作者：刘建利 温永磊 李静敏
出版社：中国铁道出版社
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地铁轨道维护技术试读：
前言
随着城市建设和地铁的快速发展，大力发展城市轨道交通已成为解决城市交通拥挤的必然选择，当前我国城市轨道建设已进入大规模建设发展时期，全国已有54个城市正在开展城市轨道交通工程的规划和建设工作。
城市轨道交通运营中，轨道作为关键的组成部分，是列车运行的基础。轨道从设计、施工及运营维护经历了50多年的漫长岁月，积累了丰富的经验，非常有必要将轨道管理和运营维护保养的经验以及解决问题的思路和方法进行提炼和总结，编著成书，以与业内人士交流和共享。
西安地铁运营分公司总经理祁国俊、原北京城建设计研究总院轨道交通院副总工程师曾向荣，对该书的撰写给予极大关注，并在百忙之中为本书作序，这是对编者的殷切勉励，衷心感谢。西安地铁是个人成长的沃土，事业发展的平台，正是公司积极向上的学习氛围，博大精深的技术资源，才促成此书的出版。
在编写过程中，有幸得到了西安地铁运营分公司党委书记刘峻峰，中铁第一勘察设计院集团有限公司于鹏，北京城建设计发展集团股份有限公司郑瑞武，南京地铁郭满鸿，西安地铁王超等专家的大力支持、帮助，中国铁道出版社为本书出版创造了条件，在此对本书策划、审稿、指导、帮助的领导和各位专家深表感谢。
本书是城市轨道交通轨道维护者集体智慧的结晶，编写主要参考文献附在书末，在此向其作者及单位表示衷心的感谢。
由于编写人员水平有限，加之轨道结构技术还在不断地更新和发展，本书难免有疏漏之处和不当之处，敬请读者批评指正。
编者2016年9月第1章轨道交通线路概述1.1线路
1.1.1 概述
在我国轨道交通系统中，广义的线路是指由路基、桥隧建筑物（桥梁、涵洞、隧道等）和轨道组成的一个整体的工程结构。狭义的线路就是轨道，它是由钢轨、轨枕、道床、道岔、联结零件和防爬设备等主要部件组成的系统性的工程结构。
1.轨道结构的特点
轨道结构除了要求具有足够的强度、稳定性和耐久性等基本特征外，还必须满足以下要求：（1）具有足够的弹性，使列车运行所引起的振动与噪声控制在容许范围内。（2）具有一定的绝缘性能，以减少杂散电流对周围金属构件的电腐蚀。（3）尽可能选用通用件，减少轨道结构零部件的备品备料，减少日常养护工作量。
2.地铁线路的分类
对城市轨道交通的线路专业来讲，地铁线路按敷设方式可分为地下线、地面线、高架线；应按其运营中的功能定位可分为正线（干线与支线）、配线和车场线。配线包括车辆基地出入线、联络线、折返线、停车线、渡线、安全线等。
线路敷设方式主要根据城市总体规划和地理环境条件，因地制宜选定。在城市中心区宜采用地下线；在中心城区以外地段，宜采用高架线；有条件地段也可采用地面线。
地下线路埋设深度，应结合工程地质和水文地质条件，以及隧道形式和施工方法确定；隧道顶部覆土厚度应满足地面绿化、地下管线布设和综合利用地下空间资源等要求。地面线应按全封闭设计，具备防淹、防洪能力，同时处理好与城市道路红线及其道路断面的关系。
1.1.2 运营线路的种类
城市轨道交通的线路按照其在运营中的用途，可分为正线、车场线（转为基地的站场线路）。
