【摘要】介紹北京城鐵地面線碎石道床一次鋪設(shè)無縫線路和采用“ 連入法”進(jìn)行應(yīng)力放散和鎖定的施工方案和施工工藝。
【關(guān)鍵詞】碎石道床 無縫線路 軌道 一次鋪設(shè) 施工技術(shù)
隨著我國(guó)城市建設(shè)的迅猛發(fā)展,地面的電汽車公共交通已越來越滿足不了城市尤其是大城市居民出行的需求,而城市鐵路軌道交通以其大容量、快捷、安全、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn),已經(jīng)成為城市交通發(fā)展的必然趨勢(shì)。
由于城市鐵路必須具有高平順性,要求一次鋪設(shè)無縫線路,并按設(shè)計(jì)速度(80 kmΠh) 交付運(yùn)營(yíng)。針對(duì)北京城市鐵路碎石道床軌道工程施工的這一特點(diǎn),我們通過積極開展科技攻關(guān),利用先進(jìn)工藝和設(shè)備,優(yōu)質(zhì)高效地完成了該項(xiàng)工程的施工,全面掌握了碎石道床一次鋪設(shè)無縫線路這項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù),為今后城市鐵路的建設(shè)積累了豐富的經(jīng)驗(yàn),同時(shí)該項(xiàng)技術(shù)也對(duì)新建高速鐵路、(準(zhǔn)) 高速客運(yùn)專線和今后新建鐵路干線的鋪軌施工具有一定的指導(dǎo)意義。
1 施工方案
新建鐵路一次鋪設(shè)無縫線路是我國(guó)鐵路建設(shè)中的新課題,目前在國(guó)內(nèi)尚無成熟的工藝。而國(guó)外在長(zhǎng)鋼軌鋪設(shè)方面,可歸納總結(jié)為兩種方法,即單根軌枕鋪設(shè)法和長(zhǎng)軌排鋪設(shè)法。
單根軌枕鋪設(shè)法是先將焊接后的長(zhǎng)鋼軌卸至工地,利用鋪枕機(jī)布枕,同時(shí)將長(zhǎng)鋼軌放置在軌枕上形成軌道,再通過機(jī)械化養(yǎng)路作業(yè)使線路穩(wěn)定成型,進(jìn)而經(jīng)過：
(1) 底碴攤鋪壓實(shí)。
(2) 鋪設(shè)過渡軌排。在鋪軌基地利用待焊的25 m 無孔軌拼裝過渡軌排,其軌枕及扣件均按設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)一次定位安裝。用輕型鋪軌機(jī)鋪設(shè),以臨時(shí)鋼軌接頭連接器連接成可供施工車輛通過的臨時(shí)軌道。
(3) 卸碴與整道。使用大型機(jī)械化整道作業(yè)車,進(jìn)行自動(dòng)卸碴、配碴整形、起道、撥道、搗固道床,并進(jìn)行動(dòng)力穩(wěn)定作業(yè)。以上作業(yè)工序視具體情況分3～5 次循環(huán)作業(yè),直至軌道穩(wěn)定為止。
(4) 換鋪長(zhǎng)鋼軌。過渡軌道的道床穩(wěn)定和幾何狀態(tài)達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)后,即可換鋪長(zhǎng)鋼軌。
(5) 鎖定線路和進(jìn)行聯(lián)合接頭的工地焊接。
(6) 進(jìn)行最后的軌道整修作業(yè)。
在運(yùn)營(yíng)之前就一次換上長(zhǎng)鋼軌,然后再進(jìn)行機(jī)械化養(yǎng)路作業(yè)。同時(shí),根據(jù)城鐵最高運(yùn)營(yíng)速度為80 kmΠh 的特點(diǎn),對(duì)軌道和路基工程的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)適當(dāng)調(diào)整,從而可大大節(jié)省工程的施工費(fèi)用。目前通過施工單位的嚴(yán)密施工組織以及對(duì)其工裝設(shè)備的改造,施工進(jìn)展順利, 且經(jīng)過了2002 年夏季的持續(xù)超高溫考驗(yàn),無縫線路十分穩(wěn)定,未出現(xiàn)任何技術(shù)問題。
