地鐵運營線100米長軌更換施工技術研究

徐明發

國內地鐵采用定尺100米長鋼軌進行全長鋼軌更換尚屬空白，無可類似工程借鑒，經研究形成地鐵運營線100米長軌更換施工技術，把L型懸臂吊安裝在平板車上，采用2臺軌道車牽引和9臺平板車組成長鋼軌運輸列車，把存儲在基地100米長軌運輸至更換段，用安裝在平板車上L型懸臂吊吊卸，將100米長鋼軌焊接成相應長度的更換長軌條，切割磨損鋼軌更換新的長軌條，安裝扣件調整線路軌道狀態，滿足開通運營條件，在有限的時間窗口內快速、高效、安全地進行地鐵運營線100米長軌更換施工，對100米長軌存儲、運輸、焊接等施工工藝及設備開展攻關，通過總結形成成果，對今后類似工程有一定的借鑒意義。

隨著國內地鐵建設規模的擴大，已修建營運的線路逐漸出現設備陳舊、軌道磨損、軌料老化、道床開裂等問題，特別是由于地鐵運營時間長，鋼軌的疲勞期達到了使用年限，鋼軌工作邊磨損導致軌道的高平順性較差，軌道沉降、銹跡嚴重，列車進出車站剎車聲刺耳，影響旅客乘車的舒適度和安全性，急需更換磨損鋼軌。目前國內更換均采用25米鋼軌進行更換，受技術和運輸條件的限制，100米長鋼軌更換仍未普及，研究依托項目車輛段與國鐵正線相連接，為采用100米定尺鋼軌施工創造了運輸條件。

一、技術現狀

目前國內地鐵全長鋼軌更換采用25米鋼軌運輸至更換地段，再將25米鋼軌焊接成相應長軌條進行更換工作，采用25米鋼軌更換施工工期長，作業天窗內施工鋼軌運輸、鋼軌焊接等工序均在天窗作業點內完成，安全隱患高，防護監督投入大，工序滯后將影響運營時間。急需開展相關研究，解決25米鋼軌更換施工時間短、作業環境差、管理跨度大、對地鐵運營線影響等難題。

二、長鋼軌安全運輸及更換技術

1.技術原理

在車場線基地內把L型懸臂吊安裝在平板車中間位置（具體參見圖1所示），利用基地內固定式群吊把100米鋼軌吊裝至9臺連接的平板車上，用固定鋼軌裝置把100米長鋼軌固定在平板車上；利用地鐵停運時間窗口把100米長軌運輸至更換地段，L型懸臂吊電動葫蘆連接卡具把100米鋼軌旋轉吊裝至線路兩側卸；把100米長鋼軌焊接成相應更換長度的長軌條，精確測量焊接好的長軌條長度，在既有線軌道上測量同長度的長軌條長度，用鋸軌機把既有鋼軌鋸軌，拆除扣件用簡易門吊把既有長軌條吊至線路兩側，再把焊接好的新長軌條吊至線路扣件鐵墊板承軌槽內；兩端新長軌條端頭與既有鋼軌端頭采用魚尾夾板連接，同時焊接好鋼軌回流線；下次利用已更換的新長軌條與更換長軌條焊接，另一端頭與既有鋼軌利用魚尾夾板連接；更換完成調整軌道狀態符合要求后安裝扣件“T”型螺栓，擰緊螺母，檢查扭矩力和軌道狀態滿足規范要求和運營條件，恢復更換后的鋼軌連接電纜及其他設備。

圖1 平板車安裝L型懸臂吊實物圖

2.關鍵技術

（1）研究應用了運營線長軌存儲、運輸、更換成套工裝設備，開發了快速換軌施工工藝，總結了勞動力組織和安全管理最優方案，首次在國內地鐵中采用百米長軌更換施工技術，低碳環保、保證地鐵運營安全。

（2）在充分調查軌道病害種類的基礎上，針對性開發應用了“異形軌距塊”“自帶水平調整功能的操作平臺”等多項專利技術，快速處理了小半徑曲線軌枕偏斜、尼龍套管及道釘失效等病害。

