周維漢

摘 要：隨著國內(nèi)城市軌道交通的快速發(fā)展和網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營，快速、準(zhǔn)時、安全、可靠、平穩(wěn)、舒適已逐漸成為乘客心中軌道交通的代名詞，選乘軌道交通也已是居民出行的主要交通方式之一，隨之而來的便是客流的不斷攀升、行車密度的不斷增大和設(shè)備運(yùn)行的高度疲勞，也給軌道交通養(yǎng)修人員帶來了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。本文主要探討了作為軌道交通行車關(guān)鍵設(shè)備之一的終點站折返道岔會出現(xiàn)的主要典型病害類型，多方面分析了病害產(chǎn)生的原因、機(jī)理，并現(xiàn)場整改探索，驗證總結(jié)了多種可行的整治措施。

關(guān)鍵詞：折返道岔 滑床板 尖軌 基本軌 轍叉 波磨 剝離掉塊 裂紋

軌道是城市軌道交通的行車基礎(chǔ)，是電客車運(yùn)行的關(guān)鍵設(shè)備之一，道岔又是軌道中最薄弱、最復(fù)雜、最重要的設(shè)備，終點站折返道岔更是重中之重，在軌道交通運(yùn)行中起著舉足輕重的作用，它不僅影響客車的便捷運(yùn)轉(zhuǎn)，也影響線路的充分利用，一旦出現(xiàn)故障，會直接造成客車晚點、掉線或線路中斷等情況，嚴(yán)重時還有可能出現(xiàn)脫軌、傷亡等事故。

終點站折返道岔，隨著行車間隔的不斷縮小，使用頻次非常之高，由于受地下空間、工程造價的限制，折返線設(shè)計之初通常不選用最有利于行車的大號、可動心軌道岔，加之地下線建設(shè)施工條件差造成諸多難以整改的施工缺陷，導(dǎo)致電客車在折返線的實際運(yùn)行環(huán)境常常很差，輪軌接觸關(guān)系、接觸應(yīng)力異常復(fù)雜，最終造成折返道岔的問題病害多樣復(fù)雜、難以根除，也使得折返線軌道養(yǎng)修的任務(wù)更重、難度更大、成本更高。因此，在軌道交通線路的日常養(yǎng)修中，折返道岔是軌道養(yǎng)護(hù)人員研究分析的最重要課題之一，若要保證軌道設(shè)備的安全可靠，首當(dāng)其沖必須加強(qiáng)對折返線道岔的狀態(tài)檢查、病害分析、措施制定、深度精修和精細(xì)化管理，這樣才能保障軌道交通行車的快速便捷、安全準(zhǔn)時。

1 折返道岔典型病害

折返線道岔，一般由不少于4組的站后道岔和2組站前道岔組成，困難情況下只有站后道岔。由于站后便于快速折返，站前只用于應(yīng)急，因此，問題病害主要集中發(fā)生在站后道岔，尤其臨近車站的兩組。從軌道的組成來看，轉(zhuǎn)轍部分主要病害有滑床板的脫焊或折斷、尖軌的不均勻側(cè)磨及剝離掉塊、基本軌的波磨等；導(dǎo)曲部分主要病害有導(dǎo)曲軌的不均勻側(cè)磨；轍叉部分主要病害有岔心的疲勞裂紋及剝離掉塊等。另外，還有前順坡處的肥邊、尖軌尖的軋傷、墊板的折斷、基本軌的硬彎、護(hù)軌的磨耗等，這里不做贅述。

1.1 滑床板脫焊、折斷

滑床板病害通常表現(xiàn)為滑床臺與底板脫焊、底板折斷、臺板折斷。脫焊主要分布在曲股側(cè)第9-16塊之間，通常從壓嘴側(cè)開始出現(xiàn)裂紋，并向另一側(cè)發(fā)展、延伸；折斷主要分布在第5-15塊之間，主要從基本軌軌底處也即臺板壓嘴下方斷裂，臺板折斷一般較少發(fā)生，主要集中在銷釘上方。

