城市軌道交通鋼軌預(yù)打磨技術(shù)要求及驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)

李克飛，王 進(jìn)，黑勇進(jìn)，吳宗臻

（1.北京市軌道交通建設(shè)管理有限公司設(shè)備管理總部，北京 100068；2.城市軌道交通全自動運(yùn)行系統(tǒng)與安全監(jiān)控北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100068；3.中國鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司城市軌道交通中心，北京 100081）

鋼軌在生產(chǎn)、運(yùn)輸、儲存和安裝過程中不可避免地會出現(xiàn)碰傷、軋痕、銹皮、結(jié)疤等表面缺陷，這些病害對軌道平順性有一定影響，導(dǎo)致輪軌動力作用增大，損傷軌道和機(jī)車車輛部件，危及行車安全。鋼軌預(yù)打磨是對鋪設(shè)上道新鋼軌的打磨作業(yè)，可以去除鋼軌表面脫碳層，修復(fù)或減輕鋼軌表面?zhèn)麚p，從而縮短輪軌磨合期，延長輪軌使用壽命。

鋼軌預(yù)打磨作為線路開通前消除鋼軌表面病害、優(yōu)化鋼軌廓形的有效手段，國內(nèi)外許多學(xué)者對其形式與參數(shù)、技術(shù)要求、作業(yè)流程、驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)等進(jìn)行了研究和探討［1-3］。20 世紀(jì) 90年代，美國北伯林頓鐵路公司首先在新建線路中開展了鋼軌預(yù)打磨作業(yè)［4］。2003年底，我國原鐵道部發(fā)布了TB 10413—2003《鐵路軌道工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》［5］，要求新鋪設(shè)的I 級鐵路開通前應(yīng)對全線鋼軌進(jìn)行預(yù)打磨。2014年5月，鐵路總公司運(yùn)輸局印發(fā)了運(yùn)工線路函〔2014〕227 號《普速鐵路鋼軌打磨指導(dǎo)意見》［6］，要求新線和成段鋪設(shè)的新鋼軌應(yīng)在軌道精調(diào)或精搗完成后按照設(shè)計(jì)廓形進(jìn)行預(yù)打磨。鋼軌預(yù)打磨在高速鐵路也得到了廣泛應(yīng)用。2014和2018年，鐵路總公司分別印發(fā)了鐵總運(yùn)〔2014〕357 號《高速鐵路鋼軌打磨管理辦法》［7］和鐵總工電〔2018〕48 號《高速鐵路鋼軌快速打磨管理辦法》［8］，要求高速鐵路在軌道精調(diào)完成后采用鋼軌快速打磨車進(jìn)行鋼軌預(yù)打磨，并應(yīng)滿足廓形、打磨深度等要求。

城市軌道交通存在行車密度大、曲線多、曲線半徑小、減振地段多等特點(diǎn)，導(dǎo)致鋼軌表面病害的影響因素多且復(fù)雜［9-10］。多條城市軌道交通線路在開通前開展了鋼軌預(yù)打磨作業(yè)。如廣州地鐵2號線開展了鋼軌預(yù)打磨工作，打磨后軌道光帶穩(wěn)定，軌面均勻無瑕疵，磨合期縮短到1～2 周，減少了磨合期內(nèi)輪軌磨耗［11］。

然而目前尚無針對城市軌道交通鋼軌預(yù)打磨的技術(shù)要求及驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。為了提高城市軌道交通鋼軌預(yù)打磨質(zhì)量，加強(qiáng)新建線路鋼軌預(yù)打磨管理，本文對城市軌道交通鋼軌預(yù)打磨的技術(shù)要求、作業(yè)要求、質(zhì)量驗(yàn)收要求及其發(fā)展方向進(jìn)行探討，提出鋼軌預(yù)打磨技術(shù)要求及驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。

1 鋼軌預(yù)打磨的技術(shù)要求

為規(guī)范城市軌道交通鋼軌預(yù)打磨作業(yè)管理，本文提出的城市軌道交通鋼軌預(yù)打磨技術(shù)要求及驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)適用于最高運(yùn)行速度不超過160 km/h、采用鋼輪鋼軌系統(tǒng)的城市軌道交通的鋼軌（不含道岔）預(yù)打磨作業(yè)。

