龔 偉

(廣州市地下鐵道總公司,廣州 510380)

城市軌道交通線路軌底坡設(shè)置探討

龔 偉

(廣州市地下鐵道總公司,廣州 510380)

城市軌道交通中小半徑曲線軌道磨耗的主要原因是軌底坡設(shè)置不正確或不合理,從城市軌道交通整體道床軌道施工方面入手,詳細(xì)介紹整體道床軌道施工工序,重點(diǎn)闡述施工中軌底坡的控制并分析造成軌底坡不足的原因;針對(duì)施工中軌底坡不足的原因提出了改進(jìn)意見(jiàn),以達(dá)到延長(zhǎng)軌道使用壽命的目的。

城市軌道;軌底坡;改進(jìn)

1 概述

城市軌道交通線路的曲線半徑小,容易引起內(nèi)軌嚴(yán)重壓潰、外軌側(cè)磨嚴(yán)重的現(xiàn)象。在換軌大修中,單線每千米僅鋼軌材料費(fèi)用就達(dá) 100萬(wàn)元,再加上城市軌道交通空間小、人工成本高,更換費(fèi)用昂貴。因此,減少運(yùn)營(yíng)線路曲線鋼軌的磨耗,延長(zhǎng)鋼軌的使用壽命,降低維護(hù)成本支出顯得十分必要。

國(guó)內(nèi)外研究表明：軌道曲線磨耗與列車通過(guò)速度、超高、軌底坡和摩擦系數(shù)有關(guān)[1]。在軌道鋪設(shè)中,保證設(shè)計(jì)軌底坡的實(shí)現(xiàn),是有效降低曲線磨耗的手段之一。在廣州地鐵 1號(hào)線的維護(hù)中得出經(jīng)驗(yàn),保證合理的軌底坡設(shè)置,能有效減輕小半徑曲線的鋼軌磨耗。因此,在新線建設(shè)軌道鋪設(shè)環(huán)節(jié),有效控制好軌底坡形位,能更好地服務(wù)于地鐵運(yùn)營(yíng)。

2 既有線小半徑曲線鋼軌磨耗現(xiàn)象

軌底坡設(shè)置是否正確,可根據(jù)鋼軌頂面上由車輪碾磨形成的光帶位置判定。軌底坡值設(shè)置正確,光帶應(yīng)該位于軌面居中;如光帶偏離軌頂中心向內(nèi),說(shuō)明軌底坡不足,反之說(shuō)明軌底坡過(guò)大。在軌道養(yǎng)護(hù)工作中,可根據(jù)光帶位置,調(diào)整軌底坡度設(shè)置。

1965年以后,我國(guó)鐵路一直沿用 1∶40軌底坡至今,城市軌道交通軌道也沿用了這一標(biāo)準(zhǔn)。各城市軌道交通中,絕大多數(shù)曲線的鋼軌磨耗光帶能夠居中于軌面,但仍有個(gè)別小半徑曲線出現(xiàn)鋼軌光帶不居中的軌面現(xiàn)象,一般出現(xiàn)在曲線外股鋼軌,如圖1所示。

圖1反映了曲線外軌鋼軌光帶居于鋼軌工作邊,是軌底坡不足的表現(xiàn)。_______

圖1 曲線外股鋼軌磨耗狀況

3 原因分析

3.1 道床施工工藝

道床一般分為短軌枕道床和長(zhǎng)軌枕道床。短軌枕施工工序?yàn)椋河每奂怪甭菟▽?1∶40坡度的鐵墊板、板下橡膠墊板與短軌枕緊固聯(lián)結(jié),組裝成短軌枕單元(圖2)→用彈條將單根鋼軌、軌下橡膠墊板與組裝后的短軌枕單元連成單軌排→將兩個(gè)單軌排通過(guò)支撐架夾緊鋼軌,組成標(biāo)準(zhǔn)軌距的軌排→軌排運(yùn)輸?shù)戒佋O(shè)現(xiàn)場(chǎng)(圖3),用龍門(mén)架進(jìn)行鋪設(shè)→調(diào)整支撐架,以滿足線路軌道的幾何尺寸要求→混凝土支墩澆筑→精調(diào)后進(jìn)行整體道床混凝土的灌注。

