轨道部件更换速度与质量是运输秩序与安全的重要保障，针对不同的部件，应采用不同的工艺与材料。在无砟轨道结构中，有长钢轨、道岔、轨道板和充填层四种大部件，其更换较为复杂，而且，当前并没有详细工法，处于探索阶段。

高速铁路无砟轨道长轨更换施工，是轨道结构大修中的一项主要内容。介绍了240 min内的长轨更换施工，提出研发适宜无砟轨道的换轨大修作业机具，实现机械化施工，进一步探索高速铁路运输天窗条件下无砟轨道长轨更换施工技术。

轨道板更换工艺也较为复杂，包括松开扣件，轨道板运输、精调，现场充填层快速抢修材料的制备、施工等，整个过程极为繁琐。针对CRTS II型轨道板更换，提出了两种更换流程。一种切割钢轨进行更换，另一种不切割钢轨而是从侧面推出轨道板进行更换，但CRTS I型板由于凸台限位，不能采用这种侧面推出轨道板更换的方式，因此，对于板式无砟轨道板的更换还需根据机械开发、材料研发，结合具体更换条件进行工法研究。

轨条换面工艺

工艺需满足以下技术要求：

（1）安全可靠，保证结构稳定性。部件更换后不能对原结构造成影响，应以恢复原结构状态为目标，保证无作轨道结构稳定性。

（2）简单快速，便于天窗内施工。高速铁路无作轨道天窗修的作业制度决定了所有更换施工必须在夜间有限的天窗时间内完成，并保证不影响次日列车运营，因此更换工艺必须简单快速、便于施工。

（3）不影响行车。对于部分结构关键部件的更换在1个天窗时间内无法完成的，需要将整个更换工艺进行模块化设计，有效利用天窗时间逐步推进，并保证每个天窗施工后，不影响次日行车。

（4）修复效果好，耐久性好。结构部件更换的最终目标是提高结构耐久性，恢复甚至提高结构的服役寿命，这就要求更换工艺实现修复的“内实外美”，长期耐久性好。

轨条换面材料

材料需要满足以下技术要求：

（1）性能与原结构相当。作为一种更换材料，其基本力学性能应与被替换部件的性能相当，方能实现更换后部件与原结构良好的相容性，以及与无作轨道系统良好的匹配性。

（2）可施工性好。夜间天窗作业时间短，所使用的结构部件更换材料须有良好的施工性能，以满足快速施工的要求。

（3）固化速度快。对于部件更换材料，既要满足施工时具有较好的工作性能，又要满足施工完成后即可快速固化，具有良好的早期力学强度，满足高速列车的通过要求。

（4）与基体黏结性好。为保证更换完成后结构的整体性，部件更换材料必须与原有基体具有良好的虱结性。

（5）耐久性好。高速铁路是百年工程，更换完成后的结构部件的耐久性应满足无作轨道结构设计使用寿命的要求，具有良好的耐久性。 2100433B

无砟轨道结构部件的维修与更换是两个不同层次的轨道修复方式。维修在于保养轨道各组成部分，防止病害产生或进一步发展，以保持轨道几何形位和轨面平顺为主。部件更换则是使轨道质量恢复到初始标准或达到更高标准，属于中修甚至大修范畴，两者的综合难易程度具有较大差异。

一般而言，国内外无砟轨道结构部件的维修或更换分三个阶段。第一阶段，当轨道变形较小时，可用钢轨扣件进行调整；第二阶段，轨道变形较大仅利用扣件难以调整时，可在轨道板与砂浆垫层之间灌注充填材料进行调整；第三阶段，轨道变形显著或因突发灾害事件及其他原因导致无砟轨道部件失效，严重影响运营的情况，则需要更换轨道部件，进行彻底整治。

目前，国内外对无砟轨道结构维修的研究与应用主要集中在第二阶段，我国也开展了诸多针对第二阶段工况维修的研究与应用，如抬板注浆维修法。此外，由于现场伤损形式多样，针对不同维修工况的相关计算模型和理论分析工作缺乏系统深入的研究，如CRTS I型轨道板抬高到什么程度时需要对凸台进行加高或者更换处理。

第三阶段的轨道部件更换，属于无砟轨道大修技术研究范畴，是较前瞻性的储备技术。我国无砟轨道通车里程长、环境跨度大，这是必须研究的重要课题，重点在于材料、设备和工法的研究。

