提高整體道床普通短軌枕螺栓扭矩合格率的途徑及效果分析

劉耀強(qiáng)

摘要：長(zhǎng)沙軌道交通2號(hào)線一期工程軌道工程2標(biāo)，普通短軌枕數(shù)量為45478個(gè)，對(duì)應(yīng)螺栓數(shù)量為90956個(gè)。螺栓的作用是連接扣件與軌枕。扭矩過(guò)大，會(huì)造成鐵墊板下高彈墊板變形量過(guò)大、喪失彈性，降低減振功能，嚴(yán)重時(shí)可能會(huì)超過(guò)預(yù)埋尼龍?zhí)坠艿目拱瘟υ斐绍壵淼膿p壞；扭矩過(guò)小，則螺栓不能起到應(yīng)有的固定作用。總之，過(guò)大過(guò)小的螺栓扭矩都會(huì)對(duì)列車的運(yùn)行會(huì)產(chǎn)生一定影響。本文依據(jù)施工過(guò)程，結(jié)合設(shè)計(jì)文件，針對(duì)怎樣提高普通短軌枕螺栓扭矩合格率就行研究，得到了切實(shí)可行的提高整體道床普通短軌枕螺栓扭矩合格率的方法。

Abstract： In the 2# of the first phase of Changsha Metro Line 2， the number of ordinary short sleepers is 45478， the number of corresponding bolts is 90956. The role of bolt is connecting fasteners and sleepers. If the torque is too large， the elastic plate deformation under the iron plate will also too large and reduce the elasticity and the damping function. In severe cases， it may exceed the pullout resistance of the embedded nylon sleeve and damage the sleepers. If the torque is too small， the bolt can not play its due role. In short， both the small and large bolt torque will affect the operation of the train. Based on the construction process， according to the design documents， this paper studies how to improve the qualified rate of bolt torque of the ordinary short sleepers. The method of improving the qualified rate of bolt torque of the ordinary short sleepers is obtained.

關(guān)鍵詞：普通短軌枕；扣件螺栓；扭矩；合格率

Key words： ordinary short sleeper；fastening bolt；torsion；percent of pass

中圖分類號(hào)：U213.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2017）09-0182-03

0 引言

目前城市軌道交通有地鐵、輕軌、市郊鐵路、有軌電車以及懸浮列車等多種類型，號(hào)稱“城市交通的主動(dòng)脈”。城市軌道交通已經(jīng)成為占用土地和空間最少、運(yùn)輸能量最大、運(yùn)行速度最快、環(huán)境污染最小、乘客最安全舒適的理想交通方式。隨著城市化建設(shè)步伐的加快，中心城市不斷在向周邊輻射，軌道交通建設(shè)的緊迫性也在增加，各地建設(shè)城市軌道交通的熱情日漸高漲。隨著生產(chǎn)的發(fā)展和技術(shù)的進(jìn)步，城市軌道交通道床主要采用整體道床，可以提高承載能力，使道床的下沉量比普通道床減小約90%，而且可使線路的縱向、橫向阻力增加約0.7～4倍，排水性能也大大得到改善，具有防臟、防凍、不長(zhǎng)草的特點(diǎn)。普通短軌枕為整體道床經(jīng)常采用的一種軌枕形式。其扣配件對(duì)應(yīng)螺栓扭矩必須合理設(shè)置，扭矩過(guò)大，會(huì)造成鐵墊板下高彈墊板變形量過(guò)大、喪失彈性，降低減振功能，嚴(yán)重時(shí)可能會(huì)超過(guò)預(yù)埋尼龍?zhí)坠艿目拱瘟υ斐绍壵淼膿p壞；扭矩過(guò)小，則螺栓不能起到應(yīng)有的固定作用，因此過(guò)大過(guò)小的螺栓扭矩都會(huì)對(duì)列車的運(yùn)行會(huì)產(chǎn)生一定影響，所以必須根據(jù)線路線型、坡度等由設(shè)計(jì)確定螺栓扭矩。本文依據(jù)長(zhǎng)沙軌道交通2號(hào)線一期工程軌道工程2標(biāo)（普通短軌枕數(shù)量45478個(gè)，對(duì)應(yīng)螺栓數(shù)量90956個(gè)）施工過(guò)程，結(jié)合設(shè)計(jì)文件，針對(duì)怎樣提高普通短軌枕螺栓扭矩合格率就行研究，得到了切實(shí)可行的提高整體道床普通短軌枕螺栓扭矩合格率的方法。

