磁懸浮列車工程軌道梁的制作、安裝技術(shù)

王忠平

上海建工集團(tuán)股份有限公司 上海 200080

1 工程概況

上海市磁懸浮快速列車工程，東起上海浦東國際機(jī)場，西至軌交2號線龍陽路站，全長33 km，設(shè)計(jì)時(shí)速430 km，全線為高架形式。

應(yīng)用于磁懸浮快速列車主線的軌道梁由鋼-混凝土復(fù)合軌道梁以及鋼梁組成，其中鋼-混凝土復(fù)合軌道梁又由雙跨連續(xù)梁、簡支梁、疊合板梁組成。鋼-混凝土復(fù)合軌道梁是由預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁與導(dǎo)向軌組成，導(dǎo)向軌主要由兩部分組成，一部分是導(dǎo)向軌的功能區(qū)，包括長定子（下面）、支承滑行軌（上面）及側(cè)向?qū)к墶Ａ硪徊糠质侵谓Y(jié)構(gòu)，主要包括各種形式的支撐梁及下部基礎(chǔ)。

2 軌道梁制作

為應(yīng)對磁懸浮工程中的軌道梁制作精度要求，我們特設(shè)立了一座生產(chǎn)磁懸浮列車軌道梁的專用加工廠。整個(gè)工廠基地總用地面積257 400 m2，按照工藝流程分為混凝土攪拌及砂石料堆場，混凝土梁澆搗車間，半成品梁堆放區(qū)、成品梁出廠區(qū)，機(jī)加工區(qū)、灌漿車間等4個(gè)區(qū)域及外總體，總建筑面積約100 000萬 m2（圖1）。

在磁懸浮制梁廠，生產(chǎn)有12、18、21和24 m共4種模數(shù)跨度的預(yù)應(yīng)力混凝土軌道梁2 549根，還另有部分特殊梁型：2×24.76 m雙跨連續(xù)梁2根（預(yù)應(yīng)力混凝土梁、鋼梁各1根）和6 m混凝土疊合板梁58根。梁型分為直線梁、圓曲線梁和緩和曲線梁3種，最重360 t，一般重180 t。

圖1 恒溫車間磁懸浮軌道梁機(jī)加工區(qū)示意

2.1 軌道梁構(gòu)造

軌道梁絕大多數(shù)為鋼-混凝土復(fù)合結(jié)構(gòu)，其截面呈工字型，24 m長梁的質(zhì)量為178 t，外形尺寸為：截面高度2 350 mm，底座長×寬為3 000 mm×900 mm，梁頂面寬1 780 mm。兩對應(yīng)連接件預(yù)埋y方向?qū)挾? 213 mm，平面經(jīng)銑削后y向?qū)挾葹? 205 mm，連接件材質(zhì)為QT500-13球墨鑄鐵，連接件經(jīng)機(jī)加工（端面銑削、鉆孔、锪平面等）后以φ35 mm定位銷和φ22 mm高強(qiáng)度螺栓與功能件裝配連接。功能件由國內(nèi)制造廠提供成品，定子鐵芯由德方供應(yīng)，它鑲嵌于功能件下部銷槽并以高強(qiáng)度螺栓緊固。以24 m梁為例，其L、R側(cè)功能件各8件，共計(jì)16件，連接件每側(cè)25個(gè)，共計(jì)50個(gè)，定子鐵芯每個(gè)功能件上裝配3根，共計(jì)48根。功能件分為M1A～M29A共34種型號（其中有B、C、D型），定子鐵芯按長度分為m、ea、ee這3種類型（圖2、圖3）。

軌道梁按線型分為直線梁、曲線梁、緩和曲線梁（直線梁與曲線梁間的過渡梁）。曲線梁的特點(diǎn)是：梁身下直上曲，即腹板的下部分為直梁，頂面則為曲梁。功能件則是以折代曲，即連接件端面銑削時(shí)，對應(yīng)單個(gè)功能件內(nèi)呈直線，相鄰功能件則呈一定夾角，一側(cè)功能件裝配后呈“”狀。曲梁橫坡角0°～12°不等，曲梁平面曲線半徑最小為650 m。緩和曲線梁除具有曲線梁特點(diǎn)外，其z向亦呈弧線狀。應(yīng)該說軌道梁機(jī)加工裝配難度最高的就是緩和曲線梁。

