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铁路线路接头病害分析及预防整改技术
摘要：铁路线路设备是铁路运输业的基础设备。经常保持线路设备完整和质量均衡，使列车能以规定速度安全、平稳和不间断地运行，并能延长设备的使用寿命。合理养护铁路线路，及时有效的分析、预防和整治设备病害，为实现铁路跨越式发展，确保铁路线路质量是保障铁路运输安全的必要。钢轨接头是线路最薄弱的环节之一，接头处线路质量的好坏不仅影响线路设备质量，还直接影响列车速度、同时也影响着行车安全。据统计，在普通线路养护维修中，用于维修接头的费用约占40%，因此线路接头的养护成为线路养护维修的关键部位，但在养护维修线路接头过程中因接头构造及养护维修方法不当等因素，经常会出现线路低接头病害，给养护维修带来很大难度。
关键字：铁路线路 接头病害 分析、防御、整改
一、钢轨接头病害
钢轨接头是线路的薄弱环节，混凝土轨枕线路更为严重。机车车辆的轮对通过接头时，因其不平顺而产生剧烈振动，加速线路状态的变化，以致形成接头病害。接头病害产生后，又进一步加剧机车车辆轮对对线路的破坏作用，互为因果，使病害发展变化加速，养路工区几乎无法应付。
二、钢轨接头病害的主要型式
1、钢轨端部的马鞍型磨耗。磨耗深度一般为0.8mm～1.5mm,长度一般为200～300mm，在铺设混凝土轨枕地段比较明显，而且发展也较快。
2、低接头。这种病害一般发生在捣固不良地段，尤以曲线下股比较多见。
3、钢轨破损。主要是轨顶面剥落、掉块和螺栓孔裂纹。这种病害多数发生在淬火分界处和轨端，以曲线上股多见。
4、夹板弯曲或折断。主要是顶部中央的细小裂纹，以后逐渐扩大。
5、混凝土轨枕损坏破裂，主要发生在轨下断面。
6、道床板结、溜塌沉陷、翻浆冒泥。前者主要发生在铺设混凝土轨枕并有马鞍型磨耗的地段。
三、钢轨接头病害的原因
钢轨接头病害是复杂的，产生的原因又是多方面的，归纳起来有两个方面，一是钢轨材质不良，断面及接头部分淬火工艺不良等；二是列车动力的作用。通过对接头受力后实际变形状态的分析，产生冲击动力过程有三个因素:(1)轨缝；（2）台阶（接头处两根钢轨的端部不在同一水平面上，车轮进入接头始端高于驶出端）；（3)折角（接头下陷而形成）。当车轮通过接头的轨缝时，这三种因素同时出现，并形成剧烈的冲击和振动，尤其是接头下沉，高低错牙及轨缝拉大后，冲击振动力更大，最大可达几十吨，在这样大的力作用下，永久变形加大，线路爬行，轨缝更加拉大，造成恶性循环。
1、钢轨及联结零件病害的原因
(1)由于轧钢质量不好，出厂时钢轨内就存在核伤。(2)接头养护不良，加重车轮冲击。车轮行经钢轨接头处，因接头形成了折角，车轮从一根钢轨走上另一根钢轨时，有悬空跳过去的现象，发生了冲击，这个冲击力一部分使钢轨端部和夹板挠曲，一部分使钢轨顶面及夹板和连接零件发生磨耗。如有低接头和接头松软或轨缝过大，过车时接头处发生的折角就会增大，车轮对接头的冲击也越严重，结果造成钢轨、夹板和连接零件的严重磨损或折断。(3)在车轮冲击力作用下，端部顶面受到很大的压力，产生塑性变形。由于淬火与未淬火部分的硬度不同，形成马鞍型磨耗。
(4)捣固不良和线路爬行。
(a)捣固不良的线路，列车通过时，钢轨上下反复挠曲，使钢轨内部组织连续发生拉张和压缩的反复应力，容易受到破坏。如遇到钢轨颗粒间带有微小空隙时，会使空隙迅速扩大，形成内部斑痕，以致折断。
(b)线路爬行，造成低接头、拉大轨缝或在接头附近发生小坑、三角坑时。一方面增大车轮对钢轨的冲击，另一方面又增大接头处的上下曲折，这样，就更容易造成钢轨、夹板及连接零件的磨损或折断。
