鐵路既有線成段更換軌枕設(shè)計(jì)與施工分析

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。