引言

地铁轨道线路在运营过程中，受车辆、线路、环境等因素的影响，轨道几何尺寸和轮轨接触关系不断变化，钢轨表面会产生高低、圆顺、水平等各种不平顺现象。目前，主要有三种处理方式：其一是对轨底坡进行调整；其二是通过打磨钢轨廓形来改善轮轨接触关系；其三是通过钢轨打磨车来实现。但由于每种方法都有其适用条件和范围，并不是所有的线路都适合采用某种打磨方式。因此，有必要对现有的钢轨打磨工艺进行研究和分析，提出一种个性化钢轨打磨工艺，在不影响轨道正常运行的情况下对轨道进行磨削处理，从而改善轮轨接触关系和轨道几何尺寸精度。

1 地铁钢轨廓形中存在的问题

1.1 轨距宽度

轨距宽度是影响钢轨廓形的重要参数之一，轨距宽度的不合理会导致轮轨相互作用力发生变化，对轮轨之间的关系产生不良影响。在线路运行过程中，为了保证列车运行安全，要求钢轨轨距宽度满足一定标准（一般为65 mm）。而在实际的运营维护中，由于人工测量方式无法精确测量轨距宽度，因此通常是以轨距宽度设计标准为依据，不同的轨距宽度设计会产生不同的轮轨作用力，进而对车辆运行安全造成影响。

1.2 轮缘厚度

轮缘厚度与车辆运行的平稳性有密切关系，目前在我国的地铁线路上，列车轮缘厚度最小值一般为2 mm，最大值一般为6 mm。根据车辆的实际运行情况，如果轮缘厚度过小，列车在运行过程中容易发生磨耗过快的现象；如果轮缘厚度过大，则会增加列车的振动噪声，增加维修成本。因此，在钢轨打磨过程中需要对轮缘厚度进行控制。一般而言，轮缘厚度控制在2 mm内，钢轨的磨耗状况最好；轮缘厚度控制在4 mm内，钢轨的磨耗状况最差。

1.3 钢轨焊接接头

（1）焊接接头在列车的冲击和滚动作用下，会产生各种类型的病害，比如：轨头疲劳裂纹、轨头疲劳掉块、轨腰波浪形磨耗、轨底磨出沟等。

（2）焊接接头的轨底形状直接影响轮轨接触几何关系，对于有一定磨损的焊轨接头，如果轮轨之间的摩擦系数增大，钢轨在车轮的反复作用下就会产生波浪形磨耗；当轮轨接触应力超过焊接接头强度时，就会发生疲劳裂纹。

（3）当车辆运行速度较低时，钢轨承受较大的轮载作用，焊接接头如果不能及时地进行修复和养护，就会产生裂纹、掉块、掉块磨耗等病害。当钢轨出现不均匀磨损时，也会在车轮的反复作用下产生波浪形磨耗。

2 个性化钢轨廓形打磨在地铁的应用

2.1 曲线型式的选择

根据当前地铁线路运营的实际情况，各条线路上使用的钢轨廓形一般分为三种：一种是轨距加宽型，即轨距加宽2 mm；另一种是轨距加宽型，即轨距加宽1 mm；最后一种是标准型，即轨距加宽1 mm。

其中标准型钢轨廓形是按照 GB/T3141-2016标准制造的，这种钢轨廓形已被大多数地铁线路所采用，对曲线进行打磨时，采用此廓形将会使得曲线下股轮轨接触应力较大，钢轨伤损的风险也会增大。因此，采用这种型式的曲线进行打磨时，对打磨量的控制、打磨点的选择以及打磨范围都提出了较高要求。

一般情况下，应采用以下两种型式进行打磨：（1）钢轨廓形中的轨距加宽型，即轨距加宽1 mm。为避免轮轨接触应力过大，在实际作业中应对这两种型式的钢轨廓形进行合理的选择。对线路上的钢轨进行打磨时，应尽可能采用轨距加宽型钢轨廓形，以达到减小轮轨接触应力的目的。（2）钢轨廓形中的标准型，即轨距加宽1 mm。对曲线上的钢轨进行打磨时，应尽量采用轨距加宽1 mm的钢轨廓形。因为在对曲线进行打磨时，会使钢轨廓形中的轨距加宽1 mm部分不能很好地起到减小轮轨接触应力的作用，从而增大钢轨伤损的风险。