圖2 軌道梁結(jié)構(gòu)示意

圖3 定子鐵芯示意

2.2 軌道梁機(jī)加工

2.2.1 機(jī)加工條件

1）機(jī)加工車間溫度（20±1） ℃，后加工車間和總裝車間溫度（20±3） ℃。

2）連接件埋設(shè)3個(gè)方向的允差（圖4）：x向1.5 mm、y向2 mm、z向2 mm，連接件經(jīng)平面銑削，厚度≥30mm。

3）高強(qiáng)度螺栓的最終扭矩470 N·m。

2.2.2 電動運(yùn)梁臺車

磁懸浮軌道梁生產(chǎn)基地位于浦東黃樓，軌道梁機(jī)加工車間就設(shè)置在黃樓制梁基地內(nèi)，全長250 m，軌道梁機(jī)加工和功能件總裝采用的型式是流水線生產(chǎn)方式，按照工程指揮部的要求，每天一條流水線要生產(chǎn)加工出6根軌道梁。而每根軌道梁的自重為270 t，這就對流水線的運(yùn)輸提出了新課題，經(jīng)中德雙方技術(shù)人員共同研究，不斷修改施工方案，特別是在關(guān)鍵的零部件方面，電纜卷筒、電動機(jī)的造型、機(jī)架的設(shè)計(jì)等問題上，經(jīng)反復(fù)認(rèn)證和比較，制造出目前我國在軌道梁機(jī)加工車間流水線上首輛電動運(yùn)梁臺車。另外根據(jù)軌道梁生產(chǎn)的特點(diǎn)，又提出了在運(yùn)梁臺車上安裝側(cè)移裝置，進(jìn)一步提高了對軌道梁的生產(chǎn)能力，確保了工程質(zhì)量（圖5）。

圖4 軌道梁機(jī)加工

圖5 電動運(yùn)梁臺車

2.2.3 五軸數(shù)控鏜銑床

“磁懸浮快線”完全不同于現(xiàn)有的公路、鐵路、地鐵線路。整條線路使用了非常多的曲線設(shè)計(jì)，約占全線的2/3，轉(zhuǎn)彎半徑最大的達(dá)到9 000 m，最小的為650 m。因此，軌道梁機(jī)加工的精度要求非常高。

為了列車運(yùn)行更加平穩(wěn)，必須要研發(fā)高精度、高效率、智能化的數(shù)控機(jī)床來完成軌道梁的機(jī)加工，在某種意義上來說，這套數(shù)控專機(jī)是整個(gè)軌道梁生產(chǎn)線上最關(guān)鍵的設(shè)備，是制梁廠的心臟，它的成功與否直接影響到軌道梁的制造質(zhì)量、工期及成本，甚至是整個(gè)工程的成敗。

我們和沈陽機(jī)床集團(tuán)共同研發(fā)、制造了8臺4套五軸數(shù)控鏜銑床，這些數(shù)控鏜銑床經(jīng)應(yīng)用，所加工的軌道梁精度完全達(dá)到設(shè)計(jì)要求，只用了短短6個(gè)月時(shí)間，即完成了機(jī)加工任務(wù)，搶出了工期，節(jié)約了費(fèi)用近億元。

3 軌道梁安裝

本工程軌道梁安裝不同于其他一般工程中構(gòu)件的安裝，一方面由于軌道梁兩側(cè)設(shè)有精加工過的功能件，另一方面軌道梁在磁懸浮快速列車高速運(yùn)行中起到導(dǎo)軌作用，且姿態(tài)各異，三向坐標(biāo)誤差中最大誤差不能超過1 mm，精度是以微米來控制，給安裝和軌道梁精確調(diào)整帶來新的施工課題[1-5]。

工程施工沿線長度達(dá)到30 km以上，穿過車站，跨過機(jī)場高架橋，夾在狹長的高架橋之間，穿越迎賓大道等社會道路，經(jīng)過十幾條大小河流等，各種復(fù)雜施工狀況，對軌道梁安裝工藝的制訂帶來極大的難題。