1.正线：正线为载客运营并贯通全线车站的线路，一般为双线，分上行和下行线路。当线路分叉时，可细分为干线和支线。一般情况下，在正线上分岔以侧向运行的线路为支线，直向运行线路为干线。支线通过配线连接干线，可混合运行，也可独立运行。由于主线与支线有主次地位之分，所以干线、支线应单独正名，但其技术标准没有区分。
2.车场线：设于车辆段或者停车场的线路。主要提供列车停、检、修的线路，或各种维修车辆停放的线路。如：牵出线、检修线、静调线、洗车线等。
3.配线：原称“辅助线”，现改称“配线”。凡在正线上分岔的，为配合列车转换线路或运行方向等某些运营功能服务的，并增加运行方式灵活性的线路，统称为配线。根据功能需求，可作以下分类：（1）车辆基地出入线：简称为“出入线”，从正线上分岔引出至车辆基地的线路。（2）联络线：设置在两条不同正线之间，为各种车辆过渡运行的线路。（3）折返线：为列车折返运行的线路。（4）停车线：为故障列车待避、临时折返、临时停放或夜间停放列车的线路。（5）渡线：设置在正线线路左右线之间，为车辆过渡运行的线路。或在平行换乘站内，为相邻正线线路之间联络的渡线。（6）安全线：对某些配线的尽端线，或在正线上的接轨点前，根据列车运行条件，设置在设计停车点以外，具有必要的安全距离的线路，以避免停车不准确发生冒进的安全问题。
1.1.3 线路平面和纵断面
1.线路中心线
用路基横断面上的O点在纵向的连线表示的。O点为距外轨半个轨距的铅垂线AB与路肩水平线CD的交点。如图1-1所示。
线路的空间位置是由它的平面和纵断面决定的。
图1-1 路基横断面
2.线路平面
线路中心线在水平面上的投影，表示线路平面状况。线路平面由直线、圆曲线和缓合曲线等组成。
城市轨道线路受都市建筑群的影响，设置曲线是不可避免的，在困难地段，小半径曲线能大量节省工程费用，但不利于运营，特别是曲线限制行车速度时，影响更为严重。因此必须根据设计线的具体情况，综合工程与运营的利弊，选定设计线合理的最小曲线半径。
线路平面曲线半径应根据车辆类型、列车设计运行速度和工程难易程度经比选确定。最大曲线半径标准关系到线路的铺设、养护、维修可否达到要求的精度，进而影响到轨道平顺状态，曲线也不易保持圆顺，间接成为限制列车运行速度，甚至是影响安全的一大因素。
3.线路纵断面
线路纵断面是沿线路中心线所作的铅垂剖面展直后、线路中心线的立面图，表示线路起伏情况，其高程为路肩高程。它是由长度不同、陡缓各异的坡段组成。
从行车角度来讲，线路坡度应尽可能平缓。但受城市地质条件以及穿越市区的河流等地理条件的影响，有时必要设置较大的坡度。由于区间隧道施工采用盾构法，有条件采用“高站位、低区间”纵断面形式。这样一是节省车站工程费用，二是列车进站时有利于制动，出站下坡有利于加速，节能省电，减少隧道温升。这种线形必须在区间线路的最低处设置排水泵房，以排除区间隧道渗漏水和其他积水。（1）线路坡度
①坡度的概念。相邻两坡段的坡度变化点称为变坡点。对同一坡段来讲，上坡的起点称为坡底，终点称为坡顶。同一坡度所持续的水平长度或距离称为坡长。
②坡度值。坡段特征由坡段长度和坡度值来表示，坡度值为该段两端变坡点的高差与坡段长度的比值，以表示。上坡取正，下坡取负，平坡为零。《地铁设计规范》（GB 50157—2013）规定：正线的最大坡度宜采用30‰，困难地段最大坡度可采用35‰。在山地城市的特殊地形地区，经技术经济比较，有充分依据时，最大坡度可采用40‰；联络线、出入线的最大坡度宜采用40‰。区间隧道由于排水的需要，线路最小坡度宜采用3‰；困难条件下可采用2‰。区间地面线和高架线，当具有有效排水措施时，可采用平坡。
