京九線成段更換軌枕設計及施工探討

黃 兵 中國鐵路上海局集團有限公司工務處

京九鐵路位于京滬、京廣兩大干線之間，是我國第五條南北鐵路干線，北起北京西站，南至深圳，連接香港九龍，整條線路跨越京、津、冀、魯、豫、皖、鄂、贛、粵、港等9個省級行政區的103個市縣，是我國南北方向的一條重要鐵路通道，建成以來分擔了大量的南北運量，使我國鐵路網南北客貨運輸能力大幅度增加。隨著運量的不斷增加和列車速度的提高，對于線路設備狀態的要求越來越高，路局管內京九線既有軌枕多為老Ⅱ型混凝土枕，與京九線160km/h設計速度不匹配，按照《鐵路線路修理規則》的規定：允許速度大于120 km/h的線路應鋪設Ⅲ型混凝土枕，既有Ⅱ型混凝土枕應逐步更換為Ⅲ型混凝土枕。近年來路局投入了大量資金對既有Ⅱ型混凝土枕地段進行成段更換為Ⅲ型混凝土枕。本文以京九線下行K871+230～K899+977成段更換Ⅲ型混凝土枕為例，對京九線利用大修列車成段更換軌枕設計及施工進行探討。

1 既有線路概況

京九線下行K871+230～K899+977成段更換軌枕，自京九下行線三塔鎮N2＃道岔岔首開始，經過阜南站，止于阜南至淮濱區間K899+977處；途經線路車間1個(阜陽線路車間)，工區2個(三塔鎮、阜南線路工區)；既有線路鋼軌為P60跨區間無縫線路，電氣化線路；橋梁24座，其中帶護軌橋梁4座（1座已更換為新Ⅲ型橋枕）；曲線14處，Rmin=1500m，Rmax=4000m；碎石道床，道床頂寬3.4m，碴肩堆高0.15m，邊坡坡度1：1.75；施工范圍內紅外線設備2處（K890+071、K871+365）；施工范圍內軌枕以Ⅱ型混凝土枕為主，道岔前后有少量Ⅲb型混凝土枕，橋梁區段為Ⅱ型或新Ⅲ型混凝土橋枕，Ⅱ型混凝土枕地段軌枕配置為1 760根/km，Ⅲb、新Ⅲ型混凝土橋枕地段軌枕配置為1 667根/km，扣件為Ⅰ型或Ⅱ型彈條扣件。

2 線路縱斷面設計

（1）經過前期對京九線下行K871+230～K899+977成段更換軌枕地段大修設計外業調查，發現京九線下行685#、686#、687#、688#橋軌下枕底石碴厚度均小于20 cm，不滿足大修列車作業的要求（軌下枕底碴厚不低于20 cm），同時也不滿足《鐵路線路修理規則》中關于有碴橋上枕底道床厚度不低于25 cm的規定。

（2）為了使既有線路條件滿足大修列車換枕施工的要求，在編制本次換枕施工設計預算時同步進行線路縱斷面拉坡設計。拉坡設計如圖1所示。

圖1 拉坡設計圖

（3）設計采取線路抬道的方式，結合線路既有坡度，對京九線下行K880+350～K883+250地段線路進行拉坡設計，拉坡設計前聯系供電部門現場交底，現場確認需要抬道的地點，接觸網導高允許調整量，最后確定此段線路縱斷面拉坡設計方案。既有及設計后線路縱斷面部分數據如表1所示。

表1 既有及設計后線路縱斷面部分數據

3 大修列車換枕施工時龍門軌設置

3.1 大修列車換枕作業流程

封鎖開始后換枕地段扣件隔一卸五、前龍門口線上鋼軌鋸斷→大修列車對位從前龍門口切入線路→大修列車換枕作業、同步松卸保留的扣件、大修列車尾部人工擺放、緊固扣件→切割后龍門口鋼軌、大修列車切出線路→扣件緊固完畢進行大機配碴、搗固、穩定作業→大修列車返回車站、開通線路。

3.2 龍門軌設置

（1）大修列車在換枕前龍門口切入線路時，由于線上鋼軌鋸開后長軌條收縮以及鋼軌被抬起后產生撓度，造成前龍門口鋼軌出現空頭，在換枕過程中抬起的撓度隨大修列車的行進向后龍門口移動，在后龍門口形成鋼軌塔頭。為了消除前門口處的鋼軌空頭，將鋸開后的鋼軌用夾板連接在一起，需要提前準備1對臨時龍門軌，待大修列車全部讓出前龍門口的位置后，測量空頭長度，再根據提前準備的臨時龍門軌長度進行現場配軌，將線上鋼軌鋸下，換上臨時龍門軌，兩端打孔安裝夾板。后龍門處將鋼軌搭頭鋸下，打孔安裝夾板，不用更換鋼軌。

