轨道结构病害教程.ppt

工务检查与检测技术,,工务养护的基本任务,以铁路运输为中心，在技术上，最大可能地减小永久变形的积累，经常保持线桥设备状态的均衡完好，保证类此能按规定的最高容许速度，安全平稳和不间断地运行；经济上，以最少的人力、物力和财力获得最佳的经济效益，最大限度地延长大中维修周期和设备使用寿命第一节 轨道部件常见病害与状态检测,一、钢轨伤损与状态检测,钢轨伤损的定义 锈蚀、折断、裂纹及其他限制使用性能的伤损断裂,浅层状剥离掉块,第一节 轨道部件常见病害与状态检测,一、钢轨伤损与状态检测,钢轨伤损的原因: 有钢轨在冶炼过程中出现的缺陷 运输过程中 使用过程中出现的破损轨,2、典型的钢轨伤损,我国铁路将钢轨伤损根据其在钢轨断面上的位置、伤损外貌及伤损原因等分为9类32种，用两位数编号，十位数表示伤损的部位和状态，个位数表示造成伤损的原因 钢轨锈蚀 钢轨折断 钢轨磨耗 轨头核伤 轨头表面接触疲劳损伤 轨腰螺栓孔裂纹,2.1 钢轨锈蚀,钢轨锈蚀主要发生在隧道内及易受盐碱侵蚀地段的线路在摸清锈蚀情况、特征、规律和成因的基础上选用合适的防锈材料和采用严格的施涂工艺，能够取得良好的效果故锈蚀不是决定钢轨使用寿命的主要因素。

2.2 钢轨折断,因折断而更换的数量，虽然不超过更换总数的1％~2％，但它是在运营中突然发生，对行车安全威胁极大，应立即更换 出现下述任何一种情况可判断为折断： 钢轨 全断面断裂； 裂缝贯通整个轨头截面； 裂缝贯通整个轨底截面； 允许速度大于160km/h区段钢轨顶面有长度大于50mm且深度大于10mm的掉块； 允许速度大于160km/h区段钢轨顶面有长度大于30mm且深度大于5mm的掉块,,钢轨折断主要原因,一是：钢轨材质问题，钢轨在生产过程中存在缺陷(如裂纹、气泡等)，这些缺陷在钢轨使用过程中发展扩大导致钢轨折断； 二是：钢轨在巨大重复动荷载作用下造成疲劳伤损，随着行车速度的提高和机车车辆轴重的增加，钢轨折断发生的几率更大 因钢材具有冷脆性，在气候寒冷季节钢轨更容易折断，特别是在无缝线路地段，到了低温季节会在长钢轨内部产生巨大的温度拉力，在综合因素作用下导致钢轨折断轨头核伤,轨头核伤是对行车威胁最大的一种钢伤损在冶炼过程中，高温的钢水，把的水气分解成氢气和氧气，氢气在轧钢过程中一直留在钢中，钢固化后氢气被封闭在微小的气孔内，这些小孔里的气压很高，而要放散这些氢气，就必将出现细小的裂纹。

在列车荷载的反复作用下，使细小裂纹横向扩展成核伤，直至核伤周围的钢材强度不足，钢轨就突然脆断2.3 钢轨磨耗及产生原因,钢轨与车轮接触面表层发生的磨损，由于轮轨间滑动摩擦和滚动摩擦的结果 滑动摩擦产生的原因是列车制动时轮轨间产生的滑动；同一轮对的两个车轮摇摆而引起的滑动；曲线上由于内外两轮的行程差，迫使内轮向后的滑动；列车通过曲线时外轮对外轨侧面的摩擦等 钢轨的磨耗是不断发生发展的，是决定钢轨使用寿命的最主要因素每年结合秋检全面检查一次2.3 钢轨磨耗类型,垂直磨耗 波浪形磨耗（波磨） 侧面磨耗（侧磨）,第12页 共 20 页,钢轨断面磨耗,垂直磨耗：标准钢轨断面宽度内侧1/3 处实际钢轨垂向磨耗 侧面磨耗：标准钢轨顶面以下16mm处实际钢轨垂向磨耗 总磨耗：垂直磨耗+1/2侧面磨耗,钢轨磨耗尺,钢轨的波磨(Corrugation),波磨是钢轨磨耗常见类型之一所谓波磨是指:钢轨顶面出现的规律性高低不平的类似波浪形状的不平顺现象，实质是波浪形的压溃钢轨的波磨(Corrugation),波磨会引起很高的轮轨动力作用，加速机车车辆及轨道部件的损坏，增加养护维修成本；此外列车的剧烈振动，会使旅客不适，严重时还会威胁到行车安全；波磨也是噪音的来源。

我国一些货运干线上，出现了严重的波磨，其发展速度比侧磨还快，成为换轨的主要原因波磨的成因尚不明确,目前，关于波磨成因的理论有数十种，大致可分为两类：动力类成因理论和非动力类成因理论总的来说，动力作用是钢轨波磨形成的外因，钢轨材质性能是波磨的内因 动力成因认为轮轨系统振动式波磨产生，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波磨多发地段的特点,波磨多数出现在曲线地段 曲线半径越小, 形成和发展的速率越快直线地段极少出现波磨说明波磨与曲线地段轮轨所特有的某种或某几种振动形式相关联, 这些振动形式在直线上不存在或振动强度较小不足以引发波磨, 因此, 轮轨系统横向的振动值得关注 制动地段波磨严重 说明轮轨间的切向力、粘着和滑动过程直接影响波磨的形成和发展, 因此, 轮对的扭转和弯曲等振动值得关注 轨道弹性对波磨的发生发展影响较大 石质路基和板结道床上的波磨较为严重; 木枕地段的波磨明显较混凝土枕地段轻微说明轮轨系统的垂向振动也是影响波磨的重要因素波磨的分类及发生特点,波磨按其波长、特征及出现部位不同大致可分为三类, 即: 波长小于100 mm 的波纹磨耗, 波长100～200 mm 的中长波磨耗, 波长大于200 mm 的长波磨耗。

