提高整體道床普通短軌枕螺栓扭矩合格率的途徑及效果分析

劉耀強

摘要：長沙軌道交通2號線一期工程軌道工程2標(biāo)，普通短軌枕數(shù)量為45478個，對應(yīng)螺栓數(shù)量為90956個。螺栓的作用是連接扣件與軌枕。扭矩過大，會造成鐵墊板下高彈墊板變形量過大、喪失彈性，降低減振功能，嚴(yán)重時可能會超過預(yù)埋尼龍?zhí)坠艿目拱瘟υ斐绍壵淼膿p壞；扭矩過小，則螺栓不能起到應(yīng)有的固定作用。總之，過大過小的螺栓扭矩都會對列車的運行會產(chǎn)生一定影響。本文依據(jù)施工過程，結(jié)合設(shè)計文件，針對怎樣提高普通短軌枕螺栓扭矩合格率就行研究，得到了切實可行的提高整體道床普通短軌枕螺栓扭矩合格率的方法。

Abstract： In the 2# of the first phase of Changsha Metro Line 2， the number of ordinary short sleepers is 45478， the number of corresponding bolts is 90956. The role of bolt is connecting fasteners and sleepers. If the torque is too large， the elastic plate deformation under the iron plate will also too large and reduce the elasticity and the damping function. In severe cases， it may exceed the pullout resistance of the embedded nylon sleeve and damage the sleepers. If the torque is too small， the bolt can not play its due role. In short， both the small and large bolt torque will affect the operation of the train. Based on the construction process， according to the design documents， this paper studies how to improve the qualified rate of bolt torque of the ordinary short sleepers. The method of improving the qualified rate of bolt torque of the ordinary short sleepers is obtained.

關(guān)鍵詞：普通短軌枕；扣件螺栓；扭矩；合格率

Key words： ordinary short sleeper；fastening bolt；torsion；percent of pass

中圖分類號：U213.3 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）09-0182-03

0 引言

目前城市軌道交通有地鐵、輕軌、市郊鐵路、有軌電車以及懸浮列車等多種類型，號稱“城市交通的主動脈”。城市軌道交通已經(jīng)成為占用土地和空間最少、運輸能量最大、運行速度最快、環(huán)境污染最小、乘客最安全舒適的理想交通方式。隨著城市化建設(shè)步伐的加快，中心城市不斷在向周邊輻射，軌道交通建設(shè)的緊迫性也在增加，各地建設(shè)城市軌道交通的熱情日漸高漲。隨著生產(chǎn)的發(fā)展和技術(shù)的進步，城市軌道交通道床主要采用整體道床，可以提高承載能力，使道床的下沉量比普通道床減小約90%，而且可使線路的縱向、橫向阻力增加約0.7～4倍，排水性能也大大得到改善，具有防臟、防凍、不長草的特點。普通短軌枕為整體道床經(jīng)常采用的一種軌枕形式。其扣配件對應(yīng)螺栓扭矩必須合理設(shè)置，扭矩過大，會造成鐵墊板下高彈墊板變形量過大、喪失彈性，降低減振功能，嚴(yán)重時可能會超過預(yù)埋尼龍?zhí)坠艿目拱瘟υ斐绍壵淼膿p壞；扭矩過小，則螺栓不能起到應(yīng)有的固定作用，因此過大過小的螺栓扭矩都會對列車的運行會產(chǎn)生一定影響，所以必須根據(jù)線路線型、坡度等由設(shè)計確定螺栓扭矩。本文依據(jù)長沙軌道交通2號線一期工程軌道工程2標(biāo)（普通短軌枕數(shù)量45478個，對應(yīng)螺栓數(shù)量90956個）施工過程，結(jié)合設(shè)計文件，針對怎樣提高普通短軌枕螺栓扭矩合格率就行研究，得到了切實可行的提高整體道床普通短軌枕螺栓扭矩合格率的方法。

1 可行性分析

1.1 現(xiàn)狀分析

在以往的軌道施工完成后，都要對普通短軌枕螺栓扭矩進行測量，不合格的要進行二次復(fù)緊，確保螺栓扭矩在工程驗收時候合格。同行業(yè)其他項目部普通短軌枕螺栓扭矩初始合格率如表1所示。

根據(jù)施工工藝，按照施工工序就本項目部現(xiàn)有的組裝好的軌排螺栓扭矩進行抽樣檢測，并進行跟蹤觀察、測量。對扭矩在各工序中的合格率進行統(tǒng)計分析如表2所示。

根據(jù)現(xiàn)場抽樣測量的5組軌排螺栓扭矩實測值，進行統(tǒng)計分析得到軌排在QC活動前螺栓扭矩合格率現(xiàn)狀如下：①吊裝前合格率為70.43%；②吊裝過程扭矩損失13.07%；③運輸過程扭矩損失11.05%；④最終澆筑完混凝土扭矩后合格率為61.34%。

1.2 理論分析

設(shè)計圖紙對施工螺栓扭矩的要求：普通短軌枕螺栓扭矩為直線及曲線半徑R≥800m地段為120～150N·m，曲線半徑R﹤800m地段為150～200N·m。可見螺栓扭矩并不是一個固定值，只要最終螺栓扭矩在設(shè)計給定的范圍內(nèi)，均為合格，并且設(shè)計給定的這個范圍比較大，比較容易控制。