圖2 組裝完的短軌枕

圖3 組裝后的軌枕軌排

長(zhǎng)軌枕施工工序?yàn)椋河每奂怪甭菟▽?1∶40坡度的鐵墊板、板下橡膠墊板與短軌枕緊固聯(lián)結(jié),組裝成長(zhǎng)軌枕單元→用彈條將單根鋼軌、軌下橡膠墊板與組裝后的長(zhǎng)軌枕單元連成軌排→安裝軌排支撐架→軌排運(yùn)輸?shù)戒佋O(shè)現(xiàn)場(chǎng)(圖3),用龍門(mén)架進(jìn)行鋪設(shè)→調(diào)整支撐架,以滿足線路軌道的幾何尺寸要求→混凝土支墩澆筑→精調(diào)后進(jìn)行整體道床混凝土的灌注。

兩種道床在進(jìn)行軌排支撐墩澆筑前有 3點(diǎn)要求：(1)對(duì)內(nèi)外股鋼軌軌底坡進(jìn)行檢查,只有達(dá)到規(guī)范允許范圍內(nèi)才能進(jìn)行支撐墩澆筑;(2)為保證軌底坡的正常形成,支撐墩澆筑完成并達(dá)到 5MPa前不應(yīng)撓動(dòng)軌排及支撐架;(3)澆筑道床前,再次對(duì)軌底坡進(jìn)行抽檢,對(duì)超出規(guī)范允許范圍的應(yīng)在支撐墩上進(jìn)行調(diào)整直到滿足要求。

無(wú)論是長(zhǎng)軌枕還是短軌枕軌排,軌底坡均是依靠支撐架預(yù)設(shè)坡度來(lái)實(shí)現(xiàn)。因此,軌排支撐架是影響軌底坡的重要因素。軌排支撐架一般采用帶扣板式和懸吊式兩種(圖4)?？郯迨揭话阌糜诙誊壵硎┕?懸吊式一般用于長(zhǎng)軌枕施工。

圖4 組裝軌排支架

3.2 道床施工工藝對(duì)軌底坡的影響

在線路直線地段,鋼軌扣件扣壓力大于短軌枕重力,軌排受軌排架和扣板約束,即使長(zhǎng)軌枕軌排采用懸吊式軌排架,軌排仍能夠在各施工環(huán)節(jié)中保持良好穩(wěn)固的幾何形位,具有良好的軌底坡。

在曲線地段,由于軌底坡隨曲線超高的不斷增加而逐漸變化,外股鋼軌軌底坡與超高的關(guān)系為 H/1500+1/40,內(nèi)股鋼軌軌底坡與超高的關(guān)系為 H/1500-1/40,從兩者的關(guān)系可以看出外軌軌底坡隨超高增加而增大,內(nèi)軌軌底坡隨超高增大而逐漸減小,當(dāng)超高 H=37.5mm時(shí),內(nèi)軌軌底坡為零;同時(shí)從直線到曲線鋼軌將在緩和曲線上實(shí)現(xiàn)一個(gè)空間扭曲才能滿足軌底坡的要求;從施工中發(fā)現(xiàn)在使用沒(méi)有扣板的支撐架時(shí),外股鋼軌內(nèi)側(cè)(相對(duì)于線路中心線)軌底與支撐面總是不密貼,從而使軌底坡總是不足(圖5);相反使用帶扣板的支撐架施工時(shí)軌道內(nèi)側(cè)鋼軌底與支撐面的密貼程度較好,但外股鋼軌內(nèi)側(cè)扣板的扣壓力較大,造成固定螺栓有經(jīng)常脫焊的現(xiàn)象。另外曲線上的鋼軌位置相對(duì)于直線上的鋼軌在空間上有一個(gè)扭轉(zhuǎn);施工中通常采用橫向頂撐支頂鋼軌軌腰來(lái)使鋼軌發(fā)生扭轉(zhuǎn),軌腰的橫向支撐力相對(duì)于鋼軌外側(cè)形成一個(gè)力矩,從而曲線外股鋼軌的兩側(cè)彈條扣壓力有差別,靠近線路中心側(cè)彈條比外側(cè)彈條扣壓力大。

