地铁运营线路弹性短轨枕改造施工技术

1 引言

地铁从出现至今已有百年历史,随着轨道交通环评要求的不断提高,地铁建设中根据沿线环保要求设置相应的减振降噪措施,弹性短轨枕就是其中一种中等减振措施｡我国已开通的地铁运营中,采用弹性短轨枕的有广州､上海､深圳､武汉､天津及沈阳等城市｡弹性短轨枕既有优点也有缺点:优点是具有较好的噪声和振动衰减特性,弥补了很多轨枕在刚度､强度上的缺陷,并且其制造成本相对较低,减振效果也好;缺点是经过长时间运营后,出现轨枕套靴道床之间剥离､间隙扩大､轨枕空吊､轨距变化大､减振量下降､短轨枕破裂等现象｡针对弹性短轨枕病害问题严重､影响线路设备运营情况的问题,在日常养护维修中主要采取:切开长轨释放应力､调高垫板处理､临时加固措施(加装轨距拉杆)､加强轨道安全管理,采取各种预防措施制定短轨枕失效的修复工艺来整治病害,最大程度上保证线路设备稳定｡通过对比分析可知,采用以上措施来整治弹性短轨枕病害,只能起到延缓作用,属于临时性技术措施,安全系数较低;而且改变了轨道原有设计,不利于地铁正常运营,日常养护维修不易,若相同地段再次出现问题,甚至无法再次整治｡因此从根本上解决弹性短轨枕病害是一个重要的研究课题｡

地铁运营线路弹性短轨枕改造大修技术研究背景:广州地铁二､三､八号线弹性短轨枕应用长度共计55536m,弹性短轨枕经过多年运营,其铺设的弹性短轨枕出现一定的伤损和性能下降,根据中国铁道科学研究院2010年对送检的3套广州地铁二号线弹性短轨枕橡胶包套的检测报告〔(2010)JHC字第1202号〕,橡胶包套扯断伸长率均值为183.9%(原设计要求为≥250%),微孔橡胶垫板拉伸强度､扯断伸长率､静刚度均值分别为3.76MPa､217.3%､17.8kN/mm(原设计要求分别为≥12MPa､≥250%､20~25kN/mm),已不满足原设计要求｡

为研究弹性短轨枕伤损整治的改造大修技术,同时为今后弹性短轨枕的全面病害整治提供技术支持,依托广州地铁二号线(广州南站~嘉禾望岗)公园前~纪念堂下行ZDK14+268~ZDK14+418共150m弹性短轨枕试验段先行改造工程进行研究总结｡

2 弹性短轨枕改造大修施工特点

(1)施工作业时间有限:改造大修主要工作内容必须在夜间地铁停运期间方可实施,夜间作业非运营时间约3.5h(含请点､销点､清退场时间),每天施工后必须迅速清理现场,保证次日地铁的安全､正常运营｡

(2)进度质量要求较高:弹性短轨枕改造大修将破坏原有线路的轨道几何状态,并且在严格规定的时间内必须完成当次施工内容;同时对最不利状态的小半径曲线线路恢复轨道几何尺寸以开通线路｡

(3)安全管控难度较大:弹性短轨枕更换大修涉及运营､车辆､调度､信号､通信､电务等诸多专业,作业过程中对线网线路设备设施的保护难度较大;施工机具及材料搬运频繁,特别是较大的机具无法存放,每次作业完成后必须带出施工现场,做到工清场清｡

(4)作业空间狭小封闭:作业主要在场地狭小的隧道内,线性施工作业沟通管理难度大､枕坑凿毛粉尘消散较慢;作业人员密集疫情防控难度大｡

(5)方案选型要求较高:项目为试验段先行改造大修项目,要求施工工艺方面从根本上解决消除弹性短轨枕病害;通过扣件､轨枕､灌浆料选型改造后的轨道应具有足够的强度､稳定性､耐久性以及适量的弹性｡

3 改造大修需要遵循的主要原则

(1)除需改造大修部位外,轨道的其余技术标准应尽量与既有线路统一,并采用通用的零部件,以方便维修保养和运营管理;考虑轨底坡,在扣件上实现｡

(2)改造后的轨道应具有足够的强度､稳定性､耐久性及适量的弹性,还需考虑与改造范围外轨道结构的平稳过渡,以确保列车运行平稳性､安全性和乘客舒适度｡

(3)考虑充分利用原有的轨道部件,不破坏既有的整体道床结构,又考虑灌浆层的厚度,综合设计确定混凝土短轨枕的尺寸｡

(4)轨道结构改造应力求简单,方便施工及养护维修,且不能影响既有线路的正常运营｡

(5)考虑改造仍采用既有线钢轨,而既有钢轨存在一定的垂向及侧向磨耗,改造后的扣件及轨枕位置是根据既有钢轨轮廓确定的;因此,若改造时按照标准扣件安装(即采用标准轨距块和不设置调高垫板),在将来更换新钢轨时会导致轨面抬高以及增大轨距调整工作量等问题｡