新建或新?lián)Q鋪上道的鋼軌可在軌道精調(diào)或精搗完成后進(jìn)行鋼軌預(yù)打磨。鋼軌預(yù)打磨應(yīng)滿足廓形、打磨深度等要求。鋼軌預(yù)打磨的目標(biāo)廓形為設(shè)計(jì)廓形，技術(shù)要求詳見表1。原則上，鋼軌預(yù)打磨應(yīng)先于線路正式開通運(yùn)營前完成。

表1 鋼軌預(yù)打磨技術(shù)要求

2 鋼軌預(yù)打磨的作業(yè)要求

2.1 作業(yè)前要求

1）預(yù)打磨作業(yè)前，線路幾何尺寸、形位、軌下基礎(chǔ)等應(yīng)符合相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求。

2）預(yù)打磨作業(yè)前，鋼軌焊接接頭應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求；輪軌接觸區(qū)域鋼軌表面損傷最大深度應(yīng)不大于0.2 mm。如不滿足要求，應(yīng)在預(yù)打磨前對線路進(jìn)行處理，滿足要求后方可進(jìn)行鋼軌預(yù)打磨。

3）預(yù)打磨作業(yè)前應(yīng)對打磨區(qū)段線路進(jìn)行調(diào)查，對影響預(yù)打磨作業(yè)的軌旁設(shè)備先采取措施進(jìn)行處理。

4）預(yù)打磨作業(yè)前應(yīng)進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)查和技術(shù)交底，根據(jù)線路實(shí)際情況設(shè)置打磨遍數(shù)、打磨深度、打磨車參數(shù)等，并根據(jù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和現(xiàn)場調(diào)查情況制定鋼軌預(yù)打磨作業(yè)方案及技術(shù)方案。

5）清除作業(yè)地段線路兩側(cè)的可燃物，落實(shí)防火措施，同時制定預(yù)打磨作業(yè)應(yīng)急預(yù)案。

2.2 作業(yè)中要求

1）中雨或中雪及以上天氣不宜進(jìn)行露天預(yù)打磨作業(yè)。

2）預(yù)打磨作業(yè)速度應(yīng)根據(jù)鋼軌打磨車特性及其他條件確定。

3）應(yīng)及時檢查預(yù)打磨作業(yè)覆蓋范圍、打磨量等，如有必要應(yīng)及時調(diào)整預(yù)打磨方案。

4）在預(yù)打磨銜接區(qū)域，重疊打磨長度不應(yīng)小于10 m。

5）多遍打磨時，應(yīng)將每遍打磨的起點(diǎn)和終點(diǎn)位置錯開，不應(yīng)出現(xiàn)突變點(diǎn)。

6）道岔區(qū)域不打磨，預(yù)打磨時道岔前后應(yīng)保留一定安全區(qū)域。

7）預(yù)打磨作業(yè)過程中，應(yīng)確保集塵裝置正常運(yùn)轉(zhuǎn)。應(yīng)每日清潔集塵裝置，清理下來的鐵屑及積塵必須集中進(jìn)行環(huán)保處理，不得污染軌道與環(huán)境。

8）鋼軌打磨車作業(yè)單位負(fù)責(zé)做好打磨車的消防工作。

2.3 作業(yè)后要求

1）應(yīng)將打磨架完全收至固定位并鎖定。

2）清點(diǎn)工機(jī)具、器材等物品，確認(rèn)齊全后方可開車。如發(fā)現(xiàn)零部件、裝載物料及工機(jī)具遺失，應(yīng)及時報告和排查。

3）應(yīng)對鋼軌打磨車運(yùn)行徑路上的道岔狀態(tài)進(jìn)行檢查確認(rèn)。

4）相關(guān)設(shè)備管理單位應(yīng)及時恢復(fù)作業(yè)中拆除的設(shè)備。

3 鋼軌預(yù)打磨的質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)

鋼軌預(yù)打磨作業(yè)完成后7 d 內(nèi)采用相關(guān)測量設(shè)備對預(yù)打磨鋼軌進(jìn)行橫斷面測量，對預(yù)打磨質(zhì)量進(jìn)行檢查驗(yàn)收。鋼軌預(yù)打磨的驗(yàn)收項(xiàng)目包括：打磨深度、打磨面粗糙度、打磨廓形、表面硬度、鋼軌波磨、發(fā)藍(lán)帶等。相關(guān)項(xiàng)目驗(yàn)收不合格時應(yīng)分析原因，并及時安排重新打磨，以滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。

