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      鐵路既有線成段更換軌枕設(shè)計(jì)與施工分析

      2019-10-12 03:05:08楊旭東
      鐵道運(yùn)營(yíng)技術(shù) 2019年4期
      關(guān)鍵詞:軌下軌枕線路

      楊旭東

      (中國(guó)鐵路上海局集團(tuán)有限公司 工務(wù)部,工程師 上海市 20071)

      1 前言

      軌枕是鐵路軌道結(jié)構(gòu)的重要部件之一,主要負(fù)責(zé)支撐鋼軌,它將鋼軌對(duì)其作用的各向壓力傳遞至道床上,并保持鋼軌正常的幾何位置,特別是軌距和方向。由此可見(jiàn),軌枕技術(shù)狀態(tài)的好壞直接影響著線路質(zhì)量,線路上一旦出現(xiàn)失效軌枕應(yīng)及時(shí)予以更換。中國(guó)鐵路上海局集團(tuán)有限公司(以下簡(jiǎn)稱“集團(tuán)公司”)管轄內(nèi)的淮南線、京九線等線路既有軌枕均為Ⅱ型混凝土枕,根據(jù)《鐵路線路修理規(guī)則》第3.3.1條規(guī)定,既有Ⅱ型混凝土枕應(yīng)逐步更換為Ⅲ型混凝土枕[1]。本文對(duì)近年來(lái)集團(tuán)公司管轄內(nèi)成段更換軌枕工程的設(shè)計(jì)與施工進(jìn)行分析,以期為類似工程的設(shè)計(jì)與施工提供參考。

      2 設(shè)計(jì)前期勘測(cè)

      設(shè)計(jì)單位應(yīng)根據(jù)集團(tuán)公司工務(wù)處下達(dá)的年度大修計(jì)劃對(duì)成段更換軌枕工程進(jìn)行前期勘測(cè),主要工作有以下幾項(xiàng):

      1)拉鏈。根據(jù)計(jì)劃在現(xiàn)場(chǎng)找到比較可靠的丈量依據(jù),如公里牌、道岔頭尾、橋梁中心等作為起點(diǎn),每25 m 為一鏈,連續(xù)丈量線路里程,并將里程編號(hào)用白油漆標(biāo)注于軌腰處。

      2)卡鏈。以拉鏈的里程編號(hào)為依據(jù),準(zhǔn)確丈量并記錄沿線的工務(wù)(橋涵、曲線、道岔、道口等)、電務(wù)(電容枕)、車輛(5T設(shè)備)、供電(電磁枕)等設(shè)備的里程。

      3)勘測(cè)重點(diǎn)。根據(jù)計(jì)劃及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況,確定實(shí)際更換軌枕的起終點(diǎn)位置,認(rèn)真勘查軌枕類型、鋼軌類型、道口鋪面類型及寬度、道岔類型、橋上護(hù)軌類型、長(zhǎng)大橋的橋臺(tái)位置及橋跨布置、橋上擋碴板狀態(tài)等,同時(shí)還應(yīng)測(cè)量有碴橋的軌下枕底石碴厚度,尤其是明橋面兩端的有碴橋地段,因?yàn)椤惰F路線路修理規(guī)則》第3.2.1 條規(guī)定,有碴橋的軌下枕底碴厚應(yīng)≥25 cm[1]。

      4)附加測(cè)量。當(dāng)有碴橋的軌下枕底石碴厚度<25 cm時(shí),應(yīng)對(duì)全橋范圍及橋臺(tái)兩端往橋外方向200 m地段進(jìn)行線路縱斷面測(cè)量。若是電氣化線路,還應(yīng)查看并記錄軌面紅線數(shù)據(jù)、是否具備調(diào)高接觸網(wǎng)的條件等。

      3 成段更換軌枕設(shè)計(jì)

      3.1 常用軌枕簡(jiǎn)介集團(tuán)公司管轄內(nèi)的線路成段更換軌枕時(shí),主要采用Ⅲa型混凝土枕、新Ⅲ型混凝土橋枕、AⅢ型混凝土枕(即薄型橋枕)三種軌枕類型,其具體適用范圍及相關(guān)技術(shù)條件如下:

