鋼軌調節器在軌道交通應用中的問題及優化

趙天運 喬神路

(中鐵工程設計咨詢集團有限公司，北京 100055)

1 鋼軌調節器設置目的和位置

鋼軌伸縮調節器(簡稱EJ)是一種鋼軌的連接結構，由于它的伸縮動程大、傳遞縱向阻力小，因而在無縫線路的某些條件下必須設置。我國鋼軌伸縮調節器主要采用基本軌伸縮、尖軌固定的結構形式，在基本軌一端應設置小阻力扣件。根據鋼軌的伸縮要求，可選用600 mm或1 000 mm等不同伸縮量的單向或雙向調節器。城市軌道高架橋宜采用鋼軌伸縮調節器(簡稱調節器)方式放散無縫線路應力，目的是為減小無縫線路長鋼軌縱向力及位移向道岔區傳遞，以及減小大跨度連續梁上鋼軌斷軌后墩臺所受斷軌力。調節器的一般設置位置如下：

1)在高架橋道岔前后設置；

2)大跨度橋，當溫度跨大于100 m，設置一組調節器；當大于120 m時，設置一組或多組調節器，應根據計算確定。

2 鋼軌調節器尺寸及構造

曲線型鋼軌伸縮調節器尖軌固定，基本軌作相對伸縮，設置導向軌撐支撐基本軌軌腰及扣壓軌底，主要尺寸及構造如圖1～圖3所示。鋼軌調節器范圍鋼軌材質與線路保持一致，設置1/40軌底坡；調節器基本軌與尖軌貼合面采用半徑300 m的圓曲線，圓曲線與軌距線相切，尖軌實際尖端軌頭寬1 mm；尖軌以60AT鋼軌制造，尖端為藏尖式，跟端加工成60 kg/m鋼軌標準斷面；為降低伸縮阻力，基本軌應按詳圖進行預頂彎；鋼軌調節器范圍內不設護軌。軌撐與墊板、墊板與短軌枕及尖軌跟端鋼軌與軌撐均通過螺栓連接。

我國主要城市軌道交通用單向鋼軌伸縮調節器主要參數見表1。

3 鋼軌調節器布置相關規定

根據《鐵路軌道設計規范》，鋼軌伸縮調節器是否設置、設置數量和位置應經軌道和橋梁結構檢算后確定，調節器布置應符合以下規定：

1)單向調節器的尖軌宜順列車運行方向布置(列車自尖軌跟端往尖端方向運行)。

表1 我國主要城市軌道交通用單向鋼軌伸縮調節器主要參數

2)調節器不應設置在半徑小于1 500 m的曲線上，也不宜設置在豎曲線上。

3)當調節器布置在梁端時，尖軌不可跨越梁端；當每跨或每聯的兩端都設置調節器時，不得將尖軌同時設在兩端梁內。

4)混凝土橋梁上鋪設無縫線路，根據設計可在橋梁中部設置雙向調節器。調節器基本軌接頭以外的線路宜采用小阻力扣件，其鋪設長度按計算確定。

5)調節器基本軌、尖軌接頭距橋梁橫梁、橋臺胸墻或支座的距離不宜小于2 m。

6)鋼軌伸縮調節器范圍內的軌道剛度應均勻，并與其兩端軌道剛度一致。

7)鋼軌伸縮調節器不應設置在不同軌下構筑物和軌道結構過渡段范圍內。

4 城市軌道交通應用中的主要問題及優化措施

鋼軌伸縮調節器在實際應用中，由于地形、地質、環境等諸多條件的限制，城市軌道交通高架區段橋跨布置難以調整，鋼軌伸縮調節器尖軌出現跨越梁縫的情況。為滿足尖軌跟端距離梁縫不小于2 m的要求，有效控制尖軌尖端的伸縮變形，保證調節器軌距及尖軌尖端強度，設計采用插入短軌跨越梁縫的方法，并在尖軌跟端通過墊板與短軌枕的連接螺栓實現尖軌跟端的固定。在實際應用過程中，往往由于梁軌相互作用的影響，鋼軌調節器尖軌跟端與短軌枕的連接螺栓處出現混凝土軌枕裂紋等病害，造成尖軌位移大大增大，影響結構的安全使用。

以北京地鐵房山線某鋼軌調節器為例，調節器位于(25+25+24.9) m連續梁上，道岔位于(47.702+64+43) m連續梁上，溫度跨度97.6 m。道岔與鋼軌調節器間插入12 m短軌，鋼軌調節器尖軌跟端距離梁縫9.443 m，滿足2 m的規范要求。梁體混凝土強度等級為C40，彈性模量3.4×104MPa，泊松比0.2。鋼軌調節器與橋梁的布置簡圖如圖4所示。

在溫度荷載作用下，長軌條伸縮區鋼軌發生縱向變形，帶動調節器尖軌發生同向伸縮。由于尖軌伸縮方向與軌下梁體的伸縮方向相反，尖軌跟端梁軌相對位移較大，連接螺栓承受較大剪力，鋼軌縱向力也急劇增加，形成縱向力峰值。根據建模計算，軌溫變化幅度50 ℃，梁溫變化幅度30 ℃時，尖軌跟端鋼軌縱向力最大值為978.91 kN，橫向連結受力最大值為304.52 kN，尖軌尖端最大位移為10.66 mm。雖然尖軌尖端位移滿足限值要求，但尖軌跟端軌撐橫向連結螺栓的最大受力超過限值，引起螺栓處混凝土軌枕發生裂紋，影響使用。

針對該類問題，進行了以下優化措施：

1)將尖軌跟端軌撐螺栓孔改為長圓孔，允許尖軌在滿足位移限值、軌距變化要求的情況下，可進行一定范圍的位移。北京地鐵房山線的調節器尖軌跟端螺栓孔優化為±5 mm的長圓孔，跟端軌撐螺栓孔優化為±35 mm的長圓孔，有效解決了梁縫伸縮帶動尖軌拉拽螺栓引起混凝土軌枕發生裂紋的問題。

2)按照鋼軌調節器尖軌固定，基本軌伸縮的設計理念，在工程開展前期，布置調節器時盡早與線路、橋梁等專業提資溝通，預留將調節器基本軌設置在梁縫處的條件，從根本上解決問題。避免出現尖軌跟端跨梁縫或與梁縫距離較近，引起梁縫伸縮帶動尖軌位移、螺栓受力歪斜及混凝土軌枕裂紋等問題。

參考文獻：

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