钢轨断裂原因分析及防治措施

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2021年2月24日00:00:47
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随着铁路向高速、重载的方向发展, 对轨道结构的强度提出了更高的要求, 而钢轨断裂事故直接威胁着铁路运输安全。以长(春)图(们)线为例, 由于地处高寒山区, 设备陈旧老化, 近年来运量、运能的矛盾日趋突出, 使钢轨的使用状态发生恶化。自2002年以来,接连发生多起钢轨折断事故, 给安全生产造成很大的被动, 有必要研究钢轨断裂的原因并掌握其规律, 探讨发生断轨后的紧急处理方法。

1  钢轨断裂原因分析

1.1 钢轨材质方面存在先天不足

钢轨先天性的质量缺陷, 是导致钢轨断裂的主要原因。2002年1月, 长图线DK152+ 573处和长图线DK317+ 450处发生两次线路右侧长轨折断, 引起两起断轨事故的主要原因是钢轨内部存在暗核。由于两处暗核的径长分别为2.5、1.8mm, 且均存在于钢轨的底部, 又是目前钢轨探伤设备很难探测到的核伤粒径(既有探伤设备所能探测到的最小核伤粒径为3mm) ,再加上管内持续低温且温差大, 钢轨内应力增大, 导致断轨事故发生。

钢轨材质上的某些缺陷, 如暗核、细小裂纹、空隙或杂质等, 经过车轮重复荷载作用, 逐步发展成一个疲劳源, 并不断向轨头内部扩展, 使钢轨的有效截面很快削弱, 以至最后发生断轨。

1.2  现场轨缝的焊接强度低

我国无缝线路钢轨现场施工焊接一般采用小型移动气压焊和铝热焊。铝热焊焊接方法因其具有设备简单、焊接作业效率高、操作简便等特点, 被广泛应用。

但由于各工序间相互影响程度密切, 特别是在低温环境下焊接钢轨时, 使得焊接接头的质量难以控制。钢轨焊接接头的质量优劣, 直接影响着无缝线路的安全。据统计, 由于钢轨焊缝断裂而造成断轨事故的, 占断轨总数的80% 以上。

大部分有缺陷的钢轨焊缝其强度不能承受降温所产生的温度拉力, 在冬季钢轨内部强大的温度拉力作用下焊缝被拉开。特别是铝热焊缝, 质量受操作工艺优劣影响较大, 难免发生断轨事故。

1.3 养护维修上的原因

2002年3月, 长图线威虎岭站1号道岔辙叉后右直股钢轨折断。所断钢轨为鞍钢1988 年产, 于1996年道岔大修时铺设, 属自制轨, 轨孔加工时存在误差。

由于线路养护维修质量低, 有空吊板, 导致岔后钢轨集中受力, 发生断裂。2002 年11 月, 长图线DK187 +646处, 右股钢轨发生断裂。该股钢轨10月份曾使用K286焊条进行焊补。此次造成钢轨折断的直接原因就是焊补作业不按照规定进行预热, 致使钢轨内部结构发生变化, 发生钢轨断裂。

由上述断轨事故可以看出, 日常的养护维修非常重要。线路养护不良, 如轨面不平顺、道床和路基出现病害、连结零件不密贴等, 都会严重地影响钢轨的使用寿命。再者作业时不按规定的尺寸、步骤进行, 违章作业, 也会引起不良后果。因此, 提高工作质量, 精心养护好线路, 这是防止断轨的重要环节。

2  钢轨断裂发生的特征及规律

2.1  常发生断轨的地段

线路不平顺处, 断轨发生的频率大。断轨地段的分布特点: 曲线地段比直线地段断轨次数多; 坡道上比平坡地段断轨多; 制动地段比其他地段断轨多; 无缝线路固定区断轨多; 道岔基本轨比导曲轨断轨多; 岔后夹直线的断轨是直向多, 侧向少。

2.2 常发生断轨的部位

断轨多发生在焊缝及其附近, 钢轨小腰处, 曲线上股, 桥梁和道口两头部位。就同一钢轨断面而言, 断轨多发生在轨头、轨颚和轨腰部位。

2.3 常发生断轨的时间

断轨多发生在冬春两季, 一般在每年的11月下旬至次年的3月上旬。寒冷地区断轨较普通地区严重,而且多发生在一昼夜中气温最低的0时至4时。

3 发生钢轨断裂后紧急处理措施

3.1 及时发现断轨

发挥"五道防线"作用, 开展全员防断。主要发挥专业探伤队伍的主力作用, 手工检查队伍的补充作用, 层层落实钢轨检查责任制, 以便能在第一时间内发现断轨。

3.2 发现断轨后会处理

3.2.1 断轨处理原则

最主要的是发现断轨后必须严格执行一防护、二加固、三放行的作业程序。在拦停列车作业时, 区间力争在30m in内, 站内力争在60m in内加固完毕, 并随即放行列车。

3.2.2 断轨处理方法

(1)普通线路

①应按(铁路工务安全规则)第2􀀁2􀀁11条的规定设置停车信号防护。

②断缝在夹板范围内, 紧固接头夹板螺栓和断缝两侧扣件, 限速5 km /h放行列车。

③断缝在夹板范围以外, 用夹板、急救器或夹板、螺栓进行加固。当断缝小于30 mm 时, 限速15 km /h放行列车; 30~ 50mm, 限速5 km /h放行列车; 50~ 150mm, 必须插入短轨头, 并在断缝下垫枕木头后, 限速5km /h放行列车。

④更换钢轨时, 应按(铁路工务安全规则)第2􀀁2􀀁2条办理, 更换前要拧紧两端各50m 范围内扣件, 首次放行列车限速25 km /h。

(2)无缝线路(包括焊头)

①应按(铁路工务安全规则)第2􀀁2􀀁11条的规定设置停车信号防护。

②在断缝处上好鼓包夹板和急救器加固, 限速5km /h放行列车, 随即, 在断缝两端各50m 范围内拧紧扣件。如断缝小于30mm, 限速可提高至15 km /h; 断缝在50~ 150mm, 必须插入短轨头, 并在断缝下垫枕木头, 限速5 km /h放行列车。已上鼓包夹板的焊缝断裂后, 如断缝小于30mm, 可紧固接头夹板螺栓, 限速15 km /h放行列车。

③锯掉断缝前后各一段钢轨, 插入不短于6m的短轨, 上好夹板和拧紧螺栓, 首次放行列车限速25km /h, 以后恢复正常。

④在接近并低于实际锁定轨温时, 插入不短于6m的焊接短轨, 进行焊接。

⑤若断缝具备原位焊复的条件时, 可采用原位焊复法进行焊接修复。

4 两点建议

( 1)制定防断联络图, 联络图上显示抢险人员的联络方法、防断材料及防断工具所处位置, 以保证发生
断轨后, 能在第一时间内快速传递信息, 使人员、材料、机具准确到达事故地点。

( 2)提高机车乘务员素质, 减少擦伤轨的产生。

引用文献:

【文献出处】 铁道标准设计  ,2005年03期

【原文名称】钢轨断裂原因分析及防治措施

【作者】 李东侠;

【机构】 沈阳铁路局吉林铁路运输职工大学 吉林132001;

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