车站宜布置在纵断面的凸型部位上，可根据具体条件，按节能坡理念，设计合理的进出站坡度和坡段长度；车站站台范围内的线路应设在一个坡道上，坡度宜采用2‰。当具有有效排水措施或与相邻建筑物合建时，可采用平坡。
线路坡段长度不宜小于远期列车长度，并应满足相邻竖曲线间的夹直线长度不小于50m的要求。
道岔宜设在不大于5‰的坡道上。在困难地段应采用无砟道床，尖轨后端为固定接头的道岔，可设在不大于10‰的坡道上。
车场内的库（棚）线宜设在平坡道上，库外停放车的线路坡度不应大于1.5‰，咽喉区道岔坡度不宜大于3.0‰。（2）竖曲线
竖曲线就是在线路纵断面变坡点处设置的与坡段线相切的曲线。
两相邻坡段的坡度代数差等于或大于2‰时，应设圆曲线型的竖曲线连接，这样可以有效的改善列车的运行条件，避免列车通过变坡点时脱钩，以保证行车安全和平顺。竖曲线的半径不应小于表1-1的规定。
表1-1 最小竖曲线半径（m）
车站站台有效长度内和道岔范围内不得设置竖曲线，竖曲线离开道岔端部的距离不应小于5m。因为道岔的尖轨和辙叉应位于同一平面上，如将其设在竖曲线的曲面上，则道岔的铺设与转动都有困难；同时道岔的导曲线和竖曲线重合，列车通过道岔的平稳性降低。
竖曲线与缓和曲线或超高顺坡段在有砟道床地段不得重叠。因为在竖曲线范围内，轨面高程以一定的曲率在变化。缓和曲线范围内，外轨高程以一定的超高顺坡在变化。如两者重叠，一方面在轨道铺设和养护时，外轨高程不易控制；另一方面外轨的直线形超高顺坡和圆形竖曲线，都要改变形状，影响行车的平稳。在无砟道床地段竖曲线与缓和曲线重叠时，每条钢轨的超高最大顺坡率不得大于1.5‰。1.2线路附属设备
线路附属设备是指不直接承担列车运营但附属于线路的其他相关设备，主要包括里程指示、标识标志、排水设备、道口及挡车器等安全设备。
线路附属设备主要有以下几个方面：
1.线路标志：主要包括百米标、坡度标、曲线要素标、平面曲线起终点标、竖曲线起终点标、道岔编号标、站名称、桥号标、水位标等线路标志，还包括与轨道专业有关的信号标志，如警冲标、停车位置标、限速标等。
各种标志宜采用反光材料制作。警冲标应设在两设备限界相交处，其余标志应安装在行车方向右侧司机易见的位置，且必须严格执行限界的规定，安装牢固。（1）线路标志及信号标志的式样应符合标准图的规定，并经常保持完整、位置正确、标志鲜明。（2）线路标志在单线上顺计算里程设于线路右侧，在双线上各设于本线列车运行方向右侧。（3）各种标志（警冲标除外）应设在钢轨头部外侧不小于2m处。不超过钢轨顶面的标志，可设在距钢轨头部外侧不小于1.35m。（4）警冲标设在会合线路两线间距为4m的起点处中间，有曲线时按限界加宽办法加宽；两线间距不足4m时，应设在两线最大间距的起点处中间。
2.道口：是指铁路轨道与公路的平面交叉，城轨在正线一般不设置道口。（1）道口宜采用橡胶面板，材质及规格应符合设计要求。（2）基本轨与护轮轨轮缘槽宽度，直线上应为70～100mm，曲线内股应为90～100mm，轮缘槽深度应为45～60mm，护轨两端做成喇叭口，距护轨终端300mm处弯向线路中心，其终端距钢轨工作边不小于150～180mm。（3）钢轨在道口范围内不得有接头，不能避免时应进行焊接或冻结。
