高速鐵路無縫道岔天窗點內應力放散施工技術

于廣濤

(中鐵六局集團北京鐵建公司,北京 100142)

0 引言

北京豐臺站為北京樞紐辦理普速列車與高速列車的主要客站,設有地面普速車場和高架高速車場的雙層重疊車站。由于車站改建工程位于北京市區建成區內,本著節約土地資源的原則,為減少工程拆遷征地范圍,給市政配套設施預留建設空間,滿足城市景觀一體化規劃設計要求,引入車站高速車場6線咽喉區位于普速車場9線咽喉區上方雙層布置設計。

地面普速車場規模為11臺20線(含正線5條),車場設550m×13.0m×1.25m基本站臺2座,設550m×11.5m×1.25m島式站臺9座,到發線有效長度為650m,站臺上設和站臺等長的雨棚;高速、城際客運車場規模為6臺12線,車場設450m×11.5m×1.25m島式站臺6座,到發線有效長度為500m,站臺上設和站臺等長的雨棚;設高架候車廳1座及站舍等配套設施。西端普速車場銜接豐沙線、京廣鐵路、京滬鐵路及派駐機車折返段、客車技術整備所,為9線咽喉布置,自北至南依次為豐沙上行線、京廣上行線、京廣下行線、機車(輛)出入段線(4條)、京滬上行線、京滬下行線;車站東端銜接有永豐鐵路、京滬鐵路,為4線咽喉布置,自北向南依次為永豐上行線、永豐下行線、京滬上行線、京滬下行線。接觸網工區設在豐臺站西南側既有豐臺客車技術整備所位置,接觸網工區自站內京滬下行線接軌。

2層高速車場采取6臺12線(含正線4條),為盡頭式車站,銜接京廣客專、京港高速鐵路及北京豐臺動車運用所,為6線咽喉布置,自北至南依次為京廣高速鐵路上下行、動車走行A線與B線、京港高速鐵路上下行。其中,京廣、京港高速場均為3臺6線(見圖1)。

1 道岔鋪設及設計資料

1.1 道岔鋪設

根據中國國家鐵路集團有限公司2021年12月17日現場辦公會議精神,豐臺站京港高速鐵路場2022年2月16日進行靜態驗收并進行聯調聯試,而豐臺站京港高速鐵路場側高架平臺于2022年1月20日完成施工,其中涉及京港高速鐵路場3組交叉渡線,1組單渡線,3組單開道岔為底溫鋪設,鋪設時間為2022年2月上旬,鋪設時軌溫為7～10℃,受低溫影響無法進行拉伸放散,為確保按期開通,經查詢北京地區最高軌溫為61.9℃,最低軌溫-27.4℃, 結合設計鎖定軌溫為(28±3)℃,通過無縫線路的允許溫升、允許溫降計算確定最大溫升幅度為36.9℃、最大降溫幅度是58.4℃,滿足北京豐臺京港高速鐵路場無縫線路的斷縫檢算要求。確定在軌溫43.9℃前完成無縫線路道床放散,因此先采取臨時鎖定軌溫聯調,待4月軌溫適宜情況下再進行道岔內自由放散(見圖2)。

圖2 道岔鋪設溫度

1.2 道岔設計資料

北京豐臺站京港高速鐵路場為盡頭式車站,本次臨時軌溫鎖定道岔涉及單開道岔3組、交叉渡線3組、單渡線1組(見圖3),需在軌溫適宜下進行自然放散。道岔為混凝土枕12號可動心軌單開有砟高速道岔,型號為 GLC(08)01,前后軌道為60kg/m U71Mn(G)鋼軌,按1 667根Ⅲ型軌枕/km布置,扣件為Ⅱ型彈條扣件。GLC(08)01道岔直股速度200km/h,側向通過速度45km/h,全長43.2m,基本軌長18.592m、尖軌長14.250m、轍叉長13.792m,岔枕采取GLC(08)01-300混凝土岔枕,扣件采用Ⅱ型彈條。交叉渡線為由GLC(08)01道岔組成GLC(08)01-D5.0 道岔,道岔全長93.124m。

圖3 單開道岔平面

北京豐臺地區設計鎖定軌溫為(28±3)℃,相鄰單元軌節鎖定軌溫<5℃,同一區間內單元軌節的最高與最低鎖定軌溫差<10℃,左、右股鋼軌鎖定軌溫差<3℃。

2 道岔放散方案

2.1 放散方案選定

在2022年3月底隨著軌溫回升,在天窗點內發現尖軌跟端限位器不居中頂死現象,最高軌溫約20℃。結合北京豐臺站京港高速鐵路場聯調時間與京廣鐵路正線天窗時間同步為每天00:20—04:20,其余時間不聯調。按4月初軌溫測量,白天09:00—12:30軌溫在27～30℃,暫未超過最大升幅溫度且在道岔設計鎖定軌溫范圍內具備自然軌溫放散條件,因此選定自由放散方案,放散時將彈條扣件拆除,解除約束,墊板上設置聚四氟乙烯滑板減小摩擦,通過銅錘敲擊鋼軌使鋼軌自由伸縮,待鋼軌充分回彈釋放應力后迅速恢復扣件,鎖定道岔。