1 可行性分析

1.1 現(xiàn)狀分析

在以往的軌道施工完成后，都要對(duì)普通短軌枕螺栓扭矩進(jìn)行測(cè)量，不合格的要進(jìn)行二次復(fù)緊，確保螺栓扭矩在工程驗(yàn)收時(shí)候合格。同行業(yè)其他項(xiàng)目部普通短軌枕螺栓扭矩初始合格率如表1所示。

根據(jù)施工工藝，按照施工工序就本項(xiàng)目部現(xiàn)有的組裝好的軌排螺栓扭矩進(jìn)行抽樣檢測(cè)，并進(jìn)行跟蹤觀察、測(cè)量。對(duì)扭矩在各工序中的合格率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析如表2所示。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)抽樣測(cè)量的5組軌排螺栓扭矩實(shí)測(cè)值，進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析得到軌排在QC活動(dòng)前螺栓扭矩合格率現(xiàn)狀如下：①吊裝前合格率為70.43%；②吊裝過(guò)程扭矩?fù)p失13.07%；③運(yùn)輸過(guò)程扭矩?fù)p失11.05%；④最終澆筑完混凝土扭矩后合格率為61.34%。

1.2 理論分析

設(shè)計(jì)圖紙對(duì)施工螺栓扭矩的要求：普通短軌枕螺栓扭矩為直線及曲線半徑R≥800m地段為120～150N·m，曲線半徑R﹤800m地段為150～200N·m?？梢娐菟ㄅぞ夭⒉皇且粋€(gè)固定值，只要最終螺栓扭矩在設(shè)計(jì)給定的范圍內(nèi)，均為合格，并且設(shè)計(jì)給定的這個(gè)范圍比較大，比較容易控制。

1.3 可行性分析

上述可知：軌排組裝時(shí)，普通短軌枕螺栓扭矩合格率較低為70.34%，并且在后續(xù)施工過(guò)程中螺栓扭矩產(chǎn)生了損失，其中產(chǎn)生較大損失的工序是軌排吊裝和軌排運(yùn)輸，損失率分別為到13.07%與11.05%。因此只要控制好軌排組裝時(shí)螺栓初始扭矩，并嚴(yán)格控制各工序扭矩?fù)p失就能確保目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

1.3.1 由設(shè)計(jì)可知螺栓扭矩在，直線及曲線半徑R≥800m地段最大合格損失情況如圖1所示。

最大合格損失量為：150N·m-120N·m=30N·m

最大合格損失率為：30N·m/150N·m=20%

1.3.2 螺栓扭矩在曲線半徑R﹤800m地段最大合格損失情況如圖2所示。

最大合格損失量為：200N·m-150N·m=50N·m。

最大合格損失率為：50N·m/200N·m=25%

由以上分析可知：如果采取措施在軌排釘聯(lián)時(shí)把螺栓的初始扭矩控制為：直線及曲線半徑R≥800m地段為150 N·m，曲線半徑R﹤800m地段為200N·m。并且嚴(yán)格控制軌排吊裝和軌排運(yùn)輸過(guò)程使這兩個(gè)過(guò)程螺栓扭矩?fù)p失率都小于8%。便可以確保施工完成后，螺栓扭矩合格。計(jì)算如下：

①：150-150×8%-（150-150×8%）=126.96N·m，120<126.96<150。因此，扭矩在設(shè)計(jì)給定的范圍內(nèi)。

②：200-200×8%-（200-200×8%）=169.28N·m，150<169.28<200。因此，扭矩在設(shè)計(jì)給定的范圍內(nèi)。

即施工完成后螺栓的扭矩保持在直線及曲線半徑R≥800m地段為120～150N·m之間，曲線半徑R<800m地段為150～200N·m之間，均為合格。

2 扭矩不合格原因分析

根據(jù)收集的資料，進(jìn)行充分的討論，從“人、機(jī)、料、法、環(huán)”五個(gè)方面展開分析：得出扭矩不合格的原因主要有以下八個(gè)方面，并繪制了原因分析樹圖，如圖3所示。

