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第4章 重载铁路的病害、钢轨及其磨耗
4.1 铁路轨道病害整治养护方法
根据轨道结构受力的分析，工务部门能够改变的影响因素就是轨道结构零配件、道床的状态、轨枕间距及枕上弹性垫层和钢轨状态，所以，日常维修就要围绕这几个方面展开。
(1) 轨道几何尺寸的整正是轨道养护维修的主要内容如图4-1。根据不完全统计，工务部门60％～70％的工作量都是进行轨道几何尺寸的整正。轨道的变形状态与列车荷载的相互影响，列车的重复振动荷载使线路产生变形，而线路变形后产生的轨面不平顺又会使列车对线路的冲击破坏加剧。特别是对于重载铁路，轨道承受的荷载大，列车运行的密度也大，这就会使这种相互作用的影响更大，也会使得轨道几何尺寸的变化频率加快。所以，要加强轨道几何尺寸的整正，尽可能地减少重载列车对线路的冲击破坏。
(2) 轨道结构的各部联结零件要经常保持齐全有效和良好的技术状态，每年的春秋两季要对所有联结零件进行两次全面复紧，使所有零配件都达到规定的扭力矩，从整体上锁定线路。这样可以防止暑期钢轨热胀爬行产生胀轨跑道或绝缘顶坏，也可以防止冬季冷缩爬行产生轨缝拉大进而拉断接头螺栓。另外，每年要对所有联结零配件进行一次涂油，防止联结零件锈蚀，因为运输中粉尘较大，螺栓锈蚀也较快，因此，要通过涂长效防锈油脂来缓减锈蚀的速度。
图4-1 轨道几何尺寸整治图 16
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(3) 道床是均匀传布荷载、提供轨道纵横向阻力和弹性的重要组成部分，道床状态的好坏直接关系着线路技术状态的稳定和工务维修工作量的大小。使道床保持饱满、均匀、清洁、密实和良好的弹性是进行道床整修的主要目的。道床在列车长时间振动荷载的反复作用下，会出现板结、弹性下降和切入路基造成缺少等病害。由于运输中粉尘较大，在道床内聚集了很多的尘土，遇有下雨时极易形成道碴囊，天气干燥时就出现板结。所以维修中很大一部分工作量与道床有关。对于道床，一是要及时进行补充，特别是桥涵两头和路基下沉地段，极易出现石碴缺少病害，这时就要补充石碴，只有石碴补足了才能保持稳定；二是要根据道床的板结情况及时安排相应的清筛，恢复道床的弹性。
(4) 轨枕及轨下弹性垫层的养护也是日常维修中的重要内容，轨枕部分主要是失效轨枕的更换利轨枕受力状态的改善。轨卜弹性垫层是轨道弹性的重要组成部分，它对混凝土枕所受荷载有直接的缓冲和减振作用。根据相关资料显示，铺设新的10 mm厚橡胶垫板的道床，其振动加速度比使用2年以后的橡胶垫板道床下降25％，换铺高弹性橡胶垫板则能下降40％。这说明改善轨下垫层的弹性不仅可以减小轨道下沉量，而且对于保持轨道的平顺性，减少养护维修工作量有很明显的效用。
4.2 大秦重载铁路病害养护及维修
(1) 提高管理水平，改进现有的维修方式
现在重载铁路维修采用养修合一的模式，然而在实际工作中并没有一一养修，没有做到真正的养修合一，基于此，需要在特定区段的一个车间内或相邻的车间建立机械化维修工队，实行养修分离的模式。此工队只需负责综合维修，而其他班组则要负责其他的日常保养以及临时补修。同时，养修合一的模式需要与现在的计划相对照，来保证对质量不好的区段进行重点养护和维修。
(2) 加强对路基设施的养护
路基作为铁路线路的基本组成部分，决定着线路的变化，由于路基的变化会引起轨道结构发生改变。因此要特别重视日常的养护，尤其是对路基及其相关设施的养护。要经常对路基的各类排水设施、路基边坡、浆砌护坡及路基边坡植被等进行检查并进行相应的保养，并及时补种路基边坡植被缺乏的地段，通过对路基与相关设施的养护来维持路基的稳定状况。
(3) 加强对道床的状态的关注
道床是为轨道提供弹性与纵横向阻力并保证荷载能够均匀传布的重要部分，道床情况对线路设备的稳定以及维修工作量的大小有着深远的影响，如图4-2。保持道床的饱满、干净、均匀、密实与很好的弹性是整修道床的主要目标。加之运输过程中粉
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尘的影响，在道床内聚集很多煤尘，下雨时容易形成道碴囊，干燥后造成板结。所以维修中很大工作量与道床有关。对道床来说，由于桥涵两头与路基下沉的地方，很容易发生石碴缺少病害，所以要按时补充石碴；还要依照道床的板结状态及时进行清筛，来恢复道床的弹性。保持轨道几何状态的重点在于维持道床部分的良好弹性。[6]
