地鐵軌道結(jié)構(gòu)大修周期及施工關(guān)鍵技術(shù)的研究

陳曉偉

摘要： 地鐵是我國(guó)現(xiàn)階段城市建設(shè)當(dāng)中的重要組成部分，在部分城市中，很多建設(shè)時(shí)間較早的地鐵，在客運(yùn)量以及運(yùn)營(yíng)安全性方面已經(jīng)出現(xiàn)了不能夠滿足實(shí)際需求的情況。對(duì)此，就需要能夠?qū)ζ湟鹬匾?，做好大修處理工作。在本文中，將就地鐵軌道結(jié)構(gòu)大修周期及施工關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行一定的研究。

Abstract： The subway is an important part of urban construction in China at present. In some cities， many of the subways with earlier construction time have been unable to meet the actual demand in terms of passenger traffic and operational safety. In this regard， it is necessary to pay attention to the overhaul work. In this paper， the overhaul period and the key construction technologies of subway track structure is studied.

關(guān)鍵詞： 地鐵軌道結(jié)構(gòu)；大修周期；施工關(guān)鍵技術(shù)

Key words： subway track structure；overhaul period；key construction technology

中圖分類(lèi)號(hào)：U231+.94 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2017）21-0116-03

0 引言

城市軌道交通系統(tǒng)作為大流量的公共客運(yùn)載體，加強(qiáng)日常維修與維護(hù)對(duì)于保證行車(chē)穩(wěn)定、安全至關(guān)重要。目前，運(yùn)營(yíng)單位已將地鐵軌道系統(tǒng)的維修費(fèi)用納入地鐵運(yùn)營(yíng)費(fèi)用中的重要費(fèi)用項(xiàng)來(lái)對(duì)待。對(duì)于影響行車(chē)安全、故障損失大、維修成本高以及故障多發(fā)的行車(chē)設(shè)備（尤其是軌道系統(tǒng)），其維修周期、維修方法往往不同于普通鐵路設(shè)備。

本文首先基于統(tǒng)計(jì)學(xué)原理探討對(duì)地鐵軌道壽命數(shù)據(jù)進(jìn)行收集、分析的方法，然后考慮到行車(chē)設(shè)備可靠性和維修成本的平衡，對(duì)大修周期進(jìn)行設(shè)計(jì)和分析。通過(guò)對(duì)地鐵軌道壽命數(shù)據(jù)及維修周期的分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)，促進(jìn)地鐵軌道設(shè)備維修工作進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)規(guī)范化、合理化。

1 地鐵大修改造的特殊性及影響改造的幾種因素

在現(xiàn)今城市發(fā)展中，地鐵已經(jīng)成為了一項(xiàng)非常重要的交通設(shè)施，是人們出行與生活當(dāng)中不可缺少的組成部分。地鐵比普通鐵路系統(tǒng)的維修量相對(duì)較小，但因其在城市當(dāng)中特殊性的存在，也因此在大修當(dāng)中具有了較高的特殊性，對(duì)技術(shù)具有較高的要求，且不可避免的會(huì)對(duì)周邊環(huán)境產(chǎn)生影響，需要在實(shí)際施工當(dāng)中做好把握。具體施工方面，對(duì)于部分建設(shè)時(shí)間較早的地鐵工程來(lái)說(shuō)，因受到當(dāng)時(shí)地鐵工程建設(shè)施工難度、施工技術(shù)以及施工成本等方面的影響，通常都以淺層方式埋設(shè)，在后續(xù)改造方面缺少一定的考慮。同時(shí)，地鐵工程在初期建造時(shí)間并非單純以交通運(yùn)輸為主，而在近年來(lái)城市快速發(fā)展的背景下，也將會(huì)對(duì)地鐵大修改造產(chǎn)生較多的不利影響。

