殷 飛

（江西銅業(yè)股份有限公司貴溪冶煉廠，江西 貴溪 335424）

1 引言

貴冶企業(yè)專用鐵路線路全長(zhǎng)43.8km，有效長(zhǎng)28.1km，主體建于20世紀(jì)80年代，鋼軌主要采用單軌長(zhǎng)度12.5m的P43軌，道岔采用9號(hào)木枕道岔。近年來(lái)線路逐步升級(jí)改造，升級(jí)為單軌長(zhǎng)度25m的P50軌，道岔升級(jí)為9號(hào)砼枕道岔。雖然每年都有計(jì)劃升級(jí)改造，但升級(jí)改造速度較緩，總體來(lái)說(shuō)線路等級(jí)偏低，與貴冶鐵路的高運(yùn)量不相匹配。

鐵軌是鐵路線路最重要的組成部分之一，起著承載和導(dǎo)向作用，鐵軌的正常與否直接影響著鐵路運(yùn)輸?shù)陌踩ｄ撥墧嗔咽氰F路線路日常運(yùn)行過(guò)程中極其危險(xiǎn)的隱患，是鐵路運(yùn)輸過(guò)程中最大的安全隱患。多年來(lái)，鋼軌斷裂安全隱患一直影響著貴冶鐵路運(yùn)輸?shù)陌踩樞?。伴隨著貴冶的高速發(fā)展，貴冶鐵路運(yùn)量逐年攀升，貨物凈吞吐量已突破500萬(wàn)t/a，高運(yùn)量加快了鋼軌疲勞傷損的速度，縮短了鋼軌的使用壽命。近年來(lái)，鋼軌發(fā)生斷裂的事件更加頻繁。因此，從根本上解決鋼軌斷裂問(wèn)題，確保鐵路線路安全平穩(wěn)運(yùn)行尤為重要。

2 近年來(lái)典型斷軌病害分析

2.1 24#道岔斷軌

2021年2月7日，線路點(diǎn)檢員在貴冶廠區(qū)24#道岔附近巡檢時(shí)發(fā)現(xiàn)，該道岔岔心后連接軌斷裂（見圖1）。為確保行車安全，線路點(diǎn)檢員第一時(shí)間與現(xiàn)場(chǎng)調(diào)乘作業(yè)人員取得聯(lián)系，并叫停了正在通行的列車。后來(lái)經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)檢查確認(rèn)，對(duì)斷軌進(jìn)行了充分評(píng)估，采取了特護(hù)和限速的方式指揮列車駛離斷軌區(qū)域，并緊急更換了該道岔斷裂鋼軌。由于發(fā)現(xiàn)及時(shí)，并立即進(jìn)行了應(yīng)急處置，此次斷軌未對(duì)鐵路運(yùn)輸造成太大影響。

分析：此次出現(xiàn)斷軌的道岔是P43軌9號(hào)木枕道岔，此道岔是多條裝卸作業(yè)貨位線路的必經(jīng)之路，每天的列車通過(guò)量較大，鋼軌一直處于高負(fù)荷工作狀態(tài)。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)勘驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，發(fā)生斷軌病害的臨近區(qū)域有多根岔枕失效，且接頭下沉嚴(yán)重。當(dāng)車輛通過(guò)此處時(shí)，由于枕木失效，接頭下沉嚴(yán)重，車輛經(jīng)過(guò)時(shí)軌底承受的壓應(yīng)力增大。軌端螺栓孔處是鋼軌的薄弱環(huán)節(jié)，在長(zhǎng)期高頻率的超常壓力作用下，螺孔周圍容易產(chǎn)生裂紋，繼而發(fā)生斷軌。24#道岔斷軌是典型的線路基礎(chǔ)不牢造成的，因此，做好線路基礎(chǔ)的日常維護(hù)保養(yǎng)，如搗固、換枕、清篩等，是預(yù)防斷軌的一個(gè)重要舉措。

