磁懸浮列車工程軌道梁的制作、安裝技術

王忠平

上海建工集團股份有限公司 上海 200080

1 工程概況

上海市磁懸浮快速列車工程，東起上海浦東國際機場，西至軌交2號線龍陽路站，全長33 km，設計時速430 km，全線為高架形式。

應用于磁懸浮快速列車主線的軌道梁由鋼-混凝土復合軌道梁以及鋼梁組成，其中鋼-混凝土復合軌道梁又由雙跨連續梁、簡支梁、疊合板梁組成。鋼-混凝土復合軌道梁是由預應力混凝土箱梁與導向軌組成，導向軌主要由兩部分組成，一部分是導向軌的功能區，包括長定子（下面）、支承滑行軌（上面）及側向導軌。另一部分是支撐結構，主要包括各種形式的支撐梁及下部基礎。

2 軌道梁制作

為應對磁懸浮工程中的軌道梁制作精度要求，我們特設立了一座生產磁懸浮列車軌道梁的專用加工廠。整個工廠基地總用地面積257 400 m2，按照工藝流程分為混凝土攪拌及砂石料堆場，混凝土梁澆搗車間，半成品梁堆放區、成品梁出廠區，機加工區、灌漿車間等4個區域及外總體，總建筑面積約100 000萬 m2（圖1）。

在磁懸浮制梁廠，生產有12、18、21和24 m共4種模數跨度的預應力混凝土軌道梁2 549根，還另有部分特殊梁型：2×24.76 m雙跨連續梁2根（預應力混凝土梁、鋼梁各1根）和6 m混凝土疊合板梁58根。梁型分為直線梁、圓曲線梁和緩和曲線梁3種，最重360 t，一般重180 t。

圖1 恒溫車間磁懸浮軌道梁機加工區示意

2.1 軌道梁構造

軌道梁絕大多數為鋼-混凝土復合結構，其截面呈工字型，24 m長梁的質量為178 t，外形尺寸為：截面高度2 350 mm，底座長×寬為3 000 mm×900 mm，梁頂面寬1 780 mm。兩對應連接件預埋y方向寬度2 213 mm，平面經銑削后y向寬度為2 205 mm，連接件材質為QT500-13球墨鑄鐵，連接件經機加工（端面銑削、鉆孔、锪平面等）后以φ35 mm定位銷和φ22 mm高強度螺栓與功能件裝配連接。功能件由國內制造廠提供成品，定子鐵芯由德方供應，它鑲嵌于功能件下部銷槽并以高強度螺栓緊固。以24 m梁為例，其L、R側功能件各8件，共計16件，連接件每側25個，共計50個，定子鐵芯每個功能件上裝配3根，共計48根。功能件分為M1A～M29A共34種型號（其中有B、C、D型），定子鐵芯按長度分為m、ea、ee這3種類型（圖2、圖3）。

軌道梁按線型分為直線梁、曲線梁、緩和曲線梁（直線梁與曲線梁間的過渡梁）。曲線梁的特點是：梁身下直上曲，即腹板的下部分為直梁，頂面則為曲梁。功能件則是以折代曲，即連接件端面銑削時，對應單個功能件內呈直線，相鄰功能件則呈一定夾角，一側功能件裝配后呈“”狀。曲梁橫坡角0°～12°不等，曲梁平面曲線半徑最小為650 m。緩和曲線梁除具有曲線梁特點外，其z向亦呈弧線狀。應該說軌道梁機加工裝配難度最高的就是緩和曲線梁。

圖2 軌道梁結構示意

圖3 定子鐵芯示意

2.2 軌道梁機加工

2.2.1 機加工條件

1）機加工車間溫度（20±1） ℃，后加工車間和總裝車間溫度（20±3） ℃。

2）連接件埋設3個方向的允差（圖4）：x向1.5 mm、y向2 mm、z向2 mm，連接件經平面銑削，厚度≥30mm。

3）高強度螺栓的最終扭矩470 N·m。

2.2.2 電動運梁臺車

磁懸浮軌道梁生產基地位于浦東黃樓，軌道梁機加工車間就設置在黃樓制梁基地內，全長250 m，軌道梁機加工和功能件總裝采用的型式是流水線生產方式，按照工程指揮部的要求，每天一條流水線要生產加工出6根軌道梁。而每根軌道梁的自重為270 t，這就對流水線的運輸提出了新課題，經中德雙方技術人員共同研究，不斷修改施工方案，特別是在關鍵的零部件方面，電纜卷筒、電動機的造型、機架的設計等問題上，經反復認證和比較，制造出目前我國在軌道梁機加工車間流水線上首輛電動運梁臺車。另外根據軌道梁生產的特點，又提出了在運梁臺車上安裝側移裝置，進一步提高了對軌道梁的生產能力，確保了工程質量（圖5）。

圖4 軌道梁機加工

圖5 電動運梁臺車

2.2.3 五軸數控鏜銑床

“磁懸浮快線”完全不同于現有的公路、鐵路、地鐵線路。整條線路使用了非常多的曲線設計，約占全線的2/3，轉彎半徑最大的達到9 000 m，最小的為650 m。因此，軌道梁機加工的精度要求非常高。

