摘要：文章基于“车辆-轨道耦合动力学”理论，以南宁地铁1、5号线为例，分析小半径曲线、特殊降噪减振扣件及列车通过总重等因素对钢轨波磨的影响，发现小半径曲线路段、特殊扣件的使用、列车通过总重会加剧波磨现象，提出钢轨打磨、安装谐振式钢轨阻尼器及定期镟修车轮等治理措施。

关键词：耦合动力学；钢轨波磨；成因；治理措施

0  引言

截至2025年2月，我国城市轨道交通运营线路达326条，总里程达1.1万公里。随着轨道交通的快速发展，轨道线路维护工作面临严峻的挑战。特别是在部分线路段，钢轨出现了波形磨耗现象，这不仅缩短钢轨的寿命，还大幅增加运营成本，威胁列车运行安全。文章以南宁轨道交通为例，基于“车辆-轨道耦合动力学”理论[1]，深入探讨波磨现象的成因，并提出相应的治理措施。

1  南宁市轨道交通1、5号线概况

南宁地铁1号线，全线以地下形式铺设，线路总长度约为32.1公里，每日平均客运量达到58.93万人次。该线路采用6节编组的B型列车，最高运行速度为每小时80公里，单列车的最大载客量为2088人。5号线全线也均为地下线路，正线长度为20.21公里，日均客运量为22.8万人次。该线路的列车是全国少数民族地区首条投入商业运营的全自动驾驶B型车，同样采用6节编组，最高时速为80公里，最大载客量可达2102人。

2  钢轨波磨的影响因素分析

2.1  小半径曲线的影响

通过对1号线和5号线轨道的小半径曲线地段、9号折返道岔地段、特殊减振扣件段、列车加速度变化地段等进行全面调查，发现列车波磨主要集中在小半径曲线地段。统计1号线和2号线曲线半径为350m、380m、390m、400m、610m、800m等6区段近两年的钢轨波磨分布情况。结果显示，当曲线半径R小于400米时，钢轨更容易产生波长集中在20～50mm的波形磨耗，当线路的曲线半径越大时，钢轨波磨的波长分布相对离散度越小，波磨现象越不容易产生。[2]

根据“车辆-轨道耦合动力学”理论，当列车行驶至曲线轨道时，轨道迫使列车转弯，轮对在扭转共振的作用下产生交变纵向力，导致轮对与钢轨之间发生纵向滑动，进而引发波状磨损。这种磨损在小半径曲线地段尤为显著，小曲线半径会加剧轮轨间的相互作用力，增加钢轨表面的疲劳损伤。

2.2  特殊降噪减振扣件的影响

为了提升乘客乘车舒适性，轨道系统普遍采用各种降噪减振技术，然而，这些旨在改善乘车环境的措施却带来了新的技术挑战——钢轨波磨问题。通过对1号线和5号线的实地调查研究表明，在小半径曲线（R<400米）路段，特别是采用特殊降噪减振扣件（如科隆蛋扣件）的区域，钢轨波磨现象尤为突出。调查数据显示，这些路段的波磨深度普遍达到40～50毫米，且其发展速度明显快于采用普通扣件的路段。

基于"车辆-轨道耦合动力学"理论的深入研究表明，特殊降噪减振扣件对波磨的影响主要体现在两个方面：首先，这类扣件的特殊结构会改变轨道系统的动力特性，导致轮轨接触关系发生变化，容易引起车轮与钢轨之间的异常蠕滑；其次，扣件的减振特性可能会诱发特定频率下的轮轨共振现象。这些动力学行为的改变会加剧轮轨相互作用，最终导致波磨的快速形成和发展。[4]、[5]

2.3  列车通过总重的影响

对比南宁地铁1号线和5号线在小半径曲线（R<400）路段的调查数据发现，1号线的波磨现象较5号线更加严重，且发展速度更快。这一现象的主要原因是1号线的列车通过总重（指从某段线路上通过的客货列车质量的总和）显著大于5号线。根据前文概述，南宁地铁1号线的日均客运量为58.93万人次，而5号线的日均客运量为22.8万人次，1号线的日均客运量约为5号线的2.6倍。