（2）京九線下行K871+230～K899+977成段更換軌枕工程計劃換枕28.7km，按照目前大修列車換枕的平均日進度500m計算，完成本次換枕任務需要58d。如果給每處前龍門準備1對臨時龍門軌（按1根25m/處計算），需要25 m鋼軌58根，再算上龍門口鋼軌切開處后期插軌焊復用的鋼軌，共計需要25 m鋼軌116根。使用這么多的鋼軌，運輸工作量太大，同時也會產生很多非標長度的短鋼軌，不能再次使用到線路上，造成鋼軌嚴重浪費。

（3）從節約鋼軌、減少鋼軌損耗考慮，在施工開始前提前準備好一組固定長度的臨時龍門軌，建議采用4對鋼軌為一組，并以（3～4）d換枕施工為一個周期，即從第3/4 d換枕施工開始，安排已完成換枕地段插軌焊復工作，將更換下來的臨時龍門軌依次用在次日換枕前龍門口處，插軌焊復按照換枕作業方向從換枕施工起點開始每天安排一處。按此方法施工，4對臨時龍門軌便可以滿足整個換枕施工期間過渡龍門軌設置的需要。插軌焊接用鋼軌設計按照每4處龍門口列1根25 m無孔新鋼軌，另外3處龍門口利用換枕時從線路上鋸下來的鋼軌進行插軌焊接（有條件的情況下插軌焊復線路與應力放散同步進行）。采用此種方式施工，除了準備一組固定長度的臨時龍門軌外，只需使用15根25m鋼軌就可以滿足插軌焊復線路的需要。臨時龍門軌和插焊鋼軌使用如圖2所示。

圖2 臨時龍門軌和插焊鋼軌使用示意圖

4 應力放散

（1）京九線大修施工主要安排在每年的“集中修”期間實施，根據換枕施工計劃安排，大修列車換枕通常在自然軌溫37℃以下時段進行由于換枕施工過程中扣件全部拆除，長軌條處于自由伸縮狀態，換枕后線路的實際鎖定軌溫已發生較大變化。為了準確掌握換枕后線路的實際鎖定軌溫，在已換枕地段線路復搗、道床整形、線路穩定作業完畢后，利用封鎖天窗對已換枕地段進行應力放散，并重新鎖定線路，確定實際鎖定軌溫在設計鎖定軌溫范圍內，實際鎖定軌溫通常按照33℃控制，根據放散伸縮量計算公式：

式中α—鋼軌線性膨脹系數，α=11.8×10-6/℃；

△t—設計鎖定軌溫與放散時實測軌溫差；

L—放散長度；

△L—放散拉伸量。

以放散時實測鋼軌軌溫23℃、放散長度500 m為例，經過計算當日放散地段拉伸量△L為59 mm。

（2）為使重新鎖定的軌溫均勻、準確，可采用滾筒結合拉伸配合撞軌法進行應力放散。即松開全部扣件后在軌底墊置滾筒，滾筒的設置位置及數量以保證鋼軌底部不拖底為宜，并根據長軌條的長度適當設置撞軌點，配合撞軌釋放軌條應力，使鋼軌趨于零應力狀態，放散時應每隔（50～100）m設一位移觀測點，觀測長軌條位移情況。應力放散后應按實際鎖定軌溫及時修改有關技術資料和位移觀測樁標記。

5 結論及建議

（1）有碴橋地段是成段更換軌枕設計和施工的重點，尤其是軌下枕底碴厚直接影響到大修列車能否進行換枕施工，因此施工前期對道床深度的調查必須準確，當遇到橋梁枕底碴厚不滿足技術標準和施工條件時，應結合換枕施工設計同步進行線路縱斷面設計，確保大修列車成段更換軌枕順利施工，達到改善既有線路設備狀態的目的。

（2）大修列車換枕時，在切入線路的前龍門口需更換鋼軌以消滅“空頭”，在換枕施工完成后又要插軌焊復線路，大量的鋼軌使用后變成了非標軌，無法再次使用，造成了鋼軌資源的嚴重浪費。通過優化換枕設計和施工組織，在大修列車切入的前龍門處循環利用一組固定長度的臨時龍門軌，同時將線路上鋸下的鋼軌用來插軌焊復線路，這樣既減少了鋼軌使用的數量，又降低了鋼軌的損耗。

（3）由于大修列車施工工序的特殊性，換枕時長軌條呈自由伸縮狀態，緊扣件的工作是跟隨大修列車換枕的作業進度同步進行的，持續的時間長，造成了長軌條內溫度力不均勻，實際鎖定軌溫不能準確掌握，這直接關系到無縫線路的強度和穩定性。通過采用滾筒結合拉伸配合撞軌法進行應力放散，重新鎖定線路，在設計鎖定軌溫范圍內確定實際鎖定軌溫，不但強化了線路設備質量，而且確保了行車安全。