對(duì)城鐵地面線一次鋪設(shè)無縫線路技術(shù),我們從設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、施工工藝、施工機(jī)械、養(yǎng)護(hù)標(biāo)準(zhǔn)等方面,進(jìn)行了配套的、具有實(shí)施性的技術(shù)研究,形成了一套適合城鐵地面線碎石道床的施工工藝。該工程采用一次鋪設(shè)無縫線路新技術(shù),是城市軌道交通地面線設(shè)計(jì)與施工技術(shù)的有益嘗試,解決了夜間維修困難、運(yùn)營(yíng)初期輪軌振動(dòng)與噪聲大、今后換下的有螺栓孔軌無應(yīng)用場(chǎng)所等諸多問題,節(jié)省了建設(shè)投資,使線路交付運(yùn)營(yíng)初期就具有高平順性和穩(wěn)定性。應(yīng)力放散鎖定成無縫線路。例如采用美國(guó)Fairmont Tamper 公司制造的NTC 型鋪軌車鋪設(shè)的方法,就是這種單根軌枕鋪設(shè)法。
長(zhǎng)軌排鋪設(shè)法系先將長(zhǎng)鋼軌和軌枕組裝成軌排, 采用專用機(jī)械將軌排鋪設(shè)在線路上形成軌道,通過機(jī)械化養(yǎng)路作業(yè)使線路穩(wěn)定成型,再經(jīng)應(yīng)力放散鎖定成無縫線路。例如英吉利海峽隧道出口處所采用的整體道床軌道門式吊機(jī)鋪設(shè)的方法,就是這種長(zhǎng)軌排鋪設(shè)法。
北京城市鐵路(西直門—東直門) 是我國(guó)首次采用一次鋪設(shè)無縫線路的城市軌道交通工程。由于在繁華擁擠的城區(qū)內(nèi)施工,無既有線運(yùn)輸之便,大型機(jī)械進(jìn)場(chǎng)相當(dāng)困難,為此研究出一種特殊的施工方法。其具體思路是:右線碎石道床采用機(jī)械鋪軌,右線整體道床鋪設(shè)臨時(shí)軌排,使鋪軌機(jī)得以通過并繼續(xù)向前鋪軌。鋪通右線后,用長(zhǎng)軌放送車放送左右線長(zhǎng)鋼軌,先施工整體道床的左線部分,在碎石道床左線進(jìn)行人工卸枕和鋪設(shè)長(zhǎng)軌,待左線整體道床達(dá)到可行車的強(qiáng)度后,再進(jìn)行右線整體道床的施工,最后貫通全線。
2 施工技術(shù)的研究
為優(yōu)質(zhì)完成碎石道床一次鋪設(shè)無縫線路,在施工方案確定后,對(duì)施工中的具體技術(shù)要求,必須要有充分的認(rèn)識(shí)。因此,針對(duì)施工中可能出現(xiàn)的問題以及為以后工務(wù)部門的養(yǎng)護(hù)維修創(chuàng)造良好條件,進(jìn)行技術(shù)研究非常必要。研究?jī)?nèi)容主要有:
( 1) 道床橫向阻力
道床橫向阻力是防止脹軌跑道、保持無縫線路穩(wěn)定的重要因素。據(jù)前蘇聯(lián)試驗(yàn)資料表明,對(duì)保持軌道的穩(wěn)定性,道床阻力的作用占65 % , 而鋼軌為25 % , 扣件為10 %。為了保證道床橫向阻力,通過施工技術(shù)研究,針對(duì)影響道床橫向阻力的因素,制定了詳細(xì)的措施: ① 在軌道工程施工之前,對(duì)路基進(jìn)行全面檢查,確認(rèn)是否充分壓實(shí)。如有問題,要徹底整治路基問題。② 施工中保證道床飽滿。道床飽滿程度關(guān)系到軌枕與道碴接觸面的大小及道碴之間的嚙合,直接影響道床阻力值。③ 道床橫向阻力的組成為:道床肩部占20 % ～30 % , 軌枕兩側(cè)占20 %～30 % , 軌枕底部占50 %。因此要嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求,保證道碴的肩寬、厚度、堆高,道床斷面不僅要符合標(biāo)準(zhǔn)尺寸,還應(yīng)搗固密實(shí),以提供較大的道床阻力。
