鐵路既有線成段更換軌枕設計與施工分析

楊旭東

（中國鐵路上海局集團有限公司 工務部，工程師 上海市 20071）

1 前言

軌枕是鐵路軌道結構的重要部件之一，主要負責支撐鋼軌，它將鋼軌對其作用的各向壓力傳遞至道床上，并保持鋼軌正常的幾何位置，特別是軌距和方向。由此可見，軌枕技術狀態的好壞直接影響著線路質量，線路上一旦出現失效軌枕應及時予以更換。中國鐵路上海局集團有限公司（以下簡稱“集團公司”）管轄內的淮南線、京九線等線路既有軌枕均為Ⅱ型混凝土枕，根據《鐵路線路修理規則》第3.3.1條規定，既有Ⅱ型混凝土枕應逐步更換為Ⅲ型混凝土枕［1］。本文對近年來集團公司管轄內成段更換軌枕工程的設計與施工進行分析，以期為類似工程的設計與施工提供參考。

2 設計前期勘測

設計單位應根據集團公司工務處下達的年度大修計劃對成段更換軌枕工程進行前期勘測，主要工作有以下幾項：

1）拉鏈。根據計劃在現場找到比較可靠的丈量依據，如公里牌、道岔頭尾、橋梁中心等作為起點，每25 m 為一鏈，連續丈量線路里程，并將里程編號用白油漆標注于軌腰處。

2）卡鏈。以拉鏈的里程編號為依據，準確丈量并記錄沿線的工務（橋涵、曲線、道岔、道口等）、電務（電容枕）、車輛（5T設備）、供電（電磁枕）等設備的里程。

3）勘測重點。根據計劃及現場實際情況，確定實際更換軌枕的起終點位置，認真勘查軌枕類型、鋼軌類型、道口鋪面類型及寬度、道岔類型、橋上護軌類型、長大橋的橋臺位置及橋跨布置、橋上擋碴板狀態等，同時還應測量有碴橋的軌下枕底石碴厚度，尤其是明橋面兩端的有碴橋地段，因為《鐵路線路修理規則》第3.2.1 條規定，有碴橋的軌下枕底碴厚應≥25 cm［1］。

4）附加測量。當有碴橋的軌下枕底石碴厚度＜25 cm時，應對全橋范圍及橋臺兩端往橋外方向200 m地段進行線路縱斷面測量。若是電氣化線路，還應查看并記錄軌面紅線數據、是否具備調高接觸網的條件等。

3 成段更換軌枕設計

3.1 常用軌枕簡介集團公司管轄內的線路成段更換軌枕時，主要采用Ⅲa型混凝土枕、新Ⅲ型混凝土橋枕、AⅢ型混凝土枕（即薄型橋枕）三種軌枕類型，其具體適用范圍及相關技術條件如下：

1）Ⅲa型混凝土枕，長度2.6 m，軌下截面高度為230 mm，預應力鋼筋混凝土結構，軌枕間距600 mm，用于無護軌的小橋、涵洞及一般路基地段。

2）新Ⅲ型混凝土橋枕，長度2.6 m，軌下截面高度210 mm，預應力鋼筋混凝土結構，軌枕間距600 mm，用于有護軌且軌下枕底碴厚≥25 cm 的有碴橋。該類型軌枕包含護軌平直段用枕及護軌彎折段用枕兩種，其中護軌彎折段用枕4根（橋1、橋2、橋3、橋4）。

3）AⅢ型混凝土枕，長度為2.6 m，軌下截面高度160 mm，預應力鋼筋混凝土結構，軌枕間距600 mm，用于有護軌且軌下枕底碴厚≥25 cm 的有碴橋及應鋪設單側護軌的路基地段。該類型軌枕包含護軌平直段用枕及護軌彎折段用枕兩種，其中護軌彎折段用枕5根（橋1、橋2、橋3、橋4、橋5）。

4）使用新Ⅲ型混凝土橋枕、AⅢ型混凝土枕時，護軌及其扣件技術要求見表1。

表1 新Ⅲ型混凝土橋枕、AⅢ型混凝土枕護軌及其扣件技術要求

3.2 成段更換軌枕設計

3.2.1 設計原則 根據《鐵路線路修理規則》規定，有碴橋的軌下枕底碴厚應≥25 cm。另外，無護軌的有碴橋采用Ⅲa 型混凝土枕；有護軌的有碴橋一般根據枕底碴厚、控制點情況合理選擇新Ⅲ型混凝土橋枕、AⅢ型混凝土枕，特殊情況特殊設計。涵洞及路基地段采用Ⅲa型混凝土枕。