3.车挡：是设置在线路尽端避免列车运行失控冲出线路的重要安全设施。
车挡根据其制动类型可分为以下五类形式：滑移式车挡（含绝缘）、液压缓冲固定式车挡、液压缓冲滑移式车挡（含绝缘）、固定式车挡、特殊规格车挡。（1）正线及配线、试车线、牵出线的终端应采用缓冲滑动式车挡。地面和地下线终端车挡应能承受列车以15km/h速度撞击的冲击荷载，高架线终端车挡应能承受列车以25km/h速度撞击的冲击荷载；特殊情况可根据车辆、信号等要求计算确定。（2）车场线终端宜采用固定式车挡，设计撞击速度应不低于5km/h。（3）库内线宜采用摩擦式车挡或月牙式车挡，设计撞击速度应不低于3km/h。
安装距离：在线路允许的前提下，挡车器的安装距离不宜短于15～25m，如图1-2所示。
图1-2 滑移式车挡安装示意图（单位：mm）
4.防脱护轨：高架桥线路的下列地段或全桥范围应设防脱护轨，防脱护轨应设置在钢轨内侧。（1）高架桥上R≤500m曲线圆缓点前后，圆曲线部分20m，缓和曲线部分30m（曲线下股钢轨的内侧铺设）。（2）高架桥上竖曲线和缓和曲线重叠地段（曲线下股钢轨的内侧铺设）。（3）高架桥跨特大河（靠近线路中心线一股钢轨的内侧铺设）。
以常用的DPⅡ-60型防脱护轨为例，其装置主要由支架、护轨、扣板、绝缘缓冲垫片及护轨紧固螺栓等组成，采用《热轧轻轨》（GB/T 11264—2012）标准轧制的15kg/m轻轨作护轨，标准长度为8m，轮缘槽宽度一般采用71～78mm，根据安装地段支承块的实际间距，为避免累积误差，应在现场就地钻孔加工。DPⅡ-60型防脱护轨结构如图1-3所示。
图1-3 DPⅡ-60型防脱护轨装置结构图
防脱护轨（DPⅡ-60型）的设置原则：（1）半径不大于500m曲线地段的缓圆（圆缓）点两侧，其缓和曲线部分不小于缓和曲线长的一半并不小于20m、圆曲线部分20m范围内，曲线下股钢轨旁。（2）高架桥跨越城市干道、铁路及通航航道等重要地段，以及受列车意外撞击时易产生结构性破坏的高架桥地段及其以外各20m范围内，在靠近双线高架桥中线侧的钢轨旁。（3）竖曲线与缓和曲线重叠处，竖曲线范围内两根钢轨旁。（4）防脱护轨应设置在钢轨内侧。1.3限界
列车运行过程中，它的外轮廓线始终与周围的一切建筑物和各种设备的轮廓之间，一直保持着一个空间性的安全距离。
所谓限界，就是运行主体的动轮廓线与周围建筑设备的表轮廓线之间，在空间范围内安全间隔的警戒线。
地铁限界包括车辆限界、设备限界和建筑限界。
1.车辆限界：可按隧道内外区域，分为隧道内车辆限界和隧道外车辆限界；也可按列车运行区域，分为区间车辆限界、站台计算长度内车辆限界和车辆基地内车辆限界；可按所处地段分为直线车辆限界和曲线车辆限界。
2.设备限界：可按所处地段分为直线设备限界和曲线设备限界。
3.建筑限界：可分为隧道建筑限界、高架建筑限界、地面建筑限界。隧道建筑限界可按工程结构形式分为矩形隧道建筑限界、马蹄形隧道建筑限界和圆形隧道建筑限界。
相邻区间线路，当两线间无墙、柱或设备时，两设备限界之间的安全间隙不应小于100mm；当两线间有墙或柱时，应按建筑限界加上墙或柱的宽度及其施工误差确定。
图1-4为直线段明挖区间地铁限界图，减振地段根据轨道要求加深轨道结构高度。
图1-4 地铁限界图（单位：mm）第2章钢轨与联结零件