线路爬行的原因主要有：钢轨在动荷载下的挠曲；列车运行的纵向力；钢轨温度变化；车轮在接头处撞击钢轨；列车制动等。当线路上防爬设备不足，扣件的扣压力及道床纵向阻力不够时就会加剧线路爬行。一般认为钢轨挠曲是线路爬行的主要原因，而其他的因素则促成和加剧了线路的爬行。(5)曲线超高不正确，造成钢轨磨损。
(6)线路上铺设的钢轨，轨底坡不合，钢轨顶面容易发生磨损。
(7)换轨时设置轨缝过大和接头错牙，形成先天性的轨面不平顺。
(8)垫板和扣件养护不良。垫板位置歪斜，常造成轨底压在垫板边棱上，轨底局部负担重压，造成破裂或折断。
2、钢轨低接头 2.1线路低接头分类：
（1）暗坑低接头：一般在大中修和综合维修后不久就形成，表现为接头略有低下，但动态不良，列车通过时，轨枕上下煽动严重。
（2）翻碴低接头：一般在接头处道床处于较脏污至严重脏污条件下形成，又可分为三种形式，即轻微翻碴低接头，明显翻碴低接头和严重翻碴低接头。a、轻微翻碴低接头：一般在接头处道床较脏污的条件下形成，表现为接头略有低下，列车通过时，枕头或捣固段道碴有跳动，出现个别发白石碴。b、明显翻碴低接头：一般在接头处道床脏污条件下形成，表现为接头明显低下，列车通过时，枕头或捣固段道碴明显跳动，出现大量白石碴，接头轨枕在承轨槽附近个别上下垂直裂纹。c、严重翻碴低接头：一般在接头处道床严重脏污的条件下形成，表现为接头明显低下，列车通过时，捣固段道碴跳动，几乎均匀白石碴，接头轨枕部分出现垂直裂纹。
（3）坍碴低接头：一般在接头处道床板结的条件下形成，表现为接头低下，接头处全为白石碴，轨枕裂纹或失效，最明显的是边坡道床坍塌下滑，道床断面形式发生变化。
（4）钢轨变形低接头：一般在接头处道床严重板结的条件下形成，表现为接头低下，白石碴、坍碴、轨枕伤损、失效甚至折断，最明显的是接头钢轨剥落掉块或低接，此种类型可定为钢轨低接头。2.2钢轨低接头的原因
造成钢轨低接头的原因是多方面的，也是复杂的，低接头会造成轨面不平顺，车轮通过轨面时产生巨大的冲击力，直接危及着行车安全。通过对集通段接头养护工作的实践总结来看，造成钢轨低接头大致有8个方面原因：
（1）钢轨接头错牙：钢轨接头处高低错牙，主要是接头两端捣固强度不均匀或接头两轨枕(特别是木枕)的材质不一造成的，其次还存在着钢轨本身缺陷，如钢轨高度误差，材质软 硬 差别等原因也会形成接头轨面不平顺，久而久之使钢轨两端垂直磨耗不均匀。
（2）接头轨枕失效，抗压能力减弱，接头两端轨枕失效，大大降低了轨道抗压能力。
（3）夹板有上下弯，过车时接头上下摆动，由于接头养护不当，造成夹板弯曲，随着过车 次数的增加，夹板弯曲程度增大。
（4）轨缝过大，轨面高低不平，轨缝过大增加了车轮对接头撞击力，容易损伤钢轨及连接零件，久而久之形成低接头。
（5）接头出现钢轨破损，压溃和马鞍形病害增大了列车冲击。
（6）由于列车的不断冲击，会引起螺栓松弛、接头松动。其结果使接头不能作为一个整体 来受力，个别零件可能因负荷过重而损坏。同时会增加夹板和轨端的磨耗，形成接头不平 顺，使低接头加剧。
（7）接头范围内道床脏污，影响正常排水，引起翻浆冒泥、道床板结、失掉应有的弹性，不能保证捣固质量，水平、高低变化快。
（8）接头捣固不实，有空吊板。捣固时里外口作业人员捣固力量不一，造成接头软硬形 成空吊或未按规定排镐、捣镐镐数不够，造成捣固不实。
3、曲线钢轨病害 曲线钢轨磨耗的原因
(1)钢轨的位置不正确。