針對(duì)扭矩不合格末端原因進(jìn)行要因追條確認(rèn)，最終確定導(dǎo)致螺栓扭矩不合格的要因主要為：①軌道組裝時(shí)：未設(shè)置固定初始扭矩值；②軌排吊裝時(shí)：未在受力平衡點(diǎn)設(shè)置起吊點(diǎn)；③軌排運(yùn)輸時(shí)：軌道車通過(guò)曲線速度大，變速運(yùn)行。

3 對(duì)策及實(shí)施效果分析

3.1 根據(jù)以上螺栓扭矩不合格原因分析及要因確認(rèn)，采用頭腦風(fēng)暴法制定了以下對(duì)策，并進(jìn)行評(píng)價(jià)、打分，結(jié)果如表3、表4所示。

3.2 對(duì)策實(shí)施一：根據(jù)制定的對(duì)策，需要在軌排組裝時(shí)，對(duì)螺栓初始扭矩進(jìn)行設(shè)定，并控制螺栓的初始扭矩。

軌排組裝時(shí)螺栓的初始扭矩設(shè)定為：直線及曲線半徑R≥800m地段軌排的初始扭矩150N·m，曲線半徑R<800地段軌排的初始扭矩為200N·m。

采用對(duì)策一后對(duì)軌排進(jìn)行初螺栓扭矩測(cè)量，本次測(cè)量具體方法是：每天對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)的2節(jié)軌排螺栓的初始扭矩測(cè)量，共持續(xù)測(cè)試5天，具體數(shù)據(jù)見表5。

效果分析：根據(jù)制定的措施，設(shè)定了螺栓扭矩初始值，分目標(biāo)一實(shí)現(xiàn)。

3.3 對(duì)策實(shí)施二：針對(duì)25米軌排合理吊點(diǎn)進(jìn)行理論計(jì)算，軌排平面圖如圖4所示。

根據(jù)軌排的受力情況，簡(jiǎn)化其受力，并繪制彎矩圖如圖5、圖6所示。

由以上三公式及軌排長(zhǎng)L=25m可求得：L1=5m L2= 15m，（近似值）即吊點(diǎn)距離軌排端點(diǎn)的距離為：5m。

對(duì)初始螺栓扭矩合格的5組軌排進(jìn)行吊裝過(guò)程螺栓扭矩跟蹤測(cè)量：具體數(shù)據(jù)見表6。

效果分析：設(shè)置吊點(diǎn)后軌排吊裝螺栓扭矩?fù)p失率小于預(yù)期的目標(biāo)值，分目標(biāo)實(shí)現(xiàn)。

3.4 對(duì)策實(shí)施三：由軌道車在曲線上運(yùn)行的力學(xué)公式可知：軌道車運(yùn)行產(chǎn)生的離心力F跟軌道車運(yùn)行速度的平方成正比，跟所通過(guò)的曲線半徑成反比，運(yùn)行速度越大產(chǎn)生的離心力就越大，軌排就越不穩(wěn)定，突破力平衡點(diǎn)后就會(huì)移動(dòng)，對(duì)軌排上的螺栓就會(huì)產(chǎn)生震動(dòng)使其扭矩?fù)p失。因此必須控制軌道車在曲線上的運(yùn)行速度。如圖7所示。

針對(duì)軌排運(yùn)輸線路的實(shí)際情況，規(guī)定軌道車運(yùn)輸軌排通過(guò)曲線時(shí)的速度為10km/h，并且要求勻速運(yùn)行，不得隨意變換速度。若超出范圍及時(shí)調(diào)整。

4 結(jié)論

依據(jù)理論計(jì)算，過(guò)程措施實(shí)施控制，可以得出提高整體道床普通短軌枕螺栓扭矩合格率的方法主要為：①軌排組裝時(shí)根據(jù)設(shè)計(jì)要求對(duì)螺栓初始扭矩設(shè)定，確保初始扭矩滿足設(shè)計(jì)要求；②軌排吊裝時(shí)，選擇合理的吊點(diǎn)進(jìn)行吊裝；③軌排運(yùn)輸時(shí)，根據(jù)行駛線路情況控制軌道車通過(guò)曲線時(shí)的運(yùn)行速度。經(jīng)工程驗(yàn)收確定螺栓扭矩合格率得到大幅提升，為城市軌道交通安全高效運(yùn)行提供保障。

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