圖1 24#道岔斷軌現(xiàn)場(chǎng)圖片

2.2 區(qū)間大彎道斷軌

2020年7月16日，在區(qū)間大彎道處發(fā)現(xiàn)鋼軌有縱向裂紋并出現(xiàn)局部斷裂（見圖2）。由于發(fā)現(xiàn)及時(shí)且處置快速，未對(duì)鐵路運(yùn)輸造成影響。

分析：此處斷軌位于曲線下股，曲線半徑超過(guò)1000m，軌距加寬值為0mm。此處斷軌主要原因：鋼軌軌端兩次鉆孔，螺栓孔有6個(gè)，且孔間距較小，嚴(yán)重削弱了鋼軌的承載力。按照鐵路技術(shù)規(guī)范，為了使上下股鋼軌接頭對(duì)接，必須在下股適當(dāng)位置鋪設(shè)縮短軌。對(duì)于12.5m的標(biāo)準(zhǔn)軌，配有縮短量為40mm、80mm和120mm的三種標(biāo)準(zhǔn)縮短軌；對(duì)于25m的標(biāo)準(zhǔn)軌，配有縮短量為40mm、80mm和160mm的三種標(biāo)準(zhǔn)縮短軌。因縮短軌用量小，且采購(gòu)比較麻煩，為了便于施工，在鋪設(shè)該線路時(shí)沒有采用標(biāo)準(zhǔn)的縮短軌，而是將自帶螺孔的25m標(biāo)準(zhǔn)鋼軌端部切割掉160mm后作為縮短軌。由于軌端被切割，接頭螺栓孔也要相應(yīng)重新鉆孔，就造成了如圖2所示的一端有6個(gè)接頭螺栓孔的情況，而且兩孔孔距較小。軌端50cm內(nèi)鉆了6個(gè)螺栓孔，造成軌端薄弱，埋下了安全隱患。此處斷軌開始是在螺栓孔處出現(xiàn)裂紋，裂紋逐漸向上蔓延，直至鋼軌完全斷裂。此次斷軌是典型的施工工藝不標(biāo)準(zhǔn)和工務(wù)管理不規(guī)范造成的。

圖2 區(qū)間大彎道斷軌現(xiàn)場(chǎng)圖片

2.3 20#道岔斷軌

2020年4月19日，在廠區(qū)20#道岔處發(fā)現(xiàn)鋼軌斷裂（見圖3）。由于發(fā)現(xiàn)及時(shí)且處置快速，未對(duì)鐵路運(yùn)輸造成影響。

分析：此次線路出現(xiàn)斷軌的位置處于道口的一側(cè)，距離道口僅1.5m。為了滿足通行，道口處基礎(chǔ)全部采用鋼筋水泥硬化。而道口兩側(cè)的線路道岔是木枕道岔，基礎(chǔ)是沙子和道砟，有一定的彈性。兩側(cè)的道岔相較于硬化的道口屬于軟性基礎(chǔ)，這樣就形成了一邊硬（道口）、一邊軟（道岔）的情況。當(dāng)車輛通過(guò)軟硬基礎(chǔ)交接處時(shí)，在基礎(chǔ)硬化一側(cè)由于緩沖效果降低容易出現(xiàn)鋼軌斷裂，特別是在軟硬過(guò)渡關(guān)鍵區(qū)域出現(xiàn)軟基側(cè)搗固不實(shí)時(shí)，鋼軌所受的壓力無(wú)法由硬基向軟基實(shí)現(xiàn)平滑過(guò)渡，且鋼軌上部的承載重量不能有效地向基礎(chǔ)均勻傳導(dǎo)，進(jìn)一步加劇了鋼軌的疲勞和易出現(xiàn)斷裂的劣化傾向進(jìn)程。

圖3 20#道岔斷軌現(xiàn)場(chǎng)圖片

2.4 軌道衡引軌斷軌

2017年5月16日，在軌道衡引軌處發(fā)現(xiàn)鋼軌斷裂（見圖4）。由于發(fā)現(xiàn)及時(shí)且處置快速，未對(duì)鐵路運(yùn)輸造成影響。