(1)钢轨在使用一段时间后采用打磨方法将钢轨踏面形状打磨成更接近钢轨原有的型(状)线，这样可将轮轨接触点转移到钢轨的踏面中央部位，减小接触应力，控制接触疲劳裂纹的形成和扩展。改变轮轨接触的位置和形态，也可以将火车的车轮打磨成磨耗形踏面来改变轮轨接触的位置和形态。采用磨耗形车轮后将原来的锥形接触变成圆弧接触，减小了横向压力同时也降低了轮轨接触应力磨耗形踏面由于与钢轨面的接触是圆弧接触，因而它的接触应力较锥形踏面降低了70%，防止了钢轨头部疲劳裂纹的形成和扩展。

(2)通过改善线路条件(如线路参数的设置可根据线路的实际情况改变原线路下股轨底坡的设计，将原1/40改为1/20可以降低上股的横向压力，即减轻了轮轨接触间的接触应力;提高道床的平顺度，加强道渣的清理等措施完善线路的维修与养护，维修与养护的好坏直接关系到轮轨接触应力的大小，即直接影响钢轨产生接触疲劳损伤的时间)，也可以达到改变轮轨接触形态，改善和降低轮轨接触应力和横向压力，从而达到减少和消除接触疲劳伤损的目的。

(3)在线路上可选用耐磨性一般的U71Mn钢轨即可。

(1)钢轨在使用一段时间后采用打磨方法将钢轨踏面形状打磨成更接近钢轨原有的型(状)线，这样可将轮轨接触点转移到钢轨的踏面中央部位，减小接触应力，控制接触疲劳裂纹的形成和扩展。改变轮轨接触的位置和形态，也可以将火车的车轮打磨成磨耗形踏面来改变轮轨接触的位置和形态。采用磨耗形车轮后将原来的锥形接触变成圆弧接触，减小了横向压力同时也降低了轮轨接触应力磨耗形踏面由于与钢轨面的接触是圆弧接触，因而它的接触应力较锥形踏面降低了70%，防止了钢轨头部疲劳裂纹的形成和扩展。

(2)通过改善线路条件(如线路参数的设置可根据线路的实际情况改变原线路下股轨底坡的设计，将原1/40改为1/20可以降低上股的横向压力，即减轻了轮轨接触间的接触应力;提高道床的平顺度，加强道渣的清理等措施完善线路的维修与养护，维修与养护的好坏直接关系到轮轨接触应力的大小，即直接影响钢轨产生接触疲劳损伤的时间)，也可以达到改变轮轨接触形态，改善和降低轮轨接触应力和横向压力，从而达到减少和消除接触疲劳伤损的目的。

(3)在线路上可选用耐磨性一般的U71Mn钢轨即可。 2100433B

硬头轨条超声波探伤

超声波探伤是利用超声能透入金属材料的深处，并由一截面进入另一截面时，在界面边缘发生反射的特点来检查零件缺陷的一种方法，当超声波束自零件表面由探头通至金属内部，遇到缺陷与零件底面时就分别发生反射波，在荧光屏上形成脉冲波形，根据这些脉冲波形来判断缺陷位置和大小。

硬头轨条磁粉探伤

磁粉探伤利用了钢铁制品表面和近表面缺陷（如裂纹，夹渣，发纹等）磁导率和钢铁磁导率的差异，磁化后这些材料不连续处的磁场将发生畸变，形成部分磁通泄漏处工件表面产生了漏磁场，从而吸引磁粉形成缺陷处的磁粉堆积——磁痕，在适当的光照条件下，显现出缺陷位置和形状，对这些磁粉的堆积加以观察和解释，就实现了磁粉探伤。

硬头轨条涡流探伤

涡流探伤是以交流电磁线圈在金属构件表面感应产生涡流的无损探伤技术。涡流磁场方向与外加电流的磁化方向相反，因此将抵消一部分外加电流，从而使线圈的阻抗、通过电流的大小相位均发生变化。管的直径、厚度、电导率和磁导 率的变化以及有缺陷存在时，均会影响线圈的阻抗。若保持其他因素不变，仅将缺陷引起阻抗的信号取出，经仪器放大并予检测，就能达到探伤目的。