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摘要：针对地铁运营线路小半径曲线钢轨磨耗严重，存在行车安全问题，以广州地铁四、五号线运营线路小半径曲线现场工况环境条件和现场检测数据作对比，分析并得出导致钢轨磨耗严重的各种因素。
关键词：钢轨小半径曲线磨耗
Abstract:Based on the test data and field observations, this speech describes the rail wear situation of sharp curve rail since the year of the Guangzhou subway line No.5 opening, analyzes the reasons for the accelerating the rail wear, comes up with the measures for slowing down the wear according to the actual situation.
Key words: rail；sharp curve rail；wear
中图分类号：U231+.2文献标识码：A 文章编号：
前言：
广州地铁四号线CJD1和五号线RJD2均为100m小半径曲线，采用L型直线电机列车，该类列车车轮仅起承载的作用，其牵引力不受轮轨之间的粘着条件影响，而是通过列车切割磁场产生电磁推力。本文对该两条相同半径的曲线进行全面比较，以检测数据和现场实际情况为基础，分析在小半径曲线地段影响钢轨磨耗加重的各种因素，以供参考。
1 磨耗现状：
2011年广州地铁四、五号线小半径曲线第二季度磨耗季检，对四号线CJD1、五号线RJD2现场检测数据汇总，得出以下对比数据（见表1）：
四号线CJD1经过5年的开通运营，磨耗情况相对较稳定，平均总磨耗为3.0mm。五号线RJD2经过1年半的开通运营，侧面磨耗和垂直磨耗急速发展，最大侧磨以达到14.97mm，根据《广州地铁线路维修规程》的相关规定，此磨耗情况已达到钢轨轻伤标准，该段曲线伤损钢轨已在2011年7月完成更换。
2 原因分析：
下面主要针对曲线要素和曲线地段在各种不同环境下的不利因素对四号线CJD1和五号线RJD2两曲线的进行综合分析比较。
2.1外轨超高设置
列车在曲线上行驶对轨道产生离心力，为了使车体内倾所产生的重力内向分力来平衡这种离心力，曲线需设置外轨超高，以下为CJD1与RJD2曲线要素（见表2）：
根据表2，在曲线长度、曲线加宽、列车低速行驶时，调高曲线外轨超高，设置适当的过超高可以有效的抑制小半径曲线侧面磨耗的快速发展，延长钢轨的使用寿命。
2.2小半径曲线地段坡度的设置
CJD1和RJD2两曲线地段的坡度（见表3）：
可见，CJD1曲线处于42‰和26‰两个下坡地段中，而RJD2曲线处于43‰和55‰两个大坡度上坡地段中，列车以20 km/h低速通过此曲线地段时爬坡行驶，加剧了钢轨磨耗的发展。小半径曲线地段设置较大的上坡坡度为RJD2曲线的一大不利因素。
2.3道床类型
CJD1和RJD2两曲线地段的道床类型（见表4）：
表4：CJD1与RJD2曲线道床类型对比
曲线 CJD1 RJD2
道床类型 碎石道床 整体道床
RJD2地段设置整体道床虽然具有较好的整体性，轨道几何尺寸不易改变，但相对于碎石道床来说，道床的弹性能力较差，列车在行驶的过程中产生的荷载不能得到有效的扩散，是RJD2小半径曲线地段磨耗快速发展的重要原因之一。
2.4其他不利因素
RJD2小半径曲线地段还存在对行车不利的其他因素，这些因素都在一定程度上影响了该曲线钢轨磨耗的加剧。以下为CJD1和RJD2的平面线路图对比：
CJD1平面图
RJD2平面图
2.4.1 竖曲线的设置
RJD2小半径曲线在同一地段同时存在平面曲线和多处不同方向的竖曲线，使列车在通过该地段时轮轨关系复杂，造成钢轨磨耗加剧发展。
2.4.2 夹直线的设置
RJD1曲线与RJD2曲线之间的夹直线（见图3）
图3
RJD1与RJD2曲线之间的夹直线为13.9m，根据《铁路线路设计规范》标准，同向曲线间夹直线一般设置50~80m，困难地段时夹直线可减至25m。两曲线间夹直线过短时，列车从前一曲线通过夹直线进入后一曲式线的运行过程中，因外轨超高和曲线半径不同，未被平衡的横向加速度频繁变化，引起车辆左右摇摆，造成钢轨不规律、不均匀磨耗。