分析：此軌道衡作業(yè)頻繁，每年通過(guò)量超過(guò)200萬(wàn)t。根據(jù)軌道衡與引軌連接方式的特殊性要求，對(duì)引軌進(jìn)行了切邊處理，削弱了鋼軌的承載力，形成了一個(gè)薄弱點(diǎn)，在車輪的長(zhǎng)期沖擊作用下最終造成了斷軌。

圖4 軌道衡引軌斷軌現(xiàn)場(chǎng)圖片

2.5 26#道岔斷軌

2014年8月3日，在廠區(qū)26#道岔處發(fā)現(xiàn)鋼軌斷裂（見圖5）。由于發(fā)現(xiàn)及時(shí)且處置快速，未對(duì)鐵路運(yùn)輸造成影響。

分析：觀察斷口痕跡發(fā)現(xiàn)，鋼軌中間有很多氣泡，填充不實(shí)，降低了鋼軌的強(qiáng)度，影響了鋼軌的使用年限。此處斷軌屬于典型的鋼軌材質(zhì)缺陷導(dǎo)致斷軌。

圖5 26#道岔斷軌現(xiàn)場(chǎng)圖片

3 軌道力學(xué)及斷軌原因分析

3.1 軌道力學(xué)分析

作用于軌道上的力比較復(fù)雜，而且具有較強(qiáng)的隨機(jī)性和重復(fù)性。鋼軌要承受復(fù)雜多變的力，必須要有足夠的強(qiáng)度，而且抗疲勞性、耐磨性及幾何尺寸精度也要達(dá)標(biāo)，才能保證運(yùn)行性能和運(yùn)行安全。

鋼軌所受的力大體上可以分為三種（見圖6）：垂直于軌面上的豎向力；垂直于鋼軌的橫向水平力；平行于鋼軌的縱向水平力。

豎向力主要包括：

（1）車輪荷載；

（2）受機(jī)車車輛構(gòu)造及其狀態(tài)影響的動(dòng)力附加值；

（3）受軌道構(gòu)造及其狀態(tài)影響的動(dòng)力附加值；

（4）受機(jī)車車輛在軌道上運(yùn)動(dòng)狀態(tài)影響的動(dòng)力附加值。

橫向力主要包括：

（1）車輛在方向不平順的軌道上蛇形運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生橫向水平力；

（2）車輛接頭死彎、道岔尖軌、護(hù)軌等處的輪軌沖擊引起的橫向水平力；

（3）車輛通過(guò)曲線時(shí)因欠超高（或過(guò)超高）引起的未被平衡的橫向力；

（4）車輛通過(guò)曲線軌道時(shí)轉(zhuǎn)向架轉(zhuǎn)向使車輪輪緣作用于鋼軌側(cè)面的導(dǎo)向力。

縱向力主要包括：

（1）鋼軌爬行力；

（2）坡道上車輛重力的縱向分力；

（3）制動(dòng)力；

（4）摩擦縱向力；

（5）溫度變化引發(fā)的內(nèi)部張力。

圖6 輪軌之間的作用力示意圖

3.2 斷軌原因分析

鐵路線路鋼軌斷裂一般是由多個(gè)因素綜合作用引起的，如鋼軌材質(zhì)、線路運(yùn)量荷載、線路基礎(chǔ)情況、氣溫變化等。

3.2.1 鋼軌材質(zhì)有缺陷

（1）制造鋼軌的鋼材硬度、韌度、強(qiáng)度等不足，直接影響鋼軌行車安全和使用性能［1］。

（2）鋼軌內(nèi)部存在暗核、細(xì)小裂紋或空隙等缺陷，在車輛的反復(fù)碾壓下容易成為疲勞源［2］。

（3）鋼軌中存在非金屬夾雜物，對(duì)萌生疲勞裂紋有較大的促進(jìn)作用。夾雜物的材性與鋼軌的材性不同，在溫度變化時(shí)，鋼軌與夾雜物的熱膨脹性能存在差異，交界處便會(huì)產(chǎn)生拉應(yīng)力，導(dǎo)致夾雜物與鋼軌母材之間形成空穴［3］。

