钢轨断裂原因分析及防治措施

钢轨断裂原因分析及防治措施

摘要：通过对钢轨断裂原因及其规律进行分析，提出针对性的预防措施，并对发生钢轨断裂后的紧急处理措施进行探讨。

发生断轨后的紧急处理方法。

1 钢轨断裂原因分析

1．1 钢轨材质方面存在先天不足

钢轨先天性的质量缺陷，是导致钢轨断裂的主要原因。2002年1月，长图线DK152+573处和长图线DK317+450处发生两次线路右侧长轨折断，引起两起断轨事故的主要原因是钢轨内部存在暗核。由于两处暗核的径长分别为2．5、1．8mm，且均存在于钢轨的底部，又是目前钢轨探伤设备很难探测到的核伤粒径(既有探伤设备所能探测到的最小核伤粒径为3mm)，再加上管内持续低温且温差大，钢轨内应力增大，导致断轨事故发生。钢轨材质上的某些缺陷，如暗核、细小裂纹、空隙或杂质等，经过车轮重复荷载作用，逐步发展成一个疲劳源，并不断向轨头内部扩展，使钢轨的有效截面很快削弱，以至最后发生断轨。

1．2 现场轨缝的焊接强度低

我国无缝线路钢轨现场施工焊接一般采用小型移动气压焊和铝热焊。铝热焊焊接方法因其具有设备简单、焊接作业效率高、操作简便等特点，被广泛应用。但由于各工序间相互影响程度密切，特别是在低温环境下焊接钢轨时，使得焊接接头的质量难以控制。钢轨焊接接头的质量优劣，直接影响着无缝线路的安全。

据统计，由于钢轨焊缝断裂而造成断轨事故的，占断轨总数的80％以上。

大部分有缺陷的钢轨焊缝其强度不能承受降温所产生的温度拉力，在冬季钢轨内部强大的温度拉力作用下焊缝被拉开。特别是铝热焊缝，质量受操作工艺优劣影响较大，难免发生断轨事故。

1．3 养护维修上的原因

2002年3月，长图线威虎岭站1号道岔辙叉后右直股钢轨折断。所断钢轨为鞍钢1988年产，于1996年道岔大修时铺设，属自制轨，轨孔加工时存在误差。由于线路养护维修质量低，有空吊板，导致岔后钢轨集中受力，发生断裂。2002年l1月，长图线DK187+646处，右股钢轨发生断裂。该股钢轨10月份曾使用K286焊条进行焊补。此次造成钢轨折断的直接原因就是焊补作业不按照规定进行预热，致使钢轨内部结构发生变化，发生钢轨断裂。由上述断轨事故可以看出，日常的养护维修非常重要。线路养护不良，如轨面不平顺、道床和路基出现病害、连结零件不密贴等，都会严重地影响钢轨的使用寿命。再者作业时不按规定的尺寸、步骤进行，违章作业，也会引起不良后果。因此，提高工作质量，精心养护好线路，这是防止断轨的重要环节。

2 钢轨断裂发生的特征及规律

2．1 常发生断轨的地段

线路不平顺处，断轨发生的频率大。

断轨地段的分布特点：曲线地段比直线地段断轨次数多；坡

道上比平坡地段断轨多；制动地段比其他地段断轨多；无缝线路固定区断轨多；道岔基本轨比导曲轨断轨多；岔后夹直线的断轨是直向多，侧向少。

2．2 常发生断轨的部位

断轨多发生在焊缝及其附近，钢轨小腰处，曲线上股，桥梁和道口两头部位。就同一钢轨断面而言，断轨多发生在轨头、轨颚和轨腰部位。

2．3 常发生断轨的时间

断轨多发生在冬春两季，一般在每年的11月下旬至次年的3月上旬。寒冷地区断轨较普通地区严重。而且多发生在一昼夜中气温最低的0时至4时。

3 发生钢轨断裂后紧急处理措施

3．1 及时发现断轨

发挥“五道防线”作用，开展全员防断。主要发挥专

业探伤队伍的主力作用，手工检查队伍的补充作用，层层

落实钢轨检查责任制，以便能在第一时间内发现断轨。

3．2 发现断轨后会处理

3．2．1 断轨处理原则

最主要的是发现断轨后必须严格执行一防护、二加固、三放行的作业程序。在拦停列车作业时，区间力争在30min内，站内力争在60min内加固完毕，并随即放行列车。

3．2．2 断轨处理方法

(1)普通线路

①应按《铁路工务安全规则》第2．2．11条的规定设置停车信号防护。

②断缝在夹板范围内，紧固接头夹板螺栓和断缝两侧扣件，限速5km／h放行列车。

③断缝在夹板范围以外，用夹板、急救器或夹板、螺栓进行加固。当断缝小于30mm时，限速15km／h 放行列车；30—50mm，限速5km／h放行列车；50—150mm，必须插入短轨头，并在断缝下垫枕木头后，限速5km／h放行列车。

④更换钢轨时，应按《铁路工务安全规则》第2．2．2条办理，更换前要拧紧两端各50m范围内扣件，首次放行列车限速25km／h。

(2)无缝线路(包括焊头)

①应按《铁路工务安全规则》第2．2．11条的规定设置停车信号防护。

②在断缝处上好鼓包夹板和急救器加固，限速5 km／h放行列车。随即，在断缝两端各50m范围内拧紧扣件。如断缝小于30mm，限速可提高至15km／h；断缝在50～150mm，必须插入短轨头，并在断缝下垫枕木头，限速5km／h放行列车。已上鼓包夹板的焊缝断裂后，如断缝小于30mm，可紧固接头夹板螺栓，限速15km／h放行列车。

③锯掉断缝前后各一段钢轨，插入不短于6m的短轨，上好

夹板和拧紧螺栓，首次放行列车限速25km／h，以后恢复正常。

④在接近并低于实际锁定轨温时，插入不短于6m的焊接短轨，进行焊接。

⑤若断缝具备原位焊复的条件时，可采用原位焊复法进行焊接修复。

3．3 新型弹性扣件的应用

由于重轨刚度和重枕刚度相结合将使轨道刚度增大，过大的轨道刚度又会恶化轮轨动力相互作用关系。只要车轮踏面或轨道上有微小的不圆顺或不平顺，都会引起动力作用的增长，这些动力又随行车速度的提高而急剧增长。此外，过大的轨道刚度还会引起波磨轨的生成与扩展。因此，设法降低重轨、重枕轨道刚度是十分必要的。

用新型系列Ⅲ型枕取代木枕和Ⅱ型枕，明显增大了曲线轨道的稳定性，轨道承载能力提高37％，减小了轨枕加速度和道床加速度，有效地抑制了道床残变，积累速率，大大减轻了养护维修工作量及其费用。

为达此目的，成都铁路局研发并使用了新型弹条扣件。其主要特征：一是采用了与Ⅲ型系列轨枕配套的厚14mm、静刚度60～70MN／m的纳米复合橡胶垫板；二是采用了与新型胶垫配套的60Si2CrA材质的加强Ⅲ型弹条扣压件，提高了弹条强度，有效控制了扣压力衰减，增加了轨道弹性；三是采用了在承力面增设L 形、C形钢片的加强Ⅲ型绝缘轨距块，有效地解决了既有Ⅲ型绝