2.4.3 轨距的变化
根据《地铁设计规范》标准，按车辆为B型车考虑设置加宽值（见表5）：
JD1和RJD2两曲线地段的轨距加宽15mm，但于RJD2小半径曲线侧磨磨耗的快速发展，造成轨道不能保持良好的轨距状态，轨距偏大，使车轮与钢轨的内接情况不好,增加车辆的不稳定性和横向力,由于横向惯性运动，将增加导向力和冲击角,引起在行车过程中列出蛇形运动,使钢轨磨耗加剧发展。
3 结语：
通过现场检测数据和不同工况环境分析，总结广州地铁直线电机模式小半径曲线钢轨磨
耗分析得出以下结论：
1） 列车在低速行驶通过小半径曲线的情况下，曲线设置适当的过超高可以有效抑制小半径曲线磨耗的发展。
2） 小半径曲线地段应避免设置较大上坡坡度，造成列车爬行行驶通过曲线，以减小钢轨磨耗。
3） 小半径曲线地段应设置弹性性能、整体性性能较高的道床，使列车传递至钢轨、轨枕的荷载能有效扩散，以减小钢轨磨耗。
4） 避免在同一地段既存在平面曲线又存在竖曲线的设置，造成列车在通过曲线时的受力状态更加复杂化，以减小钢轨磨耗。
5） 两曲线之间的夹直线应尽量满足困难地段25m的设计要求，以避免列车通过曲线时车体摆动造成的不规律磨耗。
6） 保持良好的轨距或适当减小轨距加宽，以限制列车在行驶当中的蛇形运动幅度，改善轮对通过曲线时的条件，使列车平稳行驶，降低了轮轨之间的导向力和冲击角，从而可以达到减小磨耗的目的。
参考文献
[1] GB 50157－2003 地鐵设计规范[S]. 北京: 中国计划出版社, 2003.
[2] 铁运〔2006〕146号铁路线路修理规则[S]. 北京: 铁道部办公厅, 2006.
[3] 陈秀芳.轨道工程[M].北京中国建筑工业出版社，2005；27.
[4] 彭齐放. 小半径曲线钢轨侧面磨耗的探讨[J]. 铁道勘测与设计，2004,第5期总第137期.
作者简介：张文彬，男，26岁，本科学历，铁道工程助理工程师，工作于广州地铁运营事业总部，从事地铁线路维修养护工作。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
关键词：钢轨小半径曲线磨耗
Abstract:Based on the test data and field observations, this speech describes the rail wear situation of sharp curve rail since the year of the Guangzhou subway line No.5 opening, analyzes the reasons for the accelerating the rail wear, comes up with the measures for slowing down the wear according to the actual situation.
Key words: rail；sharp curve rail；wear
中图分类号：U231+.2文献标识码：A 文章编号：
前言：
广州地铁四号线CJD1和五号线RJD2均为100m小半径曲线，采用L型直线电机列车，该类列车车轮仅起承载的作用，其牵引力不受轮轨之间的粘着条件影响，而是通过列车切割磁场产生电磁推力。本文对该两条相同半径的曲线进行全面比较，以检测数据和现场实际情况为基础，分析在小半径曲线地段影响钢轨磨耗加重的各种因素，以供参考。
1 磨耗现状：
2011年广州地铁四、五号线小半径曲线第二季度磨耗季检，对四号线CJD1、五号线RJD2现场检测数据汇总，得出以下对比数据（见表1）：
四号线CJD1经过5年的开通运营，磨耗情况相对较稳定，平均总磨耗为3.0mm。五号线RJD2经过1年半的开通运营，侧面磨耗和垂直磨耗急速发展，最大侧磨以达到14.97mm，根据《广州地铁线路维修规程》的相关规定，此磨耗情况已达到钢轨轻伤标准，该段曲线伤损钢轨已在2011年7月完成更换。
2 原因分析：
下面主要针对曲线要素和曲线地段在各种不同环境下的不利因素对四号线CJD1和五号线RJD2两曲线的进行综合分析比较。
