武汉地铁DTVI—2扣件弹条断裂原因分析与措施探讨

范浩?刘源?李群

摘 要 本文对武汉轨道交通6号线DTVI2型扣件弹条断裂进行跟踪监测，统计弹条断裂区域的曲线半径、左右股、钢轨内外侧、线路平顺型等数据，并将弹条送专业检测单位检测。根据统计数据及弹条质量检测结果分析弹条断裂原因，提出针对性整改措施，减缓弹条断裂情况。

关键词 轨道；DTVI-2扣件；弹条；断裂

引言

DTVI-2型扣件是专门针对地铁特点而研制的弹性分开式扣件，是一種大范围应用于国内地铁的成熟扣件，其采用无螺栓弹条结构，部件简单、承压均匀，且能够减少涂油、复拧等工作，从而降低工作量，提高工作效率。武汉轨道交通6号线2016年12月28日正式开通运营，线路全长35.93km，设37站，主要采用DTVI-2型扣件。武汉地铁轨道交通6号线首次采用此种扣件形式，在开通运营3个月后开始出现弹条断裂情况，并有逐渐增加的趋势，严重影响轨道线路的正常运营。为此，本文针对此种情况进行深入分析并提出相应的整改措施，以减缓弹条断裂情况。

1 DTVI-2扣件弹条断裂情况统计

武汉轨道交通6号线于2017年3月开始出现DTVI-2型扣件弹条断裂现象，截至2018年5月，共断裂DTVI-2型扣件弹条3819件，平均每月断裂252件。武汉轨道交通1号线、2号线、3号线、4号线每月弹条断裂数量分别为1件、8件、12件、4件，而武汉轨道交通6号线作为新运营线路，每月断裂弹条数量达到255件，极为不正常。

根据统计，武汉轨道交通6号线弹条断裂均发生在半径小于或等于400m的小半径曲线地段。以弹条断裂情况最为严重的轻工大学至园博园北上行YJD56曲线为例，曲线全长467m曲线半径400m，弹条断裂总数为1231件，其中曲上股断裂78件，占比6.33%，曲下股断裂1153件，占比93.7%。钢轨内测断裂836件，占比68%，钢轨外侧断裂395件，占比32%。断裂位置均位于弹条前肢（大圆弧）处。

2 弹条断裂原因分析

根据弹条断裂数据统计及质量检测结果，本文认为影响其断裂的因素如下：

2.1 轨道振动

根据上述数据统计，弹条断裂现象集中在小半径曲线地段的曲下股。通过现场观测及测量，曲下股均存在一定的波磨情况，曲线半径越小，波磨情况越严重。武胜路至琴台区间，曲下股最大波磨已达到0.6，园博园北至轻工大学曲下股最大波磨已达0.4，波长52～120mm。列车行驶在这一区段时振动幅度明显大于直线地段，且噪音较大。由于波长短，钢轨在列车的反复荷载作用下会存在高频振动。而扣件系统作为约束钢轨自由移动的部件，钢轨的高频振动荷载将会反作用于扣件弹条，当荷载超过扣件弹条极限承受强度时，弹条将会断裂。北京交通大学做过相应试验研究，e型弹条的动态应力应变增大的最本质原因就是受到与其共振频率相同的激扰作用而引发弹条共振，使弹条振动强度增大，从而使弹条受力更复杂，引发弹条断裂。而地铁线路中钢轨波磨病害是其主要激扰源[1，2]。

2.2 轨道局部不平顺

由于隧道结构存在不均匀沉降，影响了轨道结构的几何尺寸，使轨道结构的平顺性降低，局部区域存在钢轨空吊。列车经过时存在会产生晃车、振动现象，进一步增加扣件弹条的受力，影响弹条的使用寿命。

2.3 钢轨焊缝平直度不良

由于前期施工时焊缝平直度控制精度较差，导致在焊缝接头附近出现焊缝不平顺问题，列车经过焊缝时会对钢轨产生一定的冲击力，进而影响弹条的受力。焊缝平直度对弹条的使用寿命影响较为明显，当焊缝不平顺性明显时，弹条动应力幅值较平顺线路显著增大，会加快弹条疲劳伤损；弹条动应力幅值和轮对通过瞬间突变应力幅值均随焊缝不平顺波深增大而线性增大[3]。

2.4 弹条质量问题

DTVI-2扣件弹条设计弹程为10.5mm时，扣压力应为8.25kN，而送检弹条扣压力检测结果分别为7.78kN、7.70kN、8.08kN，均小于设计扣压力。亦即说明在弹条受力相同时，弹条趾端实际位移大于设计位移。在列车荷载反复作用下，弹条的实际振动幅度大于设计振动幅度，进一步加快弹条疲劳断裂。

2.5 弹条安装不规范

DTVI-2扣件弹条设计规范要求弹条就位以其最小圆弧内侧与铁座端部相距8～10mm为准，不得顶紧或距离过大。而在实际安装过程中可能将弹条安装过紧，使得弹条个别部位出现应力集中，降低弹条的强度。

3 弹条断裂整治措施

3.1 钢轨打磨

钢轨打磨主要包括钢轨波浪形磨耗打磨以及钢轨焊缝接头打磨，缓解列车经过时钢轨的振动现象，有效降低弹条断裂数量。目前武汉轨道交通6号线经过对园博园北至轻工大学区间钢轨接头的打磨，该区间每个天窗点弹条断裂数量相比前期有明显下降趋势。

3.2 加强线路日常维修保养，消除轨道线路不平顺

持续优化线路质量，开展无缝线路应力放散、轨道几何尺寸精调等工作。加强对线路检查，发现线路不平顺现象时应及时进行维修保养，保证轨道线路保持良好状态。另外，应加强对隧道结构沉降观测，以避免因隧道沉降影响轨道线路质量。

3.3 更换弹条

加强对使用弹条的质量检测，淘汰劣质弹条。此外，选取园博园北至轻工大学区间断裂最严重曲线地段，将原有弹条更换为全新的DTVI-2扣件弹条以及不同类型的全新弹条，对比两种不同弹条的服役情况，最后择优选取其中一种替换弹条断裂区域弹条。

3.4 规范安装流程

严格按照DTVI-2扣件弹条设计规范要求进行弹条安装，弹条小圆弧内侧与铁座端部不得顶紧或距离过大，必须遵守8～10mm的标准。此外，在安装过程中，不应使用铁锤大力敲打，应用专用工具进行安装，避免安装不当导致弹条质量受损而加速弹条断裂。

3.5 合理选择轨道减振形式

初始设计时，针对小半径曲线应选择合理减振形式，减缓小半径曲线的振动。此外，为减缓小半径曲线钢轨波磨的产生和发展，可采取增设钢轨TRD调频阻尼器等措施，吸收有害振动能量，抑制共振，从而有效控制弹条断裂现象。

参考文献

[1] 肖宏，马春生，郭骁，等.e型扣件弹条断裂原因频谱分析[J].同济大学学报（自然科学版），2017，45（7）：1000-1008.

[2] 郭骁.地铁e型弹条扣件系统疲劳伤损机理研究[D].北京：北京交通大学，2016.

[3] 刘小军，赵春发，张徐.钢轨焊缝不平顺对扣件弹条动应力的影响分析[J].西南科技大学学报，2015，（4）：20-24.