地鐵軌道結構大修周期及施工關鍵技術的研究

陳曉偉

摘要： 地鐵是我國現階段城市建設當中的重要組成部分，在部分城市中，很多建設時間較早的地鐵，在客運量以及運營安全性方面已經出現了不能夠滿足實際需求的情況。對此，就需要能夠對其引起重視，做好大修處理工作。在本文中，將就地鐵軌道結構大修周期及施工關鍵技術進行一定的研究。

Abstract： The subway is an important part of urban construction in China at present. In some cities， many of the subways with earlier construction time have been unable to meet the actual demand in terms of passenger traffic and operational safety. In this regard， it is necessary to pay attention to the overhaul work. In this paper， the overhaul period and the key construction technologies of subway track structure is studied.

關鍵詞： 地鐵軌道結構；大修周期；施工關鍵技術

Key words： subway track structure；overhaul period；key construction technology

中圖分類號：U231+.94 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）21-0116-03

0 引言

城市軌道交通系統作為大流量的公共客運載體，加強日常維修與維護對于保證行車穩定、安全至關重要。目前，運營單位已將地鐵軌道系統的維修費用納入地鐵運營費用中的重要費用項來對待。對于影響行車安全、故障損失大、維修成本高以及故障多發的行車設備（尤其是軌道系統），其維修周期、維修方法往往不同于普通鐵路設備。

本文首先基于統計學原理探討對地鐵軌道壽命數據進行收集、分析的方法，然后考慮到行車設備可靠性和維修成本的平衡，對大修周期進行設計和分析。通過對地鐵軌道壽命數據及維修周期的分析和優化設計，促進地鐵軌道設備維修工作進一步實現規范化、合理化。

1 地鐵大修改造的特殊性及影響改造的幾種因素

在現今城市發展中，地鐵已經成為了一項非常重要的交通設施，是人們出行與生活當中不可缺少的組成部分。地鐵比普通鐵路系統的維修量相對較小，但因其在城市當中特殊性的存在，也因此在大修當中具有了較高的特殊性，對技術具有較高的要求，且不可避免的會對周邊環境產生影響，需要在實際施工當中做好把握。具體施工方面，對于部分建設時間較早的地鐵工程來說，因受到當時地鐵工程建設施工難度、施工技術以及施工成本等方面的影響，通常都以淺層方式埋設，在后續改造方面缺少一定的考慮。同時，地鐵工程在初期建造時間并非單純以交通運輸為主，而在近年來城市快速發展的背景下，也將會對地鐵大修改造產生較多的不利影響。

2 地鐵線路大修改造周期設計理論研究

2.1 軌道設施壽命評估

在確定地鐵軌道的是否需要大修以及大修周期之前，首先應該對其進行壽命評估。需要收集和分析其壽命數據，再對其大修周期進行設計和優化。基于此，本研究充分利用已有的故障數據進行關鍵設備的壽命分析。對于所選的關鍵設備，故障后是否可修復直接影響到其壽命數據的收集和處理。對于不可修復設備，初始使用里程為0，故障時該設備達到其使用壽命，所運行里程X可直接從車載控制單元獲得，壽命里程（T）為T=X-0=X。對于可修復設備，發生故障則認為達到了使用期限，修復后可繼續使用，再經若干使用期限，最終達到使用壽命，而每次修復后其初始運行里程不再為0，需要根據修復前服役的總里程Xf和修復程度c確定初始里程，這里假設初始里程為Xf（1-c），0

另外，為保證統計分析的合理性，盡量減少分析誤差，需要根據數學統計原理，運用以下公式計算出最少的樣本數據量：n=■

式中，n為最少故障數據量；N為設備總量；R2為壽命里程的總體方差，可用現有壽命樣本方差代替；$為壽命里程的容許誤差，可取平均壽命的10～20%；z2為一定置信度的百分位限值。

2.2 基于壽命分析確定大修周期

在確定鐵路大修周期時，通常根據鋼軌壽命對其進行確定，而以此對大修周期確定時，并非為實際大修工作當中最為經濟的決策，即線路大修周期是有經驗人員確定的，雖然其同實際情況基本符合，但因線路因時間以及地點方面差異情況的存在，在最經濟換軌方面也將存在差異，對此，即需要能夠通過科學方式的應用對其做好研究。在該方面研究中，可以在聯系線路實際數據的基礎上對不同換軌時刻的凈耗費現值進行分析，以此對最省的耗費換軌時刻進行尋找，其目的，即在對現役鋼軌是否達到其經濟適用壽命進行確定的基礎上確定最省的總體耗費。如果所分析的軌道已經達到了經濟使用壽命，則可以立即對線路大修決策進行確定。

