地鐵鋼彈簧浮置板道床存在的缺陷及設(shè)計(jì)優(yōu)化

朱志強(qiáng)

(深圳市地鐵集團(tuán)有限公司運(yùn)營(yíng)分公司,518040,深圳∥工程師)

為了減振降噪,深圳地鐵大量采用鋼彈簧浮置板道床。但在日常檢查維修中發(fā)現(xiàn),這種新型軌道減振結(jié)構(gòu)不便于傷損鋼軌的更換,并且存在運(yùn)營(yíng)安全隱患。

1 鋼彈簧浮置板道床工作原理及其結(jié)構(gòu)

鋼彈簧浮置板道床這種軌道減振結(jié)構(gòu),是將一定質(zhì)量和剛度的混凝土道床板置于鋼彈簧隔振器上,構(gòu)成“質(zhì)量-彈簧-隔振”系統(tǒng)。其基本原理就是在浮置板道床與基礎(chǔ)之間置入一個(gè)線性隔振器;線性隔振器的固有頻率遠(yuǎn)低于激振頻率,借以減少傳入基礎(chǔ)的振動(dòng)量。

鋼彈簧浮置板軌道減振結(jié)構(gòu)是一種高等減振軌道結(jié)構(gòu)形式,由道床板、鋼彈簧隔振器、剪力鉸、密封條、水平限位裝置、鋼軌和扣件等組成。深圳地鐵羅寶線高深區(qū)間的浮置板軌道由60 kg/m、25 m-U75 V標(biāo)準(zhǔn)鋼軌焊連為區(qū)間無(wú)縫線路;扣件為DTⅦ-2型扣件,軌枕間距595 mm;線路曲線半徑400 m,最大超高120 mm;隔振器為內(nèi)置式鋼彈簧阻尼隔振器,隔振器間距550 mm,外套筒直徑300 mm,外套筒高度295 mm,內(nèi)套筒高度275～325 mm(每隔5 mm設(shè)一梯級(jí));浮置板上表面設(shè)置1%排水坡,浮置板及基底混凝土內(nèi)設(shè)置斜向排水管,將道床表面水引至中心水溝,自然排水。鋼彈簧浮置板道床橫斷面圖見(jiàn)圖1。

2 養(yǎng)護(hù)中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題和潛在的安全隱患

深圳地鐵在對(duì)鋼彈簧浮置板軌道的日常維護(hù)中,發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有的設(shè)計(jì)存在一些缺陷。這些設(shè)計(jì)缺陷會(huì)導(dǎo)致潛在的安全隱患。具體如下:

1)道床面承軌槽空間狹小。鋼軌內(nèi)側(cè)距道心道床面邊緣 217.5 mm,鋼軌外側(cè)距路肩道床面邊緣309.5 mm,鋼軌槽深197 mm,造成鋸斷鋼軌和軌腰鉆孔的作業(yè)空間狹小,直接影響鋼軌和焊縫重傷或折斷時(shí)的應(yīng)急加固處理;軌底與承軌槽道床面間距僅46 mm,在發(fā)現(xiàn)鋼軌重傷等緊急情況下,在有限的天窗時(shí)間內(nèi)極難實(shí)施安裝鋼軌急救器。

2)浮置板道床排水不暢。在設(shè)計(jì)方案中,基底中間為直徑200 mm的半圓形排水溝,而實(shí)際做成的排水溝為寬度180 mm、深度50 mm的半橢圓型暗溝;由于排水溝斷面不足,以及施工中遺留有垃圾,導(dǎo)致排水通路不暢;中心排水溝上方道床面每10 m設(shè)置的圓形疏通孔直徑僅為150 mm,深度為640 mm,難于進(jìn)行疏通作業(yè),直接影響道床排水。當(dāng)浮置板軌道處于坡道下段時(shí),進(jìn)行普通線路隧道沖洗作業(yè)所產(chǎn)生的污水將淤塞排水孔,浸泡鋼彈簧隔振器。

圖1 鋼彈簧浮置板道床橫斷面圖

3)浮置板軌道末端道床處的排水無(wú)法自行流入?yún)^(qū)間集水井,須開(kāi)槽加設(shè)水泵。水泵的工作狀態(tài)可能造成浮置板道床受浸泡,鋼彈簧隔振器報(bào)廢。

4)鋼彈簧隔振器設(shè)置在鋼軌底部,影響軌道的維保作業(yè)。隔振器中心距線路中心830 mm,鋼軌中心距線路中心753.5 mm,隔振器外套筒直徑300 mm,造成隔振器鋼蓋板有一半面積正處在鋼軌底下,致使檢查或更換隔振器時(shí)須解體軌道無(wú)縫線路。

5)鋼彈簧隔振器蓋板離鋼軌底部?jī)H有46 mm,存在設(shè)備安全隱患。隔振器鋼蓋板用螺栓與內(nèi)筒體連接,在長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)下,容易造成蓋板螺栓松脫;當(dāng)蓋板或螺栓冒起與鋼軌連接后,軌道迷流將直接燒傷鋼軌。2009年11月初,深圳地鐵羅寶線高深區(qū)間曾因施工單位遺留彈條造成隔振器鋼蓋板與鋼軌連通,燒傷隔振器鋼蓋板及螺栓,所幸未燒傷鋼軌。