( 2) 道床縱向阻力
道床縱向阻力是抵抗鋼軌伸縮、防止線路不均勻爬行的重要參數(shù),它受道碴材質(zhì)及其顆粒大小、道床斷面形狀、搗固質(zhì)量、臟污程度、軌道框架重量等因素的影響。施工中應(yīng)特別注意道床清篩后因縱向阻力下降而引起的線路爬行,所以在作業(yè)后夯實(shí)道床增強(qiáng)阻力的工作特別重要。
( 3) 接頭阻力
接頭阻力是由鋼軌與夾板間的摩阻力和螺栓的抗彎力或抗剪力來提供的。在其他條件相同的情況下, 螺栓的擰緊程度就是保持接頭阻力的關(guān)鍵。因此對(duì)1019 級(jí)高強(qiáng)螺栓,要嚴(yán)格按照規(guī)定的設(shè)計(jì)扭力矩(900 N·m) 擰緊螺栓。
( 4) 扣件阻力
扣件阻力主要用來抵抗鋼軌縱向位移,它必須大于道床縱向阻力,否則鋼軌將沿軌枕移動(dòng)。城鐵碎石道床施工中,為保證足夠的扣壓力,采用彈性扣件,中間彈條要求全部拉伸到位,以保證其扣壓力在715～ 910 kN 范圍內(nèi)。
此外,使無縫線路喪失穩(wěn)定性的因素是溫度力和軌道原始不平順(原始彎曲) 。前者通過應(yīng)力放散和鎖定加以解決,后者則需要在鋼軌的軋制、運(yùn)輸、焊接和鋪設(shè)過程中避免形成塑性彎曲。
3 質(zhì)量控制
如何做到理論聯(lián)系實(shí)際,將施工技術(shù)研究成果具體落實(shí)到施工中去,是保證工程質(zhì)量的關(guān)鍵。所采取的主要施工工藝的質(zhì)量保證措施如下:
( 1) 底碴攤鋪
辦理線路路基移交手續(xù)后,對(duì)線路路基的寬度、路肩高程、路拱高程和特殊點(diǎn)位置的里程進(jìn)行復(fù)測(cè)。在復(fù)測(cè)允許誤差范圍內(nèi)攤鋪底碴,否則需上報(bào)甲方和監(jiān)理單位。
底碴材質(zhì)應(yīng)符合TBΠT 2897 —1998 《鐵路碎石道床底碴》的規(guī)定。底碴攤鋪壓實(shí)后,要對(duì)其進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè),判斷是否達(dá)到質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。檢測(cè)內(nèi)容主要包括: ① 碴面外形:碴面縱橫坡度、寬度、厚度及中間凹槽等是否均達(dá)到規(guī)定要求。② 平整度:用3 m 直角尺檢查碴面平整度,允許偏差為10 mm 。③ 密度:底碴經(jīng)壓實(shí)整平后,用“灌水法”測(cè)量,其密度不得低于114 gΠcm3 。檢測(cè)結(jié)果表明,攤鋪質(zhì)量完全達(dá)標(biāo)。
( 2) 軌排鋪設(shè)
在鋪軌前,需要進(jìn)行線路調(diào)查,確認(rèn)線路上無障礙物后再進(jìn)行鋪軌作業(yè)。尤其要注意的是,車站頂棚、橋梁凈高、電線、其他建筑的限界高度,以及線下電纜等, 以免鋪軌機(jī)在施工中受阻。只有確認(rèn)暢通無阻后方可進(jìn)行調(diào)車作業(yè)。在進(jìn)行右線機(jī)械鋪軌時(shí),采用了適用于北京城市鐵路施工的PG216 型鋪軌機(jī)。機(jī)械鋪軌原理與國(guó)鐵基本相同。
( 3) 卸碴