3.2.2 成段更換軌枕設計

1）確定軌枕配置數。Ⅲ型混凝土枕用于無縫線路地段的配置數為1 667 根/km，軌枕間距600 mm；Ⅲ型混凝土枕用于普通線路地段的配置數為1 680根/km，軌枕間距根據《鐵路線路修理規則》附錄二的公式進行計算，當鋼軌為標準長度時也可從《鐵路線路修理規則》中表3.3.6-2 內選取。例如，宣杭線下行K 215+610.2～K 218+452 更換軌枕前為普通線路，但同年度K 215+610.2～K 217+178.42有鋪設無縫線路計劃，因此兼顧鋪設無縫線路后軌枕配置數的要求，將K215+610.2～K217+178.42 地段的配置數設計為1 667 根/m，其余地段的配置數設計為1 680根/km。

2）確定有碴橋地段使用軌枕類型。根據外業勘測時測量的軌下枕底石碴厚度及相關設備情況確定有碴橋地段鋪設的軌枕類型，詳見表2。

表2 有碴橋地段使用軌枕類型的技術條件

3）橋上護軌設計。

（1）確定護軌類型。《鐵路橋隧建筑物修理規則》第3.1.13 條規定，既有線有碴橋上的護軌位于Ⅲ型混凝土軌枕時，應采用比基本軌低一級的鋼軌［2］。集團公司管轄內正線采用的鋼軌多為P 60鋼軌，結合表1中新Ⅲ型混凝土橋枕、AⅢ型混凝土枕護軌的技術要求，當有碴橋采用新Ⅲ型橋枕時，采用P 50護軌（一般現場利用原護軌）；當采用AⅢ型枕時，采用P 60護軌（采用再用軌）。

（2）確定護軌起止位置。護軌平直段應伸出橋臺擋碴墻外不小于6 m，梭頭尖端應超出橋臺尾部不小于2 m，既有橋上護軌一般都滿足上述要求，因此設計將原護軌的平直段起終點作為換枕后新的平直段起終點，且平直段起終點應位于兩相鄰橋枕中間位置；在平直段起終點位置往橋兩端布置彎折段、廠制梭頭，新Ⅲ型混凝土橋枕時兩者總長為2.1 m、AⅢ型混凝土枕時兩者總長2.7 m。

（3）確定護軌頂面與基本軌頂面的高差。當采用新Ⅲ型橋枕時，護軌頂面與基本軌頂面的高差值應在-25 mm 到+5 mm 范圍內；當采用AⅢ型枕時，上述高差值應在-20 mm到+5 mm范圍內。

（5）確定護軌扣件類型。新Ⅲ型混凝土橋枕應采用專用護軌扣件。AⅢ型混凝土枕除彎折段1、2號枕中部采用專用扣板外，其余地段采用彈條Ⅱ型扣件。混合梁橋的明橋面護軌與基本軌頭部間距為350～500 mm時，護軌下使用鐵墊板，鉤頭道釘在靠基本軌一側釘兩個、另一側釘一個；當凈距為220～350 mm時，護軌下不使用鐵墊板。

當有碴橋上設有伸縮調節器時，其護軌類型、護軌與基本軌頭部凈距、護軌扣件等均按伸縮調節器的特殊設計及鋪設要求設置。

4）確定電務相關問題。因目前沒有與AⅢ型枕配套的電容枕，所以鋪設AⅢ型枕的有碴橋部位的電容位置仍鋪設AⅢ型枕，且電容采取外掛方式；其余地段的電容位置鋪設Ⅲa型或新ⅢQ型電容枕，并將電容安裝在電容枕內。若護軌在自動閉塞區間、軌道電路范圍內，應安裝絕緣裝置。

5）其他附加設計。若有碴橋上軌下枕底碴厚不滿足表2 中的相關要求，在更換軌枕設計時還需同步進行縱斷面設計。例如，京九線下行678#、679#、680#橋的既有軌下枕底碴厚小于25 cm，換枕設計時同步對K 867+500--K 869+000（上述橋梁區段）進行縱斷面設計，設計將該地段抬道至滿足軌下枕底碴厚≥25 cm的要求。另外，當設計件名內有平面線形不良、橋上線梁偏心等問題時，還需同步進行平面線形設計。

3.2.3 設計注意事項 按照上述設計方法進行成段更換軌枕設計時，還應注意以下兩點：

1）因現場設備的特殊性，計劃范圍內的以下地段不做更換軌枕設計，具體有：電磁枕為特制軌枕，既有電磁枕原位保留；車輛偏載設備（TPDS）的軌枕、道岔的岔枕為專用軌枕，整體道口無軌枕、明橋面為木橋枕，設計時跳開上述地段。

2）考慮軌道彈性的平穩過渡要求，以下地段不宜鋪設混凝土枕，具體有：鋪設木岔枕的普通道岔兩端各5根軌枕、鋪設木岔枕的提速道岔兩端各50根軌枕、無碴橋的橋臺擋碴墻范圍內及其兩端各不少于15根軌枕（有護軌時應延至梭頭外不少于5根軌枕）。