轨道是地铁的主要技术装备之一，是行车的基础。轨道一般是由钢轨、轨枕、道床、扣件、联结零件等组成，另外还包括道岔、钢轨伸缩器、减振轨道结构、附属设备及安全设备等。钢轨是铁路轨道的主要组成部件，它的作用是引导机车车辆的正常运行，直接承受由车轮传来的荷载及因温度变化所产生的温度附加力等，并把它传布给路基或桥隧建筑物，减少振动和噪声。所以轨道结构必须坚固稳定，并具有正确的几何形位，与结构等强、匹配合理、弹性连续，以确保机车车辆的安全、环保、舒适运行。2.1钢轨
2.1.1 钢轨基础知识
1.钢轨的作用与性能
钢轨从外形上来分，可分为轨头、轨腰和轨底三部分，截面为工字形，如图2-1和图2-2所示。
图2-1 钢轨示意图
图2-2 钢轨截面图（1）钢轨的作用
钢轨是轨道的主要组成部件之一，用于引导机车车辆行驶，依靠本身的刚度和弹性直接承受列车的荷载并分布传递于扣件、轨枕、道床及路基。同时，为车轮的滚动提供阻力最小的接触面。在电气化区段，钢轨兼作供电接触网的回流线及信号轨道电路之用途。（2）钢轨的基本性能及要求
钢轨是作为一根支承在连续弹性基础或点支承上的无限长梁进行工作的。它主要承受轮载作用下的弯曲应力，但是也必须有能力承担轮轨接触点上的接触应力，以及轨腰与轨头或轨底连接处可能产生的局部应力和温度变化作用下的温度应力。在轮载和温度应力的作用下，钢轨产生复杂的变形，主要有压缩、伸长、弯曲、扭转、压溃、磨耗等，因此钢轨需要具备以下性能要求：
①轨面特征：钢轨是轨道的主要组成部件。它的功用在于引导机车车辆的车轮前进，承受车轮的巨大压力，并传递到轨枕上。所以钢轨必须为车轮提供连续、平顺和阻力最小的滚动表面。
②刚度特征：钢轨依靠本身的刚度抵抗轮载作用下的弹性弯曲，但是为了减轻车轮对钢轨的动力冲击作用，防止机车车辆走行部分及钢轨的折损，又要求钢轨具有必要的弹性。
③强度特征：车轮与钢轨之间接触面积很小，而来自车轮的压力却十分巨大，为使钢轨不致被压陷或磨耗太快，钢轨应具有足够的强度、硬度。但硬度太高，钢轨又容易受冲击而折损，因此，要求钢轨具有一定的韧性。
为使列车能够安全、平稳和不间断地运行，钢轨除必须充分发挥上述诸功能外，还应保证在轮载和轨温变化作用下，应力和变形均不超过规定的限值。
2.钢轨的类型（1）按质量分类：钢轨的类型，以每米大致质量kg表示。
目前，我国铁路的钢轨类型主要有75kg/m、60kg/m、50kg/m及43kg/m。为完成上述功能，对钢轨质量、断面、材质三要素均提出了相应的要求。
城市轨道交通的线路，正线、配线及试车线宜采用的60kg/m钢轨，车辆基地线路宜采用50kg/m钢轨。（2）按单根钢轨长度分类，我国钢轨标准长度为12.5m和25m两种，对于75kg/m钢轨只有25m长一种。
在曲线轨道中，由于曲线内股的长度小于外股的长度，为避免钢轨接头的前后偏差，普遍使用厂制标准缩短轨。对于12.5m标准系列的缩短轨有短40mm、80mm、120mm三种；对于25m轨的有短40mm、80mm、160mm三种。（3）按钢轨的化学成分分类：主要有U71Mn钢轨、U74钢轨、PD2钢轨、PD3钢轨、稀土钢轨、U75V钢轨、U71MnG钢轨、U75VG钢轨。
以城市轨道交通线路为例，建设前期采用U71Mn钢轨，随着运营的发展，为了提高小半径曲线的耐磨性，目前各大城市地铁普遍采用U75V钢轨。
3.钢轨的标志
钢轨厂家的标志轧制在轨腰上，凸起的标志为厂标、钢轨类型、钢种代号、制造日期，凹下的标志为炉罐号。厂家的钢轨标志示例如图2-3所示。