（3）充分利用既有車輛維?；亟ㄔO了長軌存放場，開發了“橫梁可旋轉固定長軌裝置”，解決了地鐵隧道內小半徑曲線、大坡道地段100米鋼軌運輸的難題，保證了運輸安全。

（4）研究開發了先焊后換施工裝備及工藝，合理選擇100～800米的單元軌節，提高了地鐵運營線路換軌施工工效。

3.實施步驟

（1）生產組織與安全管理集約化，利用列車停運時間窗口分段完成地鐵運營線上鋼軌更換，確保施工安全和滿足運營要求。合理組成施工人員進入軌行區作業，做好軌行區施工作業安全培訓、教育和考試。加強安全教育，建立嚴格的安全體系、制度及措施，積極配合并實施施工安全監督制度，制定合理的應急預案。

（2）地鐵運營線100米長軌存放基地規劃建設，不拆除既有線軌道，利用其存車線既有線股道間存放100米長鋼軌，并選擇三股軌道線路，兩側軌道用于固定龍門吊的固定式群吊支腿，中間軌道用于進行100米長軌吊裝及運輸；等距的8臺群式門吊控制系統采用PLC控制，可聯動控制也可通過選擇開關單獨控制，另外每臺需要控制的機構有：起升機構和行走機構，所有控制信號全部由一臺PLC發出，單操作面板，保證每臺機構的響應速度的一致性。百米長鋼軌存放如圖2所示。

圖2 百米長鋼軌存放現場圖

（3）地鐵運營線軌道病害處理施工技術，在充分調查軌道病害種類的基礎上，針對性開發應用了“異形軌距塊”“自帶水平調整功能的操作平臺”等多項專利技術，快速處理了小半徑曲線軌枕偏斜、尼龍套管及道釘失效、道床沉降等病害。尼龍套管失效處理如圖3所示，

圖3 軌枕尼龍套管失效處理操作平臺實物圖

（4）地鐵運營線100米長軌運輸及更換技術，采用軌道車牽引9臺平板車把100米鋼軌運輸至更換地段，在平板車中間安裝鋼軌固定裝置，在裝車前將銷釘打開，把橫梁旋轉成90度后進行100米長軌裝車，每次裝車8根100米長鋼軌后將橫梁恢復并用銷釘固定牢固，在運輸至更換施工現場時將銷釘拔出，橫梁旋轉90度后通過平板車懸臂吊同步吊卸100米長鋼軌，吊卸完成后恢復橫梁并穿入銷釘，一趟運輸完成。運輸完成后確認現場存放不侵線、無軌料，運輸車輛撤離運營線路返回基地后進行軌行區作業銷點。采用“先焊后換”技術，把100米長鋼軌焊接成相應更換長度的長軌條，再進行更換；采用特殊加工的門式支架快速移除舊鋼軌，更換新的長軌條；采用小型氣壓焊進行聯合接頭焊接，采用魚尾夾板固定新舊鋼軌連接；快速恢復鋼軌上各種連接線。長軌更換施工作業如圖4所示。

圖4 長鋼軌更換施工現場圖

三、結語

該技術成果成功應用于上海軌道交通1、2、9號線全長鋼軌更換等項目，研究應用了運營線長軌存儲、運輸、更換成套工裝設備，開發了快速換軌施工工藝，總結了勞動力組織和安全管理最優方案，首次在國內地鐵中采用定尺百米長軌更換施工技術，低碳環保、保證地鐵運營安全。與傳統鋼軌更換對比其施工效率提高2.5倍；軌道病害施工效率提高4倍（軌枕偏斜、尼龍套管和螺栓道釘失效、地面沉降）；影響地鐵運營安全風險降低50%；綜合能耗節約50%。采用該技術成果一個作業點可更換800m全長鋼軌，該技術成功實施，安全質量可靠、施工進度快、環境影響小。取得了良好的效果，可為以后類似工程提供參考。