京九線成段更換軌枕設(shè)計及施工探討

黃 兵 中國鐵路上海局集團有限公司工務(wù)處

京九鐵路位于京滬、京廣兩大干線之間，是我國第五條南北鐵路干線，北起北京西站，南至深圳，連接香港九龍，整條線路跨越京、津、冀、魯、豫、皖、鄂、贛、粵、港等9個省級行政區(qū)的103個市縣，是我國南北方向的一條重要鐵路通道，建成以來分擔(dān)了大量的南北運量，使我國鐵路網(wǎng)南北客貨運輸能力大幅度增加。隨著運量的不斷增加和列車速度的提高，對于線路設(shè)備狀態(tài)的要求越來越高，路局管內(nèi)京九線既有軌枕多為老Ⅱ型混凝土枕，與京九線160km/h設(shè)計速度不匹配，按照《鐵路線路修理規(guī)則》的規(guī)定：允許速度大于120 km/h的線路應(yīng)鋪設(shè)Ⅲ型混凝土枕，既有Ⅱ型混凝土枕應(yīng)逐步更換為Ⅲ型混凝土枕。近年來路局投入了大量資金對既有Ⅱ型混凝土枕地段進行成段更換為Ⅲ型混凝土枕。本文以京九線下行K871+230～K899+977成段更換Ⅲ型混凝土枕為例，對京九線利用大修列車成段更換軌枕設(shè)計及施工進行探討。

1 既有線路概況

京九線下行K871+230～K899+977成段更換軌枕，自京九下行線三塔鎮(zhèn)N2＃道岔岔首開始，經(jīng)過阜南站，止于阜南至淮濱區(qū)間K899+977處；途經(jīng)線路車間1個(阜陽線路車間)，工區(qū)2個(三塔鎮(zhèn)、阜南線路工區(qū))；既有線路鋼軌為P60跨區(qū)間無縫線路，電氣化線路；橋梁24座，其中帶護軌橋梁4座（1座已更換為新Ⅲ型橋枕）；曲線14處，Rmin=1500m，Rmax=4000m；碎石道床，道床頂寬3.4m，碴肩堆高0.15m，邊坡坡度1：1.75；施工范圍內(nèi)紅外線設(shè)備2處（K890+071、K871+365）；施工范圍內(nèi)軌枕以Ⅱ型混凝土枕為主，道岔前后有少量Ⅲb型混凝土枕，橋梁區(qū)段為Ⅱ型或新Ⅲ型混凝土橋枕，Ⅱ型混凝土枕地段軌枕配置為1 760根/km，Ⅲb、新Ⅲ型混凝土橋枕地段軌枕配置為1 667根/km，扣件為Ⅰ型或Ⅱ型彈條扣件。

2 線路縱斷面設(shè)計

（1）經(jīng)過前期對京九線下行K871+230～K899+977成段更換軌枕地段大修設(shè)計外業(yè)調(diào)查，發(fā)現(xiàn)京九線下行685#、686#、687#、688#橋軌下枕底石碴厚度均小于20 cm，不滿足大修列車作業(yè)的要求（軌下枕底碴厚不低于20 cm），同時也不滿足《鐵路線路修理規(guī)則》中關(guān)于有碴橋上枕底道床厚度不低于25 cm的規(guī)定。

（2）為了使既有線路條件滿足大修列車換枕施工的要求，在編制本次換枕施工設(shè)計預(yù)算時同步進行線路縱斷面拉坡設(shè)計。拉坡設(shè)計如圖1所示。

圖1 拉坡設(shè)計圖

（3）設(shè)計采取線路抬道的方式，結(jié)合線路既有坡度，對京九線下行K880+350～K883+250地段線路進行拉坡設(shè)計，拉坡設(shè)計前聯(lián)系供電部門現(xiàn)場交底，現(xiàn)場確認(rèn)需要抬道的地點，接觸網(wǎng)導(dǎo)高允許調(diào)整量，最后確定此段線路縱斷面拉坡設(shè)計方案。既有及設(shè)計后線路縱斷面部分?jǐn)?shù)據(jù)如表1所示。

表1 既有及設(shè)計后線路縱斷面部分?jǐn)?shù)據(jù)

3 大修列車換枕施工時龍門軌設(shè)置

3.1 大修列車換枕作業(yè)流程

封鎖開始后換枕地段扣件隔一卸五、前龍門口線上鋼軌鋸斷→大修列車對位從前龍門口切入線路→大修列車換枕作業(yè)、同步松卸保留的扣件、大修列車尾部人工擺放、緊固扣件→切割后龍門口鋼軌、大修列車切出線路→扣件緊固完畢進行大機配碴、搗固、穩(wěn)定作業(yè)→大修列車返回車站、開通線路。

3.2 龍門軌設(shè)置

（1）大修列車在換枕前龍門口切入線路時，由于線上鋼軌鋸開后長軌條收縮以及鋼軌被抬起后產(chǎn)生撓度，造成前龍門口鋼軌出現(xiàn)空頭，在換枕過程中抬起的撓度隨大修列車的行進向后龍門口移動，在后龍門口形成鋼軌塔頭。為了消除前門口處的鋼軌空頭，將鋸開后的鋼軌用夾板連接在一起，需要提前準(zhǔn)備1對臨時龍門軌，待大修列車全部讓出前龍門口的位置后，測量空頭長度，再根據(jù)提前準(zhǔn)備的臨時龍門軌長度進行現(xiàn)場配軌，將線上鋼軌鋸下，換上臨時龍門軌，兩端打孔安裝夾板。后龍門處將鋼軌搭頭鋸下，打孔安裝夾板，不用更換鋼軌。

