地鐵鋼彈簧浮置板道床存在的缺陷及設計優化

朱志強

(深圳市地鐵集團有限公司運營分公司,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現,這種新型軌道減振結構不便于傷損鋼軌的更換,并且存在運營安全隱患。

1 鋼彈簧浮置板道床工作原理及其結構

鋼彈簧浮置板道床這種軌道減振結構,是將一定質量和剛度的混凝土道床板置于鋼彈簧隔振器上,構成“質量-彈簧-隔振”系統。其基本原理就是在浮置板道床與基礎之間置入一個線性隔振器;線性隔振器的固有頻率遠低于激振頻率,借以減少傳入基礎的振動量。

鋼彈簧浮置板軌道減振結構是一種高等減振軌道結構形式,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間的浮置板軌道由60 kg/m、25 m-U75 V標準鋼軌焊連為區間無縫線路;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,內套筒高度275～325 mm(每隔5 mm設一梯級);浮置板上表面設置1%排水坡,浮置板及基底混凝土內設置斜向排水管,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圖1。

2 養護中發現的問題和潛在的安全隱患

深圳地鐵在對鋼彈簧浮置板軌道的日常維護中,發現現有的設計存在一些缺陷。這些設計缺陷會導致潛在的安全隱患。具體如下:

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

2)浮置板道床排水不暢。在設計方案中,基底中間為直徑200 mm的半圓形排水溝,而實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,導致排水通路不暢;中心排水溝上方道床面每10 m設置的圓形疏通孔直徑僅為150 mm,深度為640 mm,難于進行疏通作業,直接影響道床排水。當浮置板軌道處于坡道下段時,進行普通線路隧道沖洗作業所產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法自行流入區間集水井,須開槽加設水泵。水泵的工作狀態可能造成浮置板道床受浸泡,鋼彈簧隔振器報廢。

4)鋼彈簧隔振器設置在鋼軌底部,影響軌道的維保作業。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須解體軌道無縫線路。

5)鋼彈簧隔振器蓋板離鋼軌底部僅有46 mm,存在設備安全隱患。隔振器鋼蓋板用螺栓與內筒體連接,在長期運營下,容易造成蓋板螺栓松脫;當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。在設計中,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 鋼軌傷損應急對策

2009年 12月初,深圳地鐵羅寶線高深區間K20+050處浮置板道床鋼軌焊縫出現剝落掉塊輕傷,出現險情;運營維修部門立即知會原施工單位,但原施工單位無法進行重焊修復處理。為消除設備安全隱患,保證地鐵運營安全,深圳地鐵采取了以下應對措施:

1)緊急加固處理。針對鋼軌底部設計凈高僅46 mm的現狀,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;同時對焊縫傷損處前后50 cm范圍內的浮置板道床面鑿低20 mm,耗時3.5 h對該處傷軌安裝急救器;加固后次日需復緊急救器一次,以后每周一次檢查傷損變化情況。

2)焊復永久處理。針對浮置板道床承軌槽空間不足的現狀,在設計鎖定軌溫范圍內,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短軌進行鋁熱焊焊復。施焊前嚴格對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℃以下進行初打磨,在常溫時進行細打磨,使焊縫處作用邊與兩軌端平齊,焊縫軌面拋高0.3 mm。

4 設計優化建議

運營維修部門發現浮置板道床存在的問題后,一方面及時向建設主管部門反饋,另一方面積極聯系設計單位提出優化建議。面對大量的相同設備,迫切希望設計單位從源頭上優化設計方案,為軌道長期維修養護創造必要的條件。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,在盾構區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減低,使其位置向道心外側偏移,消除燒傷鋼軌的隱患。

3)優化浮置板道床橫斷面尺寸。把現有承軌槽擴大至鋼軌兩側各500 mm,或取消鋼軌內外側凸臺,解決鋼軌重傷或折斷時的鋸軌和鉆孔問題。如保留道心混凝土道床凸臺,則要求凸臺面比軌面低50 mm,以解決過軌管線鋪設后侵入車輛限界問題。

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,孔頂設防護蓋;減振道床上游與普通道床連接處設水蓖子和沉沙池。

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

5 結語

深圳地鐵運營維修部門對于地鐵鋼彈簧浮置板軌道存在問題的分析及建議已得到深圳地鐵建設主管部門和設計單位的高度重視,目前正在詳細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用和維修方面的分析和建議,對于國內其它城市的地鐵建設和運營維護具有借鑒意義。

[1] 中華人民共和國鐵道部.鐵路線路修理規則[S].2006.

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