1）鋼軌預(yù)打磨后應(yīng)消除鋼軌微小缺陷及銹蝕，消除鋼軌在軋制過程中形成的軌面斑點(diǎn)及微小不平順。鋼軌表面應(yīng)平順、無斑點(diǎn)。

檢驗(yàn)數(shù)量：施工單位全部檢驗(yàn)，監(jiān)理單位平行檢驗(yàn)10%。

檢驗(yàn)方法：施工單位觀察檢驗(yàn)，監(jiān)理單位檢查施工單位檢驗(yàn)記錄，并進(jìn)行平行檢驗(yàn)。

2）鋼軌預(yù)打磨后應(yīng)開展預(yù)打磨深度檢驗(yàn)，軌頂中心區(qū)域預(yù)打磨深度不小于0.2 mm。

檢驗(yàn)數(shù)量：每5 km 作業(yè)里程中隨機(jī)選定包含直線和曲線的200 m 區(qū)段進(jìn)行檢驗(yàn)，左右股鋼軌各選取6處進(jìn)行檢驗(yàn)。

檢驗(yàn)方法：施工單位利用廓形儀檢驗(yàn)，監(jiān)理單位檢查施工單位檢驗(yàn)記錄，并進(jìn)行平行檢驗(yàn)。

3）鋼軌預(yù)打磨后軌頂表面粗糙度不大于10 μm。

檢驗(yàn)數(shù)量：每5 km 作業(yè)里程檢驗(yàn)1 次，應(yīng)至少連續(xù)檢驗(yàn)6個點(diǎn)，測點(diǎn)間距1～2 m，取平均值。

檢驗(yàn)方法：施工單位采用鋼軌粗糙度測量儀檢驗(yàn)，監(jiān)理單位全部見證檢驗(yàn)。

4）鋼軌預(yù)打磨后應(yīng)開展鋼軌廓形檢驗(yàn)。

檢驗(yàn)數(shù)量：每5 km 作業(yè)里程中隨機(jī)選定包含直線和曲線的200 m 區(qū)段進(jìn)行檢驗(yàn)，左右股鋼軌各選取6處進(jìn)行檢驗(yàn)。

檢驗(yàn)方法：施工單位采用鋼軌廓形儀檢驗(yàn)，監(jiān)理單位全部見證檢驗(yàn)。

檢驗(yàn)時，在y?z坐標(biāo)系內(nèi)將目標(biāo)廓形未旋轉(zhuǎn)時的軌頂最高點(diǎn)與工作邊z-16 位置點(diǎn)（在z向距軌頂最高點(diǎn)16 mm 的點(diǎn)）2點(diǎn)對齊，如圖1所示，圖中軌頂中心的橫坐標(biāo)為0。

圖1 鋼軌打磨廓形檢驗(yàn)定位點(diǎn)示意

鋼軌預(yù)打磨后軌頭廓形驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)見表2。

表2 鋼軌預(yù)打磨后軌頭廓形驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn) mm

5）鋼軌預(yù)打磨后，打磨面最大寬度應(yīng)滿足軌頂縱向中心線兩側(cè)10 mm 以內(nèi)區(qū)域?yàn)?0 mm，10～25 mm 區(qū)域?yàn)? mm，其余打磨區(qū)域?yàn)? mm。打磨面寬度的最大變化量在沿鋼軌長度100 mm 的范圍內(nèi)不應(yīng)大于打磨面最大寬度的25%。

檢驗(yàn)數(shù)量：每5 km作業(yè)里程檢驗(yàn)1處。

檢驗(yàn)方法：施工單位使用鋼板尺檢驗(yàn)打磨面寬度，監(jiān)理單位見證檢驗(yàn)。

6）鋼軌預(yù)打磨后開展鋼軌表面硬度檢驗(yàn)，打磨后鋼軌表面硬度應(yīng)滿足鋼軌母材硬度要求。

檢驗(yàn)數(shù)量：每5 km 作業(yè)里程隨機(jī)選定包含直線和曲線的200 m 區(qū)段進(jìn)行檢驗(yàn)，左右股鋼軌各選取6 處進(jìn)行檢驗(yàn)。

