地鐵運營線路彈性短軌枕快速更換改造

文/萬剛

1 前言

隨著我國經濟的快速發展，城市的軌道交通在緩解城市交通擁堵方面的作用愈發突出。地鐵線路在穿越市區噪聲敏感建筑物集中區域時，采取相對的措施降低對噪聲敏感建筑物的影響，目前采取的減振降噪技術措施主要有軌道減振器扣件、GJ-Ⅲ型減振扣件、彈性短軌枕橡膠、浮置板道床、鋼彈簧浮置板道床、Vanguard扣件等。隨著地鐵運營時間的增長，各種減振措施的性能逐步下降，給地鐵運營維護帶來了很多的難題，彈性短軌枕線路長時間的運營，橡膠套靴發生老化、破裂，軌枕-套靴-道床之間出現剝離，間隙擴大，造成軌枕吊空、線路幾何尺寸變化大、減振量下降、鋼軌波磨嚴重，軌道框架幾何形狀變化超限等，在小半徑曲線段尤為突出，對橡膠套靴的更換涉及到線路較多設備及專業，需要大量的作業人員，日常維修保養成本較高，且不能很好的解決彈性短軌枕的病害。

2 彈性短軌枕的病害及主要原因

彈性短軌枕包括混凝土短軌枕、橡膠包套、微孔橡膠墊板三部分組成，軌枕下微孔橡膠墊板能最大限度系統所需要的彈性，具有較好的噪聲和振動衰減特性，彌補了無砟軌道剛性大的缺陷。長時間的運營出現各種問題，主要表現為：列車高速運行中產生晃動，減振效果下降，軌枕空吊、線路動態不平順，鋼軌波磨嚴重，軌道框架幾何形狀變化超限。

產生上述原因主要是因為：

2.1 長時間的運營短軌枕套靴老化變硬，靜剛度增加，減振效果下降。

2.2 短軌枕套靴老化后發生永久變形，短軌枕套靴與道床之間間隙逐漸增加致使短軌枕和橡膠套短枕和軌枕橡膠套一起與道床脫離，失去了原設計的減振作用，出現軌枕空吊，當列車經過時鋼軌與軌枕一起下沉，列車通過后又浮起，由于彈性短軌枕浮起呈現出不連續和列車經過時下沉高度也不一致，造成列車高速行駛中產生不同程度晃動。

2.3 在曲線地段列車通過時因向心力的作用，曲線外股的軌枕外側套靴磨損變形嚴重，導致軌距擴大，影響線路正常幾何尺寸，出現了線路動態不平順等。

圖1 小半徑曲線段曲線外股的軌枕外側套靴磨損情況

3 彈性短軌枕的日常維護

目前各線路彈性短軌枕病害問題嚴重、影響線路設備運營情況的問題，在日常維保中主要采取以下措施來延緩病害，最大程度上保證線路穩定，確保運營安全。

3.1 采用臨時加固措施，加裝軌距拉桿，線路幾何尺寸得意保證，加大了日常的維修量。地鐵采用行走軌做回流軌，軌距拉桿絕緣性能不好會干擾到運營信號的穩定。

3.2 采用更換橡膠套靴。全部更換不切合實際，部分更換起不到作用。

3.3 將無縫線路變成有縫，切開長軌釋放應力。增加了列車振動，噪音分貝提高，與原線路的設計初衷相違背。

彈性短軌枕的日常維護整治后彈性短軌枕地段線路情況只能起到延緩作用，屬于臨時性措施，改變了地鐵原有設計，不利于列車的運行安全。

4 彈性短軌枕的快速大修改造

為了徹底的解決彈性短軌枕病害問題，經過前期現場施工條件調查及市場經濟技術分析研究，在保證正常運營的前提下制定了彈性短軌枕的大修改造方案。在不破壞既有線路的整體道床，采用新設計混凝土短軌枕，代替原彈性短軌枕，采用GJ-Ⅲ型雙層非線性減振扣件實現減振性能，且實現原線路設置1/40的軌底坡。除需改造的部分外，軌道其余技術標準都與既有有線統一，并采用了通用的零部件，以方便后期的維修及運營管理，提高軌道系統運行的安全性和可靠性。

根據鐵路工務安全規則相關規定，線路大、中修，在封鎖施工前Vmax≤45km/h的慢行時間內，允許每隔6根軌枕開挖1根軌枕底的要求。在整個施工過程中采取“單股軌枕隔五拔一、左右股對稱、前后作業間隔”措施進行施工，線路施工期間列車以35km/h的速度通過施工區段，保證地鐵線路的正常運行。按照軌枕“隔五拔一”的施工順序把舊的彈性短軌枕取出，更換新的普通短軌枕，內部植入鋼筋后用灌漿料澆注固定，灌漿料達到強度后恢復線路正常運營。具體施工如下：