      1)Ⅲa型混凝土枕,長(zhǎng)度2.6 m,軌下截面高度為230 mm,預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),軌枕間距600 mm,用于無(wú)護(hù)軌的小橋、涵洞及一般路基地段。

      2)新Ⅲ型混凝土橋枕,長(zhǎng)度2.6 m,軌下截面高度210 mm,預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),軌枕間距600 mm,用于有護(hù)軌且軌下枕底碴厚≥25 cm 的有碴橋。該類型軌枕包含護(hù)軌平直段用枕及護(hù)軌彎折段用枕兩種,其中護(hù)軌彎折段用枕4根(橋1、橋2、橋3、橋4)。

      3)AⅢ型混凝土枕,長(zhǎng)度為2.6 m,軌下截面高度160 mm,預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),軌枕間距600 mm,用于有護(hù)軌且軌下枕底碴厚≥25 cm 的有碴橋及應(yīng)鋪設(shè)單側(cè)護(hù)軌的路基地段。該類型軌枕包含護(hù)軌平直段用枕及護(hù)軌彎折段用枕兩種,其中護(hù)軌彎折段用枕5根(橋1、橋2、橋3、橋4、橋5)。

      4)使用新Ⅲ型混凝土橋枕、AⅢ型混凝土枕時(shí),護(hù)軌及其扣件技術(shù)要求見(jiàn)表1。

      表1 新Ⅲ型混凝土橋枕、AⅢ型混凝土枕護(hù)軌及其扣件技術(shù)要求

      3.2 成段更換軌枕設(shè)計(jì)

      3.2.1 設(shè)計(jì)原則 根據(jù)《鐵路線路修理規(guī)則》規(guī)定,有碴橋的軌下枕底碴厚應(yīng)≥25 cm。另外,無(wú)護(hù)軌的有碴橋采用Ⅲa 型混凝土枕;有護(hù)軌的有碴橋一般根據(jù)枕底碴厚、控制點(diǎn)情況合理選擇新Ⅲ型混凝土橋枕、AⅢ型混凝土枕,特殊情況特殊設(shè)計(jì)。涵洞及路基地段采用Ⅲa型混凝土枕。

      3.2.2 成段更換軌枕設(shè)計(jì)

      1)確定軌枕配置數(shù)。Ⅲ型混凝土枕用于無(wú)縫線路地段的配置數(shù)為1 667 根/km,軌枕間距600 mm;Ⅲ型混凝土枕用于普通線路地段的配置數(shù)為1 680根/km,軌枕間距根據(jù)《鐵路線路修理規(guī)則》附錄二的公式進(jìn)行計(jì)算,當(dāng)鋼軌為標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度時(shí)也可從《鐵路線路修理規(guī)則》中表3.3.6-2 內(nèi)選取。例如,宣杭線下行K 215+610.2~K 218+452 更換軌枕前為普通線路,但同年度K 215+610.2~K 217+178.42有鋪設(shè)無(wú)縫線路計(jì)劃,因此兼顧鋪設(shè)無(wú)縫線路后軌枕配置數(shù)的要求,將K215+610.2~K217+178.42 地段的配置數(shù)設(shè)計(jì)為1 667 根/m,其余地段的配置數(shù)設(shè)計(jì)為1 680根/km。

      2)確定有碴橋地段使用軌枕類型。根據(jù)外業(yè)勘測(cè)時(shí)測(cè)量的軌下枕底石碴厚度及相關(guān)設(shè)備情況確定有碴橋地段鋪設(shè)的軌枕類型,詳見(jiàn)表2。

      表2 有碴橋地段使用軌枕類型的技術(shù)條件

      3)橋上護(hù)軌設(shè)計(jì)。

      (1)確定護(hù)軌類型?!惰F路橋隧建筑物修理規(guī)則》第3.1.13 條規(guī)定,既有線有碴橋上的護(hù)軌位于Ⅲ型混凝土軌枕時(shí),應(yīng)采用比基本軌低一級(jí)的鋼軌[2]。集團(tuán)公司管轄內(nèi)正線采用的鋼軌多為P 60鋼軌,結(jié)合表1中新Ⅲ型混凝土橋枕、AⅢ型混凝土枕護(hù)軌的技術(shù)要求,當(dāng)有碴橋采用新Ⅲ型橋枕時(shí),采用P 50護(hù)軌(一般現(xiàn)場(chǎng)利用原護(hù)軌);當(dāng)采用AⅢ型枕時(shí),采用P 60護(hù)軌(采用再用軌)。