图2-3 厂家的钢轨标志示例
4.钢轨断面设计
作用于直线轨道钢轨上的力主要是竖直力，其结果是使钢轨挠曲。因为钢轨被视为支承在连续弹性基础上的无限长梁，而梁抵抗挠曲的最佳断面形状为工字形。钢轨断面设计应满足下面要求：（1）为使钢轨有较大的承载能力和抗弯能力，钢轨腰部必须有足够的厚度和高度。轨腰的两侧为曲线。轨腰与钢轨头部及底部的连接，必须保证夹板能有足够的支承面。（2）钢轨底部直接支承在轨枕顶面上。为保持钢轨稳定，轨底应有足够的宽度和厚度，并具有必要的刚度和抵抗锈蚀的能力。（3）钢轨的头部顶面宽、轨腰厚、轨身高及轨底宽是钢轨断面的四个主要参数。为使钢轨轧制冷却均匀，要求轨头、轨腰及轨底的面积分配，有一个较合适的比例。
50kg/m和60kg/m钢轨断面几何尺寸如图2-4和图2-5所示。
钢轨类型及相关尺寸如表2-1所示。
2.1.2 钢轨伤损
1.钢轨的材质和机械性能
钢轨的材质和机械性能主要取决于钢轨的化学成分、物理力学性能、金属组织及热处理工艺。
钢轨中的化学成分除含铁（Fe）外，还含有碳（C）、锰（Mn）、硅（Si）及磷（P）、硫（S）等元素。碳对钢的性质影响最大。提高钢的含碳量，其抗拉强度、耐磨性及硬度均迅速增加。但含碳量过高，也会使钢轨的伸长率、断面收缩率和冲击韧性显著下降。因此，一般含碳量不超过0.82％。
图2-4 50kg/m钢轨断面图（单位：mm）
图2-5 60kg/m钢轨断面图（单位：mm）
表2-1 钢轨类型及相关尺寸
锰可以提高钢的强度和韧性，去除有害的氧化铁和硫夹杂物，其含量一般为0.6％～1.0％。锰含量超过1.2％者称中锰钢，其抗磨性能很高。
硅易与氧化合，故能去除钢中气泡，增加密度，使钢质密实细致。在碳素钢中，硅含量一般为0.15％～0.30％，提高钢的含硅量也能提高钢轨的耐磨性能。
磷与硫在钢中均属有害成分，磷过多（超过0.1％），使钢轨具有冷脆性，所以磷、硫的含量必须严格加以控制。
为提高钢轨耐磨和抗压性能，还应对钢轨进行全长淬火处理。它是采用电感应加热的方法，以局部改变轨头钢的组织，从而提高钢轨的强度和韧性。
2.钢轨伤损的定义
钢轨缺陷主要是指钢轨在制造过程中遗留的缺陷（白点、气泡、缩孔、偏析等）。钢轨伤损主要是指钢轨在使用过程中发生的折断、裂纹、磨耗以及其他影响和限制钢轨使用性能的各种状态。（1）钢轨折断。钢轨折断后在断口上能观察到明显的疲劳断口称为疲劳断裂，在断口上不能观察到明显的疲劳断口称为脆性断裂。（2）钢轨裂纹。钢轨裂纹是指钢轨表面或内部的部分金属发生分离。（3）钢轨其他伤损。钢轨其他伤损是指除折断和裂纹外，影响钢轨使用性能的磨耗、压溃、压陷、凹陷、波浪形磨耗、弯曲变形、表面缺陷、外伤腐蚀等伤损。（4）钢轨伤损状态是指钢轨伤损的宏观形貌特征，它直接记录和反映了伤损的发展过程和结果。
3.钢轨伤损标准
钢轨伤损标准按照伤损的程度可分为轻伤、重伤和折断三类。其标准如下：（1）钢轨轻伤标准
①钢轨头部磨耗超过下表2-2所限之一者。
②轨头下颚透锈长度不超过30mm。
③钢轨低头（包括轨端踏面压伤和磨耗在内）超过3mm（用1m直尺测量最低处矢度）。
④轨端或轨顶面剥落掉块，其长度超过15mm，深度超过4mm。
⑤钢轨顶面擦伤深度达到1～2mm，波浪型磨耗谷深超过0.5mm。
