地鐵直線電機(jī)感應(yīng)板線路更換長(zhǎng)軌技術(shù)研究

中鐵十一局集團(tuán)第三工程有限公司，湖北 十堰 442012

1 工程概述

廣州地鐵五號(hào)線采用直線電機(jī)系統(tǒng)，采用6輛編組直線電機(jī)車輛，最大軸重不大于13t，設(shè)計(jì)最高運(yùn)行速度為100km/h，采用接觸軌供電。此次換軌地段為五號(hào)線滘口站—坦尾站區(qū)間上下行K0+515～K0+980、K1+500～K1+864兩段，共3200m（按單股鋼軌長(zhǎng)計(jì)算）。滘口站為五號(hào)線起點(diǎn)車站，滘口站—坦尾站區(qū)間為跨越珠江地段，兩座車站均為高架車站。

近幾年，隨著我國(guó)城市交通的快速發(fā)展，各大中城市的城軌運(yùn)營(yíng)里程不斷增加。通常地鐵線路運(yùn)營(yíng)10年后線路逐步進(jìn)入大修壽命期，而特殊地段的換軌問(wèn)題已逐步成為安全運(yùn)營(yíng)的瓶頸。北京、上海、廣州、深圳等開(kāi)通地鐵較早的城市對(duì)于普通地鐵線路的更換長(zhǎng)軌施工已經(jīng)積累了比較成熟的經(jīng)驗(yàn)，但對(duì)直線電機(jī)感應(yīng)板地鐵線路更換長(zhǎng)軌的案例較少，文章通過(guò)對(duì)廣州地鐵滘口站—坦尾站區(qū)間更換長(zhǎng)軌技術(shù)進(jìn)行研究，對(duì)類似直線電機(jī)感應(yīng)板地鐵線路焊軌及更換長(zhǎng)軌具有非常重要的指導(dǎo)意義。

2 換軌地段情況

滘口站換軌地段為K0+515～K0+980處，換軌長(zhǎng)度約465m，為S形曲線；坦尾站換軌地段為K1+500～K1+864處，換軌長(zhǎng)度約364m，為右轉(zhuǎn)曲線（如表1所示）。高架段全部為預(yù)制板式整體道床，線路中心有感應(yīng)板，上下行線路外側(cè)有三軌（接觸軌），兩線間布置有疏散平臺(tái)，疏散平臺(tái)下方設(shè)計(jì)有電纜線支架。

表1 滘口站—坦尾站區(qū)間換軌段曲線表

經(jīng)過(guò)與業(yè)主溝通及現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，現(xiàn)場(chǎng)施工條件如下：（1）利用夜間停運(yùn)時(shí)間00：30—4：30（自掛地線，含出清線路及銷點(diǎn)時(shí)間），有效工作時(shí)間較短。（2）換軌地段軌旁設(shè)備較多，如感應(yīng)板、均流線、回流線、計(jì)軸器、應(yīng)答器、護(hù)輪軌、三軌及三軌支座等，對(duì)施工焊軌、換軌、更換扣配件等影響較大。（3）部分焊縫位于防脫護(hù)軌范圍，影響扣件拆卸及現(xiàn)場(chǎng)鋁熱焊施工。（4）正線最小曲線半徑為205m，出入段線最小曲線半徑為100m，運(yùn)輸及回收鋼軌難度大。（5）換軌后計(jì)軸器調(diào)整范圍不得超出既有安裝位置所在的兩相鄰軌枕間隙空間。（6）施工時(shí)對(duì)軌旁設(shè)備尤其是計(jì)軸器、電纜支架、電纜線必須做好防護(hù)措施，在確保安全的前提下進(jìn)行施工。

