（交通运输规划与管理专业论文）铁路钢轨伤损管理研究.pdf

中文摘要 钢轨是铁路轨道设备的重要组成部分，它直接承受列车运行过程中产生的动载 荷，铁路钢轨伤损的日常管理工作是保证铁路线路安全、平稳和不间断运营的重 要手段。本文通过分析国内外钢轨伤损管理的现状，对钢轨伤损管理相关数据进 行规范和整合，并在此基础上对钢轨伤损的“状态修”闭环管理方式进行了深入 研究。 钢轨伤损“状态修 闭环管理强调对钢轨状态的把握，要求能够通过对钢轨状 态的变化趋势进行分析预测，钢轨伤损管理相关数据是实现钢轨伤损“状态修 闭环管理的基础和关键。论文对钢轨伤损相关数据分类和来源进行了详细的描述 和分析，并按照“状态修”的要求对钢轨伤损数据进行了规范和整合，为研究钢 轨伤损“状态修管理提供了准确规范的数据基础。 在规范整合钢轨伤损相关数据的基础上，需要对数据进行充分合理的利用才能 保证钢轨伤损“状态修 管理的实现。论文对钢轨伤损相关数据的运用进行了深 入分析，针对不同管理层级对数据进行了微观和宏观的分级运用管理，在分析钢 轨生命周期一般规律的基础上，对“状态修 思想指导下的钢轨伤损闭环管理进 行了研究，并在积累钢轨伤损数据的基础上对钢轨疲劳周期预测进行了初步研究。 论文将研究成果运用于昆明局钢轨伤损管理信息系统，该系统是昆明铁路局工 务安全生产管理信息系统中的一个子模块，目前在昆明铁路局运行良好，论文对 该系统的实施情况进行了介绍。 关键词：钢轨伤损；数据规范；状态修；闭环管理；钢轨疲劳 分类号：u 2 1 6 3 a b s t r a c t r a i li s 趾i m p o r t a n tc o m p o n e n to fr a i l 、a yt r a c kf a c i l i t i e s ，w h i c hs u s t a i n st h e d y n a m i cl o a do ft r a i nm o v e m e n td i r e c t l y t h ed a i l ym a n a g e m e n to fr a i l d e f e c ti st h e m a i nm e a n st oa s s u r et h eo p e r a t i o no ft h er a i lt r a c ki ns a f e t y , s t a b i l i t ya n di n c e s s a n c y a f t e rt h ea n a l y s i so ft h er a i ld e f e a tm a n a g e m e n ts t a t u sh o m ea n da b r o a d ，t h i sp a p e rh a s m a d eas t u d yo fr a i ld e f e c tc o n d i t i o n - m a i n t e n a n c ec l o s e - l o o pm a n a g e m e n to nt h eb a s e o fs t a n d a r d i z i n ga n di n t e g r a t i n go ft h er a i ld e f e c td a t a t h ek e yp o i n to fr a i ld e f e c tc o n d i t i o n - m a i n t e n a n c ec l o s e - l o o pm a n a g e m e n ti s g a s p i n gt h es t a t eo fr a i l a t t e m p t i n gt oa n a l y z ea n df o r e c a s tt h et r e n do ft h es t a t e ，i t f o c u s e so nt h ed a t aw h i c hr e l a t e st or a i ld e f e c t a c c o r d i n gt ot h er e q u e s to fs u p p o r t i n g t h er e s e a r c ho nr a i ld e f e c tc o n d i t i o n - m a i n t e n a n c ec l o s e - l o o pm a n a g e m e n t ，t h i sp a p e r h a sa n a l y z e dt h ec l a s s i f i c a t i o na n do r i g i no fr a i ld e f e c td a t aw h i c hh a sb e e n s t a n d a r d i z e da n di n t e g r a t e da sw e l l t oe n s u r et h er e a l i z a t i o no fr a i ld e f e c tc o n d i t i o n - m a i n t e n a n c ec l o s e l o o pm a n a g e m e n