      (2)確定護(hù)軌起止位置。護(hù)軌平直段應(yīng)伸出橋臺(tái)擋碴墻外不小于6 m,梭頭尖端應(yīng)超出橋臺(tái)尾部不小于2 m,既有橋上護(hù)軌一般都滿足上述要求,因此設(shè)計(jì)將原護(hù)軌的平直段起終點(diǎn)作為換枕后新的平直段起終點(diǎn),且平直段起終點(diǎn)應(yīng)位于兩相鄰橋枕中間位置;在平直段起終點(diǎn)位置往橋兩端布置彎折段、廠制梭頭,新Ⅲ型混凝土橋枕時(shí)兩者總長(zhǎng)為2.1 m、AⅢ型混凝土枕時(shí)兩者總長(zhǎng)2.7 m。

      (3)確定護(hù)軌頂面與基本軌頂面的高差。當(dāng)采用新Ⅲ型橋枕時(shí),護(hù)軌頂面與基本軌頂面的高差值應(yīng)在-25 mm 到+5 mm 范圍內(nèi);當(dāng)采用AⅢ型枕時(shí),上述高差值應(yīng)在-20 mm到+5 mm范圍內(nèi)。

      (5)確定護(hù)軌扣件類型。新Ⅲ型混凝土橋枕應(yīng)采用專用護(hù)軌扣件。AⅢ型混凝土枕除彎折段1、2號(hào)枕中部采用專用扣板外,其余地段采用彈條Ⅱ型扣件?;旌狭簶虻拿鳂蛎孀o(hù)軌與基本軌頭部間距為350~500 mm時(shí),護(hù)軌下使用鐵墊板,鉤頭道釘在靠基本軌一側(cè)釘兩個(gè)、另一側(cè)釘一個(gè);當(dāng)凈距為220~350 mm時(shí),護(hù)軌下不使用鐵墊板。

      當(dāng)有碴橋上設(shè)有伸縮調(diào)節(jié)器時(shí),其護(hù)軌類型、護(hù)軌與基本軌頭部?jī)艟?、護(hù)軌扣件等均按伸縮調(diào)節(jié)器的特殊設(shè)計(jì)及鋪設(shè)要求設(shè)置。

      4)確定電務(wù)相關(guān)問(wèn)題。因目前沒(méi)有與AⅢ型枕配套的電容枕,所以鋪設(shè)AⅢ型枕的有碴橋部位的電容位置仍鋪設(shè)AⅢ型枕,且電容采取外掛方式;其余地段的電容位置鋪設(shè)Ⅲa型或新ⅢQ型電容枕,并將電容安裝在電容枕內(nèi)。若護(hù)軌在自動(dòng)閉塞區(qū)間、軌道電路范圍內(nèi),應(yīng)安裝絕緣裝置。

      5)其他附加設(shè)計(jì)。若有碴橋上軌下枕底碴厚不滿足表2 中的相關(guān)要求,在更換軌枕設(shè)計(jì)時(shí)還需同步進(jìn)行縱斷面設(shè)計(jì)。例如,京九線下行678#、679#、680#橋的既有軌下枕底碴厚小于25 cm,換枕設(shè)計(jì)時(shí)同步對(duì)K 867+500--K 869+000(上述橋梁區(qū)段)進(jìn)行縱斷面設(shè)計(jì),設(shè)計(jì)將該地段抬道至滿足軌下枕底碴厚≥25 cm的要求。另外,當(dāng)設(shè)計(jì)件名內(nèi)有平面線形不良、橋上線梁偏心等問(wèn)題時(shí),還需同步進(jìn)行平面線形設(shè)計(jì)。

      3.2.3 設(shè)計(jì)注意事項(xiàng) 按照上述設(shè)計(jì)方法進(jìn)行成段更換軌枕設(shè)計(jì)時(shí),還應(yīng)注意以下兩點(diǎn):