按北京城市鐵路碎石道床施工規(guī)定,在鋼筋混凝土基礎(chǔ)(獨(dú)立橋涵、車站兩端過渡段) 和滲水土路基地段取消底碴,全部采用面碴,設(shè)30 cm 厚單層道床; 在非滲水土路基地段設(shè)45 cm 厚雙層道床(面碴層厚25 cm ,底碴層厚20 cm) 。面碴采用一級(jí)道碴,材質(zhì)要符合TBΠT 2140 —90《鐵路碎石道碴》中對(duì)一級(jí)道碴的規(guī)定。利用K13 型風(fēng)動(dòng)卸碴車進(jìn)行卸碴,卸碴時(shí)要求盡可能均勻,以減少整形車配碴時(shí)的工作量,必要時(shí)人工配合清理。大坡道卸碴時(shí),采用動(dòng)能闖坡再后退卸碴的辦法。為保證首都環(huán)境不被污染,道碴裝車前均需經(jīng)過灑水處理。
( 4) 大型機(jī)械化養(yǎng)路
大型機(jī)械化養(yǎng)路采用MDZ 機(jī)組進(jìn)行作業(yè)。MDZ 機(jī)組是由SPZ2200 型配碴整形車、08232 型自動(dòng)操平、起、撥道搗固車和WD2320 型線路動(dòng)力穩(wěn)定車組成。該機(jī)組在作業(yè)中能進(jìn)行養(yǎng)路的起、撥、搗固作業(yè),以及進(jìn)行道床配碴、整形和道床穩(wěn)定的連續(xù)作業(yè)。新鋪道床經(jīng)大型養(yǎng)路機(jī)3～4 遍作業(yè)后,可使線路在方向、水平、高低的精度誤差控制在2 mm 以內(nèi)。
結(jié)合北京城市鐵路的施工特點(diǎn)和施工安排,大型機(jī)械化養(yǎng)路作業(yè)流程可分為2 次補(bǔ)碴、3 次搗固、4 次動(dòng)力穩(wěn)定。其工藝流程如下:
機(jī)械化養(yǎng)路設(shè)備整備 →施工準(zhǔn)備 →施工測(cè)量 —→第一次補(bǔ)碴 →搗固、穩(wěn)定各2 次— →施工測(cè)量 —→第二次補(bǔ)碴———→搗固、穩(wěn)定 →加強(qiáng)性動(dòng)力穩(wěn)定 —→軌道整形。
按照設(shè)計(jì)的要求,只有在道床參數(shù)、幾何形態(tài)達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)后,方可鋪設(shè)、鎖定長(zhǎng)鋼軌。檢測(cè)結(jié)果表明:經(jīng)機(jī)械化養(yǎng)路后的線路,軌道幾何形態(tài)(包括軌距、水平、方向、高低) 、曲線正矢、道床厚度、軌面高程、曲線超高及豎曲線設(shè)置、軌道中心線與線路中心線偏差均達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。采用大型養(yǎng)路機(jī)械作業(yè)后,再進(jìn)行加強(qiáng)沉落整修、封道床等各項(xiàng)作業(yè)。全面整道后的軌道,經(jīng)列車不少于50 次壓道后,無明顯變形,為一次鋪設(shè)無縫線路創(chuàng)造了良好條件。經(jīng)檢測(cè),道床狀態(tài)參數(shù)值達(dá)到如下標(biāo)準(zhǔn):道床密度> 117 g/cm3 ,道床支承剛度≥80 kN/mm ,道床橫向阻力
≥8 kN/枕,道床縱向阻力≥10 kN/枕。所有參數(shù)全部達(dá)標(biāo),道床達(dá)到一次鋪設(shè)無縫線路的要求。
( 5) 長(zhǎng)鋼軌焊接及放送
采用烏克蘭巴頓焊軌研究所生產(chǎn)的K900 型閃光接觸焊機(jī),在基地內(nèi)將25 m 長(zhǎng)的無孔軌焊接成125 m 的長(zhǎng)鋼軌(由于焊軌時(shí)頂鍛量的影響,鋼軌實(shí)際長(zhǎng)度為124177 m) ;在線路以大型養(yǎng)路機(jī)械養(yǎng)護(hù)成型后,利用2 臺(tái)軌道車牽引長(zhǎng)軌放送車將125 m 長(zhǎng)鋼軌拉卸至工地,再用移動(dòng)式小型氣壓焊將125 m 長(zhǎng)鋼軌焊連成900 ～1 200 m 長(zhǎng)的單元軌節(jié);對(duì)于應(yīng)力放散和鎖定時(shí)的聯(lián)合接頭焊接,則采用鋁熱焊。
