地鐵軌道結(jié)構(gòu)大修周期及施工關(guān)鍵技術(shù)的研究

陳曉偉

摘要： 地鐵是我國現(xiàn)階段城市建設(shè)當(dāng)中的重要組成部分，在部分城市中，很多建設(shè)時間較早的地鐵，在客運量以及運營安全性方面已經(jīng)出現(xiàn)了不能夠滿足實際需求的情況。對此，就需要能夠?qū)ζ湟鹬匾?，做好大修處理工作。在本文中，將就地鐵軌道結(jié)構(gòu)大修周期及施工關(guān)鍵技術(shù)進行一定的研究。

Abstract： The subway is an important part of urban construction in China at present. In some cities， many of the subways with earlier construction time have been unable to meet the actual demand in terms of passenger traffic and operational safety. In this regard， it is necessary to pay attention to the overhaul work. In this paper， the overhaul period and the key construction technologies of subway track structure is studied.

關(guān)鍵詞： 地鐵軌道結(jié)構(gòu)；大修周期；施工關(guān)鍵技術(shù)

Key words： subway track structure；overhaul period；key construction technology

中圖分類號：U231+.94 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）21-0116-03

0 引言

城市軌道交通系統(tǒng)作為大流量的公共客運載體，加強日常維修與維護對于保證行車穩(wěn)定、安全至關(guān)重要。目前，運營單位已將地鐵軌道系統(tǒng)的維修費用納入地鐵運營費用中的重要費用項來對待。對于影響行車安全、故障損失大、維修成本高以及故障多發(fā)的行車設(shè)備（尤其是軌道系統(tǒng)），其維修周期、維修方法往往不同于普通鐵路設(shè)備。

本文首先基于統(tǒng)計學(xué)原理探討對地鐵軌道壽命數(shù)據(jù)進行收集、分析的方法，然后考慮到行車設(shè)備可靠性和維修成本的平衡，對大修周期進行設(shè)計和分析。通過對地鐵軌道壽命數(shù)據(jù)及維修周期的分析和優(yōu)化設(shè)計，促進地鐵軌道設(shè)備維修工作進一步實現(xiàn)規(guī)范化、合理化。

1 地鐵大修改造的特殊性及影響改造的幾種因素

在現(xiàn)今城市發(fā)展中，地鐵已經(jīng)成為了一項非常重要的交通設(shè)施，是人們出行與生活當(dāng)中不可缺少的組成部分。地鐵比普通鐵路系統(tǒng)的維修量相對較小，但因其在城市當(dāng)中特殊性的存在，也因此在大修當(dāng)中具有了較高的特殊性，對技術(shù)具有較高的要求，且不可避免的會對周邊環(huán)境產(chǎn)生影響，需要在實際施工當(dāng)中做好把握。具體施工方面，對于部分建設(shè)時間較早的地鐵工程來說，因受到當(dāng)時地鐵工程建設(shè)施工難度、施工技術(shù)以及施工成本等方面的影響，通常都以淺層方式埋設(shè)，在后續(xù)改造方面缺少一定的考慮。同時，地鐵工程在初期建造時間并非單純以交通運輸為主，而在近年來城市快速發(fā)展的背景下，也將會對地鐵大修改造產(chǎn)生較多的不利影響。

2 地鐵線路大修改造周期設(shè)計理論研究

2.1 軌道設(shè)施壽命評估

在確定地鐵軌道的是否需要大修以及大修周期之前，首先應(yīng)該對其進行壽命評估。需要收集和分析其壽命數(shù)據(jù)，再對其大修周期進行設(shè)計和優(yōu)化?；诖?，本研究充分利用已有的故障數(shù)據(jù)進行關(guān)鍵設(shè)備的壽命分析。對于所選的關(guān)鍵設(shè)備，故障后是否可修復(fù)直接影響到其壽命數(shù)據(jù)的收集和處理。對于不可修復(fù)設(shè)備，初始使用里程為0，故障時該設(shè)備達到其使用壽命，所運行里程X可直接從車載控制單元獲得，壽命里程（T）為T=X-0=X。對于可修復(fù)設(shè)備，發(fā)生故障則認為達到了使用期限，修復(fù)后可繼續(xù)使用，再經(jīng)若干使用期限，最終達到使用壽命，而每次修復(fù)后其初始運行里程不再為0，需要根據(jù)修復(fù)前服役的總里程Xf和修復(fù)程度c確定初始里程，這里假設(shè)初始里程為Xf（1-c），0