2.2 放散準備

2.2.1放散基本原則

道岔放散時保持轍叉位置不變。一方面因為道岔的轍叉部分一般不會跑道,因此沒必要對其進行應力放散或移動;另一方面,考慮到道岔的轍叉部分在制造方面的特點,移動和位置調整均較困難,它的位置變動很可能會引起轍叉部分幾何尺寸改變,不利于道岔鋪設,因此將道岔的轍叉部分作為應力放散的零點。同時,道岔放散作業完成后尖軌跟端的限位器應居中或間隔鐵不受剪力。

直、曲基本軌及導軌、渡線軌放散采取將彈條扣件和軌距塊拆除完畢,用敲擊工具敲擊軌腰,使其鋼軌自由伸縮,應力釋放至0后;當軌溫達到設計鎖定軌溫時,鎖緊道岔扣件。在放散過程中,除彈條扣件外其余部件不動,保證道岔框架尺寸不發生改變。通過鋼軌自由伸縮,敲擊鋼軌,控制鋼軌自由伸縮量,確保應力得到釋放,從而達到放散目的。

2.2.2確定單元軌節

按設計文件及規范要求,岔區無縫道岔設計鎖定軌溫與兩端區間無縫線路設計鎖定軌溫按一致設計。道岔與其2組道岔間線路組成1個單元軌節,進行同步放散鎖定。北京豐臺站京港高速鐵路場道岔及相鄰無縫線路布置情況如圖4所示,共分成3個單元軌節,其中道岔區鎖定軌溫為(28±3)℃,道岔區前后單元軌節鎖定通過拉伸軌溫為28℃。

圖4 道岔及相鄰無縫線路布置

2.2.3軌溫調查

根據北京市2022年天氣預測資料顯示4月氣溫為6～23℃,具體如圖4所示。豐臺站京港高速鐵路場位于2層高架平臺陽光下,結合豐臺站開通情況,計劃在4月6—8日(氣溫19～23℃)連續要3d 09:00—13:00對天窗進行放散鎖定,期間京廣鐵路場、京港高速鐵路場全場封鎖,點閉前60min進行電務調試。

2.2.4位移觀測樁埋設

高速鐵路無縫道岔應按以下要求設置位移觀測樁。

1)對于單組道岔 岔頭前或岔尾后50m及200m處,以及岔頭、限位器或間隔鐵、岔尾(含直曲股)處設置位移觀測樁。

2)對于多組道岔 除在岔頭、限位器或間隔鐵、岔尾(含直曲股)處設置位移觀測樁外,其他位置的位移觀測樁應符合以下要求:①道岔岔頭與岔頭(岔頭與岔尾、岔尾與岔尾)間的位移觀測樁距離(包括與岔頭或岔尾的位移觀測樁間距離)宜≤100m;②道岔岔頭與岔頭(岔頭與岔尾、岔尾與岔尾)間距離<50m時,在兩道岔間可不設置位移觀測樁;③對于車站咽喉最外方或最內方的道岔,與站內或區間線路相連的岔頭前或岔尾后50m及200m處應各設置1對位移觀測樁。

2.3 放散施工

2.3.1選擇并確定放散龍口位置

按TB 10015—2012《鐵路無縫線路設計規范》要求,正線間鋼軌接頭需>20m,站線間鋼軌接頭間距需>12m。按此要求202,204,210號道岔龍口位置設置于岔前21m處?，F場采用白色油漆做好標記,并經現場監理工程師及設備單位確認。

2.3.2現場做標記及軌溫測量

使用準直儀對道岔前25m、岔尖、限位器、導曲中、可動心、岔后、岔后25m處鋼軌位移進行觀測,并記錄作業軌溫。

選取岔頭、岔頭前20m,岔尾、岔尾后20m及限位器共計7個點作為臨時位移觀察點。鋸軌前現場技術人員通過L尺在軌腰及軌枕上標記1條直線,作為觀測0點。在放散時記錄每個觀測點的位移距離,通過實際位移量與計算位移量進行對比,確定實際鎖定軌溫及鋼軌應力是否釋放充分。同時,在龍口往區間線路方向100m內也設置觀測點,確定岔內鎖定軌溫與相鄰線路鎖定軌溫溫差。

同時,在岔頭、岔尾及限位器位置鋼軌軌腰側面各設置1處軌溫計。取其平均值作為監測軌溫。無縫道岔鎖定軌溫是指道岔鋪設施工中兩端就位時各軌溫計的軌溫平均值或應力放散鎖定軌溫。

2.3.3拆卸扣件

在臨時標記做完后對道岔及前后25m 線路扣件進行拆卸,限位器螺栓松開,單開道岔(GLC(08)01)直曲基本軌對應53～60號岔枕、轍叉及對應電務轉換設備保持位置不變;交叉渡線(GLC(08)01-D5.0m, GLC(08)01-D6.5m)中菱形心、上下直軌對應49～64Z號岔枕及對應電務轉換設備保持位置不變,將彈性基板大螺栓松開取下。轍叉部扣件保持不動。5.0m單渡線曲股間夾直線長6.992m及為確保不增加接頭可采取應力調整。具體位置如圖5所示。