t b a s i n go nt h es t a n d a r d i z a t i o na n di n t e g r a t i o no f t h er a i ld e f e c td a t a , u s i n gt h ed a t af u l l y a n dr e a s o n a b l yi sr e q u i r e d t h i sp a p e rh a sa n a l y z e dt h eu s eo fr a i ld e f e c td a t ad e e p l y a n dr e a l i z e dt h em i c r o c o s m i ca n dm a c r o s c o p i c a lm a n a g e m e n to fr a i ld e f e c td a t af o r t h e d i f f e r e n tm a n a g e m e n tl e v e l s b yt h ea n a l y s i so ft h ei n v e s t i g a t i o no nr a i ll i f e c y c l e ，t h i s p a p e rh a sm a d eas t u d yo nr a i ld e f e c tc o n d i t i o n m a i n t e n a n c ec l o s e - l o o pm a n a g e m e n t ， a n dh a sr e s e a r c ht h em o d e l i n gi s s u e so fr a i ld e f e c tf a t i g u ec y c l ep r e d i c t i o n t h i sp a p e rh a sa p p l i e dt ot h er e s e a r c ha c h i e v e m e n to nr a i l w a yr a i ld e f e c t s m a n a g e m e n ti n f o r m a t i o ns y s t e mo fk u n m i n gr a i l w a y sb u r e a u , w h i c hi s t h es u b m o d u l eo fr a i l w a ye n g i n e e r i n ga n dm a i n t e n a n c ei n f o r m a t i o nm a n a g e m e n ts y s t e mo f k u n m i n gr a i l w a y sb u r e a u t h i ss y s t e mh a sb e e nr u n n i n gw e l l ，a n dt h i sp a p e rh a s i n t r o d u c e dt h ei m p l e m e n t a t i o no fi t k e y w o r d s ：r a i ld e f e c t ；d a t as t a n d a r d i z a t i o n ；c o n d i t i o n m a i n t e n a n c e ；c l o s e - l o o p m a n a g e m e n t ；r a i lf a t i g u e c i 。a s s n 0 ：l7 2 16 3 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解北京交通大学有关保留、使用学位论文的规定。特 授权北京交通大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索， 提供阅览服务，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。 同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名：砌i 攀峙 导师签名： 签字日期：溯9 年6 月 i 才7 郴 签字日期：砷年易月帅 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研 究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或 撰写过的研究成果，也不包含为获得北京交通大学或其他教育机构的学位或证书 而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作 了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名： 签字日期：年月日 致谢 本篇论文的选题、基础资料收集、论文写作、修改定稿等相关工作是在我的 导师王福田副教授的悉心指导下完成的，因此论文同样凝聚着导师大量的心血和 汗水，在此对王老师给予我的关心和指导致以最衷心的感谢。 