檢驗(yàn)方法：施工單位采用便攜式里氏硬度計(jì)檢驗(yàn)打磨后鋼軌表面硬度，監(jiān)理單位見證檢驗(yàn)。

7）鋼軌預(yù)打磨后應(yīng)開展波磨谷深平均值超限率檢驗(yàn)。

檢驗(yàn)數(shù)量：每5 km 作業(yè)里程隨機(jī)選定包含直線和曲線的200 m區(qū)段進(jìn)行檢測。

檢驗(yàn)方法：預(yù)打磨作業(yè)完成后7 d 內(nèi)，施工單位采用波磨檢測儀連續(xù)測量，監(jiān)理單位見證檢測。

表3為驗(yàn)收區(qū)段按不同波長的波磨谷深平均值超限率驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。波磨檢測儀的測量精度應(yīng)不低于0.01 mm。圖2為波磨谷深平均值計(jì)算示意。

表3 波磨谷深平均值超限率驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)

圖2 波磨谷深平均值計(jì)算示意

根據(jù)圖2，得出谷深平均值計(jì)算公式為

式中：D為坐標(biāo)x處的谷深平均值；L為分析窗長，不同波長的分析窗長見表3；ri為第i（i=1，2，…，n）個谷深值；n為1個分析窗長內(nèi)的谷深值數(shù)量。

波磨谷深平均值超限率檢測區(qū)段的軌道結(jié)構(gòu)形式必須保持一致，軌道結(jié)構(gòu)形式不同的區(qū)段應(yīng)分別進(jìn)行驗(yàn)收。此外，檢測區(qū)段的選取應(yīng)避開焊縫、鋼軌接頭等處。波磨檢測基準(zhǔn)線為走行帶中心線。

8）鋼軌預(yù)打磨后應(yīng)檢查鋼軌打磨面，軌頭打磨區(qū)應(yīng)無連續(xù)發(fā)藍(lán)帶。

檢驗(yàn)數(shù)量：施工單位全部檢驗(yàn)。

檢驗(yàn)方法：目視檢查。

9）鋼軌預(yù)打磨完成后應(yīng)將無砟道床及軌枕上的鐵粉清除干凈。

檢驗(yàn)數(shù)量：施工單位全部檢查。

檢驗(yàn)方法：目視檢查。

4 鋼軌預(yù)打磨的發(fā)展方向

鋼軌預(yù)打磨作業(yè)的高速化、差異化、信息化是鋼軌預(yù)打磨技術(shù)的發(fā)展趨勢。

4.1 預(yù)打磨作業(yè)的高速化

城市軌道交通新建線路存在工期緊張、調(diào)試過程繁雜等實(shí)際情況。軌道精調(diào)或精搗完成后進(jìn)行鋼軌預(yù)打磨作業(yè)時間并不寬裕，有限的打磨時間和打磨作業(yè)的特殊性給城市軌道交通建設(shè)帶來挑戰(zhàn)。預(yù)打磨作業(yè)高速化可以提高鋼軌預(yù)打磨的效率，是未來的發(fā)展方向之一。

4.2 預(yù)打磨廓形的差異化

針對不同車輛、線路和軌道結(jié)構(gòu)參數(shù)，通過鋼軌預(yù)打磨作業(yè)的精細(xì)化和差異化，形成適合于不同線路條件的鋼軌廓形，優(yōu)化輪軌廓形匹配，達(dá)到提高行車安全性、降低輪軌振動噪聲、控制鋼軌接觸疲勞和裂紋擴(kuò)展、緩解磨耗等效果，是未來預(yù)打磨作業(yè)精細(xì)化管理的需要。

4.3 預(yù)打磨作業(yè)的信息化

預(yù)打磨作業(yè)信息化是鋼軌預(yù)打磨作業(yè)信息輸入和輸出的集中體現(xiàn)。通過預(yù)打磨計(jì)劃的制訂、預(yù)打磨方案的執(zhí)行及預(yù)打磨質(zhì)量的反饋進(jìn)行鋼軌預(yù)打磨管理。建立統(tǒng)籌的預(yù)打磨計(jì)劃、預(yù)打磨工藝和預(yù)打磨質(zhì)量的信息化管理平臺，為鋼軌預(yù)打磨作業(yè)實(shí)施及鋼軌運(yùn)營期管理提供信息化支撐。此外，預(yù)打磨作業(yè)信息化是未來預(yù)打磨作業(yè)智能化的基礎(chǔ)。