2 地鐵線路大修改造周期設(shè)計(jì)理論研究

2.1 軌道設(shè)施壽命評(píng)估

在確定地鐵軌道的是否需要大修以及大修周期之前，首先應(yīng)該對(duì)其進(jìn)行壽命評(píng)估。需要收集和分析其壽命數(shù)據(jù)，再對(duì)其大修周期進(jìn)行設(shè)計(jì)和優(yōu)化?；诖?，本研究充分利用已有的故障數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)鍵設(shè)備的壽命分析。對(duì)于所選的關(guān)鍵設(shè)備，故障后是否可修復(fù)直接影響到其壽命數(shù)據(jù)的收集和處理。對(duì)于不可修復(fù)設(shè)備，初始使用里程為0，故障時(shí)該設(shè)備達(dá)到其使用壽命，所運(yùn)行里程X可直接從車(chē)載控制單元獲得，壽命里程（T）為T(mén)=X-0=X。對(duì)于可修復(fù)設(shè)備，發(fā)生故障則認(rèn)為達(dá)到了使用期限，修復(fù)后可繼續(xù)使用，再經(jīng)若干使用期限，最終達(dá)到使用壽命，而每次修復(fù)后其初始運(yùn)行里程不再為0，需要根據(jù)修復(fù)前服役的總里程Xf和修復(fù)程度c確定初始里程，這里假設(shè)初始里程為Xf（1-c），0

另外，為保證統(tǒng)計(jì)分析的合理性，盡量減少分析誤差，需要根據(jù)數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)原理，運(yùn)用以下公式計(jì)算出最少的樣本數(shù)據(jù)量：n=■

式中，n為最少故障數(shù)據(jù)量；N為設(shè)備總量；R2為壽命里程的總體方差，可用現(xiàn)有壽命樣本方差代替；$為壽命里程的容許誤差，可取平均壽命的10～20%；z2為一定置信度的百分位限值。

2.2 基于壽命分析確定大修周期

在確定鐵路大修周期時(shí)，通常根據(jù)鋼軌壽命對(duì)其進(jìn)行確定，而以此對(duì)大修周期確定時(shí)，并非為實(shí)際大修工作當(dāng)中最為經(jīng)濟(jì)的決策，即線路大修周期是有經(jīng)驗(yàn)人員確定的，雖然其同實(shí)際情況基本符合，但因線路因時(shí)間以及地點(diǎn)方面差異情況的存在，在最經(jīng)濟(jì)換軌方面也將存在差異，對(duì)此，即需要能夠通過(guò)科學(xué)方式的應(yīng)用對(duì)其做好研究。在該方面研究中，可以在聯(lián)系線路實(shí)際數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上對(duì)不同換軌時(shí)刻的凈耗費(fèi)現(xiàn)值進(jìn)行分析，以此對(duì)最省的耗費(fèi)換軌時(shí)刻進(jìn)行尋找，其目的，即在對(duì)現(xiàn)役鋼軌是否達(dá)到其經(jīng)濟(jì)適用壽命進(jìn)行確定的基礎(chǔ)上確定最省的總體耗費(fèi)。如果所分析的軌道已經(jīng)達(dá)到了經(jīng)濟(jì)使用壽命，則可以立即對(duì)線路大修決策進(jìn)行確定。

在本研究中，即通過(guò)經(jīng)濟(jì)分析比較方式對(duì)線路決策進(jìn)行確定，該方式在工程經(jīng)濟(jì)學(xué)為基礎(chǔ)的情況下通過(guò)對(duì)大修周期當(dāng)中不同費(fèi)用的分析比較不同經(jīng)濟(jì)效果，以此實(shí)現(xiàn)對(duì)最佳方案的確定。

在地鐵大修周期當(dāng)中，其所涉及到的費(fèi)用有維修費(fèi)、大修費(fèi)以及中修費(fèi)這幾方面。其中，大修費(fèi)為大修清篩、換枕以及換軌費(fèi)。在同一個(gè)周期當(dāng)中，中修的次數(shù)通常為1至2次。維修費(fèi)方面，則包括有日常保養(yǎng)、緊急修補(bǔ)以及綜合維修費(fèi)，對(duì)重要軌道線路進(jìn)行封鎖，前期應(yīng)當(dāng)將其納入行車(chē)影響的計(jì)算分析內(nèi)容，如果因斷軌情況的發(fā)生導(dǎo)致事故出現(xiàn)，也需要做好事故處理費(fèi)的計(jì)入。