4 成段更換軌枕施工

既有線更換軌枕常見施工方法有人工更換、小型挖掘機更換軌排施工、大型機械更換三種。人工更換是一種傳統施工方法，一般在抽換失效軌枕時采用，該方法的缺點是效率極低。小型挖掘機更換軌排施工，通過人力和機械的合力協作，較大提高了換枕效率及換枕質量。大型機械施工采用P 95 大修列車更換軌枕（以下簡稱“大列換枕施工”），該方法是集團公司管轄內成段更換軌枕的主要施工方法，其具有開挖速度快、質量高、人員勞動強度小、安全性高等優點，能極大程度地減少人力、提高換枕效率及換枕質量。因此以下主要以大列換枕施工為例，對成段更換軌枕的施工流程、要點及注意事項進行重點介紹。

4.1 大列換枕施工作業流程大列換枕施工作業全部在封鎖點內進行，其一般流程為：大列換枕前準備（切入切出龍門口準備、扣件拆除、橋上護軌拆除等）→大列切入作業→大列換枕作業→大列切出作業→線路恢復作業（擰緊扣件、安裝護軌、鋼軌焊復等）。

4.2 特殊地段大列換枕施工要點

4.2.1 埋設電纜地段施工 電務、供電、通信電纜設施常埋設在道床內部，若防護不當，大列的拱砟犁、道床配砟車容易損壞電纜設備，從而影響線路信號的正常使用。為防止大列換枕施工損壞電纜設備，施工單位應與設備管理單位在施工前進行施工交底，標明過軌電纜的走向與埋深。另外，在施工過程中，設備管理單位還應在現場配合做好設備的監護工作，確保電纜設備安全。

4.2.2 長大橋梁地段施工 在施工前期，施工單位應核實長大橋梁地段軌下枕底石碴厚度，并對碴厚不滿足要求地段進行預卸石碴，提前拆除護軌、彎折護軌螺桿。在大列換枕施工當天，將擋碴板旁的石碴進行預扒裝袋，防止大列拱碴犁排碴而擠翻、破壞擋碴板；深挖施梁縫位置處的道碴，挖至梁縫上的鋼蓋板，重點標記道床厚度不足、鋼蓋板翹起地段，并提醒大列操作手提犁避讓上述地段，防止大列在行進中刮碰梁縫鋼蓋板［3］。另外，還應合理確定每日切出、切入龍口位置，確保焊復后焊接接頭處于1/4～1/2 橋跨處，不在橋臺、橋墩上，并距橋臺邊墻不小于2 m。

4.2.3 大超高曲線地段施工 大修列車作業允許的曲線最大超高為120 mm，但在多條超高＞100 mm的曲線換枕施工過程中，常出現因大列走行履帶偏離軌道的軌線而引起的切出龍口懸空輪對對位困難的問題，大大降低了大列換枕效率。因此當作業地段曲線超高100 mm＜h≤l20 mm 時，可采用墊高下股以減少曲線超高的方法（即抽取切出龍口前后100 m范圍內上股的大膠墊墊入下股）施工；當曲線超高h＞120 mm 時，可采用大機調整超高的方法進行施工。如，蕭甬線上行K 2+764.5～K 3+888.58間曲線超高140 mm，在征得集團公司主管部門同意后，先安排大機將該曲線的超高調整為120 mm，同步調整接觸網，然后進行大列換枕施工，最終安全完成了換枕任務。

4.3 施工注意事項大列換枕施工方法極大地提高了施工效率及質量，但受工作限界、焊接接頭及膠接絕緣接頭的技術要求控制，少數地段不宜使用大列進行換枕施工，具體地段及原因見表3。

表3 不宜使用大列換枕施工地段及原因

5 結語及建議

綜上所述，有碴橋地段是更換軌枕設計與施工的重點、難點，因此要求設計前期勘測、施工前期調查務必仔細、詳盡。為更好地改善線路設備，對成段更換軌枕設計與施工提出以下建議：

1）使用大列換枕施工時，每500 m 左右需要設置一處龍門，而每處龍門焊復時產生4個焊接接頭，因此某段線路在成段更換軌枕的當年有鋼軌大修計劃時，建議先進行換枕作業。

2）所有有碴橋上更換軌枕后軌下枕底碴厚應≥25 cm。同一座橋宜采用同類型的混凝土橋枕，在條件允許的情況下，建議優先采用新Ⅲ型混凝土橋枕；受明橋、接觸網導高等控制影響時，可采用AⅢ型混凝土枕。

3）長大橋上板結地段出現更換軌枕后軌面抬高的情況，建議對該橋進行縱斷面設計，并按設計圖紙進行搗固，進而優化線路縱斷面。

4）考慮大列換枕施工難度、線路設備剛度均勻等因素，換枕設計的起終點不宜設在曲線內。當線路改建出現撥接曲線時，建議設備管理單位督促建設單位將撥接地段的整條曲線范圍的軌枕同步更換為同類型軌枕。

5）由于大列換枕施工的大部分時間消耗在每日的龍口切入、切出階段，從提高大列換枕效率的角度出發，建議長度小于100m的道岔區軌枕與道岔大修同步更換，并使用小型挖掘機換鋪軌排的方法進行。