（2）京九線下行K871+230～K899+977成段更換軌枕工程計劃換枕28.7km，按照目前大修列車換枕的平均日進度500m計算，完成本次換枕任務(wù)需要58d。如果給每處前龍門準(zhǔn)備1對臨時龍門軌（按1根25m/處計算），需要25 m鋼軌58根，再算上龍門口鋼軌切開處后期插軌焊復(fù)用的鋼軌，共計需要25 m鋼軌116根。使用這么多的鋼軌，運輸工作量太大，同時也會產(chǎn)生很多非標(biāo)長度的短鋼軌，不能再次使用到線路上，造成鋼軌嚴(yán)重浪費。

（3）從節(jié)約鋼軌、減少鋼軌損耗考慮，在施工開始前提前準(zhǔn)備好一組固定長度的臨時龍門軌，建議采用4對鋼軌為一組，并以（3～4）d換枕施工為一個周期，即從第3/4 d換枕施工開始，安排已完成換枕地段插軌焊復(fù)工作，將更換下來的臨時龍門軌依次用在次日換枕前龍門口處，插軌焊復(fù)按照換枕作業(yè)方向從換枕施工起點開始每天安排一處。按此方法施工，4對臨時龍門軌便可以滿足整個換枕施工期間過渡龍門軌設(shè)置的需要。插軌焊接用鋼軌設(shè)計按照每4處龍門口列1根25 m無孔新鋼軌，另外3處龍門口利用換枕時從線路上鋸下來的鋼軌進行插軌焊接（有條件的情況下插軌焊復(fù)線路與應(yīng)力放散同步進行）。采用此種方式施工，除了準(zhǔn)備一組固定長度的臨時龍門軌外，只需使用15根25m鋼軌就可以滿足插軌焊復(fù)線路的需要。臨時龍門軌和插焊鋼軌使用如圖2所示。

圖2 臨時龍門軌和插焊鋼軌使用示意圖

4 應(yīng)力放散

（1）京九線大修施工主要安排在每年的“集中修”期間實施，根據(jù)換枕施工計劃安排，大修列車換枕通常在自然軌溫37℃以下時段進行由于換枕施工過程中扣件全部拆除，長軌條處于自由伸縮狀態(tài)，換枕后線路的實際鎖定軌溫已發(fā)生較大變化。為了準(zhǔn)確掌握換枕后線路的實際鎖定軌溫，在已換枕地段線路復(fù)搗、道床整形、線路穩(wěn)定作業(yè)完畢后，利用封鎖天窗對已換枕地段進行應(yīng)力放散，并重新鎖定線路，確定實際鎖定軌溫在設(shè)計鎖定軌溫范圍內(nèi)，實際鎖定軌溫通常按照33℃控制，根據(jù)放散伸縮量計算公式：

式中α—鋼軌線性膨脹系數(shù)，α=11.8×10-6/℃；

△t—設(shè)計鎖定軌溫與放散時實測軌溫差；

L—放散長度；

△L—放散拉伸量。

以放散時實測鋼軌軌溫23℃、放散長度500 m為例，經(jīng)過計算當(dāng)日放散地段拉伸量△L為59 mm。

（2）為使重新鎖定的軌溫均勻、準(zhǔn)確，可采用滾筒結(jié)合拉伸配合撞軌法進行應(yīng)力放散。即松開全部扣件后在軌底墊置滾筒，滾筒的設(shè)置位置及數(shù)量以保證鋼軌底部不拖底為宜，并根據(jù)長軌條的長度適當(dāng)設(shè)置撞軌點，配合撞軌釋放軌條應(yīng)力，使鋼軌趨于零應(yīng)力狀態(tài)，放散時應(yīng)每隔（50～100）m設(shè)一位移觀測點，觀測長軌條位移情況。應(yīng)力放散后應(yīng)按實際鎖定軌溫及時修改有關(guān)技術(shù)資料和位移觀測樁標(biāo)記。

5 結(jié)論及建議

（1）有碴橋地段是成段更換軌枕設(shè)計和施工的重點，尤其是軌下枕底碴厚直接影響到大修列車能否進行換枕施工，因此施工前期對道床深度的調(diào)查必須準(zhǔn)確，當(dāng)遇到橋梁枕底碴厚不滿足技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和施工條件時，應(yīng)結(jié)合換枕施工設(shè)計同步進行線路縱斷面設(shè)計，確保大修列車成段更換軌枕順利施工，達到改善既有線路設(shè)備狀態(tài)的目的。

（2）大修列車換枕時，在切入線路的前龍門口需更換鋼軌以消滅“空頭”，在換枕施工完成后又要插軌焊復(fù)線路，大量的鋼軌使用后變成了非標(biāo)軌，無法再次使用，造成了鋼軌資源的嚴(yán)重浪費。通過優(yōu)化換枕設(shè)計和施工組織，在大修列車切入的前龍門處循環(huán)利用一組固定長度的臨時龍門軌，同時將線路上鋸下的鋼軌用來插軌焊復(fù)線路，這樣既減少了鋼軌使用的數(shù)量，又降低了鋼軌的損耗。

（3）由于大修列車施工工序的特殊性，換枕時長軌條呈自由伸縮狀態(tài)，緊扣件的工作是跟隨大修列車換枕的作業(yè)進度同步進行的，持續(xù)的時間長，造成了長軌條內(nèi)溫度力不均勻，實際鎖定軌溫不能準(zhǔn)確掌握，這直接關(guān)系到無縫線路的強度和穩(wěn)定性。通過采用滾筒結(jié)合拉伸配合撞軌法進行應(yīng)力放散，重新鎖定線路，在設(shè)計鎖定軌溫范圍內(nèi)確定實際鎖定軌溫，不但強化了線路設(shè)備質(zhì)量，而且確保了行車安全。