阜淮線鋪設(shè)跨區(qū)間無(wú)縫線路設(shè)計(jì)探討

肖 虎 上海鐵路局工務(wù)處

阜淮線西起阜陽(yáng)，經(jīng)穎上、鳳臺(tái)跨越淮河至淮南，是我國(guó)南北鐵路第二通道，年通過(guò)總重大于100 Mt·km/km?；春犹卮髽蚴腔春由系谝蛔?、鐵路兩用橋，橋上鋪設(shè)無(wú)縫線路是跨區(qū)間無(wú)縫線路設(shè)計(jì)中的技術(shù)重點(diǎn)和難點(diǎn)。橋上鋼軌除了承受溫度力作用外，還承受梁軌相互作用引起的附加縱向力。為減小梁軌間相互作用，橋上往往鋪設(shè)小阻力扣件，但過(guò)小的扣件阻力可能導(dǎo)致鋼軌爬行，而且鋼軌一旦在低溫下折斷，將產(chǎn)生過(guò)大斷縫，威脅行車安全。特別在年溫差大、低溫天氣多的地區(qū)，這一問(wèn)題顯得尤為突出。因此，需要合理設(shè)計(jì)橋上鋼軌的扣件布置方式。

1 既有線橋概況

阜淮線下行K93+000～K124+900，碎石道床，P60鋼軌。曲線8處，最小半徑400 m。混凝土岔枕P60單開(kāi)道岔24組，狀態(tài)良好，部分道岔未無(wú)縫化。混凝土梁有碴橋21座，跨度≤24 m，橋長(zhǎng)≤160 m；混合梁橋1座，為特大橋。路基線路上以Ⅱ型砼枕為主，有碴梁面上為Ⅱ型橋枕，配置數(shù)1760根/km（半徑≤600 m的曲線地段為1840根/km）。

淮河公路橋覆蓋在雙線鐵路橋上方。鐵路橋里程：K109+717.3～K113+164.8，全長(zhǎng)3 447.5 m，并設(shè)有護(hù)軌。橋跨組成：（阜陽(yáng)臺(tái)）26 m-31.7 m預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支梁+（96+96+96）m連續(xù)鋼桁梁+（96+96+96）m連續(xù)鋼桁梁+61 m-31.7 m預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支梁（淮南臺(tái)），固定支座在阜陽(yáng)方。線路最大縱坡4.3‰，橋梁兩端曲線半徑R=1 000 m，其余為直線。鋼桁梁橋上每線設(shè)置了3組60 kg/m單向溫度調(diào)節(jié)器。31.7 m梁上為彈條Ⅰ型調(diào)高扣件、軌下為帶不銹鋼板的復(fù)合膠墊，鋼桁梁上為木枕明橋面，K型分開(kāi)式扣件。其余地段為彈條Ⅱ型扣件、普通膠墊。

2 設(shè)計(jì)依據(jù)及參數(shù)

TB/T2098-2007《無(wú)縫線路鋪設(shè)及養(yǎng)護(hù)維修方法》；

TB10082-2005《軌道設(shè)計(jì)規(guī)范》；

鋼軌類型60 kg/m，鋼種采用U75V不淬火鋼軌，截面積F=7745 mm2，彈性模量E=2.1×105MPa，脹縮系數(shù)α=1.18×10-5/℃，有碴軌道容許斷縫值[λ]=8 cm。線路所處地區(qū)最高軌溫Tmax=61.0℃，最低軌溫Tmin=-20.6℃。

3 設(shè)計(jì)計(jì)算

3.1 鎖定軌溫

3.1.1 一般地段鎖定軌溫

當(dāng)采用標(biāo)準(zhǔn)軌道結(jié)構(gòu)的情況，可按TB/T2098-2007標(biāo)準(zhǔn)中所列允許溫降[ΔTd]、允許溫升[ΔTu]來(lái)計(jì)算中和溫度Te，由此確定設(shè)計(jì)鎖定軌溫幅度，公式參照TB10082-2005標(biāo)準(zhǔn)。考慮到無(wú)縫線路在軌道彎曲變形縱向力分布不均勻及經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期運(yùn)行后鎖定軌溫的衰減，應(yīng)對(duì)計(jì)算鎖定軌溫予以修正。按行駛東風(fēng)4型內(nèi)燃機(jī)車，依據(jù)線路平面不同，查表并計(jì)算，如表1所示。

