戴姝婷
摘要：本文研究的主要目的是在国家交通基础设施网络快速发展的背景下，明确地铁小半径曲线钢轨磨损病害的严重性与整治养护的必要性。通过分析钢轨磨损区域，研究钢轨磨损因素，进而提出相应的整治措施，以提升国家轨道交通建设质量，进而推动国家基础设施完善，提高人民生活水平。此次研究选用的是文献研究法，通过对相应文献的查找，为文章的分析提供一些理论基础。
关键词：地铁;小半径曲线;钢轨磨耗
前言：地铁网络是为城市交通服务的交通网络，受到城市功能分区与原有地下建设工程的影响，在保障轨道交通的安全性减振设计的同时增加了钢轨的磨损压力，使得地铁小半径曲线钢轨的磨耗成为地铁钢轨病害的主要问题。由于我国地铁建设工程起步晚，地铁轨道养护治理的经验与理论尚未形成，亟须总结现有问题并寻找解决方案。因此，本文此次研究的内容和提出的策略对国家轨道交通现代化建设具有理论性意义，对完善城市基础设施、满足人民需要具有现实意义。
1地铁小半径曲线钢轨磨耗原因
地铁钢轨为列车正常运行提供支撑与依托，作为城市交通网络的重要组成部分，地铁轨道铺设环境复杂、运营时间长、列车间隔时间短且在载客数量较为庞大的同时又具有时间差异性，因此在运营过程中，地铁钢轨的磨耗受到多方作用力与环境因素影响。从物理力学角度来看，钢轨的损耗受到轨道半径的影响，越小的轨道半径将为地铁轮对与钢轨之间提供更大的活动空间。另外钢轨的损耗也与钢轨自身的刚度有关，刚度越强的钢轨其结构形变空间与反弹空间就越小，在面对惯性加持的列车时，强大的冲击作用会造成钢轨磨耗，此外为了速度与降噪考虑所使用的低阻尼材料在复杂物理作用下会形成的钢轨波磨，也会造成钢轨磨耗。从运营功能角度来看，钢轨的磨损与所承载列车的速度、间隔、载客量等功能因素相关。地下轨道的专业性较强，基本不存在列车混跑的现象，这种长期专一的运营功能会加剧钢轨波磨与钢轨磨耗。
2地铁小半径曲线钢轨磨耗区域
2.1 钢轨侧磨
钢轨侧磨的主要损害表现为疲劳裂纹与涂层剥离（图1）。一方面从轨道本身来看，出于地下轨道交通的功能性要求与实用性考虑，地下轨道相较于地上轨道路况更为复杂，轨道间的竖缓重叠现象更为严重，同时各个路段间坡度变动也更为频繁，在高速运行的列车冲击下，此类复杂的线路缓冲作用相对欠缺，增加了自身磨耗与换轨周期[1]。另一方面从列车角度来看，为了满足交通运营需要，列车运行时间较长，在路线、速度和间隔方面相对固定，小半径的轨道设计使得列车离心力作用于轨道更加明显，这使得钢轨伤损发生的位置相对固定地集中在受力一侧，增加了钢轨病害的严重性和危害性。
2.2钢轨异常波磨
钢轨异常波磨主要表现在轨道受力几何形位错误的影响下发生的钢轨顶面裂痕与钢轨结构脱落（图2）。地铁轨道的减振设计是保证地下轨道交通有序运营的关键所在，由于地下结构的复杂和脆弱，抗振材料铁轨可以提高施工与运营期间的安全性与便利性，同时出于以人为本的设计理念，降低轨道振幅，可以从根本上减轻地铁运行噪音，为居民出行创造更加良好的体验。但减振设计所采用的低阻尼钢轨材料与普通钢轨材料在磨耗波长方面存在明显的差异，在二者交接的位置常出现异常波磨损害，从整体上影响轨道在列车行进时的平稳性，而长时间的车辆振动会使之发生叠加加剧轨道波磨问题[2]。
3地铁小半径曲线钢轨磨耗预防措施
3.1 路线规划预防
地铁小半径钢轨给予了地铁行进中的灵活性与建设中的便利性的同时，也牺牲了传统轨道直线运行的简易性，在地下坡度变换中的超短夹角直线设计和小半径基础上的轨道重叠使轨道与列车间的几何形位受力平衡变得更加脆弱，顶部与侧面的钢轨被迫成为钢轨表面受力的错位代偿因素。因此为了预防后期出现的磨耗风险，就应当在设计中更加强调铁轨结构的保护性与稳定性，在线路规划中将功能性与便利性进行结合考虑，为地铁小半径曲线钢轨磨耗做到前置性预防。
