摘要：隨著城市交通運輸壓力不斷增加，地鐵列車行駛速度、行車密度大幅提高，對列車軌道要求也越來越高，導致鋼軌頻繁出現波磨病害。波磨的產生直接影響列車行駛平穩性和舒適性，甚至危及行車安全，而我國現行的鋼軌打磨標準不能科學的指導北京地鐵鋼軌打磨作業，因此，需針對北京地鐵線路具體情況，制定相應的鋼軌打磨標準。通過連續波磨測量設備對北京地鐵某波磨嚴重地段進行鋼軌表面不平順測試，并對鋼軌打磨前后數據進行分析，發現該區段存在嚴重的63mm短波波磨；隨后根據測試車輛通過該地段時軸箱的振動加速度值，結合波磨指數和構架疲勞壽命S-N曲線，對鋼軌波磨等級進行四級劃分并給予相應打磨建議。研究結論：當鋼軌波磨指數大于10dB時需進行鋼軌打磨作業，若打磨后各波長對應的鋼軌粗糙度級小于相應限值，可判斷打磨質量合格。

　　關鍵詞：地鐵；鋼軌；波磨；打磨標準；粗糙度級；波磨指數；構架疲勞壽命

　　引言

　　地鐵具有舒適、方便、安全和綠色等特點，是當今許多城市交通運輸的重要方式。然而，隨著市內人口不斷增加、交通壓力越來越重，使得地鐵列車行駛速度、行車密度大幅提高，導致鋼軌出現波浪形磨耗（簡稱“波磨”）[1-3]，尤其在曲線部分更為嚴重[4]。波磨的產生會加劇輪軌之間相互作用力，降低車輛和軌道使用壽命，引發輪軌噪聲[5]，增加養護維修費用，影響列車行駛平穩性和舒適性，甚至危及行車安全[6]。目前，緩解波磨病害最有效的辦法是周期性打磨[7-8]。合理的打磨標準能夠及時發現鋼軌波磨，延緩其發展與惡化，降低輪軌作用力和維護成本[9]。因此，研究鋼軌打磨標準具有重要的理論意義和工程應用價值。

　　1北京地鐵鋼軌波磨的現狀

　　目前，北京地鐵線路波磨情況較為嚴重，運營的輪軌式軌道交通的14條線路中，波磨地段有143.7單線延長千米。鋼軌波磨大部分發生在曲線地段，部分線路直線段出現了鋼軌波磨。如圖1所示，北京地鐵某區間曲線地段出現了較為嚴重的鋼軌波磨，且內軌表面有明顯的流塑現象。由于我國的鋼軌波磨評價指標及打磨維護規范指標單一且量值相對寬松，不能分波長進行評價，亟需開展城市軌道交通鋼軌波磨評價指標的系統化科學研究，指導和判斷鋼軌打磨的周期和質量，降低車輛的軸箱加速度值，減少扣件和車輛零部件傷損，降低車內噪聲和提高乘車的舒適度和服務品質。

　　2鋼軌波磨的現行打磨標準

　　目前，我國現有的鋼軌打磨標準為普速鐵路線路修理規則、北京市地方標準和高速鐵路標準。普速鐵路線路修理規則中對波磨深度超過0.3mm傷損時應進行修理性打磨或銑磨。地方標準城市軌道交通設施養護維修技術規范中，對線路上成段的鋼軌波浪形磨耗（波深0.3mm）、飛邊、馬鞍形磨耗和焊縫凸凹等病害，使用打磨車采用修復性打磨，對于既有運營線路應每年不少于一次進行預防性打磨，消除疲勞傷損，延長鋼軌使用壽命。

　　3現場波磨測試

　　北京地鐵某線R=450m的曲線段為典型波磨區段，近幾年運營期內發生了大量的彈條和T形螺栓斷裂現象。選取該地段進行波磨測試和車內噪聲測試。波磨測試采用可連續測量的CAT鋼軌波磨測量分析小車，對測量范圍內的鋼軌進行不間斷測試[15]。車內噪聲測試通過運營結束后地鐵列車添乘，在客車室內布置測點，測得該地段不載客工況下的全線車內噪聲[16]。噪聲評價方法參考GB14892-2006《城市軌道交通列車噪聲限值和測量方法》[17]，車內噪聲的評價指標采用A計權的等效聲壓級，限值為83dB。

　　4鋼軌波磨評價指標

　　4.1鋼軌粗糙度

　　規范BSENISO3095:2013《鐵路專用標準聲學輪軌系統引起的噪聲測量》使用鋼軌表面不平順粗糙度級Lr作為波磨的評價指標，其定義是鋼軌表面波磨幅值有效值與其參考值的比值。該評價指標采用1/3倍頻程波長譜的形式，描述了不同波長對應的鋼軌波磨幅值水平，并以分貝作為等級區分。具體表達式如下2rmsr2010logrLr?(1)式中，Lr為鋼軌表面不平順譜值，dB；鋼軌表面短波不平順參考值r0=1μm；rrms為鋼軌表面波磨幅值有效值。

　　4.2鋼軌波磨指數

　　鋼軌波磨指數法，用于鋼軌波磨嚴重程度的診斷，從對某條線的實際測量數據和現場實際波磨情況來看，診斷出鋼軌波磨準確率相當高，且能反映出輪軌直接作用力的大小和波磨嚴重程度。本小節將以鋼軌波磨指數與架構疲勞壽命作為評價指標，對鋼軌波磨指數進行分類[18]。

　　5結論與建議

　　根據北京地鐵鋼軌和車輛兩種測試數據來源，分析總結了鋼軌粗糙度級和波磨指數兩個重要指標的作用，提出了以波磨指數作為鋼軌是否需要打磨、以粗糙度作為檢驗鋼軌打磨是否合格的評價標準，具體結論如下。

　　（1）選取北京地鐵某線的典型曲線波磨區段進行現場試驗，發現盡管現場波磨最大波深小于我國規范限值0.3mm，僅為0.11mm，短波波磨引起的高頻振動還會導致T形螺栓發生斷裂，同時噪聲級超過規范限值達到95.3dB左右，表明目前我國標準的波磨評價指標在城市軌道交通方面運用不夠合理。

　　（2）通過采用連續波磨測量設備對該曲線地段進行鋼軌表面不平順測試并對鋼軌打磨前后數據進行分析，計算得出鋼軌表面粗糙度級。以多次打磨后取平均值的鋼軌粗糙度作為基準線，發現此曲線區段存在嚴重的63mm短波波磨，與實測鋼軌表面不平順所得結果一致。

　　（3）當軸箱加速度為8.1g時，車輛構架的疲勞強度循環次數達到200萬次，符合設計壽命要求；當加速度值增大時，構架的循環次數降低幅度較大；當加速度值為30g時，構架的疲勞強度循環系數僅為3.87萬次。根據波磨指數和構架疲勞壽命劃分了四級鋼軌波磨級并給出了相應的打磨建議。

　　參考文獻：

　　[1]宋小林，翟婉明，王開云.波磨對輪軌系統動力特性的影響分析[J].鐵道科學，2018，39(5)：42-50.

　　[2]任彤，王安斌，王志強，等.小半徑曲線段鋼軌短波波磨的影響因素分析[J].噪聲與振動控制，2018，38(6)：105-108，112.

　　葉利賓1，2，王迦淇2，肖宏2