在本研究中，即通過經濟分析比較方式對線路決策進行確定，該方式在工程經濟學為基礎的情況下通過對大修周期當中不同費用的分析比較不同經濟效果，以此實現對最佳方案的確定。

在地鐵大修周期當中，其所涉及到的費用有維修費、大修費以及中修費這幾方面。其中，大修費為大修清篩、換枕以及換軌費。在同一個周期當中，中修的次數通常為1至2次。維修費方面，則包括有日常保養、緊急修補以及綜合維修費，對重要軌道線路進行封鎖，前期應當將其納入行車影響的計算分析內容，如果因斷軌情況的發生導致事故出現，也需要做好事故處理費的計入。

通常情況下，維修費將通過總重的積累具有加速增長的趨勢。其中，經濟分析比較法是經常應用的一種方式，即在對不同時刻情況下大修方案費用進行比較分析的基礎上尋找到最佳方案。

3 地鐵大修改造周期的分析探討

我國在對鐵路大修周期進行制定方面，是一項重要性非常強的技術決策，同時也是一項技術性非常高的研究課題，目前，地鐵線路大修工作在我國可以說是剛剛開始，而在我國各城市地鐵運行到一定年限之后，大修工作也將更為適用，在周期確定方面同實際情況更加符合。在國內外鐵路大修周期制定當中，都通過鋼軌合理使用期限作為對大修周期進行確定的重要依據，在鋼軌合理使用期限的基礎上制定線路大修計劃，能夠幫助鐵路在該項工作當中獲得更好的社會效益以及經濟效益，不僅能夠有效避免、減少因鋼軌傷損情況所導致的重大行車事故發生、對鐵路運輸綜合技術經濟指標進行提升，且利于實現工務材料、設備以及財務方面需求計劃的編制，以此為線路管理質量的進一步提升創造良好條件。

目前，我國在鐵路大修周期方面通常以線路通過的總質量達到規定數值對其是否達到大修周期標準進行確定。而在不同地區當中，根據線路特點、所處自然環境的不同，以及不同區域在養護維修質量鋼軌貨運密度、運行速度、線路標準以及力學性質等方面存在的差異，也將因此使線路大修周期發生較大的變化。對此，僅僅根據手冊當中要求對以路通過總質量為依據進行確定從理論角度看來也缺少依據。對于線路大修這項工作來說，其主要內容即是對鋼軌的全面更換，對此，則需要聯系鋼軌使用壽命決定大修周期。

在鋼軌運行當中，主要是傷損數量以及磨耗程度對其使用壽命產生影響，而對于同時使用的鋼軌來說，由于其在實際應用當中在受力狀態方面差異情況的存在，對此，在其都處于平均使用期限之前，則將有部分較為不耐磨的鋼軌出現先期傷損或者磨耗的情況，而當其時間超出一定限值后，鋼軌疲勞破壞則成為了對其進行更換的主要原因。為了避免該種情況出現，對行車安全作出保障，線路的大修周期即為鋼軌最佳的成段更換期，同鋼軌平均使用壽命相比要短。

根據工作經驗，除了部分先期傷損的鋼軌，以通過荷載總重作為對成段更換新軌大修進行確定是一項重要依據，能夠對線路的工作特點以及運營條件進行充分的反映。

4 軌道設備大修改造施工關鍵技術的研究

4.1 鋼軌更換施工

在該施工環節，其主要技術有：第一，準備工作。在更換工作進行前，線路工作人員將原線路水平測量后將其中一股拆除，軌道經過大修后投入運營前先要根據標注的水平以及規矩參數對線路的幾何尺寸進行恢復；第二，松解扣件。在完成線路幾何尺寸標注后，各施工該小組根據之前制定好的任務段通過專用工具的應用對扣件彈條進行拆除，在將配件拆除完成后，將其放置在對應軌枕位置，以此在后續對線路進行恢復時應用；第三，出舊軌。根據當天換軌長度對出舊軌方式進行確定。如果更換長度較短，則可以按照從其中一頭開始向另一頭將舊軌進行拔出。