4 改造大修需要满足的技术要求

地铁运营线路因其在城市当中特殊性的存在,因此在弹性短轨枕改造大修当中具有较高的特殊性,对技术具有较高的要求｡

(1)轨道中等减振:外轨中心距离住宅区､医院､学校､机关等建筑物大于10m且振动预测值VLmax<6dB,因此要求改造后的轨道比普通整体道床减少6dB以上｡

(2)研究解决弹性短轨枕更换采用的扣件､轨枕､灌浆料选型,确保改造后其强度及疲劳性能测试等满足相关要求,并与原线路设计匹配､易于维保等技术要求｡

(3)施工过程中通过对技术参数､工艺流程､施工方法､操作规程､验收标准等比选确定,在施工方法方面从根本上解决消除弹性短轨枕病害｡

(4)改造大修施工中对既有线设备和既有线行车干扰较大,施工作业过程中做好对线网线路设备设施保护,确保次日地铁正常安全运营｡

(5)既有地铁线路各种工况下改造大修后,线路轨道几何尺寸恢复技术;尤其是最不利状态的小半径曲线线路恢复技术｡

5 改造大修施工重难点及关键技术

改造大修重难点是降噪减振措施的选择及减振效果参数的确定､满足强度及相关疲劳性能要求材料的选型､当日作业完成后线路轨道几何尺寸的恢复､既有地铁线网线路设备设施的保护等｡针对重难点形成以下关键技术:

(1)弹性短轨枕改造大修后,降噪减振仅能通过扣件实现;对中等减振措施的比较,根据减振效果和可更换性进行扣件选型;采用低高度上部自锁式双层非线性减振扣件,该扣件在国内地铁已广泛运用,具有良好的减振性能(减振效果不低于8dB),使用效果良好,改造施工简单,后期线路维修保养方便｡

(2)弹性短轨枕大修为尽量降低改造工程量,依据既有的道床结构､扣件尺寸及灌浆层构造厚度等进行短轨枕尺寸的确定;采用普通混凝土短轨枕,应进行既有道床植筋,植入钢筋须与钢筋网片､短枕钢筋焊接｡

(3)结合改造大修作业时间要求严格的特点,灌浆料采用水泥基灌浆材料,依据初凝时间､强度及疲劳性能等参数进行灌浆料选型;选定SikaGrout-212HP高早强高终强无收缩灌浆材料｡

(4)施工前进行实验室模拟现场工况,采用选定的扣件､轨枕､灌浆料及施工工艺模拟现场工况,检测短轨枕固化后的静态拉拔力､组装疲劳性能以及疲劳试验后固化轨枕外观伤损情况｡满足检测指标:短轨枕和道床基础固定后的静态拉拔力不得小于120kN,垂向载荷8~40kN(横向载荷4~20kN),经300万次载荷循环后连接部位无松动､开裂现象｡

6 改造大修安全质量保证技术措施

6.1 改造大修施工工艺

弹性短轨枕改造大修施工工艺:不破坏既有整体道床,采用低高度上部自锁式双层非线性减振扣件实现原弹性短轨枕减振降噪性能,浇筑水泥基灌浆料将新设计混凝土短轨枕与既有整体道床枕坑固结｡水泥基灌浆料采用自重法浇筑,轨道其余技术标准与既有线路统一,采用通用的零部件,以方便维修保养及运营管理｡

施工工艺流程见图1｡

图1 施工工艺流程

6.2 改造大修技术措施

为保证地铁安全正常运营,施工方法采用轨枕“隔5拔1”(见图2)､高早强现拌水泥基灌浆料固结轨枕和道床的技术措施(见图3)｡根据技术特点､初凝时间､强度及疲劳性能等要求,采用高早强高终强无收缩灌浆材料,浇筑24h后进行减振扣件安装｡

6.3 改造大修技术要点

(1)施工前对作业区段线路几何尺寸进行整体精调,并记录每根轨枕扣件采用的调高量､轨距调整量;对线路的轨向､曲线方向进行整正,恢复曲线设计时的圆顺程度;确保线路轨距､高低､水平､轨向等符合维修规程要求｡