蘭州1號線近年來滑床板脫焊、折斷約300余塊，分析其主要原因為：（1）焊筋質(zhì)量不高?；舶逡话阌苫才_（16mm鋼）與底板（Q235鋼）焊接而成，由于其焊接質(zhì)量不高，往往焊筋堆焊高度不足、不均勻，極易導(dǎo)致焊縫從薄弱處、應(yīng)力集中處出現(xiàn)脫焊、撕裂情況。（2）受力異常復(fù)雜。基本軌內(nèi)側(cè)由彈片和滑床板壓嘴扣壓，客車過道岔曲股時基本軌受離心力外傾，基本軌軌底外翻上翹使應(yīng)力傳至滑床板壓嘴，導(dǎo)致滑床臺與底板間反復(fù)受拉力作用開焊或撕裂，尤其第9塊滑床板處于半徑為200m的曲尖軌曲線起點，基本軌橫向開始受離心力作用并傳至壓嘴，與此同時該處也為尖軌頂寬50mm以后，垂向承受客車全部動態(tài)荷載，滑床板受力復(fù)雜多變且急劇增大，導(dǎo)致第9-16塊滑床板極易出現(xiàn)疲勞傷損、脫焊折斷。（3）鋼材強(qiáng)度不夠。主要是Q235鋼強(qiáng)度本身不高，容易在周圍工況較差的基礎(chǔ)上發(fā)生底板折斷。（4）施工質(zhì)量不好。建設(shè)期地下施工精度往往不高，造成采用短枕鋪設(shè)的軌底坡容易出現(xiàn)反坡或整組枕面非同一平面，導(dǎo)致滑床板受力不良不均、交變復(fù)雜，導(dǎo)致出現(xiàn)脫焊、折斷。（5）膠墊彈性不足。正線折返線一般為彈性差、剛度大的整體道床， 加之滑床板下橡膠墊板僅為8mm，提供的緩沖作用有限 ，電客車在高頻次折返通過整體道床道岔時，對滑床板的沖擊破壞更大。

1.2 尖軌、導(dǎo)曲軌不均勻側(cè)磨、剝離掉塊

折返線道岔尖軌，尤其離車站最近、常處曲股側(cè)兩組，使用頻次最高，電客車清客后折返時，短時間內(nèi)在小半徑、短長度的折返道岔進(jìn)行了列車啟動、加速、減速、過曲線等過程，加之轉(zhuǎn)轍部分結(jié)構(gòu)復(fù)雜、工況較差，在車輪蠕滑與滾動交錯、離心剪切沖擊與豎向荷載沖擊等交變作用下，尖軌受力異常復(fù)雜，陸續(xù)出現(xiàn)不均勻側(cè)磨、垂磨、疲勞裂紋，并不斷加劇、擴(kuò)展、延伸，進(jìn)而出現(xiàn)壓潰碎裂、剝離掉塊、塑流肥邊。蘭州1號線運(yùn)行3年尖軌便出現(xiàn)嚴(yán)重病害，主要集中出現(xiàn)在第一牽引點至第二牽引點、尖軌跟端位置，這也是道岔十分常見、難易根治的病害，甚至部分地鐵出現(xiàn)半年更換的情況。如若轉(zhuǎn)轍部分還存在尖軌線型不良、密貼不良、翹頭拱腰、滑床板空吊、基本軌橫移、小方向不良等情況，尖軌的不均勻側(cè)磨、剝離掉塊會更加頻繁萌生、發(fā)展，嚴(yán)重降低尖軌的使用壽命和安全可靠性，產(chǎn)生的剝離掉塊還可能造成道岔卡阻，影響道岔扳動、行車運(yùn)輸。

導(dǎo)曲軌處于尖軌跟端的相鄰部分，若存在曲線圓順性不好、接頭處硬彎、道岔前后整體幾何形位不佳等情況，很容易引起車體在導(dǎo)曲線的橫向激勵振動，車體的蛇行運(yùn)動加劇，從而導(dǎo)致輪軌間的接觸交變應(yīng)力異常增大，最終在導(dǎo)曲軌作用邊形成振蕩型的不均勻側(cè)磨、肥邊，甚至掉塊。

