城市軌道交通線路軌底坡設置探討

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,詳細介紹整體道床軌道施工工序,重點闡述施工中軌底坡的控制并分析造成軌底坡不足的原因;針對施工中軌底坡不足的原因提出了改進意見,以達到延長軌道使用壽命的目的。

城市軌道;軌底坡;改進

1 概述

城市軌道交通線路的曲線半徑小,容易引起內軌嚴重壓潰、外軌側磨嚴重的現象。在換軌大修中,單線每千米僅鋼軌材料費用就達 100萬元,再加上城市軌道交通空間小、人工成本高,更換費用昂貴。因此,減少運營線路曲線鋼軌的磨耗,延長鋼軌的使用壽命,降低維護成本支出顯得十分必要。

國內外研究表明：軌道曲線磨耗與列車通過速度、超高、軌底坡和摩擦系數有關[1]。在軌道鋪設中,保證設計軌底坡的實現,是有效降低曲線磨耗的手段之一。在廣州地鐵 1號線的維護中得出經驗,保證合理的軌底坡設置,能有效減輕小半徑曲線的鋼軌磨耗。因此,在新線建設軌道鋪設環節,有效控制好軌底坡形位,能更好地服務于地鐵運營。

2 既有線小半徑曲線鋼軌磨耗現象

軌底坡設置是否正確,可根據鋼軌頂面上由車輪碾磨形成的光帶位置判定。軌底坡值設置正確,光帶應該位于軌面居中;如光帶偏離軌頂中心向內,說明軌底坡不足,反之說明軌底坡過大。在軌道養護工作中,可根據光帶位置,調整軌底坡度設置。

1965年以后,我國鐵路一直沿用 1∶40軌底坡至今,城市軌道交通軌道也沿用了這一標準。各城市軌道交通中,絕大多數曲線的鋼軌磨耗光帶能夠居中于軌面,但仍有個別小半徑曲線出現鋼軌光帶不居中的軌面現象,一般出現在曲線外股鋼軌,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。_______

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軌枕道床。短軌枕施工工序為：用扣件垂直螺栓將帶 1∶40坡度的鐵墊板、板下橡膠墊板與短軌枕緊固聯結,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→將兩個單軌排通過支撐架夾緊鋼軌,組成標準軌距的軌排→軌排運輸到鋪設現場(圖3),用龍門架進行鋪設→調整支撐架,以滿足線路軌道的幾何尺寸要求→混凝土支墩澆筑→精調后進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

長軌枕施工工序為：用扣件垂直螺栓將帶 1∶40坡度的鐵墊板、板下橡膠墊板與短軌枕緊固聯結,組裝成長軌枕單元→用彈條將單根鋼軌、軌下橡膠墊板與組裝后的長軌枕單元連成軌排→安裝軌排支撐架→軌排運輸到鋪設現場(圖3),用龍門架進行鋪設→調整支撐架,以滿足線路軌道的幾何尺寸要求→混凝土支墩澆筑→精調后進行整體道床混凝土的灌注。

兩種道床在進行軌排支撐墩澆筑前有 3點要求：(1)對內外股鋼軌軌底坡進行檢查,只有達到規范允許范圍內才能進行支撐墩澆筑;(2)為保證軌底坡的正常形成,支撐墩澆筑完成并達到 5MPa前不應撓動軌排及支撐架;(3)澆筑道床前,再次對軌底坡進行抽檢,對超出規范允許范圍的應在支撐墩上進行調整直到滿足要求。

無論是長軌枕還是短軌枕軌排,軌底坡均是依靠支撐架預設坡度來實現。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)。扣板式一般用于短軌枕施工,懸吊式一般用于長軌枕施工。

圖4 組裝軌排支架

3.2 道床施工工藝對軌底坡的影響

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,即使長軌枕軌排采用懸吊式軌排架,軌排仍能夠在各施工環節中保持良好穩固的幾何形位,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系為 H/1500+1/40,內股鋼軌軌底坡與超高的關系為 H/1500-1/40,從兩者的關系可以看出外軌軌底坡隨超高增加而增大,內軌軌底坡隨超高增大而逐漸減小,當超高 H=37.5mm時,內軌軌底坡為零;同時從直線到曲線鋼軌將在緩和曲線上實現一個空間扭曲才能滿足軌底坡的要求;從施工中發現在使用沒有扣板的支撐架時,外股鋼軌內側(相對于線路中心線)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軌道內側鋼軌底與支撐面的密貼程度較好,但外股鋼軌內側扣板的扣壓力較大,造成固定螺栓有經常脫焊的現象。另外曲線上的鋼軌位置相對于直線上的鋼軌在空間上有一個扭轉;施工中通常采用橫向頂撐支頂鋼軌軌腰來使鋼軌發生扭轉,軌腰的橫向支撐力相對于鋼軌外側形成一個力矩,從而曲線外股鋼軌的兩側彈條扣壓力有差別,靠近線路中心側彈條比外側彈條扣壓力大。

圖5 曲線上外股鋼軌與支架關系

3.3 小半徑曲線設置超高后的鋼軌扭曲受力

小半徑曲線軌道設置最大超高 120mm,鋼軌被扭轉了 4.6°,在緩和曲線長度 20～60m內完成。扭轉角在 0.23～0.08°/m,扭轉力矩在 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;如果當緩和曲線長度短,軌道超高又大時,支撐架提供的扣壓力小于因鋼軌扭轉需要的約束力,鋼軌軌底與支撐架間會產生間隙,出現軌底坡不足現象。

4 軌底坡設置的建議

4.1 改進施工工藝

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,從以下幾方面改進施工工藝達到改善軌底坡的設置：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;二是適當增加軌排支撐架密度,提供足夠的克服曲線部分鋼軌扭轉力矩;三是改變軌排支撐方式,取消軌道支撐架而直接用長軌枕替代軌道施工時的支撐架,即每隔 3根軌枕設置 1根支撐長軌枕,該軌枕兩端預埋螺紋套管用作軌排支撐點(圖6)。

圖6 利用軌枕作為軌排支撐架

4.2 進一步加強城市軌道交通軌底坡方面的研究

國鐵在 1965年以前一直采用 1/20軌底坡。但當時的軌道結構標準較低,采用鉤頭道釘扣壓鋼軌,在機車車輛尤其是蒸汽機車的長期動力作用下,鋼軌動態外翻較普遍,使鋼軌內口道釘浮起,實際軌底坡變小,接近 1/40,車輪踏面經過一定時間的磨耗后,原1/20踏面也接近 1/40,故 1965年以后國鐵將軌底坡改為1/40[2]。國內一些文獻在實際養護維修中的經驗認為,對于軌底坡采用 1/30和 1/20要比 1/40更能減少磨耗。對曲線鋼軌養護,當側磨達 4mm時,在下股墊入楔形膠墊。當側磨達到 8mm時,在上下股同時墊入,以改善輪軌關系[3～4]。因此對于半徑較小的車輪,改變軌底坡度值,會減小內外輪滾動圓直徑差帶來的磨耗影響。建議進一步加強對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.廣州地鐵一號線軌底坡調整[J].鐵道標準設計,2004(5)：56-57.

[5]沈陽鐵路局工務處.鐵路工務技術手冊(軌道)[M].北京：人民鐵道出版社,1979.

U 239.5

A

1004-2954(2010)02-0056-02

2009-09-24;

2009-11-30

龔 偉(1975—),男,工程師,1999年畢業于蘭州鐵道學院,工學學士。