地鐵高架橋鋼軌伸縮調節(jié)器病害及整治方法

李冕梧

（深圳市地鐵集團有限公司運營總部，廣東 深圳 518000）

深圳地鐵二期工程在高架段的連續(xù)剛構梁上鋪設了單向鋼軌伸縮調節(jié)器，經過一年多的運營使用，伸縮調節(jié)器出現了嚴重的病害，對行車安全構成威脅。通過一年多對鋼軌伸縮調節(jié)器病害整治方法的試驗和全面實施，目前病害已得到消除，整治效果良好。

1 主要病害

1.1 軌撐鐵墊板移位

伸縮調節(jié)器尖軌跟端3塊帶有軌腰橫向螺栓的軌撐鐵墊板沿著線路縱向方向發(fā)生位移，最大位移量達到±22mm，位移方向與橋梁伸縮方向相反，如圖1所示。

1.2 軌撐鐵墊板立螺栓及螺紋道釘拉彎失效

在鐵墊板位移受力作用下，立螺栓和螺紋道釘被拉彎并失效，失去扣壓力，如圖2所示。

1.3 軌枕開裂、釘孔腐朽

合成樹脂軌枕在鐵墊板位移受力作用下，釘孔位置開裂、釘孔出現腐朽，失去持釘作用，軌道框架不穩(wěn)，如圖3所示。

2 病害原因分析及整治思路

2.1 病害原因分析

鋼軌伸縮調節(jié)器采用尖軌固定不動，基本軌相對伸縮的形式。針對病害情況對全線所有鋼軌伸縮調節(jié)器進行調查分析，發(fā)現病害原因為：施工時將固定不動的尖軌跨梁縫鋪設，橋梁的伸縮帶動尖軌發(fā)生位移，從而使固定尖軌的鐵墊板及螺栓反方向受力，最終導致出現上述病害。

2.2 整治思路

想徹底整治鋼軌伸縮調節(jié)器病害，只有將整組伸縮調節(jié)器移位到梁縫的一端（即連續(xù)剛構梁上），避免尖軌跨梁縫鋪設，使尖軌不受橋梁伸縮的影響。在運營線路上、在不影響正常運營的前提下，實施這種整治方案施工難度極大、安全風險極高，幾乎不可能實現。

因此，在安全可控的前提下，改變尖軌“固定不動”為“可動”的工作原理，讓尖軌隨著橋梁的伸縮可在一定范圍內同步伸縮，使溫度力得到釋放和控制，從而減少軌枕、螺栓受剪力作用，最終達到各扣配件作用良好、軌道幾何形位符合技術要求、列車安全平穩(wěn)運行的目的，是病害的整治思路。

圖1

圖2

2.3 具體做法

對尖軌跟端3塊帶有軌腰螺栓、起到固定尖軌作用的軌撐（型號60-107）進行改造，將水平方向的2個螺栓孔位進行開槽處理，變?yōu)橐粋€長形孔，開槽尺寸為30mm*150mm，目的在于當橋梁熱脹冷縮帶動尖軌時，使尖軌有一定量的伸縮位移，釋放溫度力，保護各部件不受破壞，如圖4所示。

3 整治措施可行性論證

3.1 尖軌伸縮（位移）條件下，影響尖軌非工作邊與基本軌工作邊之間靠貼的理論分析。

（1）根據“無縫線路在線監(jiān)測裝置”一年多時間所測得的軌溫變化、鋼軌爬行量、溫度應力等數據，分析得出鋼軌伸縮調節(jié)器尖軌在一年當中最大的相對位移量為71mm。

（2）伸縮調節(jié)器尖軌與基本軌之間的靠貼，采用的是圓曲線的方式，基本軌預彎成半徑R=300m的曲線，尖軌的非工作邊刨切成R=300m的曲線型，與基本軌的工作邊相對應。

（3）伸縮調節(jié)器在正常狀態(tài)下，采用的是尖軌不動，基本軌相對伸縮的方式，尖軌理論尖端的位置與基本軌預彎的R=300m圓曲線相切，從而保證了在基本軌伸縮的情況下，尖軌的非工作邊與基本軌內側保持在靠貼的狀態(tài)。

（4）實際上，現場伸縮調節(jié)器的工作狀態(tài)是：理論上應該保持不動的尖軌發(fā)生了位移，即尖軌理論尖端在位移，不在切點的位置上，距離切點最大的位移量為71/2=35.5mm。

