鋼軌調節(jié)器在軌道交通應用中的問題及優(yōu)化

趙天運 喬神路

(中鐵工程設計咨詢集團有限公司，北京 100055)

1 鋼軌調節(jié)器設置目的和位置

鋼軌伸縮調節(jié)器(簡稱EJ)是一種鋼軌的連接結構，由于它的伸縮動程大、傳遞縱向阻力小，因而在無縫線路的某些條件下必須設置。我國鋼軌伸縮調節(jié)器主要采用基本軌伸縮、尖軌固定的結構形式，在基本軌一端應設置小阻力扣件。根據鋼軌的伸縮要求，可選用600 mm或1 000 mm等不同伸縮量的單向或雙向調節(jié)器。城市軌道高架橋宜采用鋼軌伸縮調節(jié)器(簡稱調節(jié)器)方式放散無縫線路應力，目的是為減小無縫線路長鋼軌縱向力及位移向道岔區(qū)傳遞，以及減小大跨度連續(xù)梁上鋼軌斷軌后墩臺所受斷軌力。調節(jié)器的一般設置位置如下：

1)在高架橋道岔前后設置；

2)大跨度橋，當溫度跨大于100 m，設置一組調節(jié)器；當大于120 m時，設置一組或多組調節(jié)器，應根據計算確定。

2 鋼軌調節(jié)器尺寸及構造

曲線型鋼軌伸縮調節(jié)器尖軌固定，基本軌作相對伸縮，設置導向軌撐支撐基本軌軌腰及扣壓軌底，主要尺寸及構造如圖1～圖3所示。鋼軌調節(jié)器范圍鋼軌材質與線路保持一致，設置1/40軌底坡；調節(jié)器基本軌與尖軌貼合面采用半徑300 m的圓曲線，圓曲線與軌距線相切，尖軌實際尖端軌頭寬1 mm；尖軌以60AT鋼軌制造，尖端為藏尖式，跟端加工成60 kg/m鋼軌標準斷面；為降低伸縮阻力，基本軌應按詳圖進行預頂彎；鋼軌調節(jié)器范圍內不設護軌。軌撐與墊板、墊板與短軌枕及尖軌跟端鋼軌與軌撐均通過螺栓連接。

我國主要城市軌道交通用單向鋼軌伸縮調節(jié)器主要參數見表1。

3 鋼軌調節(jié)器布置相關規(guī)定

根據《鐵路軌道設計規(guī)范》，鋼軌伸縮調節(jié)器是否設置、設置數量和位置應經軌道和橋梁結構檢算后確定，調節(jié)器布置應符合以下規(guī)定：

1)單向調節(jié)器的尖軌宜順列車運行方向布置(列車自尖軌跟端往尖端方向運行)。

表1 我國主要城市軌道交通用單向鋼軌伸縮調節(jié)器主要參數

2)調節(jié)器不應設置在半徑小于1 500 m的曲線上，也不宜設置在豎曲線上。

3)當調節(jié)器布置在梁端時，尖軌不可跨越梁端；當每跨或每聯的兩端都設置調節(jié)器時，不得將尖軌同時設在兩端梁內。

4)混凝土橋梁上鋪設無縫線路，根據設計可在橋梁中部設置雙向調節(jié)器。調節(jié)器基本軌接頭以外的線路宜采用小阻力扣件，其鋪設長度按計算確定。

5)調節(jié)器基本軌、尖軌接頭距橋梁橫梁、橋臺胸墻或支座的距離不宜小于2 m。

6)鋼軌伸縮調節(jié)器范圍內的軌道剛度應均勻，并與其兩端軌道剛度一致。

7)鋼軌伸縮調節(jié)器不應設置在不同軌下構筑物和軌道結構過渡段范圍內。

4 城市軌道交通應用中的主要問題及優(yōu)化措施

鋼軌伸縮調節(jié)器在實際應用中，由于地形、地質、環(huán)境等諸多條件的限制，城市軌道交通高架區(qū)段橋跨布置難以調整，鋼軌伸縮調節(jié)器尖軌出現跨越梁縫的情況。為滿足尖軌跟端距離梁縫不小于2 m的要求，有效控制尖軌尖端的伸縮變形，保證調節(jié)器軌距及尖軌尖端強度，設計采用插入短軌跨越梁縫的方法，并在尖軌跟端通過墊板與短軌枕的連接螺栓實現尖軌跟端的固定。在實際應用過程中，往往由于梁軌相互作用的影響，鋼軌調節(jié)器尖軌跟端與短軌枕的連接螺栓處出現混凝土軌枕裂紋等病害，造成尖軌位移大大增大，影響結構的安全使用。

以北京地鐵房山線某鋼軌調節(jié)器為例，調節(jié)器位于(25+25+24.9) m連續(xù)梁上，道岔位于(47.702+64+43) m連續(xù)梁上，溫度跨度97.6 m。道岔與鋼軌調節(jié)器間插入12 m短軌，鋼軌調節(jié)器尖軌跟端距離梁縫9.443 m，滿足2 m的規(guī)范要求。梁體混凝土強度等級為C40，彈性模量3.4×104MPa，泊松比0.2。鋼軌調節(jié)器與橋梁的布置簡圖如圖4所示。

在溫度荷載作用下，長軌條伸縮區(qū)鋼軌發(fā)生縱向變形，帶動調節(jié)器尖軌發(fā)生同向伸縮。由于尖軌伸縮方向與軌下梁體的伸縮方向相反，尖軌跟端梁軌相對位移較大，連接螺栓承受較大剪力，鋼軌縱向力也急劇增加，形成縱向力峰值。根據建模計算，軌溫變化幅度50 ℃，梁溫變化幅度30 ℃時，尖軌跟端鋼軌縱向力最大值為978.91 kN，橫向連結受力最大值為304.52 kN，尖軌尖端最大位移為10.66 mm。雖然尖軌尖端位移滿足限值要求，但尖軌跟端軌撐橫向連結螺栓的最大受力超過限值，引起螺栓處混凝土軌枕發(fā)生裂紋，影響使用。

針對該類問題，進行了以下優(yōu)化措施：

1)將尖軌跟端軌撐螺栓孔改為長圓孔，允許尖軌在滿足位移限值、軌距變化要求的情況下，可進行一定范圍的位移。北京地鐵房山線的調節(jié)器尖軌跟端螺栓孔優(yōu)化為±5 mm的長圓孔，跟端軌撐螺栓孔優(yōu)化為±35 mm的長圓孔，有效解決了梁縫伸縮帶動尖軌拉拽螺栓引起混凝土軌枕發(fā)生裂紋的問題。

2)按照鋼軌調節(jié)器尖軌固定，基本軌伸縮的設計理念，在工程開展前期，布置調節(jié)器時盡早與線路、橋梁等專業(yè)提資溝通，預留將調節(jié)器基本軌設置在梁縫處的條件，從根本上解決問題。避免出現尖軌跟端跨梁縫或與梁縫距離較近，引起梁縫伸縮帶動尖軌位移、螺栓受力歪斜及混凝土軌枕裂紋等問題。

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