通常情況下，維修費(fèi)將通過(guò)總重的積累具有加速增長(zhǎng)的趨勢(shì)。其中，經(jīng)濟(jì)分析比較法是經(jīng)常應(yīng)用的一種方式，即在對(duì)不同時(shí)刻情況下大修方案費(fèi)用進(jìn)行比較分析的基礎(chǔ)上尋找到最佳方案。

3 地鐵大修改造周期的分析探討

我國(guó)在對(duì)鐵路大修周期進(jìn)行制定方面，是一項(xiàng)重要性非常強(qiáng)的技術(shù)決策，同時(shí)也是一項(xiàng)技術(shù)性非常高的研究課題，目前，地鐵線路大修工作在我國(guó)可以說(shuō)是剛剛開(kāi)始，而在我國(guó)各城市地鐵運(yùn)行到一定年限之后，大修工作也將更為適用，在周期確定方面同實(shí)際情況更加符合。在國(guó)內(nèi)外鐵路大修周期制定當(dāng)中，都通過(guò)鋼軌合理使用期限作為對(duì)大修周期進(jìn)行確定的重要依據(jù)，在鋼軌合理使用期限的基礎(chǔ)上制定線路大修計(jì)劃，能夠幫助鐵路在該項(xiàng)工作當(dāng)中獲得更好的社會(huì)效益以及經(jīng)濟(jì)效益，不僅能夠有效避免、減少因鋼軌傷損情況所導(dǎo)致的重大行車(chē)事故發(fā)生、對(duì)鐵路運(yùn)輸綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)進(jìn)行提升，且利于實(shí)現(xiàn)工務(wù)材料、設(shè)備以及財(cái)務(wù)方面需求計(jì)劃的編制，以此為線路管理質(zhì)量的進(jìn)一步提升創(chuàng)造良好條件。

目前，我國(guó)在鐵路大修周期方面通常以線路通過(guò)的總質(zhì)量達(dá)到規(guī)定數(shù)值對(duì)其是否達(dá)到大修周期標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行確定。而在不同地區(qū)當(dāng)中，根據(jù)線路特點(diǎn)、所處自然環(huán)境的不同，以及不同區(qū)域在養(yǎng)護(hù)維修質(zhì)量鋼軌貨運(yùn)密度、運(yùn)行速度、線路標(biāo)準(zhǔn)以及力學(xué)性質(zhì)等方面存在的差異，也將因此使線路大修周期發(fā)生較大的變化。對(duì)此，僅僅根據(jù)手冊(cè)當(dāng)中要求對(duì)以路通過(guò)總質(zhì)量為依據(jù)進(jìn)行確定從理論角度看來(lái)也缺少依據(jù)。對(duì)于線路大修這項(xiàng)工作來(lái)說(shuō)，其主要內(nèi)容即是對(duì)鋼軌的全面更換，對(duì)此，則需要聯(lián)系鋼軌使用壽命決定大修周期。

在鋼軌運(yùn)行當(dāng)中，主要是傷損數(shù)量以及磨耗程度對(duì)其使用壽命產(chǎn)生影響，而對(duì)于同時(shí)使用的鋼軌來(lái)說(shuō)，由于其在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中在受力狀態(tài)方面差異情況的存在，對(duì)此，在其都處于平均使用期限之前，則將有部分較為不耐磨的鋼軌出現(xiàn)先期傷損或者磨耗的情況，而當(dāng)其時(shí)間超出一定限值后，鋼軌疲勞破壞則成為了對(duì)其進(jìn)行更換的主要原因。為了避免該種情況出現(xiàn)，對(duì)行車(chē)安全作出保障，線路的大修周期即為鋼軌最佳的成段更換期，同鋼軌平均使用壽命相比要短。

根據(jù)工作經(jīng)驗(yàn)，除了部分先期傷損的鋼軌，以通過(guò)荷載總重作為對(duì)成段更換新軌大修進(jìn)行確定是一項(xiàng)重要依據(jù)，能夠?qū)€路的工作特點(diǎn)以及運(yùn)營(yíng)條件進(jìn)行充分的反映。