在攻读硕士研究生的两年时间里，王福田副教授以及刘仍奎副教授对我一直 不倦教诲和关怀鼓励，不仅传授专业知识、科研方法，在生活上还给予了我莫大 的关心和帮助。两位导师严谨的治学态度、渊博的学识、科学的工作方法、孜孜 不倦的敬业品德和诲人不倦的精神是我一生的楷模。我所取得的每一点进步、每 一份成绩都包含着两位导师无微不至的关怀、鼓励和引导，因此再次向王老师和 刘老师致以最衷心的感谢。 在实验室工作及撰写论文期间，课题组的方圆老师以及徐鹏、姜海洋、黄远 春、郭然、李中海、柳波、汤国防、杨砾和王雪霏同学对我的工作给予了热情帮 助，在此向他们表达我的感激之情。同时感谢李琦、谢芳同学在两年时间里给予 我的关心和帮助。 最后感谢我的父母，他们永远是最爱我的人，永远在我的背后默默地支持着 我，他们是我能够专心完成学业最坚实的依靠。 1 绪论 1 1 论文的背景和意义 钢轨作为轨道的主要部件之一，直接承受车轮荷载并将其传于轨枕。由于钢 轨本身的材质和结构的原因以及在动载荷的作用下钢轨产生的疲劳，钢轨将发生 各种伤损( 剥离、掉块、核伤、孔裂、轨头裂纹等) 。这些伤损的存在，不仅会影 响列车的高速和平稳运行，且当伤损积累到一定程度时，将大大降低和削弱行车 安全性。2 0 0 0 年1 0 月1 7 日，一列高速列车以1 8 5 k m h 的速度从伦敦驶往l e e d s 的途中，在通过曲线时发生出轨事故，造成严重交通事故，车上1 8 2 人，4 人死亡， 7 0 人受伤，其原因为曲线外侧钢轨的疲劳裂纹扩展导致钢轨断裂所引起【l 】。 随着我国经济的快速发展，人员和物资流通的需求正以飞快的速度增长着。 而铁路在中长途旅客和货物运输以及关系到国计民生的重要战略物资运输中所承 担的责任正日益增大。2 1 世纪是以高速、重载、高效、安全为特征的时代，我国 铁路路网干线正向着高速、重载铁路方向发展。2 0 0 7 年底，我国铁路总营业里程 已达到7 7 9 6 5 9 公里，在国家铁路中，营业里程为6 3 4 1 1 7 公里，其中复线罩程达 到2 5 7 9 3 9 公里，电气化铁路罩程为2 4 0 4 6 6 公里，正线无缝线路里程为5 6 3 5 5 1 公晕，分别占营业里程的4 0 7 、3 7 9 和8 8 9 t 羽。从1 9 9 7 年到今天，中国铁路 共进行了六次大面积提速，特别是2 0 0 7 年4 月1 8 日零时，中国铁路第六次大面 积提速，在前5 次提速调图铁路运输能力逐步提升的基础上，第六次大面积提速 中客货运输能力分别再增加1 8 和1 2 以上【3 】，特别是在主要干线开行时速2 0 0 公里及以上动车组、大面积开行5 0 0 0 吨级货物列车和一大批先进技术装备的投入 运用，标志着我国铁路既有线提速水平已跻身世界先进行列。第六次提速在中国 铁路发展史上是一个重要的里程碑，对推进我国铁路现代化建设、促进国民经济 又好又快发展产生了积极的影响。今后，我国高速铁路、重载铁路建设速度将大 幅度提高。 我国铁路运输的全面提速以及高速重载铁路运输的快速发展导致了钢轨的服 役寿命严重降低，同时由于行车密度的提高，行车间距的缩短，可用于钢轨伤损 养护维修的作业时间却在不断减少，运营与维修的矛盾同益尖锐，行车安全隐患 也潜在的增多，尽管工务部门在钢轨伤损管理设备和信息化上有一定的投入，但 由于管理基础薄弱，钢轨状态条件与运输要求的矛盾仍然十分突出，钢轨伤损发 展形势日趋严峻。从1 9 9 0 年到2 0 0 1 年我国铁路全路正线伤损钢轨数量具体数据 如下图1 1 【4 】所示。 3 0 2 5 2 0 王5 1 0 5 o 2 5 4 3 1 9 9 01 9 9 11 9 9 21 9 9 31 9 9 42 0 0 02 0 0 1 图1 - 1 我国钢轨全路正线伤损钢轨数量【4 】 f i g u r e1 - 1a m o u n to fd e f e c t e da n df a i l u r er a i l si nc h i n ar a i l w a ym a i nl i n e 在这种情况下，近年来工务部门坚持了“线桥结构现代化，施工作业机械化， 企业管理科学化 的方针，在全路六次大面积提速工作的推动下，线桥结构现代 化和施工作业机械化取得了显著进步，企业管理科学化的薄弱环节愈显突出，为 确保行车安全，必须从根本上改变钢轨伤损管理，在科学管理的同时利用现代信 息技术对钢轨伤损实行系统、动态、高效的管理。 1 2 论文的主要研究内容 本文以铁路钢轨伤损管理为研究对象，在分析现行铁路钢轨伤损管理方式的 基础上，针对现行铁路钢轨伤损管理中存在的一些问题，以“状态修钢轨伤损 管理理念为指导，对铁路钢轨伤损相关数据进行规范整合，研究钢轨伤损相关数 据的合理运用，深入讨论铁路钢轨伤损的动态、科学、信息化管理。论文主要研 究内容如下： ( 1 ) 研究分析国内钢轨伤损管理的现状 在我国铁路既有线的全面提速和铁路高速重载化的快速发展的情况下，为确 保铁路生产运输的安全性，对铁路钢轨伤损管理提出了动态、节俭、高效的新要 求，目前我国钢轨伤损管理仍然处于“故障修”管理阶段，在钢轨管理中实行伤 损后再修理以及成段大修换轨等措施，已经不能满足当前铁路大发展对钢轨伤损 管理的要求。论文通过查找资料分析和研究国内外钢轨伤损管理的现状，总结出 国内钢轨伤损管理存在着管理理念落后、检测数据管理不规范、钢轨伤损管理信 息化不足等方面的不足之处。 ( 2 ) 分析整合钢轨伤损管理的相关数据 钢轨伤损管理相关数据的规范和整合是钢轨伤损管理研究的基础，论文对钢 2 轨伤损管理的相关重要数据进行收集，分析了钢轨伤损管理的数据分类和数据来 源，从钢轨检测数据、钢轨基础数据、钢轨运营数据和钢轨字典数据四个方面将 钢轨伤损管理数据内容和格式进行了规范；重点研究了不同钢轨检测方式中检测 数据的规范和标准化问题，以及精确累计通过总重的计算问题，并在此基础上对 钢轨伤损数据进行了以单根钢轨为中心的关联和整合工作。 ( 3 ) 钢轨伤损“状态修 闭环管理 在对钢轨伤损管理相关数据进行规范和整合的基础上，论文讨论研究了钢轨 伤损“状态修 闭环管理，在分析钢轨生命周期一般规律的基础上，探讨了在“状 态修 思想指导下的钢轨伤损闭环管理。同时，钢轨疲劳周期预测作为钢轨伤损 “状态修 闭环管理的一个重要部分，论文对其中的钢轨疲劳影响因素、钢轨疲 劳趋势曲线以及钢轨疲劳模型进行了初步的研究。 ( 4 ) 案例：昆明铁路局钢轨伤损管理信息系统 论文将研究成果运用于昆明局钢轨伤损管理信息系统，该系统是昆明铁路局 工务安全生产管理信息系统中的一个子模块，论文介绍了该子系统在昆明局工务 现场的实施情况。 2 国内外铁路钢轨伤损管理的现状 2 1 国外铁路钢轨伤损管理现状 2 1 1 国外铁路钢轨伤损管理概况【5 1 【6 胴【8 l 由于钢轨的状态和使用寿命将直接影响到铁路运输安全，世界上各国纷纷投 入大量资金和科研力量研究钢轨伤损管理状况，从而保证铁路运输安全进行，促 进钢轨的合理使用和资源的最大利用，延长钢轨的使用寿命，节省钢材资源。日 本、法国和德国铁路的钢轨伤损管理大致情况如下： ( 1 ) 日本。日本新干线的钢轨伤损管理全面贯彻预防性修理的指导思想，即 设定预防性极限值，在该阶段内实施修理，而事后修理即设备状态恶化形成病害 再进行修理则属个别特殊情况。该修理原则为新干线线路质量均衡、安全平稳运 行打下了扎实基础。新干线由日本客运公司进行管理，公司设立线路检查中心， 钢轨检测采用大型探伤车探测、小型探伤仪核查的方式进行，探伤周期为每年两 次。探伤车发现重伤钢轨后，信息立即传输到保线所( 区) ，由保线所( 区) 通知 修理公司立即更换；探伤车发现了其它的钢轨伤损后，保线所( 区) 必须在一个 月内用小型探伤仪进行核查。对于不能利用大型探伤车检查的地段，则采用小型 探伤仪探铡，重点为焊接焊缝、普通接头、已有伤损标记及加固夹板等处所。 ( 2 ) 法国。法国铁路将轨道、车辆及其相互作用与轨道维修作为一个系统来 考虑。用大型钢轨探伤车动态检查线路钢轨状态，检查结果作为制定短期和中期 维修作业计划的依据。 ( 3 ) 德国。德国对铁路线路钢轨伤损的日常检测以大型探伤车为主，只是对 道岔站线和需对大型探伤车的检测结果做复核的地段运用小型探伤仪和人工检查 同时采用先进的轨道维修管理技术，根据钢轨的实际状态制定维修计划，进行日 常保养、预防性计划维修和紧急补修。 2 1 2 国外铁路钢轨伤损管理的核心思想 钢轨伤损管理作为铁路线路养护维修的一个部分，国外铁路的主要特点是按 设备的状态进行必要的适度维修，即“状态修”。线路“状态修”是以线路设备运 用状态为基础，通过监测手段来掌握线路设备的工作状态，对照状态标准分析确 4 定线路设备是否处于正常状态，在线路设备状态临近失效控制线但尚未出现故障 时，进行适当和必要的维修，做到既不失修也不过剩修，避免养护维修中的盲目 性，使设备始终处于可靠受控状态例。 在欧洲由英国钢轨制造公司( c o r u s ) 、法国国铁( s n c f ) 和巴黎交通局( 脚) 联合组成钢轨研究和发展组织近几年来对钢轨寿命周期预测的研究工作一直在进 行着，在世界其他各国铁路线上，从高密度的客货混运线到高速客运专线上，都 进行着钢轨伤损发展状态测试工作【1 0 1 。主要是从钢轨运用和钢轨寿命周期模型两 个方面进行研究。 在钢轨运用方面，不同的列车类型、轨道结构对钢轨产生了不同的影响，例 如，小半径曲线地段的外股钢轨受侧磨影响比较大，而重载铁路的内股钢轨压溃 现象严重。因此，欧洲各国铁路的钢轨选择需要根据其所起的功能来决定，如线 路曲线半径、轴重、列车速度和历史伤损情况，这样做的目的就是减少钢轨使用 成本、发挥线路功能和可靠性，同时减少钢轨养护和更换的成本【i 。 在钢轨寿命周期模型方面，必须结合现场轨道条件和钢轨状态。c o r u s 公司对 欧洲各国铁路网提供的钢轨进行持续的在线钢轨监测工作，已经持续了1 0 年时间， 积累了大量的数据和经验【1 2 】。c o r u s 公司在此基础上开发了一套合适的模型来预测 钢轨寿命，目的是减少轨道系统的全寿命周期成本，加强轨道系统的安全性和有 效性。 2 1 3 国外铁路钢轨伤损检测 检测数据受到了各国铁路的重视，线路的检测是获得线路设备技术状态信息、 掌握线路设备变化规律、编制维修作业计划和分析设备病害的主要依据。近年来， 随着计算机和检测技术的发展，大型钢轨探伤车和高水平的小型探伤仪为线路钢 轨的“状念修提供了技术支持，其动态检测资料为线路的养护维修提供了科学 的依据。