(2)为保证新设计混凝土短轨枕与既有道床之间的粘结牢固,必须对枕坑进行凿毛处理,凿毛后将碎屑与粉尘彻底清理干净｡

(3)新轨枕按设计定位后将锚固钢筋植入道床枕坑,钢筋的直径应为12mm,植入坑底深度要不小于120mm,且避免与原有纵向钢筋接触｡

(4)线路恢复几何尺寸后,对新轨枕进行精确定位,安装扣件及配件后将轨枕钢筋与锚固钢筋焊接连接｡焊接完成后再次确认轨枕定位误差及埋入灌浆料的深度等满足规范要求｡

(5)灌浆料由较高一侧流向另一侧,以便排出新轨枕枕坑周围的空气,并与原道床面平齐｡浇筑前将枕坑充分洒水润湿且无积水,浇筑完成后拆除扣件及配件使新轨枕处于自由状态｡

(6)原弹性短轨枕取出枕坑后,使用短木枕及胶垫做钢轨的临时支撑加以防护,必要时将轨距拉杆安装在合适位置｡

(7)大修作业动道时,将原轨距块､调高垫板放于枕旁指定位置,线路恢复时保证原位安装｡避免将来更换新钢轨时会导致轨面抬高以及增大轨距调整工作量等问题｡

6.4 轨枕大修新工装

轨枕改造大修施工过程中存在问题:其一因曲线超高采用自重法浇筑会产生错台,且后续需要二次修补,不易保证施工质量;其二灌浆作业完成后地铁正常运营,无法进行养护｡通过设计新工装:浇筑模板(见图4)､养护夹具(见图5),解决了施工难题,保证了工程质量｡道床枕坑凿毛采用专业电动凿毛工具(见图6),提高施工效率,节省了工序作业时间｡

6.5 安全技术措施

地铁运营线路施工前做好作业区域确认､影响范围分析､防护条件设置､施工计划分解等准备工作｡组织施工时不仅要掌控作业内容､作业进度,更重要的是做好安全防护及应急措施｡

(1)根据地铁营运线路特殊性,时间和空间局限比较大,改造大修作业实行精细化管理｡严格执行作业点审批制,对轨枕大修作业区间､作业时间､作业数量进行准确计算精心安排;当次作业精确进行工艺时间把控,工后执行“2次清点､3遍出清”制,确保次日地铁安全正常运营｡

(2)当次动道作业保持一股钢轨不变,作业完成后恢复轨道几何状态以此股钢轨为基准,减少改道工作量､提高施工安全性｡

(3)浇筑模板､养护夹具实施中需要锚固于道床面,同时控制钢轨轨底至工装面预留足够的空间,保证具有良好的电气绝缘性,满足轨道信号传输及防杂散电流要求｡

(4)需要运营调度部门的密切配合,弹性短轨枕线路改造大修施工期间列车以35km/h以下限速行驶｡

(5)对既有线路设备设施保护及应急措施:施工前制定科学合理有针对性的应急预案｡作业前清点确认应急工器具及物资;作业过程中对线网线路设备设施进行防护;必需要拆装的经线路设备设施专业人员确认同意,并配合､监督作业｡

(6)为消除粉尘和防疫需要,作业过程中注意加强通风;采用吸尘器清除枕坑粉尘､现场设置小型雾炮等措施减少隧道内扬尘;同时作业人员佩戴相应防尘劳保用品｡

7 结束语

在保证地铁安全､正常运营条件下,应用弹性短轨枕改造大修技术研究成果,从根本上解决了弹性短轨枕病害｡

(1)改造大修采用浇筑水泥基灌浆料将新设计混凝土短轨枕与既有整体道床枕坑固结,消除了弹性短轨枕病害;采用低高度上部自锁式双层非线性减振扣件实现了原弹性短轨枕减振降噪性能;采用当次动道作业保持一股钢轨不变为基准,另一股轨枕“隔5拔1”的技术措施满足工艺､质量及安全要求并能保证次日地铁安全正常运营｡

(2)广州地铁弹性短轨枕试验段先行改造工程已安全､快速､保质地完成了施工任务｡经广州地铁基地维修中心评定,广州地铁二号线弹性短轨枕试验段大修项目符合验收标准,已通过竣工验收｡

(3)目前国内如武汉､广州､深圳刚开始弹性短轨枕改造大修,本研究技术实体应用对今后弹性短轨枕的全面病害整治有重要意义｡

文章来源：

原文名称：地铁运营线路弹性短轨枕改造大修技术研究

作者信息：王海峰( 中铁建大桥工程局集团第二工程有限公司广东深圳518083)

期刊信息：铁道建筑技术 2022 (01)