钢轨在空间的位置不正确是造成钢轨磨耗的主要原因。由于钢轨位置不正确，使里外股钢轨受力不均匀和钢轨偏压，列车行走不平稳产生附压力打击钢轨而加速轨面磨耗。超高不合适，引起里外股钢轨受偏载和轮轨的不正常接触，而加速了钢轨的磨耗。轨底坡不正确，使钢轨顶面与车轮踏面不相吻合，钢轨顶面受偏压，也会加速钢轨磨耗。
(2)养护不良造成钢轨磨耗。
① 曲线不圆顺、方向不良，使列车通过时产生摇晃，这也会加速钢轨磨耗。
② 轨距超限，使车轮与钢轨的内接情况不好，增加行车阻力与摇晃，这也会加速钢轨磨耗。③缓和曲线超高的递减距离不够，引起列车在缓和曲线运行时发生震动、摇晃和冲击，使钢轨加速磨耗。
(3)钢轨本身质量不好，在列车运行时增加了磨耗。
四、钢轨病害的防御
1、预防钢轨及接头连接零件病害的方法1、1 加强钢轨和夹板的养护工作
(1)加强钢轨的检查，发现重伤钢轨和夹板，应及时更换；
(2)及时矫直硬弯钢轨；
(3)及时焊补轨面擦伤；
(4)经常注意拧紧扣件，整修防爬设备，锁定钢轨，防止爬行，不使轨缝拉大。
1、2加强接头养护(1)加强接头捣固，保持道床丰满，并加以夯实。接头轨枕材质尽可能一致，间距符合规定，以保持支承条件一致。
(2)经常上紧夹板螺栓，保持接头坚固。由于列车的不断打击，会引起螺栓松弛，接头松动。其结果使接头不能作为一个整体来抵抗外力，个别零件可能因负担过重而损坏。同时还会增加夹板和轨端的磨耗加剧接头的不平顺。如果接缝处夹板因磨耗而与钢轨下颚之间存在空隙在l mm以上，应及时垫以符合规定的三角铁片。
(3)及时清筛接头范围内的不洁道碴，以免结成硬壳，失去弹性，或引起翻浆冒泥，造成显著的不平顺。
(4)及时消灭轨面高低错牙，接头轨面及轨距线内侧错牙不得超过l mm。
(5)用上弯夹板整治低接头。上弯夹板是将一般夹板用弯轨器上弯，上弯量一般以1．2 mm为宜。当换了上弯夹板后，钢轨接头处4根轨枕范围内轨面抬高，容易出现空吊板及螺栓松动，因此，必须加强捣固，拧紧螺栓。
(6)及时调整轨缝。大轨缝是造成接头病害的重要原因。因此，轨缝必须均匀，并符合规定要求，发现大轨缝应及时整正。1、3及时整修轨底坡及时整修轨底坡，使之符合规定的标准。
2、整治低接头的措施和方法
因为钢轨低接头是线路主要病害之一，如不及时预防和整治，钢轨夹板就要受到损伤，影响 线 路质量。对低接头病害除采用打磨、焊补和锯轨端等方法外，还可以从以下方面进行预防和 减少低接头病害。
2.1 轨面不平顺造成道床弹性下沉到塑性下沉，而疲劳永久变形，很快会发展成低接头。整治时一定要制定整治方案，错牙较小时可自制1.2mm～1.5mm的垫片安设在轨端较低的两夹 板与钢轨间，调到两轨端轨面平顺。
2.2 保持道床饱满，加强接头捣固并夯实。这是预防低接头的关键，是保证线路稳固的基 础，必须按作业标准保证捣固质量。捣固接头时，至少应捣固6根轨枕，即前后各3根，同时 各根轨枕的捣固坚实程度也应有所不同。为了适应这个要求，捣固的程序自小腰区(指夹板 以外2m范围内)向接头进行。因为每捣固一根轨枕时，轨面略有升高，使相邻轨枕下的道床 略有松动。这样，最后捣固的两根接头轨枕，其道床的坚实程度最高，离接头较远者(先捣 者)较差。在线路维修中可把接头处捣的高一些，钢筋混凝土轨枕可高2mm～3mm。捣固时使 钢轨里外侧一致，根据轨枕受力特点，钢筋混凝土轨枕下打“均匀镐”为好。 2.3 倒换钢轨。把低接头轨和无低接头轨互换位置。
2.4 锁定钢轨防止爬行，及时调整大轨缝，尤其是曲线大轨缝，减少车轮对接头的冲击，降 低钢轨和连接零件不必要的损伤。因此，轨缝必须均匀，要符合规定。在曲线地段还应对曲 线 正矢进行全面拨正，严格做好超高顺坡，因为在曲线地段内的高低不平顺会加剧对接头的冲 击。