⑥钢轨轨面接触疲劳裂纹，单条长度超过15mm且深度超过6mm。
表2-2 钢轨头部轻伤磨耗标准
注：1.总磨耗=垂直磨耗+1/2侧面磨耗。
2.垂直磨耗在钢轨面宽1/3处（距标准工作边）测量。
3.侧面磨耗在钢轨踏面（按标准断面）下16mm处测量。
4.曲线磨耗测量方法，缓和曲线每10m一点，圆曲线每20m一点进行定点磨耗值测量，如光带异常同时测量正矢及轨距。（2）钢轨重伤标准
①钢轨头部磨耗超过下表2-3所限之一者。
②轨头下颚透锈长度超过30mm。
③轨端或轨顶面剥落掉块，其长度超过30mm，深度超过8mm。
④钢轨在任何部位变形（轨头扩大、轨腰扭曲或鼓包等），经判断确认内部有暗裂。
⑤钢轨锈蚀，除锈后轨底边缘处厚度不足5mm或轨腰厚度不足8mm。
⑥钢轨顶面擦伤深度超过2mm。
⑦钢轨低头，用1m直尺测量最低处矢度，包括轨端轨顶面压伤和磨耗在内，超过3.5mm。
⑧在任何部位有裂纹，包括核伤（黑核、白核）等。
表2-3 钢轨头部磨耗重伤标准（3）钢轨折断标准
钢轨折断是指发生下列情况之一者：
①钢轨的全截面至少断成两部分。
②裂纹贯通整个轨头截面。
③裂纹贯通整个轨底截面。
④钢轨顶面上有长度大于50mm且深度大于10mm的掉块。
4.钢轨伤损产生的原因分析
钢轨伤损从探伤专业角度可分为五大类，分别是：钢轨核伤、钢轨接头部位伤损、钢轨纵向水平和垂直裂纹、钢轨轨底裂纹、钢轨焊缝缺陷（详见2.3.2）。（1）钢轨核伤
钢轨核伤在专业上称为轨头横向裂纹。核伤的产生原因是由于钢轨冶炼和轧制过程中材质不良或使用过程中的缺陷，在列车重复载荷作用下形成应力集中，疲劳源不断扩展，逐渐发展而形成。核伤主要产生的部位在钢轨头部内侧，随着核伤直径增大，钢轨承载能力急剧下降，极易发生钢轨折断，因此，它是钢轨伤损中危害最大的伤损之一。
①材质缺陷形成的核伤。钢轨在制造过程中，由于冶金缺陷和钢锭切除不充分，钢锭内部存在白点、气泡、偏析、非金属夹杂物和残留缩孔的缺陷，经辊轧后形成片状缺陷存在于轨头中，在列车载荷的重复作用下，这些缺陷产生的疲劳源逐步扩展，形成有危害的核伤。这类原因形成的核伤具有光亮、平坦的表面，称为“白核”（如图2-6所示），当白核发展到轨面与空气接触氧化后称为“黑核”。
②接触疲劳形成的核伤。由于车轮与钢轨间接触应力的过大，在列车荷载多次作用下，先产生轨头顶面剥离或其他表面伤损，然后发展成核伤。一般核伤源位于轨头内侧上角距离顶面和侧面5～15mm的范围内（如图2-7所示）。
图2-6 材质原因引起的核伤
图2-7 接触疲劳引起的核伤
③侧磨严重形成的核伤。轨头侧面磨耗通常发生在小半径缺陷外股钢轨处。当曲线外股钢轨的轮轨接触面为两点接触时（轨头踏面与车轮踏面接触、轨头侧面与车轮轮缘接触），轮轨滑动量增加和摩擦力增大，在轨头全长部位将形成明显的侧面磨耗、垂直磨耗和辗边，有可能在轨头下颚的辗边处形成疲劳裂纹并导致钢轨横向疲劳断裂。
④鱼鳞破损形成的核伤。在列车单向运行线路上，小半径曲线上股轨头内侧表面经常发生鱼鳞状破损。鱼鳞状裂纹与一般的金属破裂和剥离不一样，裂纹的尖端会成为疲劳源，形成核伤（如图2-8所示），这种原因产生的核伤发展速度快且呈多面核伤。
图2-8 鱼鳞状破损形成的核伤（2）钢轨接头伤损
钢轨接头是线路的薄弱环节，钢轨接头部位主要伤损有螺孔裂纹、下颚裂纹和马鞍形磨耗等伤损。