图4-2 道床结构图
4.3 重载线路钢轨折损整治
4.3.1 断轨的防治
坚持全年抓好防断工作随着牵引动力的改变，车辆轴重的增加，以及重载长大列车的开行。针对存在轨道结构薄弱病害严重、钢轨疲劳、失修等情况，应采取切实有效的措施，始终如一地坚持全年、全方位地抓好防断工作，科学、有效地控制住断轨的发生，如图4-3所示。
图4-3 断轨 18
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(1) 延缓和控制断轨发展
科学养护线路是防断轨的重要环节。其内容有：
①定期全面对线路进行动、静态检查，用以指导维修作业，及时消灭轨道失格与三、四级病害；
②全面锁定线路，搞好长轨的应力放散； ③推广新项目，综合保养好钢轨接头；
④矫正、调直硬弯、低头钢轨，打磨焊补钢轨，保持轨面平顺； ⑤整治路基病害，整修排水、防护设备，改善和加强路基状态； ⑥修理、更换各种零配件，始终保持其良好的工作状态。 (2) 加强钢轨探伤检查
加强探伤检查，依靠专业队伍严把防断关，需认真解决好“四个落实”：配齐探伤人员，保证探伤周期和探伤资料统计，落实探伤责任制。冬春两季，成立手工钢轨检查组，每月对管内设备全检两遍。同时，根据气候情况进行与巡道工相反方向的钢轨巡查，以堵塞漏洞，防止漏检。作好断轨的应急处理。
4.3.2 轨道整理
(1) 施工方法
铺设无缝线路之后至线路开通之前，道床应逐步进入稳定阶段。通过检测，对于不能满足验收标准的线路，应用大型养路机械等进行轨道整理作业，轨道整理作业应在规定的轨温范围内进行。
（3） 质量控制标准
道床断面应符合设计要求，道床厚度不得小于设计厚度20 mm，道床一侧肩宽允许偏差为±20 mm，砟肩堆高不得有负偏差，边坡整齐美观。
4.4 重载线路钢轨波形磨耗成因研究
波形磨耗是重载线路上常见的钢轨病害之一，如图4-4所示。
图4-4钢轨磨耗趋势图 19 石家庄铁道大学毕业论文
现有波磨成因理论大致可分为两类。第一类称为动力类成因理论，第二类称为非动力类成因理论。动力类成因认为轮轨系统振动使波磨产生，引起波磨的振动可分为自激、共振和反馈振动三类，波磨波长与轮轨系统中某一或某几种振动形式相关联非动力类则认为，即使轮轨作用力为常值，也会因为不均匀塑性流动或磨损等原因形成波磨，波磨的波长是随机的。非动力成因理论中，许多理论只能用于解释短波磨耗的成因，如残余应力、驻波、弹性波及超声波理论；有些仅仅是对波磨形成具体过程所进行的描述，如不均匀磨损和塑性变形理论；还有部分理论是强调波磨的影响因素，如冶金性能、接触疲劳、液体动力磨损等。其中，波磨成因理论见表4-1：
表4-1 波磨成因理论分类 波磨成因理论分类 轮轨接触振动理论(共振、反馈)轮轨系统垂向振动理论／g．馈、共振)轮对横向振动理论(共振、自激)轮对振动轮对弯曲振动理论(自激、反馈)轮对扭转振动理论(自激、反馈)磨耗功谴动理论(自激、反馈、共振)声波救应理论(共振) 钢轨冶金性能理论残余应力理论不均匀磨损及荡蚀理论不匀塑流理论接触疲劳理论应力限值理轮孰廓形匹配理论 动力类成因理论 非动力类成因理论 钢轨波磨成因
(1) 波磨形成和发展的必要条件轮对一旦产生粘滑振动，磨耗功即出现剧烈持续的波动。磨耗功的波动致使钢轨不均匀磨损。但单个车轮对钢轨的不均匀磨损是非常微小的，因此，波磨的形成和发展是通过曲线的多数车轮作用效果的累加。轮对粘滑振动虽然可能造成钢轨的不均匀磨损，但这种不均匀磨损是随机的，每一通过车轮可能加大或减小前一车轮产生的不均匀磨耗。因此，出现轮对粘滑振动并不意味着钢轨波磨一定会产生和发展，还应具备其它一些条件。
(2) 波磨的成因轮轨系统在一定参数配合下，系统垂向振动、轮对弯曲振动和扭转振动三种振动形式构成一循环自激振动系统。轮对发生粘滑振动，轮轨问磨耗功发生剧烈波动，造成钢轨的不均匀磨损或压溃。当通过曲线的列车车速和车型相对集中以及轨道上存在不平顺时，轮对粘滑振动被激化和归一化，既定钢轨点磨损或压溃发生重复和累加效应，逐步形成钢轨波磨。波磨的形成和发展的原因基本上是相同的。不同的粘滑振动类型形成的波磨，不但表面特征有所不同，而且发展过程也表现出差异。
4.5 轴重30 t重载线路钢轨接头夹板抗弯刚度研究
钢轨接头受力及变形特点车轮到达接头轨缝时，送轮轨将承受轮重垂直力P和轮
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