1.3 曲基本軌波磨

折返線道岔曲基本軌，與曲尖軌處于同一運(yùn)行工況，在列車啟停、加減速、過小半徑曲線時，輪軌間的蠕滑與滾動交變作用、法向力的不斷波動等因素引發(fā)了輪軌的粘滑振動，粘滑振動的產(chǎn)生進(jìn)一步導(dǎo)致鋼軌踏面塑性變形，最終形成波磨，若軌道的平順性較差、基本軌彎折不良，在高密度的輪軌相互作用下，久而久之出現(xiàn)嚴(yán)重波磨、疲勞擦傷、壓潰碎裂，尤其臨近車站兩組。

1.4 叉心疲勞裂紋、壓潰掉塊

折返線道岔岔心通常選用9號固定轍叉，由于存在有害空間，電客車通過不連續(xù)、間斷的軌道線路時，車輪對轍叉心的表面形成一個錘擊作用，加之翼軌垂磨的不斷增大，上述錘擊或碾壓沖擊更加劇烈，于是叉心表面集中出現(xiàn)疲勞微裂紋等塑性損傷，最終擴(kuò)展、延伸為壓潰裂損、蜂窩狀點蝕、剝離掉塊。

2 典型病害治理策略

2.1 滑床板脫焊、折斷的整治

針對道岔滑床板脫焊、斷裂，從分析的原因入手，可考慮以下措施開展整治：（1）增加滑床臺與底板之間的連接強(qiáng)度。在新線設(shè)計之初優(yōu)化設(shè)計，增加滑床板與底板之間的堆焊高度，或在既有線更換焊筋堆高更足的滑床板，如蘭州地鐵將焊筋為5mm的滑床板換為焊筋為8mm的滑床板，滑床板脫焊的概率大幅度下降；也可選用整鑄型滑床板或高強(qiáng)度鋼質(zhì)型滑床板；還可對已上線的滑床板進(jìn)行技術(shù)改造，通過從底板底部鉆孔（不鉆穿）、攻絲后與滑床臺栓接，并將底板長出螺桿切除、焊接、磨平，通過蘭州上線現(xiàn)場檢驗，滑床板脫焊的概率也是大幅度降低。（2）選用或改造為設(shè)有軌撐的滑床板，提高電客車通過曲尖軌時基本軌的抗傾覆能力，以此減小滑床板壓嘴處的受力。（3）對澆筑為反坡的軌枕表面進(jìn)行削坡處理。通過打磨枕面或采取楔形墊板使滑床板處在設(shè)計的平面，在電客車通過曲尖軌時減小壓嘴的部分復(fù)雜受力。（4）定期更換滑床板下失效膠墊。通過觀察、檢測因滑床板涂油造成的板下膠墊彈性，當(dāng)膠墊彈性大幅下降時，總結(jié)經(jīng)驗定期更換失效膠墊。（5）板下更換為彈性更好的高強(qiáng)度橡膠墊板。從碎石道床道岔對比可知，增加軌枕與滑床板之間的緩沖作用有利于減少折斷。（6）減少滑床板偏磨或空吊問題。針對滑床板臺面出現(xiàn)偏磨、劃傷、空吊等情況，及時打磨、墊高，必要時更換滑床板。

2.2 尖軌、導(dǎo)曲軌不均勻側(cè)磨、剝離掉塊的整治

電客車通過曲股尖軌時，由于折返道岔高頻次的轉(zhuǎn)換使用，不均勻側(cè)磨不斷加劇，加上疲勞性塑變，隨之出現(xiàn)掉塊，根據(jù)蘭州1號線嘗試的經(jīng)驗，可考慮采取以下措施：