道床斷面如圖1所示，高架段線路現(xiàn)場(chǎng)如圖2所示。

圖1 道床斷面圖

圖2 高架段線路現(xiàn)場(chǎng)圖

3 焊軌、換軌方案比選

現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查后，根據(jù)廣州地鐵集團(tuán)的相關(guān)規(guī)定及直線電機(jī)感應(yīng)板地鐵線路的工作原理，感應(yīng)板兩側(cè)不允許存放鋼軌，疏散平臺(tái)側(cè)水溝處空間不滿足移動(dòng)閃光焊機(jī)進(jìn)行長(zhǎng)軌焊接的條件，五號(hào)線車輛段不具備儲(chǔ)存和運(yùn)輸長(zhǎng)軌的條件。根據(jù)換軌地段的現(xiàn)場(chǎng)條件，分別針對(duì)鋼軌焊接及更換施工進(jìn)行了3種焊軌方案及2種換軌方案的研究分析。

3.1 焊軌、換軌方案

（1）換軌段全部鋁熱焊焊接方案。該換軌段全部采用鋁熱焊焊接后，約產(chǎn)生144個(gè)鋁熱焊接頭，鋁熱焊接頭后期運(yùn)營(yíng)期間需要花費(fèi)巨大的人力進(jìn)行探傷、巡道等維護(hù)工作。該段為高架段，夏季歷史最高軌溫為58.7℃、冬季歷史最低軌溫為-0.3℃，長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)容易出現(xiàn)焊頭處斷軌情況，不利于安全運(yùn)營(yíng)。

（2）選取直線段水溝內(nèi)氣壓焊焊接方案。選取距離換軌段較近的直線地段水溝內(nèi)進(jìn)行焊軌，該方案焊軌容易操作，但對(duì)新軌運(yùn)輸和長(zhǎng)軌條的轉(zhuǎn)運(yùn)需花費(fèi)很大的人力，同時(shí)轉(zhuǎn)運(yùn)長(zhǎng)軌的安全風(fēng)險(xiǎn)極大。

（3）換軌段水溝內(nèi)直接氣壓焊焊接方案。直接將新軌備在線路外側(cè)水溝內(nèi)進(jìn)行氣壓焊接，只需安排人員配合氣壓焊人員進(jìn)行新軌的整理和支墊，該方案與待換軌地段對(duì)應(yīng)便于新軌的配軌及焊頭位置的控制。

（4）人工撥軌更換長(zhǎng)軌方案。采用傳統(tǒng)地段換軌技術(shù)，將待換軌地段舊軌從起終點(diǎn)鋸斷后直接采取人工撥出、新軌撥入的方法，該方案容易造成感應(yīng)板的損壞，且換軌地段設(shè)計(jì)有護(hù)軌，撥軌難度很大。

（5）小龍門架群吊換軌施工方案。該方案利用多個(gè)簡(jiǎn)易便攜的小龍門架組合進(jìn)行吊換新舊軌施工，施工難度低、效率高，顯著降低了作業(yè)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。試車線吊軌試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)如圖3所示。

圖3 試車線吊軌試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)圖

3.2 焊軌、換軌方案確定

3種焊軌方案和2種換軌方案的優(yōu)缺點(diǎn)比較如表2、表3所示。經(jīng)綜合比選，采用換軌段水溝內(nèi)直接氣壓焊焊接方案和小龍門架群吊換軌施工方案。

表2 3種焊軌方案優(yōu)缺點(diǎn)比較

表3 2種換軌方案優(yōu)缺點(diǎn)比較

4 焊軌、換軌方案實(shí)施

4.1 焊軌期間質(zhì)量保障措施

（1）在開(kāi)始焊軌前安排4～6人的整理鋼軌小組由專門技術(shù)人員帶隊(duì)對(duì)照原線路焊頭位置進(jìn)行新軌的整理、焊頭對(duì)位和支墊，提前做好焊接前的準(zhǔn)備工作。

（2）在開(kāi)始焊軌時(shí)，配合氣壓焊人員調(diào)整待焊軌頭，保證其前后15m的平直距離對(duì)位。

（3）焊軌宜先進(jìn)行上股鋼軌的焊接，再根據(jù)上股焊頭位置進(jìn)行下股鋼軌的焊接，半徑超過(guò)300m的曲線宜焊接成2段進(jìn)行更換。

（4）焊軌過(guò)程中遇到焊頭落到梁縫、枕木位置時(shí)需根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)及規(guī)范要求進(jìn)行鋸軌處理。