波纹磨耗一般出现在高速轻轴直线线路 波长200～ 700 mm 的长波磨耗总是出现在重载曲线外轨 缓和曲线地段的外轨上发现波长150 mm 且波深波长非常均匀的中长波 曲线内轨上出现波长约80 mm 且波长和波深均匀的短波纹2.1.2 侧磨,曲线侧面磨耗：轮缘与钢轨侧面直接的滑动摩擦造成 影响因素：曲线半径、外轨超高、曲线轨距加宽、轮轨间摩擦系数、轮轨间游间以及曲线轨道状态等 减缓措施：设置合理的轨底坡、超高、轨距和科学涂油润滑2.3 轨头表面接触疲劳损伤,轨距角处的鱼鳞状玻璃裂纹和剥离掉块 斜线状剥离裂纹 踏面剥离裂纹 浅层掉块 踏面碾宽或局部压溃凹陷 由斜裂纹产生的断裂,,,曲线上股轨距角剥离裂纹和浅层剥离掉块,曲线上股钢轨的斜裂纹及断裂,由斜裂纹产生的钢轨横向断裂,鱼鳞状剥离裂纹扩展形貌,斜裂纹扩展形貌,曲线下股踏面剥离裂纹及掉块,轨头接触疲劳伤损的影响因素,造成钢轨轨头产生接触疲劳伤损的原因是轮轨接触应力过大，超过安定极限值使其产生塑性流变后产生疲劳损伤因此接触疲劳伤损的产生和发展与线路条件(曲线半径等)、运营条件（速度和载重）及钢轨强度级别等有直接关系 曲线半径的影响：理论上来讲曲线半径越小，钢轨所承受的轮轨接触应力越大，即曲线半径与轮轨接触应力值成反比关系，当接触应力超过钢轨的接触疲劳裂纹萌生抗力时，将导致踏面裂纹的形成和发展。

列车速度的影响：随着列车速度的提高，列车在曲线上通过时的接触应力受离心力的影响将增大，将可能促使接触疲劳裂纹的形成和发展 如果曲线钢轨的圆顺度不良或不平顺也可能使轮对的运行状态发生改变和导致车轮导向力和冲角的变化，导致车辆蛇行失稳，从而使线路的局部钢轨承受较大的接触应力，也可能促使局部钢轨接触疲劳裂纹的形成和发展 钢轨性能的影响：采用强度级别高的钢轨可以提高钢轨的抗塑性变形的能力，即提高安定极限值，延缓塑性流变和裂纹的产生和发展2.4 焊缝、焊点伤损,对无缝线路而言新建城市地铁均采用一次铺成无缝线路，对北京地铁的统计数据表明，最长轨条达到5310m，且贯穿高架线、地面线、地下线等多种线路结构2.5 轨腰螺栓孔裂纹,轨腰钻孔，强度消弱 螺栓孔周围应力集中 疲劳损伤的一种,3、 钢轨探伤,使用钢轨探伤车和超声波钢轨探伤仪轨钢轨内部进行无损检测这种车辆利用超声波法进行钢轨伤损探测，能够探测钢轨的轨头和轨腰范围内（包括接头附近）的疲劳缺陷和焊接缺陷，有的还能检测擦伤、轨头压溃和波浪形磨耗，以及轨底锈蚀和月牙掉块这种车辆装有自动记录设备，能把钢轨伤损信号、里程信号和线路特征信号（桥梁、隧道、接头、轨枕类别等）等记录在同一纸带或胶片上。

根据记录可分析确定伤损的大小和在钢轨内的位置，也可确定伤损所在的线路里程钢轨探伤车组是具有能够独立自行的钢轨检测车辆，它能与中国现有标准车辆连挂车组是由两节车组成，每节车都装有一套独立的动力驱动系统和两个两轴转向架，其中一个转向架为动力转向架美国进口探伤车,,,中国铁路采用国产的配有三个不同角度探头的超声波钢轨探伤小车，探伤效果很好无缝线路和道岔钢轨除按规定周期探伤外，应用专用仪器对焊缝全断面探伤，每半年不少于1次 对钢轨、道岔磨耗情况，每年结合秋检应全面检查1次4、钢轨裂纹部位及名称,,5、钢轨伤损标记,二、轨枕常见病害及状态检测,腐朽（防腐枕木） 机械磨损 裂缝,1、轨枕常见病害 1.1 木枕,1.2 普通混凝土枕,轨下截面出现过大横向裂缝 轨下截面压溃 轨枕中间部分出现过大横向裂缝 轨枕中间部分压溃 轨枕纵向裂缝 轨枕龟裂 中间部分斜裂及扭伤 挡肩破损 轨枕腐蚀,2、轨枕状态检查,轨枕顶面螺栓孔附近或两螺栓间的纵向裂纹 顶面螺栓孔附近横向裂纹 中部顶面横向和侧面垂直裂纹 挡肩水平裂纹及损坏、空吊枕,三、道床常见病害及状态检测,道床脏污 道砟粉化 道砟坍塌 道床翻浆 道床板结 道床冻害,1、道床常见病害,道床翻浆,2、道床状态检查与检测,内容：道床尺寸、道床脏污和板结程度 检查方法： （1）道床脏污程度用道床内脏污物（粒径小于20mm）或道床孔隙率衡量。

道床脏污物测量一般采用筛分法进行，即路上随机抽取一定数量的枕跨，进行道床破底开挖，将挖出的道砟及脏物一起过筛后，称量粒径小于20mm的赃物重量。