地鐵高架橋鋼軌伸縮調節器病害及整治方法

李冕梧

（深圳市地鐵集團有限公司運營總部，廣東 深圳 518000）

深圳地鐵二期工程在高架段的連續剛構梁上鋪設了單向鋼軌伸縮調節器，經過一年多的運營使用，伸縮調節器出現了嚴重的病害，對行車安全構成威脅。通過一年多對鋼軌伸縮調節器病害整治方法的試驗和全面實施，目前病害已得到消除，整治效果良好。

1 主要病害

1.1 軌撐鐵墊板移位

伸縮調節器尖軌跟端3塊帶有軌腰橫向螺栓的軌撐鐵墊板沿著線路縱向方向發生位移，最大位移量達到±22mm，位移方向與橋梁伸縮方向相反，如圖1所示。

1.2 軌撐鐵墊板立螺栓及螺紋道釘拉彎失效

在鐵墊板位移受力作用下，立螺栓和螺紋道釘被拉彎并失效，失去扣壓力，如圖2所示。

1.3 軌枕開裂、釘孔腐朽

合成樹脂軌枕在鐵墊板位移受力作用下，釘孔位置開裂、釘孔出現腐朽，失去持釘作用，軌道框架不穩，如圖3所示。

2 病害原因分析及整治思路

2.1 病害原因分析

鋼軌伸縮調節器采用尖軌固定不動，基本軌相對伸縮的形式。針對病害情況對全線所有鋼軌伸縮調節器進行調查分析，發現病害原因為：施工時將固定不動的尖軌跨梁縫鋪設，橋梁的伸縮帶動尖軌發生位移，從而使固定尖軌的鐵墊板及螺栓反方向受力，最終導致出現上述病害。

2.2 整治思路

想徹底整治鋼軌伸縮調節器病害，只有將整組伸縮調節器移位到梁縫的一端（即連續剛構梁上），避免尖軌跨梁縫鋪設，使尖軌不受橋梁伸縮的影響。在運營線路上、在不影響正常運營的前提下，實施這種整治方案施工難度極大、安全風險極高，幾乎不可能實現。

因此，在安全可控的前提下，改變尖軌“固定不動”為“可動”的工作原理，讓尖軌隨著橋梁的伸縮可在一定范圍內同步伸縮，使溫度力得到釋放和控制，從而減少軌枕、螺栓受剪力作用，最終達到各扣配件作用良好、軌道幾何形位符合技術要求、列車安全平穩運行的目的，是病害的整治思路。

圖1

圖2

2.3 具體做法

對尖軌跟端3塊帶有軌腰螺栓、起到固定尖軌作用的軌撐（型號60-107）進行改造，將水平方向的2個螺栓孔位進行開槽處理，變為一個長形孔，開槽尺寸為30mm*150mm，目的在于當橋梁熱脹冷縮帶動尖軌時，使尖軌有一定量的伸縮位移，釋放溫度力，保護各部件不受破壞，如圖4所示。

3 整治措施可行性論證

3.1 尖軌伸縮（位移）條件下，影響尖軌非工作邊與基本軌工作邊之間靠貼的理論分析。

（1）根據“無縫線路在線監測裝置”一年多時間所測得的軌溫變化、鋼軌爬行量、溫度應力等數據，分析得出鋼軌伸縮調節器尖軌在一年當中最大的相對位移量為71mm。

（2）伸縮調節器尖軌與基本軌之間的靠貼，采用的是圓曲線的方式，基本軌預彎成半徑R=300m的曲線，尖軌的非工作邊刨切成R=300m的曲線型，與基本軌的工作邊相對應。

（3）伸縮調節器在正常狀態下，采用的是尖軌不動，基本軌相對伸縮的方式，尖軌理論尖端的位置與基本軌預彎的R=300m圓曲線相切，從而保證了在基本軌伸縮的情況下，尖軌的非工作邊與基本軌內側保持在靠貼的狀態。

（4）實際上，現場伸縮調節器的工作狀態是：理論上應該保持不動的尖軌發生了位移，即尖軌理論尖端在位移，不在切點的位置上，距離切點最大的位移量為71/2=35.5mm。