4.2 換軌期間質(zhì)量保障措施

（1）換軌時(shí)間宜選擇與原設(shè)計(jì)鎖定軌溫適宜的季節(jié)，減小放散工作量。

（2）換軌宜先進(jìn)行上股鋼軌的更換，再進(jìn)行下股鋼軌的更換；整改線路時(shí)上股按原設(shè)計(jì)更換標(biāo)準(zhǔn)軌距塊，再根據(jù)正矢情況進(jìn)行調(diào)整，下股根據(jù)軌距安裝合適的軌距塊。

（3）分段更換上股鋼軌且磨耗較大時(shí)需提前根據(jù)舊軌接頭位置的磨耗情況配置過(guò)渡軌，過(guò)渡軌宜選取現(xiàn)場(chǎng)自然磨耗軌，順行車方向鋼軌接頭錯(cuò)牙允許值分別為側(cè)面1mm、垂面0mm，二者不能同時(shí)滿足時(shí)先滿足側(cè)面，垂面則采用調(diào)高膠墊進(jìn)行調(diào)整。過(guò)渡軌配軌示例如表4所示。

表4 過(guò)渡軌配軌示例表

（4）換軌現(xiàn)場(chǎng)如圖4所示，換軌前根據(jù)新軌條的長(zhǎng)度、現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查情況和小龍門吊的承載力計(jì)算分布位置，并在換軌作業(yè)前進(jìn)行標(biāo)記。更換長(zhǎng)度為150m的鋼軌龍門吊布置如圖5所示。

圖4 換軌現(xiàn)場(chǎng)圖

圖5 更換長(zhǎng)度為150m的鋼軌龍門吊布置示意圖

4.3 施工工序

該項(xiàng)目滘口站—坦尾站區(qū)間更換鋼軌施工主要工序如下：施工準(zhǔn)備（含施工人員、機(jī)具設(shè)備等準(zhǔn)備工作）→線路調(diào)查、新軌運(yùn)輸（如圖6所示）、焊接試驗(yàn)→配軌及氣壓焊接→焊接接頭檢查驗(yàn)收→長(zhǎng)軌更換施工→換軌次日線路回檢→舊軌切割及回收。

圖6 新軌運(yùn)輸示意圖（單位：mm）

5 合理化建議

（1）受換軌線路作業(yè)空間的影響，傳統(tǒng)的移動(dòng)閃光焊機(jī)無(wú)法在線路范圍內(nèi)進(jìn)行焊接，后期需與焊機(jī)研制廠家共同研發(fā)適合直線電機(jī)系統(tǒng)線路焊軌的移動(dòng)閃光焊接設(shè)備，以此提高焊接質(zhì)量和工效。

（2）在正線軌道進(jìn)入大修周期前對(duì)車輛段進(jìn)行改造，在車輛段建造焊軌基地（具備焊接長(zhǎng)度為250m的長(zhǎng)軌條件）和存軌場(chǎng)地，同時(shí)配備長(zhǎng)軌運(yùn)輸車，運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)后再進(jìn)行小龍門吊群換軌。

6 結(jié)論

通過(guò)對(duì)廣州地鐵五號(hào)線滘口站—坦尾站區(qū)間上下行共3200m（按單股鋼軌長(zhǎng)計(jì)算）線路狀態(tài)和焊頭質(zhì)量進(jìn)行回檢的結(jié)果可知，接頭焊接質(zhì)量、線路幾何尺寸滿足相關(guān)規(guī)范要求，換軌后線路正常工作。經(jīng)過(guò)此次工程實(shí)踐得到如下結(jié)論：

（1）此次換軌利用現(xiàn)有的技術(shù)和設(shè)備進(jìn)行組合并成功應(yīng)用于該項(xiàng)目，工效、安全、成本優(yōu)勢(shì)顯著。

（2）采用小龍門吊群更換鋼軌時(shí)，顯著降低了作業(yè)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，對(duì)感應(yīng)板起到了很好的保護(hù)作用，降低了施工安全風(fēng)險(xiǎn)。