（1）通過垂直打磨機(jī)或角磨機(jī)及時修理性打磨尖軌的疲勞裂損或剝離掉塊、預(yù)防性打磨消除尖軌表面微細(xì)裂紋和整修輪軌接觸面，防止尖軌面病害惡化發(fā)展或掉塊造成道岔卡阻。

（2）優(yōu)化調(diào)整道岔轉(zhuǎn)轍部分的方向、高低、軌距變化率，使其直股更順直、曲股更圓順。

（3）檢查、矯正直、曲尖軌線型、翹頭、拱腰，調(diào)整尖軌的抗點、假密貼，減少密貼不良造成尖軌斷面變形使得輪軌接觸應(yīng)力更加復(fù)雜。

（4）調(diào)整臨近涂油器出油，適當(dāng)增加曲尖軌附著油脂，減小輪軌間應(yīng)力，減緩輪軌間磨耗。

（5）增加電客車的啟停距離，適當(dāng)降低速度通過道岔區(qū)域，減小輪軌間沖擊力。

（6）通過對導(dǎo)曲軌人為設(shè)置5mm超高，并對前后順坡處理。從現(xiàn)場數(shù)據(jù)來看，導(dǎo)曲軌側(cè)磨有一定改善。

（7）通過調(diào)邊使用導(dǎo)曲軌，最大程度提高鋼軌壽命。

2.3 曲基本軌波磨的整治

基本軌波磨頻繁復(fù)發(fā)、無法根除，可考慮以下減緩措施：

（1）通過及時采取預(yù)防性打磨措施去除產(chǎn)生的初期波磨、疲勞裂紋和修復(fù)性打磨壓潰掉塊，改善輪軌接觸條件，防止病害的進(jìn)一步惡化，減緩波磨、疲勞性傷損的發(fā)展。

（2）精細(xì)化調(diào)整轉(zhuǎn)轍部分和導(dǎo)曲部分的小高低、碎方向和矯正曲基本軌的彎折，減少施工造成的初始不平順和不圓順，提高行車平順性。

（3）檢查、調(diào)整道岔及前后的大方向、長平，擴(kuò)大維修面，減少行車的不利條件。

2.4 轍叉心裂紋、壓潰掉塊的整治

轍叉病害，通常在全線道岔均會頻繁產(chǎn)生，可采取以下措施：（1）定期通過角磨機(jī)及時消除心軌微裂紋、翼軌肥邊，預(yù)防病害惡化為剝離掉塊，改善有害空間部位的輪軌接觸條件。（2）適當(dāng)對轍叉心墊高，減少車輪對轍叉心的沖擊力。（3）更換、提高轍叉部位橡膠墊板彈性，加大轍叉對車輪作用力的緩沖作用。（4）切除病害部位，用高錳鋼焊條進(jìn)行焊補(bǔ)處理，延長轍叉使用壽命。

3 結(jié)語

城市軌道交通終點站折返道岔，因其位置特殊、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、零件薄弱，導(dǎo)致其尤為重要、受力異常、病害繁多。常見的典型病害主要為尖軌、滑床板、基本軌、導(dǎo)曲軌和轍叉的傷損問題，這些是軌道養(yǎng)修的難點頑疾，也是國內(nèi)外軌道交通治理的難題。經(jīng)過對蘭州軌道交通現(xiàn)場設(shè)備出現(xiàn)的病害深入調(diào)查分析，從病害發(fā)生的機(jī)理、先期設(shè)計缺陷、后期施工問題入手，制定了多種可行的措施，包括提高加強(qiáng)設(shè)備強(qiáng)度、優(yōu)化精調(diào)幾何尺寸、及時消除初期病害、改善改良運(yùn)行工況等，經(jīng)過整治、驗證，上述維護(hù)措施均取得了不錯的治理效果，提高了城市軌道交通關(guān)鍵設(shè)備的安全可靠度，延長了薄弱零部件的使用壽命，減少了物資、人力不必要的浪費(fèi)，也為折返線道岔的維修整治總結(jié)了一定的成功經(jīng)驗。

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