3.2.2 線路基礎(chǔ)不牢

（1）線路基礎(chǔ)不牢是導(dǎo)致鋼軌斷裂的主要原因之一。當(dāng)線路出現(xiàn)接頭下沉、空吊板、三角坑、翻漿冒泥、道床板結(jié)等隱患，如果未及時(shí)進(jìn)行整治維修，會(huì)出現(xiàn)線路不穩(wěn)定和枕下彈性不均等問(wèn)題，進(jìn)而導(dǎo)致鋼軌在列車的反復(fù)碾壓下容易發(fā)生斷軌。

（2）曲線地段超高設(shè)置不合理會(huì)導(dǎo)致鋼軌的橫向受力加劇，在曲線薄弱地段易引起鋼軌折斷。

3.2.3 線路養(yǎng)護(hù)不當(dāng)

（1）機(jī)械作業(yè)時(shí)工具使用不當(dāng)或作業(yè)方法不正確造成鋼軌傷損［4］。如：搗固作業(yè)時(shí)搗鎬搗傷鋼軌，不松螺栓強(qiáng)行起道時(shí)損傷鋼軌。

（2）作業(yè)人員維修作業(yè)時(shí)無(wú)法準(zhǔn)確控制作業(yè)量造成鋼軌傷損。如：線路起道或撥道作業(yè)量把握不準(zhǔn)而出現(xiàn)超量，導(dǎo)致鋼軌出現(xiàn)不均勻變形、破損［5］。

3.2.4 鋼軌超限承載

鋼軌超限承載會(huì)縮短鋼軌疲勞周期，引發(fā)鋼軌的疲勞傷損，加速鋼軌斷裂。尤其是如果鋼軌內(nèi)部有細(xì)小裂紋，在車輪的重復(fù)碾壓過(guò)程中會(huì)逐步發(fā)展成為一個(gè)疲勞源，并逐漸向軌頭內(nèi)部擴(kuò)展，使得軌面有效截面削弱，進(jìn)而導(dǎo)致斷軌。

隨著鐵路運(yùn)輸向高速、重載、高密度方向發(fā)展，鋼軌出現(xiàn)接觸疲勞傷損的現(xiàn)象越來(lái)越嚴(yán)重。鋼軌傷損的大量出現(xiàn)，必然引起鐵路線路的換軌施工作業(yè)量暴增［6］。

3.2.5 日常管理不到位

（1）線路點(diǎn)檢時(shí)不重視對(duì)鋼軌的檢查或巡道人員巡檢線路時(shí)不認(rèn)真，未能及時(shí)發(fā)現(xiàn)鋼軌的細(xì)小裂紋，導(dǎo)致裂紋不斷擴(kuò)大直至斷軌。

（2）對(duì)線路點(diǎn)檢發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題未作統(tǒng)籌安排，養(yǎng)護(hù)維修不及時(shí)，鋼軌的疲勞無(wú)法得到修復(fù)，小問(wèn)題逐步發(fā)展為大隱患。例如：原本是小翻漿冒泥，由于未及時(shí)養(yǎng)護(hù)，最后發(fā)展成大翻漿冒泥，導(dǎo)致鋼軌軌底空吊嚴(yán)重，當(dāng)車輛通過(guò)時(shí)，鋼軌局部所受沖擊力突增，容易造成鋼軌從底部斷裂。

（3）線路養(yǎng)護(hù)設(shè)備落后，機(jī)械化程度不高，導(dǎo)致養(yǎng)護(hù)質(zhì)量不高。

（4）鐵路工務(wù)人員技能水平不高，對(duì)線路病害認(rèn)知不夠。在日常培訓(xùn)中，存在走過(guò)場(chǎng)、應(yīng)付了事的現(xiàn)象。

3.2.6 溫度變化的影響

冬季晝夜溫差較大，鋼軌受熱脹冷縮的影響，拉應(yīng)力加大。如果作用在鋼軌上的拉應(yīng)力、承載力等合力超限，就會(huì)造成鋼軌傷損。

4 鋼軌傷損的規(guī)律總結(jié)