圖5 具體位置

2.3.4墊入聚四氟乙烯滑板

在枕下墊入聚四氟乙烯滑板,每處墊2塊。具體方案如下:道岔直曲基本軌4～27號枕處(道岔尖軌范圍內),聚四氟乙烯滑板墊在彈性基板下,每塊彈性基板下墊2 處,共4塊;道岔53～60號枕轍叉處不墊聚四氟乙烯滑板。道岔其他部位及前后 25m線路均在膠墊上墊入聚四氟乙烯滑板。聚四氟乙烯滑板厚度均為10mm、長和寬均為150mm。

2.3.5鋸軌

扣件松開完畢后,在道岔基本軌和岔跟 25m處進行切軌,切軌處提前調查用白油漆做好標記,切軌后對軌縫進行測量,并做記錄。

2.3.6道岔軌溫監測

觀測人員對應變片顯示的溫度進行觀測,并控制道岔溫度均勻下降至 28 ℃左右,在軌溫合適期間進行撞軌及使用銅錘敲擊軌腰,使道岔放散應力,對 4,27號枕直曲股各增設1人使用大錘敲擊軌腰。道岔前后25m處安排人員隨時觀測鋼軌位移變化,使鋼軌處于自由伸縮狀態,確保應力釋放徹底。

2.3.7鎖定道岔

無縫道岔前、后鋼軌經過充分放散后,當實測軌溫達到設計鎖定軌溫范圍(28±3)℃ (升溫過程取下限值,降溫過程取中間值),記錄現場實測氣溫、軌溫及臨時位移觀測點位移,撤出滾杠,鎖定線路,準備焊聯。

當整組道岔鎖定軌溫降至 28℃時,復緊扣件,并重新緊固道岔限位器?？奂途o后檢查扣件扭力。

無縫道岔鎖定是指道岔內部鋼軌全部焊接或絕緣接頭膠接、直曲股與其前后鋼軌焊聯、扣件扭矩復緊達標的作業。

2.3.8焊聯

龍口采取鋁熱焊進行鋼軌焊聯,鋁熱焊焊縫距承軌臺邊緣≥100mm;隨后進行焊縫打磨。焊接精度滿足相關要求。

2.3.9電務調試

扣件鎖定后,電務施工單位組織對道岔進行調試。

2.3.10爬行觀測

道岔鎖定后至當日 19:00,每小時對道岔各測點進行1次無縫線路觀測,并對觀測軌溫和位移量進行記錄。

2.3.11探傷

龍口焊聯結束后,待鋼軌冷卻,用小型鋼軌探傷儀進行人工探傷,確保焊接接頭質量達標 。如發現存在焊縫傷損等質量問題,立即安排重新焊接 。

2.3.12軌道精測、精調及開通

無縫岔區鎖定后,由精調單位進行精調,設備單位精測驗收。

按《中國鐵路北京局集團有限公司營業線施工管理實施細則》要求,當日開通后限速160km/h 至下次天窗結束(其中第1列限速45km/h,第2列限速80km/h,第3列限速120km/h)?；謴统Ｋ偾氨仨毥浘{整修、檢測確認、階梯提速。

2.3.13建立并完善相關臺賬

在放散施工結束后,及時修改完善焊接接頭臺賬、無縫線路臺賬等 。

3 結語

1)道岔處于無縫線路固定區,其基本軌為無限長,而導軌為半無限長,隨著軌溫變化,導軌在有限長的一端克服阻力而伸縮,相應放散部分溫度力,并通過連接件(限位器)和岔枕、扣件對基本軌施加縱向力,因而基本軌除承受溫度力Pt外,還承受導軌的作用而產生附加縱向力Pa。通常Pt+Pa=1.33Pt。因此,無縫道岔應力放散主要應將基本軌的應力放散徹底。而導軌和轍叉在列車運營過程中通過輾壓和振動會逐漸自動放散應力,所以要求放散應力時轍叉前后的鋼軌扣件拆除,轍叉部分應鎖定不動,從而使道岔的中心和轍叉咽喉(或轍叉理論交點)位置保持不變。

2)放散應力單元軌條長度盡可能不超過道岔長度,從而使放散量不大,不必重新配軌,也不會改變限位器和鉤鎖器位置,減少放散應力工作量,但相應應提高放散位移量的測量精度,否則根據放散量計算得到的鎖定軌溫不準確。

3)無縫道岔放散應力采用2塊聚四氟乙烯滑板代替滾筒作“摩擦對”較合適。采用滾筒作“摩擦對”放置在鐵墊板下,如果放置歪斜摩擦系數很大,可能接近0.2。聚四氟乙烯滑板間的摩擦系數很小,約為0.04,且放置不存在方向問題。

4)轉轍位置及前后,基本軌底一側由彈片、銷釘固定,放散應力時絕不可拆除,否則放散應力后安裝十分困難,必須將墊板上的錨固螺栓卸去,并在鐵墊板下擱置“摩擦對”,放散應力后再放移鐵墊板位置。