运营高铁轨下多层结构损伤无损检测技术

运营高铁轨下多层结构损伤无损检测技术

邢通

中国铁路呼和浩特局集团有限公司乌海工务段    内蒙古乌海市  016000

摘要：高速铁路基础工程轴线下方的多层结构包括轨道板、基床、填方和地基。这些结构的稳定性和流动性直接关系到列车运行的安全。高铁下的结构复杂，各区域地质条件差异很大。在这一过程中，由于气候环境和列车负荷的反复影响，道路上的各种结构遭到破坏，导致初步设计指标下降、变形甚至破坏。如何快速准确地检测路基结构损伤已成为高速铁路运行和维护中的一个紧迫问题。

关键词：运营高铁；轨下多层结构损伤；无损检测技术

引言

随着铁路运行速度的不断提高，对转向架技术提出了更高的要求，底盘是转向架的基础，其安全性对于确保高速列车稳定运行至关重要。无损检测技术广泛应用于转向架制造中，是保证产品焊接质量的重要手段。随着中国制造业水平的不断提高，正在轨道车辆制造业应用新技术，安全检测技术正在向自动化和情报化发展。

1无损检测技术的优点

（1）不破坏被检测对象的整体结构。无损检测相比较其他检测形式，在不破坏被检测对象几何尺寸、外观质量、内部结构的前提下，通过科技手段，得到想要的检测数据。（2）检测数据具有较高的准确性。通过多年经验积累和技术改革，无损检测数据的精度已达到无限接近真值，可对被检测对象的缺陷进行精准定位，并能检测出缺陷的尺寸、形状，实现了缺陷的定性和定量化。（3）检测效率快、频率高。无损检测无须进行繁琐的准备工作，出具检测报告快，且无损检测对工程实体不构成任何的破坏，可以对所有被检测对象进行全覆盖。（4）适用性强。无损检测设备小巧，操作方便，检测速度快，适用于各种复杂的环境，且检测后对环境不造成任何污染。（5）节约成本。相对于施工单位而言，无损检测技术可以对施工所需的原材料进行全覆盖检测，杜绝了不合格或存在缺陷的材料进场，同时也降低了因材料不合格造成的返工损失。

2常见损伤类型

高铁路基工程无砟轨道从上到下的复杂多层结构，分别为轨道板—砂浆层—支承层—基床表层—基床底层—路基本体（见图1）。高铁轨道板和支承层是钢筋混凝土结构，层之间的砂浆层强度较低。基床表层为级配碎石，粒径≤60mm，底层为砾石类、砂类土中的A、B料或化学改良土，粒径≤60mm。路基本体为砂类土及细砾土、碎石类及粗砾土、化学改良土，粒径≤75mm，且压实系数≥0.92。地基处理较为复杂，在局部土壤较弱、松散或基础条件不利(如潮湿)的情况下，往往使用压实、回填、地层、排水固结、复合地基替代、桩基础等方法。

3无损检测技术的主要形式

3.1渗透检测技术

向被测钢结构表面涂抹着色剂，着色剂经由毛细管渗透并逐步转移至开口型缺陷中，用清洗剂清除着色剂，等待一段时间以便试件达到干燥状态，涂抹显像剂，由其吸收残余的着色剂，观察缺陷部位可以明显地看到着色剂的痕迹，根据痕迹明确缺陷的发生位置以及形状。渗透检测能够直观判断被测结构表面的开口型缺陷，但涉及的操作流程较为繁琐，检测耗费的时间相对较长，难以满足高效检测的要求。同时，渗透检测仅能够判断构件表面的开口型缺陷，对于闭口型缺陷或是夹渣等内部问题的判断则缺乏可行性。从环保的角度来看，检测试剂具有污染性。