      1)因現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的特殊性,計(jì)劃范圍內(nèi)的以下地段不做更換軌枕設(shè)計(jì),具體有:電磁枕為特制軌枕,既有電磁枕原位保留;車輛偏載設(shè)備(TPDS)的軌枕、道岔的岔枕為專用軌枕,整體道口無(wú)軌枕、明橋面為木橋枕,設(shè)計(jì)時(shí)跳開(kāi)上述地段。

      2)考慮軌道彈性的平穩(wěn)過(guò)渡要求,以下地段不宜鋪設(shè)混凝土枕,具體有:鋪設(shè)木岔枕的普通道岔兩端各5根軌枕、鋪設(shè)木岔枕的提速道岔兩端各50根軌枕、無(wú)碴橋的橋臺(tái)擋碴墻范圍內(nèi)及其兩端各不少于15根軌枕(有護(hù)軌時(shí)應(yīng)延至梭頭外不少于5根軌枕)。

      4 成段更換軌枕施工

      既有線更換軌枕常見(jiàn)施工方法有人工更換、小型挖掘機(jī)更換軌排施工、大型機(jī)械更換三種。人工更換是一種傳統(tǒng)施工方法,一般在抽換失效軌枕時(shí)采用,該方法的缺點(diǎn)是效率極低。小型挖掘機(jī)更換軌排施工,通過(guò)人力和機(jī)械的合力協(xié)作,較大提高了換枕效率及換枕質(zhì)量。大型機(jī)械施工采用P 95 大修列車更換軌枕(以下簡(jiǎn)稱“大列換枕施工”),該方法是集團(tuán)公司管轄內(nèi)成段更換軌枕的主要施工方法,其具有開(kāi)挖速度快、質(zhì)量高、人員勞動(dòng)強(qiáng)度小、安全性高等優(yōu)點(diǎn),能極大程度地減少人力、提高換枕效率及換枕質(zhì)量。因此以下主要以大列換枕施工為例,對(duì)成段更換軌枕的施工流程、要點(diǎn)及注意事項(xiàng)進(jìn)行重點(diǎn)介紹。

      4.1 大列換枕施工作業(yè)流程大列換枕施工作業(yè)全部在封鎖點(diǎn)內(nèi)進(jìn)行,其一般流程為:大列換枕前準(zhǔn)備(切入切出龍門口準(zhǔn)備、扣件拆除、橋上護(hù)軌拆除等)→大列切入作業(yè)→大列換枕作業(yè)→大列切出作業(yè)→線路恢復(fù)作業(yè)(擰緊扣件、安裝護(hù)軌、鋼軌焊復(fù)等)。

      4.2 特殊地段大列換枕施工要點(diǎn)

      4.2.1 埋設(shè)電纜地段施工 電務(wù)、供電、通信電纜設(shè)施常埋設(shè)在道床內(nèi)部,若防護(hù)不當(dāng),大列的拱砟犁、道床配砟車容易損壞電纜設(shè)備,從而影響線路信號(hào)的正常使用。為防止大列換枕施工損壞電纜設(shè)備,施工單位應(yīng)與設(shè)備管理單位在施工前進(jìn)行施工交底,標(biāo)明過(guò)軌電纜的走向與埋深。另外,在施工過(guò)程中,設(shè)備管理單位還應(yīng)在現(xiàn)場(chǎng)配合做好設(shè)備的監(jiān)護(hù)工作,確保電纜設(shè)備安全。

      4.2.2 長(zhǎng)大橋梁地段施工 在施工前期,施工單位應(yīng)核實(shí)長(zhǎng)大橋梁地段軌下枕底石碴厚度,并對(duì)碴厚不滿足要求地段進(jìn)行預(yù)卸石碴,提前拆除護(hù)軌、彎折護(hù)軌螺桿。在大列換枕施工當(dāng)天,將擋碴板旁的石碴進(jìn)行預(yù)扒裝袋,防止大列拱碴犁排碴而擠翻、破壞擋碴板;深挖施梁縫位置處的道碴,挖至梁縫上的鋼蓋板,重點(diǎn)標(biāo)記道床厚度不足、鋼蓋板翹起地段,并提醒大列操作手提犁避讓上述地段,防止大列在行進(jìn)中刮碰梁縫鋼蓋板[3]。另外,還應(yīng)合理確定每日切出、切入龍口位置,確保焊復(fù)后焊接接頭處于1/4~1/2 橋跨處,不在橋臺(tái)、橋墩上,并距橋臺(tái)邊墻不小于2 m。