根据“车辆-轨道耦合动力学”理论，钢轨在列车的反复作用下，通过总重越大，钢轨的磨损和消耗速度越快，波磨现象也会更加迅速和严重。1号线的高客运量意味着更多的列车频繁通过同一段轨道，导致钢轨承受更大的压力和摩擦力，这种持续的机械作用会加速钢轨表面的疲劳和磨损，进而形成波磨。相比之下，5号线的客运量较低，列车通过总重较小，波磨现象相对较轻，发展速度也较慢。[3]、[4]

3.波磨治理措施

3.1钢轨打磨

在既有线路改造难以实施的条件下，应当基于现场调查获取的实测数据，运用"车辆-轨道耦合动力学"理论体系，对曲线段钢轨的受力特征进行系统性分析，通过建立精确的力学模型，深入评估钢轨的应力分布状态和疲劳损伤程度，进而制定针对性的钢轨打磨维护策略。同时，还需要建立完善的监测评估机制，通过定期检测和数据分析，准确判断钢轨磨耗的发展规律和演变趋势，并据此动态优化打磨作业的周期参数和工艺方案，以实现钢轨服役性能的精准管控和运营维护成本的有效控制。[3]、[4]

3.2安装谐振式钢轨阻尼器

当列车行驶经过存在钢轨波磨的区域时，轨道系统与车辆会产生异常振动现象。这种振动不仅加速了轨道结构（包括钢轨本体、扣件系统、道床基础）以及车辆走行部件的疲劳破坏进程，同时还会引发显著的轮轨噪声污染。为解决这一问题，工程实践中采用在钢轨上加装谐振式阻尼装置的技术方案。该装置能够有效控制轮轨系统的异常振动响应，从而降低由此产生的噪声水平，同时还能延缓钢轨波磨的进一步发展，这一措施已被证实具有显著的效果。[3]、[4]

3.3定期镟修车轮

车轮多边形化是轨道交通系统中一种常见的轮轨接触问题，主要源于车轮在长期运行过程中产生的非均匀磨损。这种多边形化缺陷会引发一系列连锁反应：首先，多边形车轮与钢轨接触时会产生周期性的冲击载荷，这种不均匀的接触应力会导致钢轨表面出现波磨。其次，会显著增加列车运行时的振动水平，不仅影响乘坐舒适性，还会加速轨道结构和车辆部件的疲劳损伤。更为严重的是，产生的轮轨噪声污染会对沿线居民的生活环境造成不利影响。因此，定期镟修车轮，对于保障轨道交通系统的安全运营、延长设备使用寿命以及改善环境质量都具有重要意义。[3]、[4]

4.结语

城市轨道交通的快速发展为城市交通带来了便利，但也伴随着轨道波磨等问题的出现，严重影响了轨道寿命、运营成本及运行安全。文章基于“车辆-轨道耦合动力学”理论，以南宁地铁1号线和5号线为研究对象，深入分析了小半径曲线、特殊降噪减振扣件及列车通过总重等因素对钢轨波磨的影响，提出钢轨打磨、安装谐振式钢轨阻尼器及定期镟修车轮等治理措施，为减缓波磨发展、延长轨道使用寿命提供了科学依据。

参考文献：

[1].翟婉明.车辆-轨道耦合动力学（第四版）[M].科学出版社，2014年12月.

[2]闫硕.小曲线半径轨道钢轨波磨产生机理及抑制措施研究[D].西南交通大学，2018.

[3].崔晓璐，李靖晨，尹越，漆伟，徐佳.地铁小半径曲线不同扣件区段钢轨波磨磨耗对比研究[J].表面技术，2024（3）：32-42.

[4].李巍.地铁钢轨波磨成因分析及工程对策研究[J].轨道交通材料，2024（6）：32-36.

基金项目：2021年度广西高校中青年教师科研基础能力提升项目《基于“车辆-轨道耦合动力学”的城市轨道交通及钢轨打磨技术研究与应用》（编号：2021KY1129）

作者简介：盘霞（1982—），女，汉族，广西蒙山，硕士，副教授，从事轨道交通教学与科研工作。