2.5 及时更换失效轨枕。换时尽量不要破坏枕下基础，防止造成接头两头软硬不一。保证 支承条件一致，同时要注意轨枕间距，否则要及时方正轨枕，保证受力均衡。
2.6 用上弯夹板整治低接头。现场实地调查发现80％左右的接头夹板存在1mm～2mm下弯量，可采用上弯夹板的方法整治轻微低接头。为了不改变夹板的品相组织，不出现细微裂纹，上弯夹板的上弯量必须＜2mm，上弯夹板最好进行水煮加温后向上顶弯，严禁火烧加温。夹板中间加点接触长度应≥100mm，最大上弯量应位于夹板中央。接头上同一位置的4 块夹板，应使其上弯量一致，不得有横向弯曲。更换上弯夹板应拧紧螺栓，并对接头前后各 3根轨枕进行捣固，注意消灭小腰的空吊板。
2.7 及时清筛接头范围内的脏污道床。特别是接头的2～6根轨枕下道床，也可换填优 质较小的道碴。因此接头道碴要有计划的清筛(此方法建议在有施工计划或捣固能及时跟上 时采用)及时消除边坡土垅，以减少接头坍碴，保证道床阻力。2.8 接头处将我线路上现有的Ⅱ型枕更换为新Ⅱ型枕．以加大接头处的受力面积，使列车 通过时受力面积匀衡。但在换枕后要及时进行捣固，保证捣固质量，不得出现空吊或捣固不 均匀，再次出现低接头病害，造成出力而无功。 3 道床病害
混凝土枕线路道床病害主要是板结和翻浆，接头道床出现板结后，承载能力降低，线路的残 余变形及各种病害发展加剧。因此，应加强道床的养护。 3.1 接头部位道碴应有良好的级配弹性，对于磨圆的道碴要进行破底更换，以恢复道床的良好弹性。
3.2 目前道床中的煤粉尘及沙土较多，在雨水的作用下，使道碴颗粒粘结，形成道床板结 病害，所以在对重点接头病害整治时，同时对接头处4～6根轨枕的道床进行破底清筛，但必 须在清筛后要不断地对清筛地段进行捣固，一直至稳定。如因接头部位排水不良造成接头翻 白的，首先应解决接头处的排水问题，然后解决接头轨枕的空吊，将翻白磨圆的石碴进行更 换。在解决接头排水问题的时候如不进行破底清筛，切不可扰动枕底自平面以下（包括枕盒）道床。 3.3 保持接头部分道床的均匀饱满，增加接头部分道床的抗变形能力。清筛钢轨接头范围内的不洁道床，对接头五孔进行换碴，所换石碴要保证一级强度标准，及 时进行捣固。此后要隔3～5天捣固一次，反复2～3次，可使钢轨接头达到稳定，保持排水畅 通。道床均匀密实整洁，一定要保持接头区道床整洁，排水畅通，道碴饱满，且捣固均匀、密实。防止因道床脏污，排水不畅，造成整个道床板结硬化，使道床失去足够的弹性，恶化 接头受力条件，引发接头病害。 4 零配件伤损
4.1 轨缝:养护中要始终保持合理的轨缝值，对于大于构造轨缝的轨缝和连三瞎缝，利用 每年3月～4月和9月～10月的天气及时进行调整。
4.2 接头螺栓：目前使用的都是高强度接头螺栓，在列车的冲击荷载作用下，接头螺栓易 出现松动、扭力下降等病害，应定期对螺栓的扭矩进行检查和复紧，保持接头螺栓扭力矩>5 00 N·m，以保证足够的接头阻力。
4.3 夹板和接头螺栓涂油：通过夹板和接头螺栓涂油可以减缓列车的冲击破坏作用，有利 于保持较高的螺栓扭力矩。
4.4 做好轨枕扣件养护和加强道床养护，保证足够的线路纵横向阻力。轨枕扣件安装和养 护必须达到“紧、密、靠、正”的要求。所以要经常对扣件进行检查，及时进行扣件的复紧 工作，每年入冬和入夏前都要全面进行扣件复紧。接头道床应保持饱满，适当增加道床肩宽 和堆高，提高道床捣固质量并进行夯拍等。5 综合整治措施
