現代有軌電車曲線段槽型軌施工及換軌技術探討

仲曉晨，季崢濤，王 強

（蘇州高新有軌電車集團有限公司，江蘇蘇州 215000）

槽型軌在現代有軌電車（以下簡稱“有軌電車”）系統中被廣泛的使用，軌道采用埋入式，通常為免維護，偶爾進行鋼軌打磨，以提高軌道的使用性能。此種軌道型式在我國的應用時間相對較短，目前的維護保養均參照國鐵、地鐵標準進行。雖然成段更換鋼軌不會在運營初期出現，但是一旦出現，運營單位應有相應的應對措施。此種軌道結構形式更換鋼軌的案例目前并不多見，如何能夠有效的解決此種問題，值得我們思考。

1 有軌電車槽型軌道應用狀況

1.1 應用情況

有軌電車線路目前在城市中多以地面敷設為主，其正線軌道系統多為埋入式軌道，整體施工完成以后，其軌道標高與城市道路瀝青路面基本一致。用于混行道路時，軌道與行車路面有較好的銜接，可改善機動車的行車條件和行車的平穩性；槽型軌道在鋼軌上設置輪緣槽，可最大限度實現綠化覆蓋，景觀效果良好；其簡化了軌道結構，可加快施工速度；小半徑曲線、平交道路轉彎處（半徑只有30～40 m）槽型軌能起到護軌的作用，防止車輛獨立輪脫軌，同時也可以減小鋼軌磨耗。

1.2 影響運營的常見病害

1.2.1 鋼軌病害

鋼軌傷損是有軌電車比較突出的問題，其與行車安全、運輸成本、鋼材選用和設計制造都有著密切的關系。鋼軌的生命周期如圖1所示。鋼軌傷損根據程度可分為輕傷、輕傷在發展、重傷和斷軌，常見鋼軌病害有以下4類。

圖1 鋼軌生命周期圖

（1）磨耗。隨著線路增多，運輸量增大，運行速度提高，輪軌之間相互作用力也隨之增加，軌道磨耗程度也因此加深，加之有軌電車線路曲線半徑小、坡度大、車輛啟制動頻繁，導致該問題在運營中更加嚴峻。在電車運行時，輪軌之間的接觸產生導向力，若接觸點上的壓應力大于鋼軌材質的塑性強度時，接觸點將產生塑性形變，逐漸形成一個垂直于力的平面，由于輪緣半徑小于該平面半徑，因此在該接觸點上兩者會發生相對位移，塑性形變和彈性形變之間的過渡區將產生裂紋，凸出點發生斷裂形成凹坑，凹坑變成凸點，如此反復，就形成了槽型軌的磨耗。

（2）接頭焊縫病害。槽型軌接頭焊縫是線路中的薄弱環節，在施工過程中若不嚴格執行工藝要求，焊縫內極易產生夾渣、氣孔、疏松 、縮孔及未焊透等傷損，造成強度下降，在電車輪對重復荷載與無縫軌道溫度力影響下易發生斷軌情況。除此以外，若焊縫未打磨平順，電車通過時將產生振動，加速軌道狀態的變化，逐漸發展為病害，后續進一步加劇電車對軌道的破壞作用，互為因果，加快病害發展速度。

（3）肥邊。由于運量增大、幾何尺寸不良，鋼軌受力發生變化，當其接觸位置壓應力超過其材質的塑性強度時，鋼軌表面就會產生塑性形變，從而出現鋼軌肥邊，造成兩軌中心距縮小，產生夾軌距現象，加劇輪軌之間的摩擦，當肥邊較嚴重時，甚至會導致列車脫軌。

（4）波磨。有軌電車波磨主要出現在小半徑曲線，關于形成機理，目前包含有自激振動理論（輪軌系統的固有特性使兩者產生自激振動引發波磨）、反饋振動理論（重復荷載下不平順引起的振動導致更劇烈的不平順）、接觸疲勞理論（運量持續增長導致軌頂出現裂縫發展為掉塊和裂紋，引發波磨）。由于不同因素影響和復雜的輪軌關系，仍未有一種廣泛認同的理論來解釋。對于波磨問題，若不加強管理，將導致鋼軌使用壽命縮短，連接部件損壞率上升，運營安全和質量下降。

以上這些均可能使鋼軌無法滿足其設計使用年限要求，而目前公開資料中鮮有槽型軌更換的案例可供借鑒，運營單位應引起足夠的重視。

1.2.2 幾何形位不平順

軌道不平順是指軌道的幾何形狀、尺寸和空間位置相對其正常狀態的偏差。軌道作為行車的基礎設施，直接承受有軌電車車輛傳來的壓力、沖擊和振動，采用混合路權的線路軌道還承受其他車輛的作用。軌距擴大、軌向錯動、線路不均勻沉降等會導致有軌電車線路軌道在空間位置上發生改變。

1.2.3 平交道口瀝青路面破損

有軌電車沿線路口較多，車輛在這些區域頻繁制動、轉向，使瀝青路面結構層的剪應力超過其材料的抗剪強度，導致出現裂縫；車輛來回的碾壓使其產生剪切疲勞，塑性變形不斷積累直至結構破壞；在小半徑曲線道口處，為保證市政路面坡度正常，軌道設置的超高較小，導致軌道所受橫向力增大，鋼軌邊緣處瀝青所受水平方向壓應力增大，若超過抗壓強度則將出現開裂；在來回車輛碾壓的情況下，裂縫由于應力集中、風化等因素將逐漸擴大，形成坑槽，影響瀝青路面的美觀與實際使用效果。平交道口瀝青破損如圖2所示。