3.2 轨道优化预防
首先在减振方面，地铁轨道应当着力平衡现有的减振技术与抗磨耗技术，目前出于对轨道交通安全与噪声层面的考虑，地铁小半径曲线钢轨多配有减振型扣件。扣件工艺将普通钢轨与低阻尼、低刚度的减振钢轨相组合，不同的材质除了在铁路运行过程内部出现异常波磨磨耗外，两种材质间的强度、弹性、摩擦性统一困难，极易在交接处出现形变磨损。因此轨道施工单位应当着力与科研机构合作购买性能均衡的优质材料，同时引进先进技术设备[3]。其次在工艺方面，随着铁路建设工艺的提升，长轨枕道床的优势逐渐展现，尤其针对于地铁小半径曲线钢轨，采用埋入式的道床承载能力更强，承压精度也大于早期傳统短式道床。同时作为城市内部轨道交通，地铁轨道建设可以充分利用我国飞速发展的高速铁路建设经验将先进的CRTS三型板材应用在地铁预制轨道中，通过提高钢轨技术含量提升使用质量，以降低磨损影响。最后在细节处理方面，钢轨在铺设完成后及正式使用前应当采取以打磨为代表的预备工艺，打磨技术可以去除钢轨表面的脱碳结构与施工过程中的摩擦损伤，给予地铁列车滑轮更贴合的接触面，相关施工部门应当对该步骤高度重视，增加对打磨环节的资金与技术支持，并配合以相应的打磨车提高整体效率。
4地铁小半径曲线钢轨磨耗治理措施
4.1 钢轨涂油
钢轨涂油的物理学原理在于减少列车滑轮与轨道间的摩擦力进而减弱两者碰撞中的冲击磨损。经实践数据表明，涂油法不仅可以降低轨道侧磨压力也对于修复异常波磨具有显著作用。同时由于钢轨本身设计的精密性，加之轨道交通的持续性要求，在养护过程中应避免油脂内渗造成二次伤害，在涂油施工前优先可以使用超声波无损检测技术完成探伤并对原有伤病进行修复，在保证钢轨表面无伤病裂痕的前提下再进行涂油施工。在进行钢轨涂油养护施工时，需要重点关注轨道所需油量，可以通过电子涂油机械与控制器把握出油的精准度与针对性（图3）。
4.2科学设置轨道参数
对于地铁小半径曲线钢轨而言，其结构特点本身就是导致钢轨磨耗的原因，因此对于小半径曲线钢轨的病害治理应当从轨道设计环节就开始进行。为了避免小半径结构弊端的影响，可以在具体布局设计中恰当改变如轨道间距、坡度、高度等几何参数进行磨耗效果的中和。如适当增加低速运行区小半径曲线的超高，可以有效改善上股钢轨的受力环境，降低上股侧磨发展[4]。这就要求在轨道铺设设计环节相关施工单位利用计算机模型做好模拟演算工作，并借鉴发达国家与我国北上广地铁建设经验，在统筹规划与多方考量下结合实地测量的真实数据，为钢轨病害治理提供科学的建设方案。
5结束语
由于地铁运行时的减震工艺，使得地铁小半径钢轨磨耗成为贯穿地铁设计建设与使用全程的问题，整治地铁小半径钢轨磨耗问题将大幅提高地下交通轨道的寿命与安全性。通过本文研究得知由于地下轨道的长期运营，地铁小半径曲线钢轨主要表现为侧磨或异常波磨的损耗。基于此，本文提出了相应的优化对策，包括工程设计时需要进行的路线规划预防与轨道优化预防。同时提出磨耗治理对策，包括在地铁运营期和工程建设阶段所需要进行的钢轨涂油与科学设置轨道参数工作。
参考文献：
[1] 陆云.地铁小半径曲线钢轨磨耗的防治措施[J].城市轨道交通研究，2018，21（01）：68-71.
[2] 章志平，许一凡.地铁小半径曲线钢轨磨耗分析及整治措施[J].科技与企业，2016（06）：235.
[3] 魏贤坤.地铁小半径曲线养护与维修[J].山西建筑，2008（15）：296-297+356.
[4] 颜怡翥.广州地铁5号线小半径曲线钢轨磨耗分析[J].城市轨道交通研究，2011，14（06）：55-57+63.
（作者单位：南京地铁运营有限责任公司）
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