4 軌道設(shè)備大修改造施工關(guān)鍵技術(shù)的研究

4.1 鋼軌更換施工

在該施工環(huán)節(jié)，其主要技術(shù)有：第一，準(zhǔn)備工作。在更換工作進(jìn)行前，線路工作人員將原線路水平測(cè)量后將其中一股拆除，軌道經(jīng)過(guò)大修后投入運(yùn)營(yíng)前先要根據(jù)標(biāo)注的水平以及規(guī)矩參數(shù)對(duì)線路的幾何尺寸進(jìn)行恢復(fù)；第二，松解扣件。在完成線路幾何尺寸標(biāo)注后，各施工該小組根據(jù)之前制定好的任務(wù)段通過(guò)專(zhuān)用工具的應(yīng)用對(duì)扣件彈條進(jìn)行拆除，在將配件拆除完成后，將其放置在對(duì)應(yīng)軌枕位置，以此在后續(xù)對(duì)線路進(jìn)行恢復(fù)時(shí)應(yīng)用；第三，出舊軌。根據(jù)當(dāng)天換軌長(zhǎng)度對(duì)出舊軌方式進(jìn)行確定。如果更換長(zhǎng)度較短，則可以按照從其中一頭開(kāi)始向另一頭將舊軌進(jìn)行拔出。

為了盡可能節(jié)約工作時(shí)間，則可以按照從中間向兩頭方式處理，保證舊軌在拔出之后將其放置在沒(méi)有接軌的一側(cè)，并保證其放置高度同線路軌面高度相比要小，而對(duì)于具有水管路、通信信號(hào)以及電纜等設(shè)備地段，則需要提前做好防護(hù)支架的制作，在安裝完成之后再將舊軌進(jìn)行拔除；第四，入新軌。為了提升施工效率，在將舊軌拔出一部分之后，在拉開(kāi)一段距離、保證新舊軌道相互間不存在相互影響的情況下進(jìn)行新軌的拔入，其具體方式同舊軌拔出方式正好相反；第五，恢復(fù)扣件。在部分新軌已經(jīng)入槽之后，即可以對(duì)扣件進(jìn)行恢復(fù)，在該項(xiàng)工作中，線路工需要做好檢查工作，保證線路在恢復(fù)之后既能夠達(dá)到線路開(kāi)通條件。而當(dāng)新軌全部入槽后，則需要在其兩端位置將已換新軌同原有的舊軌道進(jìn)行連接，按照設(shè)計(jì)要求調(diào)整鋼軌的規(guī)矩和水平方向?；謴?fù)安裝扣件并緊固將放于軌枕墩一側(cè)的扣件重新恢復(fù)安裝于原軌枕墩上并采用專(zhuān)用工具進(jìn)行緊固。在對(duì)扣件進(jìn)行安裝時(shí)，要按設(shè)計(jì)要求調(diào)整軌道的水平方向和規(guī)矩，并做好其同兩端連接鋼軌的調(diào)整，保證處理情況能夠滿足施工要求；第六，質(zhì)量檢查。在完成施工后，現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)檢人員需要及時(shí)做好施工段的質(zhì)量檢查工作。同時(shí)，在施工完成后現(xiàn)場(chǎng)需要及時(shí)組織相關(guān)人員做好清理；第七，由施工負(fù)責(zé)人、安檢、監(jiān)理對(duì)施工場(chǎng)所進(jìn)行全面檢查，然后會(huì)同地鐵公司人員統(tǒng)一進(jìn)行全面檢查，在經(jīng)過(guò)檢查確認(rèn)滿足要求之后由施工負(fù)責(zé)人帶領(lǐng)人員撤離。

