坡调查及对钢轨表面伤损检查后发现以下特点：曲线下股光带偏外侧，光带宽度约25mm ，掉块位于光带上；掉块宽3～8mm （多为5mm ），最深处深度约2mm ；掉块为断断续续的状态，最长连续掉块为350mm ；经探伤检测，该处为钢轨近表面剥落掉块，没有发现内部伤损；掉块发生在曲线下股，钢轨中轴线外侧。

1.2伤损发展情况
掉块发生在1号线二期开通1年时间左右，曲线下股与列车车轮接触面为钢轨外侧；轨面掉块是由轨面细微裂纹发展而来，裂纹发展到一定程度将会产生掉块；裂纹主要发生在曲线下股轨面，离轨顶外侧圆弧5～10mm 处，大致平行，长15～25mm ，与钢轨横截面呈45°，开口方向与行车方向一致，用手触摸有毛刺感，裂纹肉眼可见[1]。

轨面裂纹情况如图1、图2所示。

当裂纹深度不断增加，裂纹之间的轨面会因列车车轮的黏滞力而发生脱落，形成掉块，现场掉块为薄片，长度约15mm ，深度约1mm ，宽度约5mm 。

掉块后钢轨轨面状态如图3所示。

2钢轨剥落掉块原因分析
2.1轨底坡设置不符合要求
设计坡比与实测坡比最大相差0.057，设计坡比与实测坡比平均相差0.0428。

由于曲线下股轨底坡严重偏大，所以曲线下股轮轨接触面积过小，进而导致钢轨裂纹，由此钢轨轨底坡设置不符合要求是导致钢轨剥落掉块的主要原因，实测轨底坡比数值如图4所示。

2.2下股接触面积过小
曲线下股股钢轨受力分析：通过现场测量，曲线下股光带
【作者简介】郭天朋，男，河南人，本科，郑州地铁集团有限公司运营分公司助理工程师，研究方向：轨道运营维护。

图1钢轨光带图3钢轨剥落掉块
后
图2钢
轨裂纹图4
下股设计坡比与实测坡
比数值对比图
浅谈地铁钢轨剥落掉块原因分析及整治
郭天朋，李永，乔国靖
（郑州地铁集团有限公司运营分公司，河南郑州450000）
【摘要】地铁线路钢轨使用几年后会在表面产生横向裂纹及出现剥离掉块伤损。

某地铁1
号线二期开通运营约1年，使用的钢轨在某车站列车进站端的半径为360m 的一曲线路段上随机出现多处掉块。

通过对钢轨掉块的原因进行分析发现，存在轨底坡设置不符合要求、下股接触面积过小、受轨道弹性影响等问题，采取相应措施：①将钢轨剥落掉块纳入伤损台账，巡检时对该区段予以重点关注，加强探伤检查，发现内部有伤损及时上报处理。

②对剥落掉块所处曲线轨底坡进行调整，将上下股轨底坡调整至合适范围。

3〇提出养护维修管理建议，提高地铁运营质量。

【关键词】城市轨道交通；钢轨；掉块；建议【中图分类号】U213【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2021）04-0097-03
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Qiye Keji Yu Fazhan
宽度为25mm 左右，为正常接触面积的1/2～1/3，相应的下股钢轨单位面积承担的压力将会增加，同时在曲线地段行车时，内侧车轮在钢轨上行程较外侧车轮短，会发生空转现象，轨面与车轮间会产生更大的制动力，导致掉块现象加剧。

下股接触面积过小是曲线下股股外侧轨面发生裂纹的次要原因。

2.3轨道弹性影响
剥落掉块地段为一般整体道床，单趾弹条扣件，轨道减振只有通过轨下、铁垫板下的橡胶垫板及弹条变形实现。

列车通过曲线地段产生的振动无法通过道床吸收，将直接反馈在扣件与钢轨之间及车轮与钢轨之间，曲线下股长期受到较大的冲击力将会导致曲线下股钢轨产生疲劳裂纹并加速裂纹发展，最终导致轨面掉块。

3采取措施
3.1伤损影响
根据《线路检修规程》中“6.6.2”的规定，轨端或轨顶面剥落掉块长度超过15mm 且深度超过4mm ，属钢轨轻伤，该处伤损未达到轻伤标准。

3.2采取措施
（1）将钢轨剥落掉块纳入伤损台账，巡检时对该区段予以重点关注，加强探伤检查，发现内部有伤损及时上报处理。

（2）对剥落掉块所处曲线轨底坡调整，将上下股轨底坡调整至合适范围。

（3）申报打磨计划，对剥落掉块区域多遍打磨，尽量消除轨面剥落掉块。

4轨底坡调整施工要点
4.1轨底坡测量仪器及使用方法
轨底坡测量应使用专业的轨底坡测量仪器，测量结果为轨底倾角，测量结果使用坡度比格式。

测量时，测量人员应先用砂纸清洁待测位置轨底，然后将轨底坡测量仪从轨道线路外侧插入轨底，记录坡度比，测量过程中应防止仪器磕碰，测量仪器详如图5所示。

4.2计算待调整区段轨底坡误差
轨底坡比测量为每4根轨枕测量一处，因为轨底坡测量仪测量结果为轨底相对于水平面的坡度比，所以为计算待调区段轨底坡度比误差，需要换算出曲线地段轨底相对于水平面的坡度比，其中下股的轨底坡比标准值的计算公式为α=1/40-h /
1508，上股的轨底坡比标准值β=1/40+h /1508，为方便计算，先对轨底坡比进行100倍放大处理，然后计算待调区段测量轨底坡比与标准值之间的误差，根据不同型号异型胶垫可调量选择不同的胶垫进行调整，该区段轨底坡测量部分资料见表1。