大型钢轨探伤车已经广泛运用与美国、日本、法国、德国等国家铁路钢 轨伤损的检测，手推式小型探伤仪仅仅是用来进行复查，检测结果直接通过网络 传输到相关部门，并建立相应的管理系统来处理检测的数据，指导钢轨的维修工 作。美国、同本、法国、德国等国家的铁路运输普遍不如我国繁忙，在钢轨探伤 周期上一般较长，如美国的货运线路每年只探伤1 2 遍，客运线路也仅探伤2 3 遍 【7 1 。同时，国外普遍采用大型钢轨探伤车以及先进的小型探伤仪对钢轨进行检测， 检测数据容易收集和保存，有助于钢轨预测模型的体验和完善。 5 2 1 4 国外铁路钢轨伤损管理信息化建设 国外铁路钢轨伤损管理已基本上实现了信息化管理，从7 0 年代初开始应用计 算机为铁路钢轨伤损管理服务，利用先进的信息技术和手段收集工务部门通过钢 轨探伤车、探伤仪以及人工检测到的钢轨伤损信息( 包括断轨信息) ，统计和分析 钢轨伤损情况，从而及时有效地处理和监控伤损钢轨，确保铁路行车安全。准确 详尽地掌握钢轨伤损信息能够为工务部门制定钢轨探伤计划、换轨计划和钢轨使 用战略提供重要依据，从而合理利用维修资金并有效提高工作效率和管理水平。 加拿大在铁路维修方面开发了轨道管理系统、轨道维修咨询系统和轨道养护 维修辅助决策系统，是较早实现信息系统商品化的国家之一。轨道管理系统利用 大型探伤车动态检测数据结合现场人工测量数据，评判线路钢轨和各部件的质量 状态，并且结合线路运输状况预测钢轨伤损发展趋势。轨道维修咨询系统是对钢 轨动态检测数据进行管理和分析的系统，于9 0 年代在太平洋铁路中开始应用【1 3 1 。 轨道养护维修辅助决策系统在轨道维修咨询系统的基础上，定量预测钢轨伤损指 标的变化，结合线路设备的基本信息以及运输状况辅助制订钢轨和其他部件的更 换计划以及线路大中修计划。同时该系统注重对于维修信息的管理，考虑经济和 资源因素，制定各种计划，可以提高作业效率，合理分配资源，优化安排养修作 业。 其他各国具有代表性的信息系统有：英国的轨道养护、轨道更新计划决策、 费用估算支持系统( m a p p a s ) ，德国的轨道养护、轨道更新计划决策支持系统 ( s y s t e md y n a m i c s ) ，美国的钢轨更换计划辅助管理系统( r e p o m a n ) ，日 本的新干线信息管理系统( s m i s ) ，荷兰的轨道养护、轨道更新计划决策支持系统 ( b 1 n c o ) ，波兰的全面维护决策支持系统( d o n g ) 等【1 4 j i l 5 j 。 2 2 国内钢轨伤损管理现状 2 2 1 钢轨伤损分类 钢轨伤损按程度分为轻伤、重伤和折断，轻伤和重伤的判定标准见附录a 、 附录b 和附录c ，同时当探伤人员、线路( 检查) 工长认为钢轨有伤损时，也可 判为轻伤或重伤【1 6 1 。 钢轨折断是指发生下列情况之一者【1 6 】： ( 1 ) 钢轨全截面断裂； ( 2 ) 裂纹贯穿整个轨头截面； 6 ( 3 ) 裂纹贯穿整个轨底截面； ( 4 ) 允许速度不大于1 6 0 k m h 区段钢轨项面上有长度大于5 0 m m 且深度大于 1 0 m m 的掉块，允许速度大于1 6 0 k m h 区段钢轨顶面上有长度大于3 0 m m 且深度大 于5 m m 的掉块。 2 2 2 钢轨运用管理 根据铁路线路维修规则的规定，线路上的钢轨类型应与运量、线路允许 速度和轴重相适应。允许速度大于1 2 0 k m h 的线路应采用6 0 k g m 及以上钢轨，小 半径曲线地段及重载线路应铺设全长淬火轨【1 6 1 。线路大修采用的钢轨类型应符合 表2 1 的规定。 表2 - 1 钢轨铺设标准q t a b l e2 - 1l a y i n gs t a n d a r do f r a i l w a yr a i l 1 6 1 年通过总重( m t ) w 锥1 0 01 0 0 w 年1 5 w 锥 1 5 钢轨类型( k g m ) 7 5 6 06 05 0 钢轨超过大修周期且伤损严重时，工务段应适当降低线路允许速度，以保证 行车安全。使用的新钢轨应符合相关技术条件，使用的再用轨应符合铁道旧轨 使用和整修技术条件的规定。 2 2 3 钢轨检测管理 我国铁路工务部门目前通过钢轨探伤车、小型探伤仪和人工探伤检测三种检 测方式对钢轨伤损进行检测。 铁道部和铁路局的钢轨探伤车，对每年通过总重不小于5 0 m t 或允许速度大于 1 2 0 k m h 的线路每年应至少检查2 遍，对每年通过总重不小于2 5 m t 的干线每年应 至少检查1 遍。特殊地段增加检查遍数由铁路局确定。钢轨探伤车检查的伤损应 采用探伤仪进行复树1 6 】。 同时钢轨探伤检查应实行定期检查制度，依据年通过总重、轨型等条件确定 钢轨探伤周期。 其他站线、专用线的线路和道岔每半年应检查1 遍。j 下线、到发线线路和道 岔钢轨探伤周期如下表2 2 所示。 