圖2 平交道口瀝青破損

2 槽型軌軌道結構

基于有軌電車在城市中運行的基本要求，整體道床結構是目前正線道床結構的優先選擇型式。整體道床具有結構穩定、外觀整潔、養護維修量小、下部基礎變形小的特點。但是不容忽視的是城市軌道交通運營時間長，養護維修只能利用夜間停運時間，時間較短，維修較困難。

通過后期的綠化鋪裝和瀝青混凝土面層的施工，達到與市政道路平穩銜接的景觀效果。枕木、扣件等埋入市政道路，使整個軌道嵌入市政道路，相較于其他無砟軌道型式整個施工過程工序更為復雜。正線槽型軌軌道結構斷面如圖3所示。

圖3 正線槽型軌軌道結構斷面圖 （單位：mm）

3 槽型軌軌道施工技術

正線線路受城市既有設施的限制，會出現較小的曲線轉彎半徑，轉彎半徑通常在150 m以下，以60R2型槽型軌為例，鋼軌高180 mm，軌底寬180 mm，鋼軌重60 kg/m。與直線段施工相比，曲線段工藝更為復雜，曲線段施工是施工過程中控制的難點。正線曲線段槽型軌施工技術如下。

（1）鋼軌彎曲。需采用液壓直軌器與人工彎曲相結合的方法實現鋼軌彎曲，鋼軌彎曲到規定半徑后再進行軌排架設。液壓直軌器在首次使用前，需進行彎軌試驗以掌握各項彎軌參數，確保正線施工順利進行。開始彎軌時應先測量鋼軌的回彈量，即先將需要彎曲的點頂到要求的正矢，松開彎軌器，鋼軌回彈后，測量彎曲后的正矢，若未達到要求正矢，則可以加大彎曲正矢，反復幾次后，記錄下回彈后可達到要求正矢的頂斷量。在整個彎軌過程中要不斷對鋼軌正矢進行測量并根據實際的正矢對頂斷量及時調整。

（2）鋼軌彎曲完成后，對每根鋼軌進行編號，標明鋼軌、直圓點、圓直點、曲線半徑、曲線長度等要素。當鋼軌達到設計狀態后再利用斜撐桿進行軌道狀態固定。軌排初步就位后，按照線路基標，在采用道尺、通過基標對軌道狀態進行精調后，用軌檢小車對軌道狀態進行復測并進行修正。

（3）各項準備工作完成后，開始澆筑道床混凝土。到達齡期后檢測混凝土是否合格，若合格則開始阻尼材料鋪裝，道路瀝青混凝土面層施工，最后在軌道與市政道路銜接處灌注軌頭密封膠達到平順銜接效果，完成整個正線槽型軌軌道系統施工。

4 槽型軌換軌技術

4.1 換軌預彎及應力放散

（1）采用在廠家預彎方法，25 m標準槽型軌預彎成約40 m或更小半徑后，將給運輸帶來極大困難，現場預彎將加大運營維護部門的工作難度和延長其工作時間。預彎后還需對新鋼軌進行小方向檢查，看有無硬彎，硬彎較嚴重時，應當先用直軌器進行整治，確保新槽型軌斷面尺寸和類型符合要求。

（2）小半徑曲線槽型軌在通過人工輔以機械強制彎曲后會存在較大反彈力，該反彈應力為較大安全風險源，若不及時將應力分散將會對施工人員及路邊行人造成人身傷害，應采用鋼軌直軌器對鋼軌應力進行分散。

（3）測量新換入的鋼軌及連接處與既有鋼軌的高度，以及軌頭的磨耗情況，若相差較大應打磨平順。

4.2 換軌施工組織

（1）區別于一般無砟軌道結構，有軌電車埋入式槽型軌軌道系統還涉及到市政道路系統。無論是拆除舊軌道前的破除面層，還是更換后還原路面均需要備有專業的工器具、物料；要與市政道路交通管理部門做好溝通協調和采取相應的交通導行措施；組織層需要做到合理安排隧道組織。

（2）在不影響正常運營的情況下，維護部門的有效工作時間約5 h左右，為保證能夠在有限的時間內完成鋼軌的更換，需要做好整體應急組織。

5 有軌電車槽型軌檢修建議

（1）有軌電車及槽型軌在我國應用還處于開始階段，多數線路目前運營狀態良好，僅有極少數線路進行過改換和更換。目前具備成熟更換經驗的單位不多，也無更換作業的統一流程，應該盡快制定符合企業自身的預案，規范各項作業流程。

（2）專業人才不足導致此項工作開展較為困難。在有條件的情況下，運營保障部門應提前介入前期施工，對槽型軌的彎制方法、鋁熱焊接技術、施工的重難點事項充分掌握，培養專業人才，形成獨立保障能力。

（3）換軌施工是一項復雜的系統工程，由于是在運營線路施工，現場涉及其他專業較多，除軌道專業外還有市政、信號、調度、接觸網、變電等部門及專業。除此之外，有軌電車還要涉及到市政道路交通管理部門，因此相互配合、協調溝通工作至關重要。

（4）運營單位應組織相關部門開展演練，通過演練查找預案中存在的問題，進而完善預案，提高預案的實用性和可操作性；檢查換軌所需的應急隊伍、物資、裝備、技術等方面的準備情況，發現不足及時予以調整補充，做好應急準備工作；增強保障隊伍對應急預案的熟悉程度，提高應急處置能力；進一步明確相關單位和人員的職責任務，理順工作關系，完善應急機制。

6 結束語

現代有軌電車槽型軌軌道施工及軌道系統維護的換軌技術問題對于現代有軌電車運營保障部門是一項重點任務。隨著運營時間增加，鋼軌磨耗越來越大，軌道設備老化等問題必然發生，如何能夠在有限的時間內保質保量的實施槽型軌更換任務需要每一個技術人員去探索、去攻克、去創新。