4.3现场调整
根据前期测量结果，在现场对应位置更换不同型号的轨下胶垫，此时应注意，更换异形胶垫对轨距影响较大，施工前应准备足量的轨距块，并配备起道机、弹条扳手等工具，为确保调整以后线路几何尺寸良好，上下股调整轨底坡后应同步调整线路几何尺寸，确保几何尺寸符合作业验收标准，异型胶垫设计图如图6所示。

5整改效果
5.1光带偏移
从图7可以看出，调整前后，该区段光带移动了5mm 左右，基本调整至钢轨轨面中部且光带宽度也有所增加，说明轮轨关系已有较大改善。

5.2掉块情况缓解
该区间轨面剥落掉块情况无明显发展，轨底坡调整前轨旁
设计实测误差12-1012-812-612-4—
1YDK7+207.7090 2.5 5.0-2.5————ZH ：YDK7+212.7092YDK7+210.2090 2.5 5.8
-3.34———HY ：YDK7+272.7093YDK7+212.7090 2.5 5.0-2.54———YH ：YDK7+777.5564
YDK7+215.209
5
2.2
4.6
-2.4
4
—
—
—
HZ ：YDK7+837.556
序号里程超高（mm)
坡比*100
不同型号胶垫使用数量
备注表1
轨底坡测量资料
图5轨底坡测量仪
图6异型胶垫图纸
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依法处理，严格按照法律法规进行。

在公安交通管控的措施中，要加大交通安全宣传教育力度，提高全民的交通安全规范意识。

对问题突出的部分进行及时有效的整治，要求常抓不懈、贯彻到底。

在道路运输交通管控的措施中，应该对运输市场进行清查，摸清本地区动力与动量的平衡度，从宏观上进行全面控制，达到优化市场的效果。

6结语
高速公路安全问题是我国社会发展过程中一直备受关注的问题，它不仅关乎我国交通事业的发展，而且与人民的生命财产安全有着密不可分的联系。

在历年来的高速公路事故中，出
现在高速公路出入口匝道的交通安全问题达80%以上，如此严重的形势不仅给社会经济和人民安全带来了巨大的损失，而且对我国高速公路交通体系的发展造成了严重阻碍。

参考文献
［1］蒲泽源．高速公路出入口设计与安全性研究［J ］．科技展
望，2016（36）：296．
［2］韩靖．基于强化学习的城市快速路交织区入口匝道智能
控制方法［D ］．南京：东南大学，2017．
［3］张强．公路交通安全设施的演变及设计要点［J ］．天津建
设科技，2019（3）：74-78.
序号日期
区间噪声最大值
（dB ）12019年1月3日8222019年1月10日8332019年1月17日8742019年1月22日8352019年1月31日9062019年2月7日8072019年2月12日8082019年2月19日7992019年2月27日79102019年3月7日80112019年3月14日79122019年3月21日78132019年3月26日80142019年4月2日80152019年4月9日79162019年4月18日81172019年4月25日79182019年5月2日81192019年5月9日81202019年5月16日81212019年5月21日81222019年5月30日81232019年6月6日81242019年6月13日7725
2019年6月20日
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表2
轨底坡调整地段噪声测量值
的铁屑较多（如图8所示），轨底坡调整以后轨旁未发现明显掉落的铁屑（如图9所示）。

5.3噪声减小
从2019年1月开始调整轨底坡至6月调整完成，该区段噪声降低明显，从1月份的最高90dB ，降低至6月份最高的81dB ，说明轨底坡调整对轮轨噪声有一定的改善效果（见表2）。

6养护维修管理建议
（1）调整轨底坡至设计值能改善轮轨关系、减缓钢轨剥落掉块的发展、降低轮轨噪声并延长钢轨使用寿命。

（2）对钢轨轨面伤损进行周期性检查并建立观察台账，以
及时查找钢轨轨面伤损产生及发展的原因并采取措施减缓、抑制钢轨轨面伤损的发展，可延长钢轨使用寿命，降低钢轨运营维护成本。

参考文献
［1］杜茂金．南京地铁钢轨掉块病害分析与防治［J ］．城市轨
道交通研究，2015，18（1）：78-80.
图8
轨底坡调整前
图9
轨底坡调整后
图7钢轨光带变化
调整后光带
调整前光带
（上接第96页）
99。