2.2 钢轨廓形优化

钢轨廓形优化是在选择合适的钢轨廓形基础上，通过调整钢轨廓形参数，使之与曲线圆顺度一致，避免曲线不圆顺。钢轨廓形优化方法主要有以下几种：

（1）轮轨摩擦型式优化。主要是对轨头及轨腰进行打磨，通过改变轮轨接触状态来改善车轮与钢轨之间的摩擦性能。一般情况下，轮轨之间的摩擦系数是随运行里程的增加而逐渐增大，并在一定程度上可以通过调整车轮踏面形状来改变其摩擦系数。

（2）轮对动态行为优化。主要是通过调整车轮踏面的形状和尺寸来改变其接触应力，进而改变轮缘对钢轨的冲击作用，以改善车轮踏面与钢轨之间的接触状态，从而降低车轮踏面的磨耗和钢轨表面疲劳损伤。

（3）轮轨磨损优化。通过改变车轮踏面形状，使其具有一定的曲率半径，减小轮缘对钢轨的冲击作用，从而减少轮轨磨损。当车辆在直线上运行时，通过减小钢轨与轮缘的接触面积，使钢轨与轮缘之间的摩擦力增大；当车辆在曲线上运行时，通过减小轮缘与钢轨之间的接触面积，使钢轨与轮缘之间的摩擦力减小，进而减少车轮与钢轨之间的磨耗。

（4）钢轨表面损伤修复优化。通过在钢轨表面增加打磨工艺，对钢轨进行打磨以消除表面缺陷，改善其表面状态，提高钢轨的使用寿命。钢轨打磨工艺主要是对轨头及轨腰进行打磨，当轮轨接触时，轮轨接触区域表面会形成一定厚度的磨粒，并通过磨粒与钢轨表面的摩擦作用来实现对钢轨表面的修复，从而改善其表面状态，提高钢轨的使用寿命。

随着列车运行速度的提高以及车辆对轨道的高要求，列车在直线上运行时钢轨存在较大的横向振动，产生较大的轮缘侧压力和横向力；当列车通过曲线时，由于钢轨产生较大的横向振动而产生较大的轮缘侧压力和横向力。因此，通过对钢轨进行打磨来降低轮缘侧压力和横向力、减少轮缘侧压力和横向力是提高列车运行安全性和乘坐舒适度的有效方法之一。

2.3 轮对及轨道结构优化

2022年，昆明地铁对列车运行线进行了全面检查，发现车轮轮缘及轮缘高度不足的现象，影响列车运行品质，影响行车安全。为此，昆明地铁首期1号线列车的车轮和轨道结构进行优化。优化内容主要包括：

（1）将轮缘厚度由20 mm降为17 mm，轮缘厚度由22 mm降为15 mm，并将轮缘高度由11 mm降为7 mm；

（2）在小半径曲线内侧采用圆弧型钢轨过渡段，避免出现大半径曲线时轮缘接触；

（3）将原道床下方的垫板改为橡胶垫板，以减小道床对钢轨的横向作用力；

（4）优化车轮踏面，采用“1”字形踏面，减少车轮踏面粗糙度，提高轮缘与钢轨的接触面积。

（5）优化道岔结构，对道岔进行改造，将1~8号道岔改造为可调轨枕支承式轨枕，同时优化钢轨连接螺栓的安装位置。

3 结束语

总而言之，个性化钢轨打磨工艺对轨道的影响是比较小的，不会导致轨道几何尺寸变化，也不会造成车辆运行安全问题。通过对轨道进行打磨，能够有效提高轮轨接触关系，改善轨道几何尺寸精度，从而使车辆运行更加平稳。并且通过对钢轨进行打磨，可以将线路上存在的不平顺问题消灭在萌芽状态，保证行车安全。

参考文献

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[2]林凤涛,胡伟豪,王瑞涛,万晟阳,李志和.地铁小半径曲线钢轨型面打磨技术及评价[J].城市轨道交通研究,2021,24(12):21-27.

[3]林凤涛,李志和,胡伟豪,刘保臣,朱韶光.地铁曲线段钢轨非对称性廓形研究[J].城市轨道交通研究,2021,24(10):75-81+85.

作者简介：李磊（1985.2-），男，汉族，贵州六盘水，本科，高级工程师，研究方向：轨道交通及土木建筑