圖5 曲線上外股鋼軌與支架關(guān)系

3.3 小半徑曲線設(shè)置超高后的鋼軌扭曲受力

小半徑曲線軌道設(shè)置最大超高 120mm,鋼軌被扭轉(zhuǎn)了 4.6°,在緩和曲線長(zhǎng)度 20～60m內(nèi)完成。扭轉(zhuǎn)角在 0.23～0.08°/m,扭轉(zhuǎn)力矩在 12.5～ 4.2 kN? m,考慮軌枕自重和橫向支撐提供橫向力的因素,支撐架上扣件扣壓約束必須大于2.9～7.3kN,才能保持正常幾何形位;如果當(dāng)緩和曲線長(zhǎng)度短,軌道超高又大時(shí),支撐架提供的扣壓力小于因鋼軌扭轉(zhuǎn)需要的約束力,鋼軌軌底與支撐架間會(huì)產(chǎn)生間隙,出現(xiàn)軌底坡不足現(xiàn)象。

4 軌底坡設(shè)置的建議

4.1 改進(jìn)施工工藝

用墩架法施工是目前城市軌道交通軌道工程施工的主要方法,從以下幾方面改進(jìn)施工工藝達(dá)到改善軌底坡的設(shè)置：一是增加軌排支撐架剛度并采用扣板式支撐架,提供的扣壓力至少大于 7.3 kN;二是適當(dāng)增加軌排支撐架密度,提供足夠的克服曲線部分鋼軌扭轉(zhuǎn)力矩;三是改變軌排支撐方式,取消軌道支撐架而直接用長(zhǎng)軌枕替代軌道施工時(shí)的支撐架,即每隔 3根軌枕設(shè)置 1根支撐長(zhǎng)軌枕,該軌枕兩端預(yù)埋螺紋套管用作軌排支撐點(diǎn)(圖6)。

圖6 利用軌枕作為軌排支撐架

4.2 進(jìn)一步加強(qiáng)城市軌道交通軌底坡方面的研究

國(guó)鐵在 1965年以前一直采用 1/20軌底坡。但當(dāng)時(shí)的軌道結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)較低,采用鉤頭道釘扣壓鋼軌,在機(jī)車車輛尤其是蒸汽機(jī)車的長(zhǎng)期動(dòng)力作用下,鋼軌動(dòng)態(tài)外翻較普遍,使鋼軌內(nèi)口道釘浮起,實(shí)際軌底坡變小,接近 1/40,車輪踏面經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的磨耗后,原1/20踏面也接近 1/40,故 1965年以后國(guó)鐵將軌底坡改為1/40[2]。國(guó)內(nèi)一些文獻(xiàn)在實(shí)際養(yǎng)護(hù)維修中的經(jīng)驗(yàn)認(rèn)為,對(duì)于軌底坡采用 1/30和 1/20要比 1/40更能減少磨耗。對(duì)曲線鋼軌養(yǎng)護(hù),當(dāng)側(cè)磨達(dá) 4mm時(shí),在下股墊入楔形膠墊。當(dāng)側(cè)磨達(dá)到 8mm時(shí),在上下股同時(shí)墊入,以改善輪軌關(guān)系[3～4]。因此對(duì)于半徑較小的車輪,改變軌底坡度值,會(huì)減小內(nèi)外輪滾動(dòng)圓直徑差帶來(lái)的磨耗影響。建議進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)城市軌道交通軌底坡方面的研究。

[1]練松良,等.鐵路曲線鋼軌磨耗及其減緩措施[M].北京：中國(guó)鐵道出版社,2001.

[2]曾向榮,等.鋼軌軌底坡取值的探討[J].都市快軌交通,2006(12).

[3]任洪俊.曲線鋼軌磨耗的原因及防治[J].中州煤炭,2003(1).

[4]邢良平.廣州地鐵一號(hào)線軌底坡調(diào)整[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì),2004(5)：56-57.

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U 239.5

A

1004-2954(2010)02-0056-02

2009-09-24;

2009-11-30

龔 偉(1975—),男,工程師,1999年畢業(yè)于蘭州鐵道學(xué)院,工學(xué)學(xué)士。