第一步：施工準備

施工前對施工段的線路幾何尺寸進行整體調整，對線路的軌向進行檢查，線路目視順直，符合線路驗收標準，曲線方向圓順，曲線正矢符合作業驗收標準。曲線始、終端不得有反彎或“鵝頭”，對線路的曲線正矢進行檢查記錄。確保線路高低、水平、軌向等參數符合維修規程的相關要求。組織人員進行培訓，技術交底，工器具、材料的準備，施工前確認現場水電問題，及材料的碼放位置，確保其他專業設備的安全。對檢驗合格的混凝土軌枕進行鋼筋網片加工，與混凝土軌枕預留鋼筋焊接為一體，增加連接強度。

第二步：取原彈性短軌枕

將當日施工段前后各延伸20m左右的扣件松開（需更換的軌枕扣件除外），另一股鋼軌對應區段保持不變。采用多臺起道機將施工段內的鋼軌（待更換的軌枕）整體抬升，抬升高度在200mm左右并固定穩。鋼軌抬升之前需要做好軌道防護措施，確保鋼軌起升后能回到原位，不因起道而發生脹軌，作業范圍內軌溫控制在鎖定軌溫范圍內。需要更換的短軌枕整體直接從槽內抬起。松開需要更換彈性短軌枕的彈條，拆除彈性短軌枕的扣件，取出舊軌枕及扣件，內、外側軌距塊分開放置，保證裝回軌距塊時內外不變。取出原彈性短軌枕套靴。

第三步：軌枕安裝、植入鋼筋

對軌枕坑內壁及底板進行鑿毛并清理干凈，保證灌漿料與軌枕坑之間的粘接強度，澆筑前將軌枕及軌枕坑用適量水潤濕。

將提前準備好的新混凝土短軌枕放置于軌枕坑內，調節位置居于軌枕坑中間，檢查確認軌距、軌高、軌底坡等滿足線路大修的標準，在新的短軌枕上安裝GJ-III型減振扣件和配套耦合墊板，擰緊螺栓系統，并且安裝彈條，在更換部位軌枕底部植入鋼筋。未更換扣件軌枕原位恢復。

以另外一股鋼軌為基準，調整施工區段鋼軌的軌道狀態，及混凝土短軌枕位置，以滿足線路幾何尺寸要求，開通線路運營。

第四步：澆筑灌漿料

在前一個工作日已植入鋼筋的軌枕坑位置檢查軌道狀態，確保軌道幾何尺寸符合要求后，將已植入的鋼筋與新軌枕下面的鋼筋網焊接在一起，增加軌枕的抗拉拔力，焊接時對軌旁重要設備進行防護。焊接完成后對作業處的幾何尺寸進行復核，防止因焊接施工對線路幾何尺寸改變，無誤后拆除拆除軌枕單元的GJ-III型減震扣件，拆除順序為先拆錨固系統，后拆彈條及軌下墊板，減少對軌枕位置的擾動。使新更換的短軌枕處在自由狀態，即不受鋼軌傳遞的荷載的狀態。

按照試驗確認的配合比準備灌漿料，從一側連續向新軌枕與道床的縫隙處澆注灌漿料，直至另一側有灌漿材料溢出為止，以利排除軌枕底與基礎之間的空氣，必要時設排氣孔。使縫隙處填充滿灌漿料，確保漿料達到密實填充。對灌注區進行養護，養護模具與鋼軌底面留有一定的間隙。防止施工工裝夾具等易造成鋼軌電流泄漏，干擾信號設備。

第五步：線路恢復

更換完成后以另一股為基準恢復線路。調整線路的幾何尺寸，檢查線路狀態，合格后銷點開通線路。兩股均更換完畢后，按照《鐵路線路維修規則》等的標準調整線路，使線路處于良好狀態。

第六步：防水施工

在養護期滿后，依次對養護模具拆除。對灌漿料表面及與道床，軌枕接縫外30mm范圍內進行清潔，涂抹厚1.2mm的聚合物水泥防水砂漿。

第七步：舊料回收

將更換下來的廢舊軌枕及施工垃圾進行清理運出隧道。

采用日常維護保養措施來整治彈性短軌枕病害，但只能起到延緩作用，屬于臨時性措施，改變了地鐵原有設計，不利于列車的運行，且日常維修保養不易。

5 結語

應用以上方法對廣州地鐵二號線公園前站-紀念堂站下行線進行彈性短軌枕改造施工順利完成，經第三方進行減振監測，各項指標均與預期基本一致。經每月線網軌檢數據顯示該改造之后四次軌檢均無二級超限出現，彈性短軌枕的快速改造費用低，在保證地鐵線路安全運營、實現減振的同時，從根本上解決彈性短軌枕的病害，方便后期的維修保養。