（5）尖軌發生位移后，尖軌非工作邊與基本軌內側會產生縫隙，導致軌距發生變化或尖軌與基本軌不密貼。理論上產生的縫隙大小為：

X—尖軌的位移量；

Y—尖軌尖到圓心的距離；

δ—尖軌與基本軌不密貼的量；

R—基本軌圓曲線半徑為300m。

取切點位移35.5mm，即x=35.5進行計算，根據勾股定理，得出尖軌與基本軌不密貼（或軌距變化量）δ值為：

取切點最大位移71mm，即x=71進行計算，根據勾股定理，得出尖軌與基本軌不密貼（或軌距變化量）δ值為：

按最不利條件，取切點最大位移100mm，即x=100進行計算，根據勾股定理，得出尖軌與基本軌不密貼（或軌距變化量）δ值為：

即尖軌在位移的條件下，尖軌非工作邊與基本軌不密貼或軌距產生變化的范圍為0.002mm~0.02mm。由于伸縮調節器本身設置了導向軌撐，故可以忽略不計。

（6）結論：根據《鐵路線路修理規則》第3.9.7條之規定，允許尖軌尖端與基本軌不靠貼不大于1mm。故認為尖軌尖端與基本軌產生0.002mm~0.02mm的縫隙不會對設備的穩定和行車安全造成影響。

3.2 伸縮調節器上的配件（軌撐60-107），開槽處理后對伸縮調節器軌道結構產生的影響分析。

（1）改造后軌撐可提供的位移量。

伸縮調節器上的配件（軌撐60-107）兩垂直地腳螺栓的中心距離為80mm，改造后開槽尺寸為150mm，可提供的最大位移量為：1 5 0 m m-80mm=70mm，與目前伸縮調節器尖軌的最大實際位移量71mm基本相等。

（2）對伸縮調節器軌道結構產生的影響。

軌撐60-107的主要作用是防止尖軌的傾覆、扭轉和縱橫向的移動，增加尖軌的穩定性。

不利方面：

（a）開槽削弱了軌撐本身的強度，需制作加寬加厚型軌撐，以解決軌撐強度問題。

（b）當螺紋道釘處在長形孔的中間位置時，螺紋道釘與鐵墊板的接觸面由“弧面”變為“切線點”接觸，受力面積減少，剪應力加大。為保證螺紋道釘不易折斷，強度需達到10.9級。

（c）鐵墊板開槽為長形孔后，對防止尖軌縱向移動的作用消失，但由于伸縮調節器構造上存在尖軌尖端處斷開，通過上面的計算得出尖軌出現0.002mm~0.02mm的縫隙是安全的。

有利方面：

（a）由于軌撐沒有取消，開槽的方向與線路中心線的方向平行，即對防止尖軌的傾覆、扭轉和橫向移動不會產生不利影響。

（b）消滅了由于尖軌伸縮原因產生的軌枕開裂、螺紋道釘的扣壓能力消失現象，保證螺紋道釘、垂直螺栓作用正常、軌枕不再繼續腐朽，有利于保證尖軌的軌距、扣件的豎向扣壓力，保持軌道的幾何形位和鋼軌抗扭轉的能力。

4 現場試驗和整治效果

4.1 試驗結果

2013年8月份，采用本方法對其中一組伸縮調節器進行了試驗性處理，通過15個月的觀察，處理后的鋼軌伸縮調節器螺紋道釘作用正常、軌撐（60-107）兩垂直地腳螺栓的扣壓作用正常、合成樹脂軌枕沒有開裂，伸縮調節器范圍內的軌道幾何形位符合標準，尖軌非工作邊與基本軌的靠貼作用正常，達到了病害處理的目的。

圖3

圖4

圖5 監測點3下行鋼軌爬行量

圖6

4.2 整治效果

2014年11月，對全線伸縮調節器采用本方法全面進行整治，截止發稿之日，伸縮調節器沒再出現之前的病害，設備狀態穩定，整治效果良好。

結語

實踐證明，采用改造軌撐整治伸縮調節器病害的方法是可行的，在保證設備安全和行車安全的前提下，大大減低施工難度和安全風險，同時大大節約施工成本。本方法對鋼軌伸縮調節器類似病害的整治有借鑒作用。

[1]徐建明.地鐵鋼軌伸縮調節器的維護與優化設計[J].技術與市場， 2013（06）：117-118.