（5）尖軌發(fā)生位移后，尖軌非工作邊與基本軌內側會產生縫隙，導致軌距發(fā)生變化或尖軌與基本軌不密貼。理論上產生的縫隙大小為：

X—尖軌的位移量；

Y—尖軌尖到圓心的距離；

δ—尖軌與基本軌不密貼的量；

R—基本軌圓曲線半徑為300m。

取切點位移35.5mm，即x=35.5進行計算，根據勾股定理，得出尖軌與基本軌不密貼（或軌距變化量）δ值為：

取切點最大位移71mm，即x=71進行計算，根據勾股定理，得出尖軌與基本軌不密貼（或軌距變化量）δ值為：

按最不利條件，取切點最大位移100mm，即x=100進行計算，根據勾股定理，得出尖軌與基本軌不密貼（或軌距變化量）δ值為：

即尖軌在位移的條件下，尖軌非工作邊與基本軌不密貼或軌距產生變化的范圍為0.002mm~0.02mm。由于伸縮調節(jié)器本身設置了導向軌撐，故可以忽略不計。

（6）結論：根據《鐵路線路修理規(guī)則》第3.9.7條之規(guī)定，允許尖軌尖端與基本軌不靠貼不大于1mm。故認為尖軌尖端與基本軌產生0.002mm~0.02mm的縫隙不會對設備的穩(wěn)定和行車安全造成影響。

3.2 伸縮調節(jié)器上的配件（軌撐60-107），開槽處理后對伸縮調節(jié)器軌道結構產生的影響分析。

（1）改造后軌撐可提供的位移量。

伸縮調節(jié)器上的配件（軌撐60-107）兩垂直地腳螺栓的中心距離為80mm，改造后開槽尺寸為150mm，可提供的最大位移量為：1 5 0 m m-80mm=70mm，與目前伸縮調節(jié)器尖軌的最大實際位移量71mm基本相等。

（2）對伸縮調節(jié)器軌道結構產生的影響。

軌撐60-107的主要作用是防止尖軌的傾覆、扭轉和縱橫向的移動，增加尖軌的穩(wěn)定性。

不利方面：

（a）開槽削弱了軌撐本身的強度，需制作加寬加厚型軌撐，以解決軌撐強度問題。

（b）當螺紋道釘處在長形孔的中間位置時，螺紋道釘與鐵墊板的接觸面由“弧面”變?yōu)椤扒芯€點”接觸，受力面積減少，剪應力加大。為保證螺紋道釘不易折斷，強度需達到10.9級。

（c）鐵墊板開槽為長形孔后，對防止尖軌縱向移動的作用消失，但由于伸縮調節(jié)器構造上存在尖軌尖端處斷開，通過上面的計算得出尖軌出現0.002mm~0.02mm的縫隙是安全的。

有利方面：

（a）由于軌撐沒有取消，開槽的方向與線路中心線的方向平行，即對防止尖軌的傾覆、扭轉和橫向移動不會產生不利影響。

（b）消滅了由于尖軌伸縮原因產生的軌枕開裂、螺紋道釘的扣壓能力消失現象，保證螺紋道釘、垂直螺栓作用正常、軌枕不再繼續(xù)腐朽，有利于保證尖軌的軌距、扣件的豎向扣壓力，保持軌道的幾何形位和鋼軌抗扭轉的能力。

4 現場試驗和整治效果

4.1 試驗結果

2013年8月份，采用本方法對其中一組伸縮調節(jié)器進行了試驗性處理，通過15個月的觀察，處理后的鋼軌伸縮調節(jié)器螺紋道釘作用正常、軌撐（60-107）兩垂直地腳螺栓的扣壓作用正常、合成樹脂軌枕沒有開裂，伸縮調節(jié)器范圍內的軌道幾何形位符合標準，尖軌非工作邊與基本軌的靠貼作用正常，達到了病害處理的目的。

圖3

圖4

圖5 監(jiān)測點3下行鋼軌爬行量

圖6

4.2 整治效果

2014年11月，對全線伸縮調節(jié)器采用本方法全面進行整治，截止發(fā)稿之日，伸縮調節(jié)器沒再出現之前的病害，設備狀態(tài)穩(wěn)定，整治效果良好。

結語

實踐證明，采用改造軌撐整治伸縮調節(jié)器病害的方法是可行的，在保證設備安全和行車安全的前提下，大大減低施工難度和安全風險，同時大大節(jié)約施工成本。本方法對鋼軌伸縮調節(jié)器類似病害的整治有借鑒作用。

[1]徐建明.地鐵鋼軌伸縮調節(jié)器的維護與優(yōu)化設計[J].技術與市場， 2013（06）：117-118.