1.3 可行性分析

上述可知：軌排組裝時，普通短軌枕螺栓扭矩合格率較低為70.34%，并且在后續(xù)施工過程中螺栓扭矩產(chǎn)生了損失，其中產(chǎn)生較大損失的工序是軌排吊裝和軌排運輸，損失率分別為到13.07%與11.05%。因此只要控制好軌排組裝時螺栓初始扭矩，并嚴(yán)格控制各工序扭矩損失就能確保目標(biāo)的實現(xiàn)。

1.3.1 由設(shè)計可知螺栓扭矩在，直線及曲線半徑R≥800m地段最大合格損失情況如圖1所示。

最大合格損失量為：150N·m-120N·m=30N·m

最大合格損失率為：30N·m/150N·m=20%

1.3.2 螺栓扭矩在曲線半徑R﹤800m地段最大合格損失情況如圖2所示。

最大合格損失量為：200N·m-150N·m=50N·m。

最大合格損失率為：50N·m/200N·m=25%

由以上分析可知：如果采取措施在軌排釘聯(lián)時把螺栓的初始扭矩控制為：直線及曲線半徑R≥800m地段為150 N·m，曲線半徑R﹤800m地段為200N·m。并且嚴(yán)格控制軌排吊裝和軌排運輸過程使這兩個過程螺栓扭矩損失率都小于8%。便可以確保施工完成后，螺栓扭矩合格。計算如下：

①：150-150×8%-（150-150×8%）=126.96N·m，120<126.96<150。因此，扭矩在設(shè)計給定的范圍內(nèi)。

②：200-200×8%-（200-200×8%）=169.28N·m，150<169.28<200。因此，扭矩在設(shè)計給定的范圍內(nèi)。

即施工完成后螺栓的扭矩保持在直線及曲線半徑R≥800m地段為120～150N·m之間，曲線半徑R<800m地段為150～200N·m之間，均為合格。

2 扭矩不合格原因分析

根據(jù)收集的資料，進行充分的討論，從“人、機、料、法、環(huán)”五個方面展開分析：得出扭矩不合格的原因主要有以下八個方面，并繪制了原因分析樹圖，如圖3所示。

針對扭矩不合格末端原因進行要因追條確認(rèn)，最終確定導(dǎo)致螺栓扭矩不合格的要因主要為：①軌道組裝時：未設(shè)置固定初始扭矩值；②軌排吊裝時：未在受力平衡點設(shè)置起吊點；③軌排運輸時：軌道車通過曲線速度大，變速運行。

3 對策及實施效果分析

3.1 根據(jù)以上螺栓扭矩不合格原因分析及要因確認(rèn)，采用頭腦風(fēng)暴法制定了以下對策，并進行評價、打分，結(jié)果如表3、表4所示。

3.2 對策實施一：根據(jù)制定的對策，需要在軌排組裝時，對螺栓初始扭矩進行設(shè)定，并控制螺栓的初始扭矩。

軌排組裝時螺栓的初始扭矩設(shè)定為：直線及曲線半徑R≥800m地段軌排的初始扭矩150N·m，曲線半徑R<800地段軌排的初始扭矩為200N·m。

采用對策一后對軌排進行初螺栓扭矩測量，本次測量具體方法是：每天對施工現(xiàn)場的2節(jié)軌排螺栓的初始扭矩測量，共持續(xù)測試5天，具體數(shù)據(jù)見表5。

效果分析：根據(jù)制定的措施，設(shè)定了螺栓扭矩初始值，分目標(biāo)一實現(xiàn)。

3.3 對策實施二：針對25米軌排合理吊點進行理論計算，軌排平面圖如圖4所示。

根據(jù)軌排的受力情況，簡化其受力，并繪制彎矩圖如圖5、圖6所示。

由以上三公式及軌排長L=25m可求得：L1=5m L2= 15m，（近似值）即吊點距離軌排端點的距離為：5m。

對初始螺栓扭矩合格的5組軌排進行吊裝過程螺栓扭矩跟蹤測量：具體數(shù)據(jù)見表6。

效果分析：設(shè)置吊點后軌排吊裝螺栓扭矩損失率小于預(yù)期的目標(biāo)值，分目標(biāo)實現(xiàn)。

3.4 對策實施三：由軌道車在曲線上運行的力學(xué)公式可知：軌道車運行產(chǎn)生的離心力F跟軌道車運行速度的平方成正比，跟所通過的曲線半徑成反比，運行速度越大產(chǎn)生的離心力就越大，軌排就越不穩(wěn)定，突破力平衡點后就會移動，對軌排上的螺栓就會產(chǎn)生震動使其扭矩損失。因此必須控制軌道車在曲線上的運行速度。如圖7所示。

針對軌排運輸線路的實際情況，規(guī)定軌道車運輸軌排通過曲線時的速度為10km/h，并且要求勻速運行，不得隨意變換速度。若超出范圍及時調(diào)整。

4 結(jié)論

依據(jù)理論計算，過程措施實施控制，可以得出提高整體道床普通短軌枕螺栓扭矩合格率的方法主要為：①軌排組裝時根據(jù)設(shè)計要求對螺栓初始扭矩設(shè)定，確保初始扭矩滿足設(shè)計要求；②軌排吊裝時，選擇合理的吊點進行吊裝；③軌排運輸時，根據(jù)行駛線路情況控制軌道車通過曲線時的運行速度。經(jīng)工程驗收確定螺栓扭矩合格率得到大幅提升，為城市軌道交通安全高效運行提供保障。

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