①螺孔裂纹。产生的原因主要是钻孔不当、接头冲击过大、线路养护不良等。
②轨头下颚裂纹。它的形成，主要是长期受到过大的偏载，水平拉力及轨头挠曲应力的复合作用；其次是钢轨接头采用斜坡支撑夹板，使轨颚承受上拉力，加之养护作业不良，以及机车车辆的蛇行运动产生的横向作用力等多方面因素同时作用的结果。由于外侧应力大于内侧，因此，下颚裂纹往往具有从外向内逐渐扩展的特点。（3）钢轨纵向水平和垂直裂纹
由于钢轨制造过程中存在缺陷，轧制成钢轨后，缺陷呈片状残留在轨头、轨腰、轨底中，与钢轨纵向平行，呈水平或垂直状态出现。纵向垂直裂纹会向外鼓起形成鼓泡裂纹。在曲线地段由于偏载作用，在钢轨颚部或轨腰会产生水平裂纹。（4）钢轨轨底裂纹
钢轨轨底裂纹形成原因主要有以下几点：
①轨腰垂直纵向裂纹向下发展成轨底裂纹。
②轨底锈坑或划痕发展形成的轨底横向裂纹。
③钢轨轧制过程中轨底存在缺陷，加之轨底与垫板之间不密贴，使轨底局部产生过大应力，造成轨底横向裂纹。
④焊接工艺不良，产生过烧、未焊透、气泡、灰斑等内部缺陷，造成轨底横向裂纹。2.2钢轨接头及轨缝
普通线路，钢轨与钢轨之间用夹板和螺栓连接，称为钢轨接头。钢轨接头联结零件是由夹板、螺栓、弹簧垫圈等组成。其作用是在接头处把钢轨与钢轨、钢轨与道岔连接成具有与钢轨一样的整体性，以承受车轮通过钢轨接头处所产生的冲击力、纵向力、横向水平力及因温度变化钢轨所产生的温度附加力等，在抵抗弯曲和位移的同时，还要满足钢轨伸缩的要求。
2.2.1 钢轨接头
1.接头的形式
钢轨接头的联结形式按其相对于轨枕位置，可分为悬空式和承垫式两种。按两股钢轨接头相互位置来分，可分为相对式和相错式两种。我国一般采用相对悬空式，即两股钢轨接头左右对齐，同时位于两接头轨枕间。
2.接头的分类
钢轨接头按其性能及用途又可分为普通接头、绝缘接头、冻结接头、胶结接头、异形接头、伸缩接头及减振接头等。（1）普通接头
用于前后同类型钢轨的正常连接，如图2-9所示。（2）绝缘接头
用于两个自动闭塞区段的交界处，以确保轨道信号电流不能从一个闭塞分区传到另一个闭塞分区，主要有普通高强绝缘接头和和胶接绝缘接头两种，如图2-10所示。
图2-9 普通接头
图2-10 绝缘接头（3）冻结接头
通过机械手段将螺杆与螺栓孔之间的空隙全部进行填塞，使接头部分所有构件实现冻结，不产生任何位移，多用于无缝线路道岔区。（4）胶结接头
把绝缘接头部分全部胶结为一个整体，由厂家制作成为成品或是进行现场交结。可以有效地改善接头绝缘性能和受力状态，增强钢轨接头阻力。（5）异形接头
异形接头用于两种不同型号钢轨的联结，又称过渡接头。异形夹板的两端，分别与不同型钢轨相吻合，异形接头的联结，应使两钢轨工作面轨距线与轨顶最高点水平线都一致。目前普遍使用异形钢轨，如用P60钢轨一端轧制成P50轨的断面，将该异形轨作过渡，衔接60km/m与50kg/m线路。（6）伸缩接头
伸缩接头又称温度调节器。伸缩接头由基本轨与尖轨相贴组成，二者共同安装于一块通长垫板上，温度发生变化时，尖轨位置不变，而基本轨向钢轨外侧伸缩，如图2-11所示。（7）减振接头
减振接头又称承越式接头，当车轮通过轨缝时，减振夹板的顶面与钢轨顶面同时接触车轮，可减小车轮通过轨缝的折角和台阶，减缓车轮的冲击振动，如图2-12所示。
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