另外，為保證統(tǒng)計分析的合理性，盡量減少分析誤差，需要根據(jù)數(shù)學(xué)統(tǒng)計原理，運用以下公式計算出最少的樣本數(shù)據(jù)量：n=■

式中，n為最少故障數(shù)據(jù)量；N為設(shè)備總量；R2為壽命里程的總體方差，可用現(xiàn)有壽命樣本方差代替；$為壽命里程的容許誤差，可取平均壽命的10～20%；z2為一定置信度的百分位限值。

2.2 基于壽命分析確定大修周期

在確定鐵路大修周期時，通常根據(jù)鋼軌壽命對其進行確定，而以此對大修周期確定時，并非為實際大修工作當(dāng)中最為經(jīng)濟的決策，即線路大修周期是有經(jīng)驗人員確定的，雖然其同實際情況基本符合，但因線路因時間以及地點方面差異情況的存在，在最經(jīng)濟換軌方面也將存在差異，對此，即需要能夠通過科學(xué)方式的應(yīng)用對其做好研究。在該方面研究中，可以在聯(lián)系線路實際數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上對不同換軌時刻的凈耗費現(xiàn)值進行分析，以此對最省的耗費換軌時刻進行尋找，其目的，即在對現(xiàn)役鋼軌是否達到其經(jīng)濟適用壽命進行確定的基礎(chǔ)上確定最省的總體耗費。如果所分析的軌道已經(jīng)達到了經(jīng)濟使用壽命，則可以立即對線路大修決策進行確定。

在本研究中，即通過經(jīng)濟分析比較方式對線路決策進行確定，該方式在工程經(jīng)濟學(xué)為基礎(chǔ)的情況下通過對大修周期當(dāng)中不同費用的分析比較不同經(jīng)濟效果，以此實現(xiàn)對最佳方案的確定。

在地鐵大修周期當(dāng)中，其所涉及到的費用有維修費、大修費以及中修費這幾方面。其中，大修費為大修清篩、換枕以及換軌費。在同一個周期當(dāng)中，中修的次數(shù)通常為1至2次。維修費方面，則包括有日常保養(yǎng)、緊急修補以及綜合維修費，對重要軌道線路進行封鎖，前期應(yīng)當(dāng)將其納入行車影響的計算分析內(nèi)容，如果因斷軌情況的發(fā)生導(dǎo)致事故出現(xiàn)，也需要做好事故處理費的計入。

通常情況下，維修費將通過總重的積累具有加速增長的趨勢。其中，經(jīng)濟分析比較法是經(jīng)常應(yīng)用的一種方式，即在對不同時刻情況下大修方案費用進行比較分析的基礎(chǔ)上尋找到最佳方案。

3 地鐵大修改造周期的分析探討

我國在對鐵路大修周期進行制定方面，是一項重要性非常強的技術(shù)決策，同時也是一項技術(shù)性非常高的研究課題，目前，地鐵線路大修工作在我國可以說是剛剛開始，而在我國各城市地鐵運行到一定年限之后，大修工作也將更為適用，在周期確定方面同實際情況更加符合。在國內(nèi)外鐵路大修周期制定當(dāng)中，都通過鋼軌合理使用期限作為對大修周期進行確定的重要依據(jù)，在鋼軌合理使用期限的基礎(chǔ)上制定線路大修計劃，能夠幫助鐵路在該項工作當(dāng)中獲得更好的社會效益以及經(jīng)濟效益，不僅能夠有效避免、減少因鋼軌傷損情況所導(dǎo)致的重大行車事故發(fā)生、對鐵路運輸綜合技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)進行提升，且利于實現(xiàn)工務(wù)材料、設(shè)備以及財務(wù)方面需求計劃的編制，以此為線路管理質(zhì)量的進一步提升創(chuàng)造良好條件。