為了列車運行更加平穩，必須要研發高精度、高效率、智能化的數控機床來完成軌道梁的機加工，在某種意義上來說，這套數控專機是整個軌道梁生產線上最關鍵的設備，是制梁廠的心臟，它的成功與否直接影響到軌道梁的制造質量、工期及成本，甚至是整個工程的成敗。

我們和沈陽機床集團共同研發、制造了8臺4套五軸數控鏜銑床，這些數控鏜銑床經應用，所加工的軌道梁精度完全達到設計要求，只用了短短6個月時間，即完成了機加工任務，搶出了工期，節約了費用近億元。

3 軌道梁安裝

本工程軌道梁安裝不同于其他一般工程中構件的安裝，一方面由于軌道梁兩側設有精加工過的功能件，另一方面軌道梁在磁懸浮快速列車高速運行中起到導軌作用，且姿態各異，三向坐標誤差中最大誤差不能超過1 mm，精度是以微米來控制，給安裝和軌道梁精確調整帶來新的施工課題[1-5]。

工程施工沿線長度達到30 km以上，穿過車站，跨過機場高架橋，夾在狹長的高架橋之間，穿越迎賓大道等社會道路，經過十幾條大小河流等，各種復雜施工狀況，對軌道梁安裝工藝的制訂帶來極大的難題。

針對施工現場不同環境、工況，采用不同施工方案進行軌道梁的運輸、安裝和精調。

3.1 150 t抬吊安裝軌道梁

主線為雙線軌道梁，由于跨內強弱電電纜溝已經完成，有些區域（第2、3施工段）已經通電，履帶吊根本無法進入跨內進行軌道梁的安裝，150 t履帶吊施工受到限制。150 t履帶吊雙機抬吊190 t軌道梁，根據其技術參數，起吊半徑只能達到7 m左右，僅能將維修道路一側（外側）軌道梁安裝到位，遠側軌道梁無法安裝；為此在150 t雙機抬吊軌道梁施工中，增加了橫移工藝：即先將里側軌道梁抬吊至外側軌道梁位置，然后橫移到內側軌道梁位置，最后將外側軌道梁安裝到位。150 t履帶吊抬吊工藝，由原來“雙機抬吊”工藝改變為“雙機抬吊＋橫移”組合工藝。

3.2 龍門吊抬吊安裝軌道梁

磁懸浮示范線工程絕大部分軌道梁具有架設高度不高、沿線一側設有維修道路、主線軌道梁中心距相同的特點，軌道梁架設設備首推龍門吊，因為龍門吊具有施工速度快、安全、方便、勞動強度低、路基加固方便等特點。龍門吊按跨距、長度要求鋪設鐵路路基箱和鋼軌。110 t龍門吊兩臺為一組進行軌道梁雙機抬吊，運輸到位的軌道梁可以直接安裝至設計規定位置。

3.3 軌道梁高空移位

本工程軌道梁架設經過了15處河浜；經過遠東大道立交橋、華洲路立交橋、高架橋沿線一些特殊狹小區域等，在這些特殊施工區域施工，軌道梁無法采用現有常規起重設備進行施工安裝，因此在工程實際施工中采用了“定點上梁、高空移位”的施工方法。軌道梁高空縱向移位配套鋼結構由鋼立柱、鋼橫梁和縱移鋼梁組成。根據施工要求先安裝內側軌道梁，再將縱移鋼梁移到外側，進行外側軌道梁的縱向移位；由于受現場施工條件影響，縱移鋼梁無法水平移位，最后在原縱向移位工藝中增加橫移工況，簡化了高空移位工藝（圖6）。

3.4 軌道梁、鋼蓋梁重型履帶吊單機吊裝

在川南奉公路和圍場河區域，軌道梁斜向穿過迎賓大道和機場高架道路，為了避免重型履帶吊進入迎賓大道，保持迎賓大道的暢通，減輕給出入浦東國際機場旅客帶來的道路阻塞，且須跨越機場高架橋，軌道梁分別選用德國利勃海爾LR1400/1（350 t）和臺馬克CC2800（600 t）特大型超級履帶式起重機單機跨外安裝施工；另外第3施工段有2根50 m雙跨連續軌道梁，50 m混凝土軌道梁質量達360 t，選用600 t特大型超級履帶式起重機，滿足了吊裝要求（圖7）。

圖6 軌道梁高空移位施工

圖7 50 m軌道梁600 t履帶吊單機吊裝施工

3.5 軌道梁運輸

直線梁和曲線梁均采用NICOLAS（法國尼古拉）掛車車組進行運輸。該車組由TG300型牽引車、前掛車（6軸線）、后掛車（6軸線）、長貨轉盤、傳力桿、連通管路、動力機組等組成。運輸時，前后轉盤分別安裝在前后掛車上，轉盤載貨平臺可以轉動和擺動。

3.6 軌道梁精調工藝

采用吊裝初定位和精定位逐步逼近的方法，利用高精度測量儀器和自主開發設計的三維液壓調整裝置，成功地實現了靠自己的科研技術力量高精度、高效率完成磁懸浮軌道梁精確定位工程，取得了較好的效果（圖8）。

圖8 軌道梁精調施工

4 結語

通過上海示范運營線的建設，初步掌握了磁懸浮列車軌道梁制造和主線系統設備安裝方面的關鍵技術和不少的專利技術，對今后磁懸浮工程的發展有一定的引領作用。