认真分析病害产生的原因对症下药，主要应从“换、垫、筛、捣、调”等5个方面着手进行 综合整治，做到标本兼治。
5.1 换。包括更换钢轨、轨枕及道碴，①将马鞍形磨耗长度超过300 mm或轨端掉块，揭盖 深度超过15 mm 的钢轨更换为新轨或较好的再用轨。②更换接近失效或环裂严重的轨枕；对 坍碴较严重的接头可将接头4 根轨枕更换为木枕或型号高一级的混凝土轨枕，以增大接头处 的弹性及受力面积。③将接头磨成卵石状的道碴更换为粒径为20mm～30mm的细石碴，以增 大道床的阻力和弹性，便于捣固。
5.2 垫。对发展较慢的低接头不要急于进行起道整治，可用垫入竹垫片或将薄胶垫更换为 14mm的加厚胶垫来调整。垫板调整低接头。在炎热天气，分别在接头的4～5根轨枕垫上3mm 木垫板(或竹垫板)，经过7天左右垫板压实后，把3mm垫板换为5mm垫板，压实后再垫到8mm，最后撤掉垫板，在接头的8根轨枕范围内进行清筛起道，接头起高6mm～8mm，再从两端小 腰 向接头加强捣固，作为顺撬。经列车碾压后，再加强一次捣固，并夯实。这样反复3～5次就 整好低接头。枕底垫大胶垫整治钢轨低接头。钢轨低接头在钢筋混凝土轨枕线路上很突出，可用特制的大胶垫，根据测出接头两根轨枕的低落量，垫在枕底下整治低接头效果显著。要 注意接头处两根轨枕下的4块大胶垫厚度测量要准确，垫入一年后必须撤出，重新捣固，一 般低接头病害即可消除。 5.3 筛。对已经板结的接头六孔道床进行破底清筛，如板结严重可适当向两端延长1～2 孔。在静态下接头不低的，要注意将轨枕中部板结部分掏疏松．清筛后应先按间距方正轨枕，以保证轨枕受力均衡。清筛后回填道碴时应将碎小道碴填入枕盒并靠近枕底，以保证捣固质 量，一般将接头起高4mm～5mm，并加强捣固，以后还需及时保养，连续起道、捣固3～4次，直至稳定。 5.4 捣。必须提高捣固质量、扒道床要做到“三够一清”，捣固时要捣够长度，捣够镐数，按作业要求排好镐位、捣匀、捣实，消灭空吊板，并及时回填道床，保持道床均匀保满，使轨道基础处于稳定状态。
5.5 调。由于接头经常作业，导致接头处轨枕下基础不稳定，很容易造成坍碴接头。曲线 地段尤为严重，为了缓和这种局面，在曲线上股钢轨侧磨与下股钢轨垂直磨耗均已接近重伤 标准需同时更换的情况下，可结合换轨调整钢轨接头位置。具体做法是在换轨曲线的两端上 下股同时插入一根12.5m的短轨，即可使原接头位置调整到新换钢轨的“大腰”处，并及时 调整好新旧接头处轨枕间距。
3、预防曲线病害的方法
(1)保持正矢不超限，定期调查现场正矢，细心计算，全面拨正。特别是要保持曲线头尾的圆顺。对于曲线“鹅头”、“支嘴”等病害要及时整治。
(2)做好缓和曲线超高顺坡和正矢的递减，顺坡和递减时应等量进行，不要忽大忽小，缓和曲线头尾可适当增减3mm 的超高。
(3)合理设置外轨的超高。超高过大会加剧外股钢轨的侧面磨耗和里股钢轨的垂直磨耗。相反如超高过小，对外股钢轨也不利。
(4)加强养护，经常保持曲线状态良好，保持方向顺、轨面平、轨距水平不超限是减少列车的摇晃，减少车轮冲击力的有效措施之一。因此，应定期拨道，经常养护，预防病害的发生。
(5)调整轨底坡，使钢轨踏面坡度符号车轮踏面。使车辆的重心落在钢轨中心线上，减少钢轨磨耗。
(6)贯彻定期涂油制度，钢轨侧面涂油是减少曲线外股钢轨侧面磨耗的有效方法之一，一般能使曲线上股钢轨的所有寿命延长2倍。
五、总结
通过对钢轨病害的分析，综合整治和预防，可延长设备使用寿命，减少养修成本的投入。但是，由于钢轨受力特征极其复杂，探索和总结钢轨病害整治、预防措施的工作仍然十分艰巨。