4.1 常發(fā)生鋼軌斷裂的地段

線路不平順處斷軌發(fā)生機(jī)率比平順處大；曲線地段比直線地段斷軌發(fā)生概率高。車輛行進(jìn)過(guò)程中，在曲線地段對(duì)鋼軌的沖擊力較大，增加了鋼軌傷損的風(fēng)險(xiǎn)。

4.2 常發(fā)生鋼軌斷裂的部位

斷軌多發(fā)生在鋼軌的接頭位置。一是因?yàn)榻宇^位置容易下沉，一旦出現(xiàn)下沉，車輛通過(guò)時(shí)會(huì)導(dǎo)致鋼軌出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象；二是因?yàn)榻宇^位置有螺栓孔，減弱了鋼軌抗疲勞的能力。

4.3 常發(fā)生鋼軌斷裂的時(shí)間

溫差大的時(shí)段或區(qū)域較容易發(fā)生斷軌。晝夜溫差較大時(shí)，由于熱脹冷縮的原因，會(huì)導(dǎo)致鋼軌的拉應(yīng)力增大而容易發(fā)生斷軌。貴冶專用鐵路的斷軌故障多發(fā)生在冬季和春季，一般在每年的11月至次年的3月，所以在冬季和春季應(yīng)提高對(duì)鋼軌進(jìn)行探傷的頻次［7］。

5 預(yù)防斷軌的措施

要解決好鋼軌斷裂問(wèn)題，就要堅(jiān)持“預(yù)防為主、防治結(jié)合”的方針。通過(guò)對(duì)鋼軌斷裂原因的分析總結(jié)，提出以下預(yù)防措施。

5.1 強(qiáng)化組織明確責(zé)任

成立鋼軌防斷工作領(lǐng)導(dǎo)小組，分級(jí)管理、多級(jí)檢查、全員防斷。根據(jù)鋼軌防斷有關(guān)規(guī)定和要求，明確防斷重點(diǎn)，制定工作目標(biāo)、日常安排、防斷措施、應(yīng)急預(yù)案以及考核機(jī)制，并組織實(shí)施。根據(jù)設(shè)備狀態(tài)、大修計(jì)劃及各類施工情況，統(tǒng)籌安排鋼軌防斷有關(guān)工作。

5.2 強(qiáng)化防斷風(fēng)險(xiǎn)意識(shí)

定期或不定期地進(jìn)行鋼軌防斷知識(shí)培訓(xùn)，提高相關(guān)人員責(zé)任心及業(yè)務(wù)水平，并強(qiáng)化風(fēng)險(xiǎn)意識(shí)。

5.3 全面做好應(yīng)急準(zhǔn)備

（1）加強(qiáng)備品備件管理，定期檢查維護(hù)，保證鋼軌防斷工具在急需時(shí)齊全且能正常使用。例如，鉆孔機(jī)、切割機(jī)要定期進(jìn)行試運(yùn)轉(zhuǎn)檢測(cè)，確保設(shè)備狀態(tài)良好。

（2）完善斷軌應(yīng)急處理預(yù)案，做到流程清晰，分工明確，措施有效。

（3）開展好防斷軌實(shí)操演練活動(dòng)，規(guī)范搶險(xiǎn)處理程序，增強(qiáng)應(yīng)急處理能力。

5.4 加強(qiáng)線路設(shè)備檢查

（1）規(guī)范鋼軌探傷。按照“一看、二照、三敲、四摸”的手工復(fù)查程序，確保檢測(cè)不超速、不漏探，做到隱患一個(gè)不漏、死角一處不留［8］。

（2）對(duì)重點(diǎn)部位進(jìn)行重點(diǎn)檢查。對(duì)鋼軌接頭、軌面有掉塊擦傷、曲線磨耗嚴(yán)重地段等重點(diǎn)部位進(jìn)行重點(diǎn)檢查，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并及時(shí)反饋和處置。定期打開魚尾夾板、鋼軌絕緣，查看螺栓孔周圍有無(wú)裂紋。