4.2 扣件選型與更換

在城市軌道交通當(dāng)中，軌道是交通運(yùn)營(yíng)的基礎(chǔ)，不僅將對(duì)來(lái)自列車(chē)的荷載進(jìn)行承受，且將對(duì)列車(chē)的運(yùn)行具有重要的引導(dǎo)作用。在軌道當(dāng)中，扣件是道床同走行軌間的重點(diǎn)連接部件，其作用即在對(duì)鋼軌正確位置進(jìn)行固定的基礎(chǔ)上避免其發(fā)生橫向或者縱向位移，在避免鋼軌出現(xiàn)傾翻情況的基礎(chǔ)上對(duì)適量的彈性進(jìn)行提供，且能夠?qū)撥壥艿降牧鬟f給道床承軌臺(tái)或者軌枕。可以說(shuō)，其性能的好壞將直接對(duì)軌道結(jié)構(gòu)的安全性以及穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。在地鐵運(yùn)行當(dāng)中，能夠應(yīng)用在維修的停電時(shí)間非常少，對(duì)此，所使用的扣件性能將對(duì)實(shí)際養(yǎng)護(hù)維修的工作量產(chǎn)生直接的影響，其選型無(wú)論對(duì)維修工作量還是大修周期的延長(zhǎng)都將具有直接影響。

通常情況下，扣件在實(shí)際選擇方面需要具備的功能有：第一，具有足夠的強(qiáng)度，對(duì)鋼軌的橫向力以及縱向力進(jìn)行抵抗，通常來(lái)說(shuō)，其橫向承受力■ 40kN，抗拔力■ 60kN，每組扣件防爬力■ 8kN。在對(duì)無(wú)縫線路進(jìn)行鋪設(shè)時(shí)，為了對(duì)因溫度變化形成的撓曲情況進(jìn)行避免，則更需要將扣件阻力控制在一定范圍當(dāng)中；第二，具有較大的整體道床剛度。對(duì)于軌道來(lái)說(shuō)，其主要由墊層以及扣件提供彈性，對(duì)此，則需要扣件能夠具有較好的彈性，以此對(duì)來(lái)自列車(chē)荷載的沖擊進(jìn)行減少，使鋼軌在運(yùn)行當(dāng)中所承受的荷載能夠以較為均勻的方式在道床上分布。通常情況下，扣件節(jié)點(diǎn)的垂直靜剛度在50kN/mm以下；第三，扣件需要在扣壓力方面具有較好的表現(xiàn)，且能夠?qū)Ω叩驼{(diào)整量以及規(guī)矩進(jìn)行滿足。在高架橋整體道床上的扣件需要較大的高低調(diào)整量以適應(yīng)預(yù)應(yīng)力的徐變和橋墩的不均勻沉陷；第四，扣件在絕緣方面要具有較好的性能表現(xiàn)，以此對(duì)雜散電流值進(jìn)行減少。同時(shí)，扣件需要盡可能標(biāo)準(zhǔn)化，不僅結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，且在實(shí)際維修以及鋪設(shè)當(dāng)中具有較好的表現(xiàn)；第五，做好扣件金屬部件的防腐處理。

5 結(jié)論

本文基于統(tǒng)計(jì)學(xué)原理對(duì)地鐵軌道系統(tǒng)壽命數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、分析、檢驗(yàn)和判別，并根據(jù)成本控制要求提出地鐵軌道大修周期的設(shè)計(jì)方案，通過(guò)科學(xué)的設(shè)計(jì)與優(yōu)化分析，大大提高了地鐵維修效率。

在我國(guó)城市人口數(shù)量不斷增加、交通壓力日趨加大的情況下，需要通過(guò)對(duì)地鐵的大修改造處理使其更好的滿足現(xiàn)階段城市發(fā)展需求。在上文中，我們對(duì)地鐵軌道結(jié)構(gòu)大修周期及施工關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了一定的研究，在實(shí)際工作中，需要能夠做好相關(guān)技術(shù)的全面掌握，保障施工質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

[1]李軍.無(wú)砟軌道施工技術(shù)[J].科技資訊，2010（01）.

[2]陳康能.地鐵的發(fā)展及其盾構(gòu)施工環(huán)境巖土工程問(wèn)題[J].山西建筑，2010（10）.

[3]吳建忠，曾向榮.地鐵軌道系統(tǒng)設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)化探討[J].城市軌道交通研究，2010（04）.

[4]蔣敏.地下連續(xù)墻在地鐵施工中的注意事項(xiàng)[J].中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品，2010（11）.

[5]單士軍，李耐霞.地鐵區(qū)間隧道常見(jiàn)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)[J].四川建筑，2010（02）.

[6]徐愛(ài)民，高亮，袁昊.北京地鐵軌道結(jié)構(gòu)大修周期研究[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2009（02）.