7 表2 - 2 正线、到发线线路和道岔钢轨探伤周则1 6 1 t a b l e2 - 2m a i nl i n e 、r e c e p t i o n d e p a r t u r et r a c ka n ds w i t c h e si n s p e c t i o nc y c l eo fr a i l 【1 6 1 年探伤遍数 年通过总重( m t ) 7 5 k g m 、6 0 k g m 轨5 0 k g m 轨 4 3 k g m 及以下轨 8 01 0 5 0 8 081 0 2 5 5 0 789 8 2 56 78 8567 下列情况应适当增加探伤遍数：冬季；在桥梁上、隧道内、小半径曲线、大 坡道及钢轨状态不良地段；伤损数量出现异常，连续两个探伤周期内都发现疲劳 伤损( 如核伤、鱼鳞伤、螺孔裂纹、水平裂纹等) 地段；大修换轨初期( 7 5 k g m 、 6 0 k g m 钢轨为累计通过总重5 0 m t ，5 0 k g m 钢轨为累计通过总重2 5 m t ) 、超过大 修周期地段、钢轨与运量不匹配地段【1 6 1 。 无缝线路和道岔钢轨的焊缝除按规定周期检测外，应用专用仪器对焊缝全断 面探伤，每半年不少于1 次。对钢轨、道岔磨耗情况，每年应结合秋检全面检查1 次。对磨耗接近轻伤和重伤的钢轨和道岔，每季至少组织检查应1 次。 铁道部探伤车检查中发现问题，应及时向有关单位发出通知，并与每月末( 或 年底) 向铁道部提报月度( 或年度) 检测、分析报告：铁路局钢轨车检查中发现 问题，应立即通知工务段处理，检查后向有关单位通报检查结果，每月上旬( 或 年初) 向铁道部提报上月( 或上年度) 检查、分析报告。 发现重伤钢轨应立即通知线路车间和工务段调度，工务段每月应将钢轨探伤 进度及结果和其他方法检查发现的钢轨伤损情况分析后报铁路局。铁路局应每月 汇总分析后报铁道部【1 7 1 。 2 2 4 钢轨修理管理 我国铁路工务部门线路设备修理分为线路设备大修和维修。 线路设备大修的基本任务是根据运输需要及钢轨损耗规律，有计划、按周期 地全面更新钢轨或再用钢轨；单项大修包括成段更换新钢轨或再用轨、铺设无缝 线路等。其主要目的是消灭铁路钢轨相关设备长久积累下来的一切永久伤损，使 大修后的相关设备质量完全恢复到原有标准或达到更高标型 j 。 线路设备维修分为综合维修、经常保养和临时补修三类6 j ： ( 1 ) 综合维修：根据钢轨伤损变化规律和特点，以更换、整修钢轨伤损零部 8 件为重点，以大型养路机械为主要作业手段，按周期、有计划地对钢轨进行综合 性的维修。 ( 2 ) 经常保养：根据钢轨伤损变化情况，以养路机械为主要作业手段，对钢 轨进行有计划、有重点的经常性养护，以保持钢轨质量处于均衡状态。其主要任 务是焊补、打磨钢轨，整治接头病害，更换伤损钢轨，断轨焊复等。 ( 3 ) 临时补修：对于超过临时补修标准的钢轨伤损进行及时修理，更换( 或 处理) 折断、重伤钢轨及桥上、隧道内轻伤钢轨；更改达到更换标准的伤损夹板， 更换折断的接头螺栓、道岔护轨螺栓等。 2 3 国内钢轨伤损管理的不足 随着我国铁路的第六次全面提速，行车密度的提高，行车间距的缩短，可用 于养护维修的作业时间却在不断减少，运营与维修的矛盾日益尖锐，行车安全隐 患也潜在地增多，我国工务部门对钢轨伤损的管理上存在着以下几个主要的问题。 2 3 1 管理理念落后 目前我国工务部门对于钢轨伤损的管理方式仍然停留在“故障修 和“周期 修 的管理理念状态。“故障修 即出现病害后对病害点进行一些弥补性维修，这 种维修方式虽然在一定程度上避免了事故的发生，但由于不能全面把握钢轨伤损 状态的发展规律，对钢轨伤损的检测、维护和更换策略是发生后再处理，不能从 根本上消除安全隐患；“周期修即只要到了规定的预定作业时间，不管轨道技术 状态如何，都要进行规定的作业。这种维修方式虽然能在一定程度上提高轨道的 安全性，但是由于没有掌握钢轨伤损发展规律，不顾钢轨伤损发展情况，仅仅是 按照规定时间对钢轨进行维修作业，因此存在着一定的隐患，同时由于维修资源 分配不均容易造成能力的紧张和资源的浪费i i 引。 目前国际上随着钢轨伤损管理信息系统的运用和推广，钢轨伤损的管理理念 已经走向了“状态修”的阶段。所谓“状念修”是指按实际技术状态来确定作业 维修类型和时机，它不对钢轨的各种业务作业规定时间，而根据历史积累数据、 伤损的发展规律和最新的检测数据，在分析确定其技术状态的基础上选择最佳作 业类型和作业时机。这是一种按需要进行相关作业的方式，可以最优的分配人员 和设备等作业资源，充分发挥各种资源的能力，提高运用效率，减少作业工作量 和人为失误，降低运营成本。下表为三种管理模式的比较表。 9 表2 - 3 三种管理理念的比较 t a b l e2 - 3t h r e ed i f f e r e n tm a n a g e m e n tc o n c e p t i o n 修理方式内容存在问题适用伤损管理类型 伤损发生后进行维修 应考虑如何尽早地检测出伤损的 伤损率小， 故障修 保养发生，应将其控制在最小限度重要程度低 在伤损发生之前采取容易产生过量作业及产生人为失 周期修伤损率增大型 必要的维修保养误 通过检测数据和历史 需要掌握伤损规律和较好的检测伤损率稳定，伤损率减 状态修规律确定钢轨状态， 并采取必要的措施 工具，以便确定钢轨状态小型 2 3 2 检测数据管理不规范 国内铁路钢轨伤损检测设备落后，主要运用小型探伤仪和人工检测进行探伤 作业，对检测数据不能自动存储，需要人工的填写检测记录表。通过小型探伤仪 和人工钢轨检测的钢轨伤损信息要经过工区检查和汇总、工务段( 检测车间) 整理和分析后才能用于指导养护维修，时效性低、误差多，不能满足设备综合分 析的需要。 