（3）對(duì)重點(diǎn)區(qū)域進(jìn)行重點(diǎn)檢查。對(duì)列車通過(guò)量大、曲線半徑較小、大坡制動(dòng)地段、線路狀況差等重點(diǎn)區(qū)域進(jìn)行重點(diǎn)檢查，并落實(shí)鋼軌防斷責(zé)任人。

5.5 提高養(yǎng)護(hù)作業(yè)質(zhì)量

線路養(yǎng)護(hù)質(zhì)量的好壞直接影響鋼軌的使用壽命。平順的線路可以讓鋼軌受力均勻，降低鋼軌出現(xiàn)應(yīng)力集中導(dǎo)致斷軌的風(fēng)險(xiǎn)。

在線路養(yǎng)護(hù)作業(yè)中，應(yīng)注意以下幾方面：

（1）做好扣件復(fù)緊工作，增加線路穩(wěn)定性。檢查鋼軌扣件有無(wú)松動(dòng)、道釘是否有浮釘，保證鋼軌扣件的扣壓力，防止因扣件松動(dòng)而使鋼軌出現(xiàn)撓動(dòng)。尤其是要防止連續(xù)扣件松動(dòng)、失效的情況，扣件標(biāo)準(zhǔn)要達(dá)到“三點(diǎn)接觸”。

（2）嚴(yán)格控制失效枕木根數(shù)，對(duì)連續(xù)2根以上枕木失效的情況要引起重視，并及時(shí)更換，最好做到無(wú)失效枕木在用的情況。

（3）加強(qiáng)搗固作業(yè)，特別是接頭位置的搗固。通過(guò)搗固作業(yè)，消除空吊板、三角坑等病害，保證線路平順且受力均勻。尤其要防范接頭處搗固不均的問(wèn)題，因?yàn)槿绻宇^處一根枕木搗的過(guò)高、過(guò)實(shí)，而相鄰的另外一根枕木忘記搗固，甚至出現(xiàn)空吊，就會(huì)出現(xiàn)鋼軌受力不均的情況，很容易造成斷軌。

（4）對(duì)線路道砟情況進(jìn)行全面調(diào)查，及時(shí)做好道砟均勻補(bǔ)充工作，防止線路因缺砟而降低穩(wěn)定性。

（5）及時(shí)更換混凝土枕線路軌底大膠墊，保持線路彈性均勻。尤其要避免鋼軌直接壓在水泥枕受力作業(yè)面上的情況，因?yàn)殇撥壟c軌枕之間直接剛性接觸會(huì)加速鋼軌的傷損。

5.6 不斷提高探傷能力

鋼軌探傷工作是防止鐵路斷軌的一道重要防線。要完善管理制度，使鋼軌探傷工作更加規(guī)范化、科學(xué)化［9］，嚴(yán)格按照探傷周期進(jìn)行探傷作業(yè)，對(duì)事故多發(fā)地段、咽喉區(qū)域增加探傷頻次。同時(shí)，開展科技攻關(guān)，把升級(jí)探傷設(shè)備、完善探傷工藝和強(qiáng)化科學(xué)管理有機(jī)結(jié)合起來(lái)，不斷提高鋼軌傷損檢出能力。

6 結(jié)語(yǔ)

鋼軌是鐵路運(yùn)輸?shù)纳€，防止鋼軌斷裂是鐵路工務(wù)部門的重要日常工作之一，不僅要加大力度做好鋼軌的日常養(yǎng)護(hù)工作，還要做好鋼軌傷損的預(yù)防工作以及斷軌的緊急處置工作。唯有通過(guò)加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)點(diǎn)檢，仔細(xì)排查故障隱患，做到早發(fā)現(xiàn)、早處理，并同時(shí)加強(qiáng)線路養(yǎng)護(hù)作業(yè)，不斷提高線路設(shè)施的質(zhì)量，才能更好地保障鐵路運(yùn)輸?shù)陌踩蜁惩ā?/p>