目前，我國在鐵路大修周期方面通常以線路通過的總質(zhì)量達到規(guī)定數(shù)值對其是否達到大修周期標(biāo)準進行確定。而在不同地區(qū)當(dāng)中，根據(jù)線路特點、所處自然環(huán)境的不同，以及不同區(qū)域在養(yǎng)護維修質(zhì)量鋼軌貨運密度、運行速度、線路標(biāo)準以及力學(xué)性質(zhì)等方面存在的差異，也將因此使線路大修周期發(fā)生較大的變化。對此，僅僅根據(jù)手冊當(dāng)中要求對以路通過總質(zhì)量為依據(jù)進行確定從理論角度看來也缺少依據(jù)。對于線路大修這項工作來說，其主要內(nèi)容即是對鋼軌的全面更換，對此，則需要聯(lián)系鋼軌使用壽命決定大修周期。

在鋼軌運行當(dāng)中，主要是傷損數(shù)量以及磨耗程度對其使用壽命產(chǎn)生影響，而對于同時使用的鋼軌來說，由于其在實際應(yīng)用當(dāng)中在受力狀態(tài)方面差異情況的存在，對此，在其都處于平均使用期限之前，則將有部分較為不耐磨的鋼軌出現(xiàn)先期傷損或者磨耗的情況，而當(dāng)其時間超出一定限值后，鋼軌疲勞破壞則成為了對其進行更換的主要原因。為了避免該種情況出現(xiàn)，對行車安全作出保障，線路的大修周期即為鋼軌最佳的成段更換期，同鋼軌平均使用壽命相比要短。

根據(jù)工作經(jīng)驗，除了部分先期傷損的鋼軌，以通過荷載總重作為對成段更換新軌大修進行確定是一項重要依據(jù)，能夠?qū)€路的工作特點以及運營條件進行充分的反映。

4 軌道設(shè)備大修改造施工關(guān)鍵技術(shù)的研究

4.1 鋼軌更換施工

在該施工環(huán)節(jié)，其主要技術(shù)有：第一，準備工作。在更換工作進行前，線路工作人員將原線路水平測量后將其中一股拆除，軌道經(jīng)過大修后投入運營前先要根據(jù)標(biāo)注的水平以及規(guī)矩參數(shù)對線路的幾何尺寸進行恢復(fù)；第二，松解扣件。在完成線路幾何尺寸標(biāo)注后，各施工該小組根據(jù)之前制定好的任務(wù)段通過專用工具的應(yīng)用對扣件彈條進行拆除，在將配件拆除完成后，將其放置在對應(yīng)軌枕位置，以此在后續(xù)對線路進行恢復(fù)時應(yīng)用；第三，出舊軌。根據(jù)當(dāng)天換軌長度對出舊軌方式進行確定。如果更換長度較短，則可以按照從其中一頭開始向另一頭將舊軌進行拔出。

為了盡可能節(jié)約工作時間，則可以按照從中間向兩頭方式處理，保證舊軌在拔出之后將其放置在沒有接軌的一側(cè)，并保證其放置高度同線路軌面高度相比要小，而對于具有水管路、通信信號以及電纜等設(shè)備地段，則需要提前做好防護支架的制作，在安裝完成之后再將舊軌進行拔除；第四，入新軌。為了提升施工效率，在將舊軌拔出一部分之后，在拉開一段距離、保證新舊軌道相互間不存在相互影響的情況下進行新軌的拔入，其具體方式同舊軌拔出方式正好相反；第五，恢復(fù)扣件。在部分新軌已經(jīng)入槽之后，即可以對扣件進行恢復(fù)，在該項工作中，線路工需要做好檢查工作，保證線路在恢復(fù)之后既能夠達到線路開通條件。而當(dāng)新軌全部入槽后，則需要在其兩端位置將已換新軌同原有的舊軌道進行連接，按照設(shè)計要求調(diào)整鋼軌的規(guī)矩和水平方向?；謴?fù)安裝扣件并緊固將放于軌枕墩一側(cè)的扣件重新恢復(fù)安裝于原軌枕墩上并采用專用工具進行緊固。在對扣件進行安裝時，要按設(shè)計要求調(diào)整軌道的水平方向和規(guī)矩，并做好其同兩端連接鋼軌的調(diào)整，保證處理情況能夠滿足施工要求；第六，質(zhì)量檢查。在完成施工后，現(xiàn)場質(zhì)檢人員需要及時做好施工段的質(zhì)量檢查工作。同時，在施工完成后現(xiàn)場需要及時組織相關(guān)人員做好清理；第七，由施工負責(zé)人、安檢、監(jiān)理對施工場所進行全面檢查，然后會同地鐵公司人員統(tǒng)一進行全面檢查，在經(jīng)過檢查確認滿足要求之后由施工負責(zé)人帶領(lǐng)人員撤離。