各个铁路局对于钢轨伤损检测数据并没有统一的格式和规范，钢轨伤损检测 月报、年报以及统计分析报表的格式各自不同，同一个铁路局下属的工务段上报 的统计分析报表的格式也不相同。各个铁路局对于钢轨伤损检测原始数据积累不 够重视，月报和年报仅仅是统计各种伤损类型的个数，对详细的伤损情况并没有 记录下来，详细的现场检测记录没有得到足够的重视，造成大量的钢轨伤损原始 数据的丢失。这对钢轨伤损发展规律的研究和钢轨寿命预测模型的建立带来了极 大的困难，同时也为建立统一、高效、科学的钢轨伤损管理以及钢轨伤损管理信 息系统造成了阻碍。 2 3 3 钢轨伤损管理信息化不足 目前我国国内已有一些钢轨伤损管理信息系统，具有代表性的系统如下： ( 1 ) 铁道部信息技术中心开发的铁路工务管理信息系统( p w m i s ) ，涵盖了 铁路工务部门的主要业务，应用了工务线路综合图的自动生成及工务大桥略图的 l o 自动生成技术，同时采用m a p x t r e m e 作为g i s 平台，并有b s 模式，目前已在一 些路局得到应用【1 9 1 。 ( 2 ) 北京铁路局使用的“北京铁路局工务地理信息查询系统 使用了 w e b g i s 、b s 技术，主要功包括工务设备地理信息发布、工务防洪地理信息查询、 工务综合信息查询等三个子系统f 2 0 l 。 ( 3 ) 南昌铁路局使用的“南昌铁路局铁路工务管理信息系统 利用该系统采 用m i c r a s t a t i o n 作为g i s 平台和d b 2 大型数据库实现了对铁路地形图、纵断面图、 配线图、综合图、线路表等进行查询、分析、管理及局域网发布【2 l 】。 这些系统在钢轨伤损管理方面仅仅是涉及了与钢轨相关的一些静态台账数据 的查询和展示功能，如钢轨基本信息查询，探伤仪器管理等，没有形成分级管理 体系，未能对钢轨伤损的数据进行收集和统计，没有能够对钢轨各方面相关数据 进行整合，没有实现对钢轨伤损等动态数据的管理，没有提供决策支持功能，各 个系统中相关钢轨伤损管理的功能可由表2 - 4 所示。由此可见，钢轨伤损管理信息 化在我国的运用并不广泛。同时由于目前工务系统中轨道不平顺的管理处于主导 地位，对于钢轨伤损的管理并不是十分的重视，这也是钢轨伤损信息化发展缓慢 的一个重要原因。 表2 - 4 钢轨伤损管理信息系统运用情况 t a b l e2 - 4a p p l i c a t i o no fr a i ld e f e c tm i si nc h i n ar a i l w a y 系统名称 使刚技术 钢轨伤损管理决策支持功能 铁路工务管理信息 m a p x t r e a 、 o r a c l e 静态台账数据的查询和展示无 系统( p w m i s ) 北京铁路局工务地 w e b g i s 、 d b 2 静态台账数据的查询和展示 无 理信息查询系统 南昌铁路局铁路工 m i c r a s t a t i o n 、 d b 2 静态台账数据的查询和展示无 务管理信息系统 3 铁路钢轨伤损数据分析 3 1 数据分类 铁路钢轨伤损管理的相关数据除了钢轨伤损检测数据以外，还包括设备基础 数据、铁路运营数据、字典数据。 钢轨伤损检测数据包括铁路工务部门通过检测仪器探伤或是人工钢轨探伤所 得到的探伤数据。 设备基础数据主要包括钢轨基本信息、线路基本数据( 连接零件数据、轨枕 数据、桥隧数据、坡度数据、曲线数据和路基数据等) 、站场基本信息、钢轨运用 信息和养护机械信息等。 铁路运营数据包括运输数据、调度数据和累计通过总重数据等。运输数据包 括确报和运报等，调度数据包括运行图数据和限速数据等，累计通过总重数据则 是由确报、实际运行图数据计算而来。 字典数据包括铁道部和各路局颁布的相关行业技术标准，以及铁路行业的基 础数据字典，如伤损标准和钢轨种类数据等。 3 2 数据来源 3 2 1 钢轨检测数据 目前国内主要通过钢轨探伤车、小型探伤仪和人工钢轨检测三种方式对钢轨 伤损进行检测。 3 2 1 1 钢轨探伤车 钢轨探伤车是指能够在铁路上运行并在行进当中对两根钢轨中的伤损同时进 行无损检测的专用车辆，钢轨探伤车一般都自带动力，也可由其他车辆牵引独立 编组运行。按钢轨探伤车检测原理可分为电磁钢轨探伤车和超声波钢轨探伤车两 类。目前实际使用的探伤车主要是超声波钢轨探伤车，由超声波探头、探伤信号 显示及记录系统、钢轨缺陷定位和特殊标记系统、记录分析仪器等组成。每个超 声波探头均配有供观察和照相用的阴极射线管，探头扫描的过程中，在暗室内与 1 2 车速同步的摄影机连续取得8 组探伤图片，由车载计算机自动检评系统进行实时 处理和分析，结果可打印出钢轨缺陷类型、部位、长度、缺陷与钢轨上明显特征 ( 如螺孔、接头等) 的距离等。目前探伤车探伤速度多在2 0 3 0 k m d 、时，能探测 轨腰宽度范围内轨头至轨底的各种内部伤损，可识别3 1 0 m m 的钢轨内部缺陷， 是目前自动化程度最高、技术难度最大的钢轨探伤设备，能够快速可靠地对在役 钢轨实施检测，代表着钢轨探伤设备的发展方a t 2 2 1 。 目前钢轨探车主要是有铁道部或是铁路局安排进行周期性的探伤工作，钢轨 探伤车用于正线探伤，探伤记录由探伤车自动保存，形成电子报表上传到铁道部 和各铁路局。 