為了盡可能節約工作時間，則可以按照從中間向兩頭方式處理，保證舊軌在拔出之后將其放置在沒有接軌的一側，并保證其放置高度同線路軌面高度相比要小，而對于具有水管路、通信信號以及電纜等設備地段，則需要提前做好防護支架的制作，在安裝完成之后再將舊軌進行拔除；第四，入新軌。為了提升施工效率，在將舊軌拔出一部分之后，在拉開一段距離、保證新舊軌道相互間不存在相互影響的情況下進行新軌的拔入，其具體方式同舊軌拔出方式正好相反；第五，恢復扣件。在部分新軌已經入槽之后，即可以對扣件進行恢復，在該項工作中，線路工需要做好檢查工作，保證線路在恢復之后既能夠達到線路開通條件。而當新軌全部入槽后，則需要在其兩端位置將已換新軌同原有的舊軌道進行連接，按照設計要求調整鋼軌的規矩和水平方向。恢復安裝扣件并緊固將放于軌枕墩一側的扣件重新恢復安裝于原軌枕墩上并采用專用工具進行緊固。在對扣件進行安裝時，要按設計要求調整軌道的水平方向和規矩，并做好其同兩端連接鋼軌的調整，保證處理情況能夠滿足施工要求；第六，質量檢查。在完成施工后，現場質檢人員需要及時做好施工段的質量檢查工作。同時，在施工完成后現場需要及時組織相關人員做好清理；第七，由施工負責人、安檢、監理對施工場所進行全面檢查，然后會同地鐵公司人員統一進行全面檢查，在經過檢查確認滿足要求之后由施工負責人帶領人員撤離。

4.2 扣件選型與更換

在城市軌道交通當中，軌道是交通運營的基礎，不僅將對來自列車的荷載進行承受，且將對列車的運行具有重要的引導作用。在軌道當中，扣件是道床同走行軌間的重點連接部件，其作用即在對鋼軌正確位置進行固定的基礎上避免其發生橫向或者縱向位移，在避免鋼軌出現傾翻情況的基礎上對適量的彈性進行提供，且能夠將鋼軌受到的力傳遞給道床承軌臺或者軌枕。可以說，其性能的好壞將直接對軌道結構的安全性以及穩定性產生影響。在地鐵運行當中，能夠應用在維修的停電時間非常少，對此，所使用的扣件性能將對實際養護維修的工作量產生直接的影響，其選型無論對維修工作量還是大修周期的延長都將具有直接影響。

通常情況下，扣件在實際選擇方面需要具備的功能有：第一，具有足夠的強度，對鋼軌的橫向力以及縱向力進行抵抗，通常來說，其橫向承受力■ 40kN，抗拔力■ 60kN，每組扣件防爬力■ 8kN。在對無縫線路進行鋪設時，為了對因溫度變化形成的撓曲情況進行避免，則更需要將扣件阻力控制在一定范圍當中；第二，具有較大的整體道床剛度。對于軌道來說，其主要由墊層以及扣件提供彈性，對此，則需要扣件能夠具有較好的彈性，以此對來自列車荷載的沖擊進行減少，使鋼軌在運行當中所承受的荷載能夠以較為均勻的方式在道床上分布。通常情況下，扣件節點的垂直靜剛度在50kN/mm以下；第三，扣件需要在扣壓力方面具有較好的表現，且能夠對高低調整量以及規矩進行滿足。在高架橋整體道床上的扣件需要較大的高低調整量以適應預應力的徐變和橋墩的不均勻沉陷；第四，扣件在絕緣方面要具有較好的性能表現，以此對雜散電流值進行減少。同時，扣件需要盡可能標準化，不僅結構簡單，且在實際維修以及鋪設當中具有較好的表現；第五，做好扣件金屬部件的防腐處理。

5 結論

本文基于統計學原理對地鐵軌道系統壽命數據進行統計、分析、檢驗和判別，并根據成本控制要求提出地鐵軌道大修周期的設計方案，通過科學的設計與優化分析，大大提高了地鐵維修效率。

在我國城市人口數量不斷增加、交通壓力日趨加大的情況下，需要通過對地鐵的大修改造處理使其更好的滿足現階段城市發展需求。在上文中，我們對地鐵軌道結構大修周期及施工關鍵技術進行了一定的研究，在實際工作中，需要能夠做好相關技術的全面掌握，保障施工質量。

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