6)浮置板道床道心混凝土面偏高。在設(shè)計(jì)中,浮置板道心道床面僅低于鋼軌軌面25 mm,而施工單位施作時(shí)施工精度控制能力差,造成部分地段道床面與鋼軌等高,致使鋼軌正常磨耗后極易造成侵限。

3 鋼軌傷損應(yīng)急對(duì)策

2009年 12月初,深圳地鐵羅寶線高深區(qū)間K20+050處浮置板道床鋼軌焊縫出現(xiàn)剝落掉塊輕傷,出現(xiàn)險(xiǎn)情;運(yùn)營(yíng)維修部門(mén)立即知會(huì)原施工單位,但原施工單位無(wú)法進(jìn)行重焊修復(fù)處理。為消除設(shè)備安全隱患,保證地鐵運(yùn)營(yíng)安全,深圳地鐵采取了以下應(yīng)對(duì)措施:

1)緊急加固處理。針對(duì)鋼軌底部設(shè)計(jì)凈高僅46 mm的現(xiàn)狀,采取的處理方案是:撤除傷損處鐵墊板、扣件,抬高傷損處線路上下股20 mm,并按照向前、向后遞減率不大于2.0‰順坡;同時(shí)對(duì)焊縫傷損處前后50 cm范圍內(nèi)的浮置板道床面鑿低20 mm,耗時(shí)3.5 h對(duì)該處傷軌安裝急救器;加固后次日需復(fù)緊急救器一次,以后每周一次檢查傷損變化情況。

2)焊復(fù)永久處理。針對(duì)浮置板道床承軌槽空間不足的現(xiàn)狀,在設(shè)計(jì)鎖定軌溫范圍內(nèi),采取松卸扣件,抬升傷損處前后各50 m鋼軌,使其略高于道床面,保證鋸軌處鋼軌抬高至少230 mm;然后在鋼軌下墊入木條,完成焊縫鋼軌鋸除;再插入6.25 m短軌進(jìn)行鋁熱焊焊復(fù)。施焊前嚴(yán)格對(duì)平焊頭軌面和作用邊,兩端夾角不得大于1°;焊接后在軌溫300℃以下進(jìn)行初打磨,在常溫時(shí)進(jìn)行細(xì)打磨,使焊縫處作用邊與兩軌端平齊,焊縫軌面拋高0.3 mm。

4 設(shè)計(jì)優(yōu)化建議

運(yùn)營(yíng)維修部門(mén)發(fā)現(xiàn)浮置板道床存在的問(wèn)題后,一方面及時(shí)向建設(shè)主管部門(mén)反饋,另一方面積極聯(lián)系設(shè)計(jì)單位提出優(yōu)化建議。面對(duì)大量的相同設(shè)備,迫切希望設(shè)計(jì)單位從源頭上優(yōu)化設(shè)計(jì)方案,為軌道長(zhǎng)期維修養(yǎng)護(hù)創(chuàng)造必要的條件。具體建議有:

1)把隔振器位置改移至鋼軌外部,可以從根本上消除蓋板及螺栓松動(dòng)搭連鋼軌的隱患。在矩形隧道可以把隔振器置于混凝土道床路肩,在盾構(gòu)區(qū)間隧道至少要求把隔振器移離鋼軌底部。

2)減低隔振器筒體高度。在保證減振效果的前提下,將隔振器筒體高度適當(dāng)減低,使其位置向道心外側(cè)偏移,消除燒傷鋼軌的隱患。

3)優(yōu)化浮置板道床橫斷面尺寸。把現(xiàn)有承軌槽擴(kuò)大至鋼軌兩側(cè)各500 mm,或取消鋼軌內(nèi)外側(cè)凸臺(tái),解決鋼軌重傷或折斷時(shí)的鋸軌和鉆孔問(wèn)題。如保留道心混凝土道床凸臺(tái),則要求凸臺(tái)面比軌面低50 mm,以解決過(guò)軌管線鋪設(shè)后侵入車(chē)輛限界問(wèn)題。

4)加大道床排水能力。道床底部中心水溝改成200×100 mm矩形斷面;道床面疏通孔改為250×250 mm矩形斷面,間距5 m,孔頂設(shè)防護(hù)蓋;減振道床上游與普通道床連接處設(shè)水蓖子和沉沙池。

5)綜合考慮區(qū)間排水問(wèn)題。如在浮置板道床末端設(shè)區(qū)間積水井,使中心水溝水自行流入,可以從根本上消除抽水設(shè)備故障時(shí)水浸減震器的隱患。

5 結(jié)語(yǔ)

深圳地鐵運(yùn)營(yíng)維修部門(mén)對(duì)于地鐵鋼彈簧浮置板軌道存在問(wèn)題的分析及建議已得到深圳地鐵建設(shè)主管部門(mén)和設(shè)計(jì)單位的高度重視,目前正在詳細(xì)研究并逐步納入深圳地鐵二期和三期工程施工圖中。深圳地鐵在鋼彈簧浮置板軌道的應(yīng)用和維修方面的分析和建議,對(duì)于國(guó)內(nèi)其它城市的地鐵建設(shè)和運(yùn)營(yíng)維護(hù)具有借鑒意義。

[1] 中華人民共和國(guó)鐵道部.鐵路線路修理規(guī)則[S].2006.

[2] 隔而固(青島)減振技術(shù)有限公司.鋼彈簧浮置板道床檢修維護(hù)技術(shù)手冊(cè)[G].2008.