      4.2.3 大超高曲線地段施工 大修列車作業(yè)允許的曲線最大超高為120 mm,但在多條超高>100 mm的曲線換枕施工過(guò)程中,常出現(xiàn)因大列走行履帶偏離軌道的軌線而引起的切出龍口懸空輪對(duì)對(duì)位困難的問(wèn)題,大大降低了大列換枕效率。因此當(dāng)作業(yè)地段曲線超高100 mm<h≤l20 mm 時(shí),可采用墊高下股以減少曲線超高的方法(即抽取切出龍口前后100 m范圍內(nèi)上股的大膠墊墊入下股)施工;當(dāng)曲線超高h(yuǎn)>120 mm 時(shí),可采用大機(jī)調(diào)整超高的方法進(jìn)行施工。如,蕭甬線上行K 2+764.5~K 3+888.58間曲線超高140 mm,在征得集團(tuán)公司主管部門同意后,先安排大機(jī)將該曲線的超高調(diào)整為120 mm,同步調(diào)整接觸網(wǎng),然后進(jìn)行大列換枕施工,最終安全完成了換枕任務(wù)。

      4.3 施工注意事項(xiàng)大列換枕施工方法極大地提高了施工效率及質(zhì)量,但受工作限界、焊接接頭及膠接絕緣接頭的技術(shù)要求控制,少數(shù)地段不宜使用大列進(jìn)行換枕施工,具體地段及原因見(jiàn)表3。

      表3 不宜使用大列換枕施工地段及原因

      5 結(jié)語(yǔ)及建議

      綜上所述,有碴橋地段是更換軌枕設(shè)計(jì)與施工的重點(diǎn)、難點(diǎn),因此要求設(shè)計(jì)前期勘測(cè)、施工前期調(diào)查務(wù)必仔細(xì)、詳盡。為更好地改善線路設(shè)備,對(duì)成段更換軌枕設(shè)計(jì)與施工提出以下建議:

      1)使用大列換枕施工時(shí),每500 m 左右需要設(shè)置一處龍門,而每處龍門焊復(fù)時(shí)產(chǎn)生4個(gè)焊接接頭,因此某段線路在成段更換軌枕的當(dāng)年有鋼軌大修計(jì)劃時(shí),建議先進(jìn)行換枕作業(yè)。

      2)所有有碴橋上更換軌枕后軌下枕底碴厚應(yīng)≥25 cm。同一座橋宜采用同類型的混凝土橋枕,在條件允許的情況下,建議優(yōu)先采用新Ⅲ型混凝土橋枕;受明橋、接觸網(wǎng)導(dǎo)高等控制影響時(shí),可采用AⅢ型混凝土枕。

      3)長(zhǎng)大橋上板結(jié)地段出現(xiàn)更換軌枕后軌面抬高的情況,建議對(duì)該橋進(jìn)行縱斷面設(shè)計(jì),并按設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行搗固,進(jìn)而優(yōu)化線路縱斷面。

      4)考慮大列換枕施工難度、線路設(shè)備剛度均勻等因素,換枕設(shè)計(jì)的起終點(diǎn)不宜設(shè)在曲線內(nèi)。當(dāng)線路改建出現(xiàn)撥接曲線時(shí),建議設(shè)備管理單位督促建設(shè)單位將撥接地段的整條曲線范圍的軌枕同步更換為同類型軌枕。

      5)由于大列換枕施工的大部分時(shí)間消耗在每日的龍口切入、切出階段,從提高大列換枕效率的角度出發(fā),建議長(zhǎng)度小于100m的道岔區(qū)軌枕與道岔大修同步更換,并使用小型挖掘機(jī)換鋪軌排的方法進(jìn)行。

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