( 6) 長(zhǎng)軌換鋪
拆除已鋪右線的過渡軌排,將長(zhǎng)鋼軌撥入承軌槽, 由于左線是人工卸枕,故可直接將長(zhǎng)軌入槽;同時(shí)將區(qū)間拆除的25 m 長(zhǎng)的無孔軌回收至焊軌基地,進(jìn)行接觸焊后可繼續(xù)使用。若在高溫作業(yè)時(shí)出現(xiàn)脹軌,可采用覆蓋草袋并澆水的方法進(jìn)行降溫。
( 7) 應(yīng)力放散和鎖定
國(guó)內(nèi)鋪設(shè)無縫線路的施工方法歸納起來有兩種, 即“連入法和“插入法。“連入法是先將第一段單元軌節(jié)應(yīng)力放散,并在設(shè)計(jì)鎖定軌溫范圍內(nèi)加以鎖定,再將第二段及以后的單元軌節(jié)與上一段單元軌節(jié)經(jīng)過鎖定焊接、應(yīng)力放散之后依次再鎖定而成為無縫線路的施工方法。“插入法是在相鄰單元軌節(jié)中間插入一對(duì)鋼軌(經(jīng)過計(jì)算確定長(zhǎng)度的鋼軌),對(duì)單元軌節(jié)放散應(yīng)力進(jìn)行鎖定焊接的作業(yè)方法。經(jīng)比較并結(jié)合該線的施工特點(diǎn),決定采用“連入法進(jìn)行無縫線路施工,其作業(yè)程序如下: ①采用氣壓焊將長(zhǎng)鋼軌焊接成單元軌節(jié)。②當(dāng)作業(yè)軌溫處于設(shè)計(jì)鎖定軌溫范圍內(nèi)時(shí),采用“滾筒法”(通常采用鋼軌下墊滾筒的方法,該線用2 塊聚四氟乙烯代替滾筒) 放散應(yīng)力后進(jìn)行鎖定;當(dāng)作業(yè)時(shí)軌溫低于設(shè)計(jì)鎖定軌溫時(shí),采用“拉伸器滾筒法”(拉伸器和滾筒配合的方法,也稱“綜合法”) 放散應(yīng)力后進(jìn)行拉伸鎖定。③將第二段及以后的單元軌節(jié)與上一段單元軌節(jié)經(jīng)過鎖定焊(即鋁熱焊) 后,進(jìn)而對(duì)長(zhǎng)軌條進(jìn)行應(yīng)力放散和依次鎖定。④長(zhǎng)軌條最后一段單元軌節(jié)在終端緩沖區(qū)標(biāo)準(zhǔn)軌前或鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器前合攏。合攏口預(yù)留拉伸長(zhǎng)度要經(jīng)過計(jì)算確定,放散應(yīng)力后進(jìn)行鎖定焊接,最終成為無縫線路。⑤在鋼軌上做好標(biāo)記,記錄位移觀測(cè)樁初始讀數(shù)。⑥將單元軌節(jié)應(yīng)力放散后的拉伸量、鋼軌位移觀測(cè)樁初始讀數(shù)、鎖定軌溫、鎖定日期、單元軌節(jié)編號(hào)等列入竣工資料。
無縫線路應(yīng)力放散與鎖定應(yīng)遵循的原則: ①線路鎖定前應(yīng)掌握北京地區(qū)軌溫變化規(guī)律,根據(jù)各施工區(qū)段的時(shí)間間隔,選定鎖定軌溫及施工時(shí)間。②測(cè)量軌溫時(shí),要對(duì)鋼軌不同位置進(jìn)行多點(diǎn)測(cè)量,取其平均值。③鎖定軌溫應(yīng)力求準(zhǔn)確、可靠,符合設(shè)計(jì)規(guī)定。④整正軌枕和軌距后,應(yīng)兩股同步鎖定,同時(shí)在鋼軌上設(shè)置縱向位移觀測(cè)的“零點(diǎn)標(biāo)記。⑤必須準(zhǔn)確確定鎖定軌溫,無碴軌道地段和有碴軌道地段均必須嚴(yán)格遵照設(shè)計(jì)鎖定軌溫施工,相鄰兩段單元軌節(jié)鎖定軌溫差不得大于5 ℃,左右兩股鋼軌的鎖定軌溫差不得大于5 ℃。⑥鎖定軌溫與鎖定日期應(yīng)列入竣工資料。