表1 一般地段鎖定軌溫

3.1.2 特大橋上鎖定軌溫

TB/T2098-2007標(biāo)準(zhǔn)中，對(duì)允許溫升考慮了縱向力不均的影響，但允許溫降未考慮這種影響。由于淮河大橋的溫度跨度較大，因此橋上無(wú)縫線路允許溫降應(yīng)考慮梁端處長(zhǎng)鋼軌應(yīng)力峰ΔF的影響，取ΔF=150 kN，換算成溫差ΔtF=ΔF/FEα=8℃。因此，允許溫降[ΔTd]=66-ΔtF=58℃。

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，淮河大橋混凝土梁上均設(shè)置了擋碴板，但部分擋碴板過(guò)低，橋枕外露。為使碴肩道碴充填充分，要求結(jié)合道床清篩施工，更換或加高L型擋碴板。根據(jù)廣深線石龍大橋道床橫向阻力測(cè)試結(jié)果，設(shè)置擋碴板的道床橫向阻力比不設(shè)擋碴板的平均增加12.5%，橋上無(wú)縫線路穩(wěn)定性也將提高。因此，允許溫升會(huì)適當(dāng)提高，計(jì)算仍取允許溫升[ΔTu]=46℃。

取修正值ΔTk=1.8℃，則Te=28℃。設(shè)計(jì)鎖定軌溫幅度為28±5℃。

最大溫降幅度：ΔTdmax=Tm-Tmin=33-(-20.6)=53.6℃≤[ΔTd]=58℃；

最大溫升幅度：ΔTumax=Tmax-Tn=61-23=38℃≤[ΔTu]=46℃，滿足要求。

3.2 特大橋上軌道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

為避免橋上鋼軌折斷時(shí)斷縫過(guò)大，同時(shí)考慮結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、養(yǎng)護(hù)維修方便等因素，將31.7 m梁上原有的彈條Ⅰ型調(diào)高扣件均更換為與60 kg/m鋼軌相配套的彈條Ⅱ型扣件，并保留原有帶不銹鋼板的復(fù)合膠板，扣件鈕矩保持（80～150）N·m，線路縱向阻力r=8.8 kN/m/軌。

鋼桁梁上溫度調(diào)節(jié)器之間用長(zhǎng)軌條焊聯(lián)，溫調(diào)器基本軌始端外至鋼梁梁端范圍內(nèi)K型扣件按“1-5-1”進(jìn)行布置，其余按“1-2-1”布置。如圖1所示。

橋臺(tái)兩端路基上不小于300 m范圍內(nèi)長(zhǎng)鋼軌加強(qiáng)鎖定，扣件扭矩（120～150）N·m。

圖1 淮河大橋無(wú)縫線路軌道結(jié)構(gòu)示意圖

3.3 斷縫檢算

低溫時(shí)，橋上鋼軌存在溫度拉力和伸縮力，鋼軌一旦折斷，應(yīng)力按縱向阻力梯度在折斷處放散，形成較大斷縫。斷縫的大小與線路縱向阻力、溫度拉力及鋼軌折斷位置有關(guān)。低溫時(shí)，活動(dòng)端橋臺(tái)處鋼軌產(chǎn)生最大伸縮拉力，固定端橋臺(tái)處產(chǎn)生最大伸縮壓力。但伸縮力所引起的鋼軌位移很小，可略去不計(jì)。

混凝土梁上軌條最大溫度力Pt=FEαΔTdmax=19.2×53.6=1029 kN/軌。鋼軌斷縫值λ=Pt2/rEF=7.4cm≤[λ]=8cm，檢算合格。

鋼桁梁上由于設(shè)置溫度調(diào)節(jié)器，且有公路橋面遮蓋，橋梁與鋼軌溫差較小，經(jīng)觀測(cè)，其值不超過(guò)5℃。這里取Δt=5℃計(jì)算，溫調(diào)器之間的軌條最大溫度力P′t=FEαΔt=96 kN/軌。圖1中，鋼桁梁左起第1聯(lián)連續(xù)梁上長(zhǎng)鋼軌溫度力得到放散，第2聯(lián)連續(xù)梁溫度力按96 kN/軌計(jì)。因此，鋼桁梁上可不檢算斷縫。

4 無(wú)縫線路鋪設(shè)方案

4.1 無(wú)縫線路前期工程

無(wú)縫線路鋪設(shè)前，應(yīng)對(duì)線路進(jìn)行綜合整治，以達(dá)到鋪設(shè)條件。要求路基穩(wěn)定、無(wú)翻漿冒泥，線路排水狀態(tài)良好。該區(qū)段同步安排道床清篩，優(yōu)化線路縱斷面，使用一級(jí)碎石道碴，道床飽滿清潔、密實(shí)均勻，道床橫斷面尺寸符合《鐵路線路修理規(guī)則》的規(guī)定。有碴橋上安裝L型擋碴板，道岔范圍內(nèi)道床肩寬應(yīng)達(dá)到450 mm。更換線路上的失效軌枕，并對(duì)銹蝕嚴(yán)重及失效的螺桿進(jìn)行改錨。