4.2 扣件選型與更換

在城市軌道交通當(dāng)中，軌道是交通運營的基礎(chǔ)，不僅將對來自列車的荷載進行承受，且將對列車的運行具有重要的引導(dǎo)作用。在軌道當(dāng)中，扣件是道床同走行軌間的重點連接部件，其作用即在對鋼軌正確位置進行固定的基礎(chǔ)上避免其發(fā)生橫向或者縱向位移，在避免鋼軌出現(xiàn)傾翻情況的基礎(chǔ)上對適量的彈性進行提供，且能夠?qū)撥壥艿降牧鬟f給道床承軌臺或者軌枕?？梢哉f，其性能的好壞將直接對軌道結(jié)構(gòu)的安全性以及穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。在地鐵運行當(dāng)中，能夠應(yīng)用在維修的停電時間非常少，對此，所使用的扣件性能將對實際養(yǎng)護維修的工作量產(chǎn)生直接的影響，其選型無論對維修工作量還是大修周期的延長都將具有直接影響。

通常情況下，扣件在實際選擇方面需要具備的功能有：第一，具有足夠的強度，對鋼軌的橫向力以及縱向力進行抵抗，通常來說，其橫向承受力■ 40kN，抗拔力■ 60kN，每組扣件防爬力■ 8kN。在對無縫線路進行鋪設(shè)時，為了對因溫度變化形成的撓曲情況進行避免，則更需要將扣件阻力控制在一定范圍當(dāng)中；第二，具有較大的整體道床剛度。對于軌道來說，其主要由墊層以及扣件提供彈性，對此，則需要扣件能夠具有較好的彈性，以此對來自列車荷載的沖擊進行減少，使鋼軌在運行當(dāng)中所承受的荷載能夠以較為均勻的方式在道床上分布。通常情況下，扣件節(jié)點的垂直靜剛度在50kN/mm以下；第三，扣件需要在扣壓力方面具有較好的表現(xiàn)，且能夠?qū)Ω叩驼{(diào)整量以及規(guī)矩進行滿足。在高架橋整體道床上的扣件需要較大的高低調(diào)整量以適應(yīng)預(yù)應(yīng)力的徐變和橋墩的不均勻沉陷；第四，扣件在絕緣方面要具有較好的性能表現(xiàn)，以此對雜散電流值進行減少。同時，扣件需要盡可能標(biāo)準化，不僅結(jié)構(gòu)簡單，且在實際維修以及鋪設(shè)當(dāng)中具有較好的表現(xiàn)；第五，做好扣件金屬部件的防腐處理。

5 結(jié)論

本文基于統(tǒng)計學(xué)原理對地鐵軌道系統(tǒng)壽命數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計、分析、檢驗和判別，并根據(jù)成本控制要求提出地鐵軌道大修周期的設(shè)計方案，通過科學(xué)的設(shè)計與優(yōu)化分析，大大提高了地鐵維修效率。

在我國城市人口數(shù)量不斷增加、交通壓力日趨加大的情況下，需要通過對地鐵的大修改造處理使其更好的滿足現(xiàn)階段城市發(fā)展需求。在上文中，我們對地鐵軌道結(jié)構(gòu)大修周期及施工關(guān)鍵技術(shù)進行了一定的研究，在實際工作中，需要能夠做好相關(guān)技術(shù)的全面掌握，保障施工質(zhì)量。

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