地铁钢轨波磨调研和原因-对策研究

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1、地铁钢轨波磨调研和原因对策研究　　摘要：通过对发生波磨现象的北京地铁线路进行现场调查，总结出北京地铁钢轨波磨的主要特征。分析钢轨波磨产生的原因，发现轨道刚度、阻尼、自振频率、线路平顺性、钢轨硬度及地铁的线路和运营特征是钢轨波磨的敏感因素。针对新建和既有地铁线路，分别提出预防和解决钢轨波磨的对策。关键词：钢轨；波磨；调研；原因；对策中图分类号：U213文献标识码：A12钢轨投入运行后在表面形成一定规则的周期不平顺现象，就是常见的波浪形磨损，简称波磨（Corrugation）。到20世纪70年代，由于高速重载列车的大量运用，钢轨波磨现象日益严重，由此引发了各国学者对钢轨波磨起因研究的

2、浪潮，形成了许多有价值的波磨形成假说和分析模型[1]。但至今未形成一个统一有效的理论模型来解释波磨初始形成和发展的机理以及波磨形成的关键因素[2]。国内外的大量学者多从不同角度对铁路客运线路和重载货运线路钢轨波磨进行了深入的研究，并从多角度给出了预防和治理钢轨波磨的措施。然而，随着近十年来城市轨道交通在我国的飞速发展，钢轨波磨在地铁运营中产生的负面影响也日益凸显。例如在北京地铁已通车的4、5、10号线上，局部减振轨道通车不到一年便发生了钢轨波磨，严重的地段钢轨打磨后波磨重现时间仅2~4个月。这种出现时间早、复发周期短、打磨后反复发生的波磨现象被称为钢轨异常波磨现象。地铁钢轨波磨不仅

3、引起了强烈的振动和噪声,增加了养护维修费用，还影响到行车安全，因此有必要对波磨的状况及影响因素进行调研分析，为综合治理钢轨波磨问题提供对策。1北京地铁钢轨波磨的现状调查通过北京地铁近几年通车的几条线路的现场调研和运营单位提供的打磨记录情况，得到钢轨波磨的特征如下：1.1钢轨波磨出现时间早，个别线路开通运营仅1个月便在梯形轨枕地段发现了钢轨波磨现象。1.2钢轨波磨情况严重：调查发现，异常波磨地段最大矢度达到0.5mm，波长20mm~200mm。1.3异常波磨地段振动及振动诱发噪声增加显著：现场实测表明，在异常波磨地段，由波磨引起的环境噪声增大约15dB(A)。1.4除钢弹簧浮置板道床

4、外,其余各种轨道结构上均发现了钢轨异常波磨现象，其中以剪切型减振器减振地段最为严重。（1）采用减振器轨道结构的地段，50%以上的地段，不论直线、曲线均出现了连续的波长35~1250m的波磨现象(见图1)，钢轨打磨后2个月波磨现象又会再次出现。减振器波磨地段钢轨打磨深度为1.5-2.5mm，最大打磨深度3.4mm。图1剪切型轨道减振器钢轨波磨图2梯形轨枕道床钢轨波磨弹性短枕式道床地段的波磨主要出现在R=350m小半径曲线头尾及小半径反向曲线区段，前者打磨后8个月检查无重现，后者打磨周期约为6个月。铺设梯形轨枕的地段主要在小半径曲线出现波磨（见图3），其中平安里～新街口段是半径R=35

5、0m小半径曲线与16‰坡道叠加地段，异常波磨较为严重，重现期约2个月。钢弹簧浮置板轨道状态良好，仅发现一处２米范围内的波磨，该处经查为轨道原始不平顺点。非减振轨道局部也出现波磨，主要反映在小半径曲线地段及反向Ｓ曲线上，钢轨经打磨后局部有重现，但情况不严重，不需特殊处理。1.5线路通车一年后，铁科研金化所对某线路波磨严重地段的在线实测结果显示，满足轨道平顺性要求的钢轨焊接接头仅27%，说明线路接头的不平顺加剧了钢轨波磨。1.6地铁4号线车轮踏面出现严重的凹形磨耗（见图3），造成轮轨接触关系恶化，影响列车平稳运行，造成轨道、车辆部件提前失效，增加养护维修成本。图3车轮踏面磨耗12从上述

6、调查的规律看，地铁轨道出现钢轨波磨情况各异，原因不一，下文将重点对其进行论述。2地铁钢轨波磨原因2.1从轨道方面考虑，主要有以下几点：（1）部分减振轨道刚度不足地铁常用的减振轨道结构有：减振器扣件、Vanguard扣件、梯形轨枕和钢弹簧浮置板等。以60kg/m钢轨为例，利用Abaqus对四种减振轨道进行分析（参振质量为0.6m长度范围内轨道质量），得出轨道结构参数如表1：表1轨道结构参数表轨道形式参振质量（kg）垂向刚度值（N/m）垂向阻尼值（Ns/m）横向刚度值（N/m）横向阻尼值（Ns/m）减振器扣件69.123.382e72417.331.095e71375.67Vangua

7、rd扣件66.314.713e72857.621.864e71797.31梯形轨枕333.036.040e77092.153.490e72456.04钢弹簧浮置板1892.104.630e714791.899.210e73995.64通过对轨道减振器及弹性短枕枕式整体道床进行疲劳试验和保持轨距能力试验得到的结果见表2。表2剪切型轨道减振器与弹性短枕式整体道床的疲劳试验及轨距保持对比表12轨道类型加载方式疲劳试验情况轨距保持情况轨道减振器DME试验机，加载时垂横向之比为