4.2 軌條方案

長(zhǎng)軌條在工廠用60 kg/m百米定尺新鋼軌制作，運(yùn)輸至施工現(xiàn)場(chǎng)后進(jìn)行焊聯(lián)。聯(lián)合接頭避開(kāi)道口、橋墩臺(tái)或不作單獨(dú)設(shè)計(jì)的橋上，距橋臺(tái)邊墻不小于2m。位于橋上時(shí)應(yīng)布置在1/4～1/2橋跨處，并避開(kāi)邊跨。線下采用焊軌車進(jìn)行大型移動(dòng)閃光焊；線上宜采用移動(dòng)閃光焊，條件不足時(shí)，可采用法（德）鋁熱焊，鋁熱焊焊縫距軌枕邊不得小于40mm。軌條鋪設(shè)時(shí)，應(yīng)在設(shè)計(jì)的鎖定軌溫范圍內(nèi)進(jìn)行作業(yè)，相鄰單元軌條的施工鎖定溫差≯5℃，區(qū)間內(nèi)施工鎖定軌溫最高、最低差≯10℃。

4.3 道岔及前后處理

道岔全部進(jìn)行無(wú)縫化處理。道岔直股所有接頭全部焊接或凍結(jié)，絕緣接頭全部膠接；曲股接頭與岔后側(cè)線接頭全部?jī)鼋Y(jié)。道岔前后引導(dǎo)軌與長(zhǎng)軌條進(jìn)行焊聯(lián)。岔間線路長(zhǎng)度大于50 m時(shí)應(yīng)采用廠焊長(zhǎng)軌條，其余配軌采用25 m無(wú)孔軌。

4.4 位移觀測(cè)樁

線路及道岔的位移觀測(cè)樁設(shè)置應(yīng)符合《修規(guī)》，橋上設(shè)置于固定支座附近穩(wěn)固的橋面擋碴墻上。必須預(yù)先埋設(shè)牢固，在單元軌節(jié)兩端就位后立即進(jìn)行標(biāo)記，標(biāo)記必須穩(wěn)固、耐久、可靠，便于觀測(cè)。

5 結(jié)論及建議

（1）R=400 m小半徑曲線上，允許溫差值較低。對(duì)此，建議采取一系列加強(qiáng)措施：

①?gòu)奶岣咪撥壍膹?qiáng)韌性出發(fā)，曲線上宜采用全長(zhǎng)淬火鋼軌；

②從提高軌道穩(wěn)定性出發(fā)，一是設(shè)法提高道床橫向阻力。根據(jù)北京交大在京廣線許昌段對(duì)Ⅱ、Ⅲ型砼枕線路在相同線路條件且彼此鄰近的情況下的道床橫向阻力的測(cè)試結(jié)果，Ⅲ型枕比Ⅱ型枕的道床橫向阻力值提高29%。因此，可將曲線上軌枕更換為Ⅲ型砼枕。同時(shí)，要求道床石碴飽滿，按《修規(guī)》加寬道床肩寬及堆高碴肩。二是設(shè)法提高軌道整體框架剛度，可在曲線上設(shè)置軌距拉桿及安裝軌撐。三是加設(shè)橫向位移觀測(cè)樁，加強(qiáng)對(duì)線路橫向變形的定期觀測(cè)。

（2）淮河大橋有碴梁上采用彈條Ⅱ型扣件并鋪設(shè)帶不銹鋼板的復(fù)合膠墊，將線路縱向阻力設(shè)定在合理值，避免了冬季斷軌時(shí)產(chǎn)生過(guò)大軌縫，并減少了養(yǎng)護(hù)維修工作量。理論與實(shí)踐均證明，在我局溫差大、低溫天氣多的地區(qū)，這是合理的。

（3）TB/T 2098-2007標(biāo)準(zhǔn)中允許溫降系考慮了鋁熱焊焊縫的強(qiáng)度。為使由鋼軌強(qiáng)度條件決定的允許溫降達(dá)到設(shè)計(jì)要求，必須嚴(yán)格控制鋁熱焊質(zhì)量。

運(yùn)營(yíng)實(shí)踐證明，以上設(shè)計(jì)滿足阜淮線跨區(qū)間無(wú)縫線路的強(qiáng)度、穩(wěn)定性要求，亦對(duì)施工及養(yǎng)護(hù)維修提供了理論依據(jù)。