检测到得主要数据标准如表3 1 所示。 表3 - 1 钢轨探伤车数据标准 噩l b l e3 1d a t af o r m a to f r a i lf l a w d e t e c t i o nv 出i c l e 名称数据类型大小小数位描述关键字 线名 v a 疋h a r 2 1 0 y 行别 钐，汤a r 24y 里程n u m b e r83 y 伤损类型 v ，a r c h a r 2 1 0 y 部位坛“场a r 21 0 长度n u m b e r42 伤损描述 坛，汤a r 24 0 3 2 1 2 小型探伤小车 小型探伤小车是指能够在钢轨上推行并同时对钢轨进行检测的小型探伤仪， 将小型探伤仪装在特制的手推车上，由人工推动在单股钢轨上走行，对轨头内部 伤损进行探测。小型探伤仪由仪器、探头和作为运载工具的小车( 还起到扫查装 置的作用) 等三个部分组成，仪器一般有5 6 个独立的通道，可携带5 6 只探头同 时工作，能够对一股钢轨上不同部位、不同类型的缺陷同时进行检测，具有高效 率、低付出的特点，特别适用于我国的国情，也是我国钢轨探伤中使用的最主要 仪器。目前我国是主要使用j g t - 5 等型钢轨探伤仪均属于多通道a 型显示超声波 探伤仪【2 3 1 。 小型探伤仪由各个探伤工区按照探伤计划组织人员进行探伤作业，般一个 探伤班组需配备两台探伤仪，每班组应不少于七人( 嘹望条件较差地段必须增设 防护联络员) 。各探伤工区应有“一张表、两张图、一本两薄”，一张表：年度任 1 3 务计划安排表；两张图：钢轨探伤进度示意图，钢轨探伤看板管理图；一本两薄： 探伤工作日记本，钢轨伤损记录薄、重伤钢轨登记薄。探伤仪的线路探伤范围除 了正线外还包括站线和道岔钢轨伤损情况，探伤时发现伤损钢轨时，应及时按伤 情填写“钢轨伤损记录薄 ( 见表3 2 ) 和“重伤钢轨通知单 ( 见表3 3 ) 。 表3 2 钢轨记录表【1 3 i t a b l e3 - 2t h er a i l w a yd e f e c tn o t e s 1 3 1 上左直发 日线里轨轨枕伤损钢轨生产厂伤损备 下右曲现 期别程号类型编号家及熔炉号部位注 行股线 人 表3 3 重伤钢轨通知单【1 3 l t a b l e3 - 3r e q u i s i t i o no f r a i l w a ys e r i o u sd e f e c t s 3 l 以下是重伤钢轨应急时处理 股别发伤损 线里 普通 轨钢轨生产厂处理圈 现 部 长 伤损伤损 别程情况号左右及熔炉号意见不 者位度种类编号 年月日 养路- t 长( 签字)探伤t 班长( 签字) 3 2 1 3 人工钢轨检测 人工钢轨检测主要是对钢轨探伤车和小型探伤仪的补充检测，用探伤工人沿 轨道进行检测，配合小锤敲和镜子照以及目视直观检查，能够对钢轨外部伤损进 行检测【2 4 1 。人工探伤检测同样是由探伤工区按照探伤计划进行作业，探伤正线、 站线和道岔的钢轨伤损情况，检测数据记录填写形式与小型探伤仪相同，见表3 2 和表3 3 所示。 3 2 1 4 钢轨检测数据标准化 为满足钢轨伤损“状态修”理念的管理方式，便于积累钢轨伤损数据以及研 究钢轨伤损规律，需要更加规范和精确的钢轨伤损检测数据，通过论文前面对钢 轨伤损检测数据的来源、格式和内容的分析，论文将对检测数据的字段和格式进 行规范标准。 ( 1 ) 检测数据空间位黄信息标准化 1 4 钢轨伤损检测数据中需有详细的钢轨伤损的空间位置，目前现场工作中仅仅 只是将伤损的空间位置定位到某里程的某根钢轨处。从表3 2 和表3 3 可以看到， 钢轨探伤车和小型探伤仪的检测数据中描述的钢轨伤损空间位置并没有精确到钢 轨的某处，论文在钢轨探伤检测数据中将钢轨伤损空间位置按照正线、站线、道 岔三种检测内容扩展为7 个字段，如下表3 4 所示，其中当道岔的伤损部位为辙叉 时，“股别 和“距尖轨尖长 两项不填。 表3 4 钢轨伤损空间位置字段 t a b l e3 - 4f i e l do fp o s i t i o nf o rr a i ld e f e c t sa n df a i l u r e s 正线钢轨线名行别里程轨号股别距轨端距离 站线钢轨线名车站名股道编号轨号股别距轨端距离 道岔线名车站名道岔编号伤损部位股别距尖轨尖长 ( 2 ) 检测数据伤损类型信息标准化 三种钢轨伤损检测方式对伤损类型的描述是不一样的，钢轨探伤车用“伤损 描述数据项来记录，而小型探伤仪和人工钢轨检测则是用铁道部颁布的“伤损 编码以及“备注”这两个数据项来表示。同时，在检测信息中看到的更多是以 下伤损类型描述方式如：昆明铁路局广通工务段钢轨伤损月报中的成昆线上的某 轻伤伤损的伤损描述为：钢轨轨头内侧掉块，距昆方焊缝6 7 m 处( 注：朝着昆明 方向焊缝的6 7 m 处) ，掉快长7 0 m m ，深8 m m ，宽1 7 m m 2 5 】。这样的描述虽然涵 盖了所有的伤损检测信息，但并没有规范的描述方式，仅仅取决于现场工人自己 的习惯用语。论文从现有的伤损描述的信息中提取出单独的有标准形式的信息， 伤损判定、伤损类型、伤损位置等，同时采用铁道部颁布的钢轨伤损分类和钢轨 伤损编码标准对钢轨伤损类型进行管理。 ( 3 ) 钢轨检测数据结构 经过以上对钢轨