2.1外轨超高设置
列车在曲线上行驶对轨道产生离心力，为了使车体内倾所产生的重力内向分力来平衡这种离心力，曲线需设置外轨超高，以下为CJD1与RJD2曲线要素（见表2）：
根据表2，在曲线长度、曲线加宽、列车低速行驶时，调高曲线外轨超高，设置适当的过超高可以有效的抑制小半径曲线侧面磨耗的快速发展，延长钢轨的使用寿命。
2.2小半径曲线地段坡度的设置
CJD1和RJD2两曲线地段的坡度（见表3）：
可见，CJD1曲线处于42‰和26‰两个下坡地段中，而RJD2曲线处于43‰和55‰两个大坡度上坡地段中，列车以20 km/h低速通过此曲线地段时爬坡行驶，加剧了钢轨磨耗的发展。小半径曲线地段设置较大的上坡坡度为RJD2曲线的一大不利因素。
2.3道床类型
CJD1和RJD2两曲线地段的道床类型（见表4）：
表4：CJD1与RJD2曲线道床类型对比
曲线 CJD1 RJD2
道床类型 碎石道床 整体道床
RJD2地段设置整体道床虽然具有较好的整体性，轨道几何尺寸不易改变，但相对于碎石道床来说，道床的弹性能力较差，列车在行驶的过程中产生的荷载不能得到有效的扩散，是RJD2小半径曲线地段磨耗快速发展的重要原因之一。
2.4其他不利因素
RJD2小半径曲线地段还存在对行车不利的其他因素，这些因素都在一定程度上影响了该曲线钢轨磨耗的加剧。以下为CJD1和RJD2的平面线路图对比：
CJD1平面图
RJD2平面图
2.4.1 竖曲线的设置
RJD2小半径曲线在同一地段同时存在平面曲线和多处不同方向的竖曲线，使列车在通过该地段时轮轨关系复杂，造成钢轨磨耗加剧发展。
2.4.2 夹直线的设置
RJD1曲线与RJD2曲线之间的夹直线（见图3）
图3
RJD1与RJD2曲线之间的夹直线为13.9m，根据《铁路线路设计规范》标准，同向曲线间夹直线一般设置50~80m，困难地段时夹直线可减至25m。两曲线间夹直线过短时，列车从前一曲线通过夹直线进入后一曲式线的运行过程中，因外轨超高和曲线半径不同，未被平衡的横向加速度频繁变化，引起车辆左右摇摆，造成钢轨不规律、不均匀磨耗。
2.4.3 轨距的变化
根据《地铁设计规范》标准，按车辆为B型车考虑设置加宽值（见表5）：
JD1和RJD2两曲线地段的轨距加宽15mm，但于RJD2小半径曲线侧磨磨耗的快速发展，造成轨道不能保持良好的轨距状态，轨距偏大，使车轮与钢轨的内接情况不好,增加车辆的不稳定性和横向力,由于横向惯性运动，将增加导向力和冲击角,引起在行车过程中列出蛇形运动,使钢轨磨耗加剧发展。
3 结语：
通过现场检测数据和不同工况环境分析，总结广州地铁直线电机模式小半径曲线钢轨磨
耗分析得出以下结论：
1） 列车在低速行驶通过小半径曲线的情况下，曲线设置适当的过超高可以有效抑制小半径曲线磨耗的发展。
2） 小半径曲线地段应避免设置较大上坡坡度，造成列车爬行行驶通过曲线，以减小钢轨磨耗。
3） 小半径曲线地段应设置弹性性能、整体性性能较高的道床，使列车传递至钢轨、轨枕的荷载能有效扩散，以减小钢轨磨耗。
4） 避免在同一地段既存在平面曲线又存在竖曲线的设置，造成列车在通过曲线时的受力状态更加复杂化，以减小钢轨磨耗。
5） 两曲线之间的夹直线应尽量满足困难地段25m的设计要求，以避免列车通过曲线时车体摆动造成的不规律磨耗。
6） 保持良好的轨距或适当减小轨距加宽，以限制列车在行驶当中的蛇形运动幅度，改善轮对通过曲线时的条件，使列车平稳行驶，降低了轮轨之间的导向力和冲击角，从而可以达到减小磨耗的目的。
参考文献
[1] GB 50157－2003 地鐵设计规范[S]. 北京: 中国计划出版社, 2003.
[2] 铁运〔2006〕146号铁路线路修理规则[S]. 北京: 铁道部办公厅, 2006.
[3] 陈秀芳.轨道工程[M].北京中国建筑工业出版社，2005；27.
[4] 彭齐放. 小半径曲线钢轨侧面磨耗的探讨[J]. 铁道勘测与设计，2004,第5期总第137期.
作者简介：张文彬，男，26岁，本科学历，铁道工程助理工程师，工作于广州地铁运营事业总部，从事地铁线路维修养护工作。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。