3.2磁粉检测技术

磁粉检测的原理是通过钢材自身被磁化，呈现不连续分布的特点，钢结构表面的磁力线发生不正常的变化，在其表面撒入一定量的磁粉，通过两者互相作用，形成不连续或出现缺陷导致磁粉汇集的现象，通过磁粉的在钢结构表面形成的形状、大小来判断钢结构自身是否存在质量缺陷。如若磁粉在钢结构表面没有发生变化，说明钢结构自身无质量缺陷，反之发生不规则变化存在质量缺陷。磁粉检测是一种高灵敏极高的检测方法，检测精度可达到0.1μm。该技术主要适用于铁磁、铁镍基铁磁性材料中目视难以发现的浅层裂缝，对被检测钢结构表面的平整度及光滑度要求较高，如若钢结构表面粗糙磁粉受到磁场的作用运动受阻，影响检测人员的判断。优点为操作快捷方便，检测成本低廉，不会对钢结构造成损伤，且灵敏度高，缺点是无法检测结构物内部的缺陷。

3.3ACFM检测

ACFM（Alternatingcurrentfieldmeasurement，交流电磁场检测技术）是基于电磁感应的新型无损检测技术。当交流电流的特殊线圈(励磁线圈)靠近导体时，交流电流在周围空间产生变压器磁场，测量的毛重表面感应电流(导体)由于皮肤浓度效应集中在毛重表面。当零件中没有缺陷时，感应电流线相互平行。如果出现故障，电流分布会发生变化，通过改变感应磁场的大小可以检测到表面磁场的畸变。ACFM已经证明了其在轴承表面检测方面的优势，无需去除表面涂料，数据可以长期存储，便于质量跟踪。

4检测应用效果

4.1轨道板裂缝无损检测

操作过程中的质量问题(例如高速轨道板钢筋、混凝土强度、列车动态载荷、温度力、轨道沉降或上部弧)可能会导致裂缝、裂缝等。型张或轨道板压缩无故障。裂缝宽度一般较低，深度难以有效测量。早期裂缝对轨道结构和安全不构成威胁，但可能会随着服务寿命的延长而扩大，直至穿过轨道板，从而破坏总体结构。轨道板裂纹可在局部小范围内形成波阻抗的垂直差，有效阻挡高频超声传播。因此，可以采用超声全聚焦成像方法检测裂纹深度。采用网络变换器，多接收采集方法可在网络下采集高密度反射波数据，轨道板的结构和缺陷可由全聚焦成像算法准确表示。检测时，测量线沿裂纹扩展方向均匀布置，在裂纹的垂直方向上，测量点均匀布置在裂纹两侧中心进行网络超声波数据采集，超声波信号发射变换器带宽应保证检测分辨率，fr 变换器和轨道板平面应通过点接触干燥，数据采集面应干净平整。 完全聚焦于裂纹的超声成像部分可对上轨道板内、下轨道板界面和裂纹发育形状和深度的上下两层钢筋作出明确反应。

4.2轨道板离缝无损检测

碎片是轨道碎片中最严重的损伤之一，通常约为毫米，可见于轨道板之外。由于轨道板四角松动、迫击炮饱和不足、温度变化、紧固件动作等因素。，轨道层之间的流体流动是在雨水侵蚀和列车动态载荷跳动的综合作用下形成和逐渐加深的，最终损害了轨道板。高铁在其无缝轨道内装有金属网架，板层厚约25厘米，下方有迫击炮层。由于它不受晶格电磁屏蔽的保护，超声波网络法和冲击反弹法是检测裂缝的有效方法。采用超声网络方法实现轨道板和基片的三维检测，检测方法与轨道板裂纹检测方法相同，主要使用频率应为30 ~ 50 khz。数据采集时，沿轨道板平面上的铁路线排列了多条测量线，测量点之间的间距应为0.2 ~ 0.3m，每个测量点采用网络数据采集，最后采用全聚焦成像算法进行成像。

结束语

随着无损检测技术的发展，铁路运输车辆越来越多地使用检测手段。无损检测一直存在于车辆设计和制造阶段，在为中国铁路运输车辆的制造和稳定运行奠定坚实基础方面发挥了关键作用。

参考文献

[1]周涛,葛浩.轨道非接触式无损检测技术数值模拟研究[C]2021

[2]王倩,赵雷,朱韦宁,陶宁.红外无损检测技术在轨道交通蜂窝复合材料上的应用[C]2019

[3]王雪梅,倪文波,王平.高速铁路轨道无损探伤技术的研究现状和发展趋势[J].无损检测,2019