針對施工現(xiàn)場不同環(huán)境、工況，采用不同施工方案進(jìn)行軌道梁的運(yùn)輸、安裝和精調(diào)。

3.1 150 t抬吊安裝軌道梁

主線為雙線軌道梁，由于跨內(nèi)強(qiáng)弱電電纜溝已經(jīng)完成，有些區(qū)域（第2、3施工段）已經(jīng)通電，履帶吊根本無法進(jìn)入跨內(nèi)進(jìn)行軌道梁的安裝，150 t履帶吊施工受到限制。150 t履帶吊雙機(jī)抬吊190 t軌道梁，根據(jù)其技術(shù)參數(shù)，起吊半徑只能達(dá)到7 m左右，僅能將維修道路一側(cè)（外側(cè)）軌道梁安裝到位，遠(yuǎn)側(cè)軌道梁無法安裝；為此在150 t雙機(jī)抬吊軌道梁施工中，增加了橫移工藝：即先將里側(cè)軌道梁抬吊至外側(cè)軌道梁位置，然后橫移到內(nèi)側(cè)軌道梁位置，最后將外側(cè)軌道梁安裝到位。150 t履帶吊抬吊工藝，由原來“雙機(jī)抬吊”工藝改變?yōu)椤半p機(jī)抬吊＋橫移”組合工藝。

3.2 龍門吊抬吊安裝軌道梁

磁懸浮示范線工程絕大部分軌道梁具有架設(shè)高度不高、沿線一側(cè)設(shè)有維修道路、主線軌道梁中心距相同的特點(diǎn)，軌道梁架設(shè)設(shè)備首推龍門吊，因?yàn)辇堥T吊具有施工速度快、安全、方便、勞動強(qiáng)度低、路基加固方便等特點(diǎn)。龍門吊按跨距、長度要求鋪設(shè)鐵路路基箱和鋼軌。110 t龍門吊兩臺為一組進(jìn)行軌道梁雙機(jī)抬吊，運(yùn)輸?shù)轿坏能壍懒嚎梢灾苯影惭b至設(shè)計(jì)規(guī)定位置。

3.3 軌道梁高空移位

本工程軌道梁架設(shè)經(jīng)過了15處河浜；經(jīng)過遠(yuǎn)東大道立交橋、華洲路立交橋、高架橋沿線一些特殊狹小區(qū)域等，在這些特殊施工區(qū)域施工，軌道梁無法采用現(xiàn)有常規(guī)起重設(shè)備進(jìn)行施工安裝，因此在工程實(shí)際施工中采用了“定點(diǎn)上梁、高空移位”的施工方法。軌道梁高空縱向移位配套鋼結(jié)構(gòu)由鋼立柱、鋼橫梁和縱移鋼梁組成。根據(jù)施工要求先安裝內(nèi)側(cè)軌道梁，再將縱移鋼梁移到外側(cè)，進(jìn)行外側(cè)軌道梁的縱向移位；由于受現(xiàn)場施工條件影響，縱移鋼梁無法水平移位，最后在原縱向移位工藝中增加橫移工況，簡化了高空移位工藝（圖6）。

3.4 軌道梁、鋼蓋梁重型履帶吊單機(jī)吊裝

在川南奉公路和圍場河區(qū)域，軌道梁斜向穿過迎賓大道和機(jī)場高架道路，為了避免重型履帶吊進(jìn)入迎賓大道，保持迎賓大道的暢通，減輕給出入浦東國際機(jī)場旅客帶來的道路阻塞，且須跨越機(jī)場高架橋，軌道梁分別選用德國利勃海爾LR1400/1（350 t）和臺馬克CC2800（600 t）特大型超級履帶式起重機(jī)單機(jī)跨外安裝施工；另外第3施工段有2根50 m雙跨連續(xù)軌道梁，50 m混凝土軌道梁質(zhì)量達(dá)360 t，選用600 t特大型超級履帶式起重機(jī)，滿足了吊裝要求（圖7）。

圖6 軌道梁高空移位施工

圖7 50 m軌道梁600 t履帶吊單機(jī)吊裝施工

3.5 軌道梁運(yùn)輸

直線梁和曲線梁均采用NICOLAS（法國尼古拉）掛車車組進(jìn)行運(yùn)輸。該車組由TG300型牽引車、前掛車（6軸線）、后掛車（6軸線）、長貨轉(zhuǎn)盤、傳力桿、連通管路、動力機(jī)組等組成。運(yùn)輸時(shí)，前后轉(zhuǎn)盤分別安裝在前后掛車上，轉(zhuǎn)盤載貨平臺可以轉(zhuǎn)動和擺動。

3.6 軌道梁精調(diào)工藝

采用吊裝初定位和精定位逐步逼近的方法，利用高精度測量儀器和自主開發(fā)設(shè)計(jì)的三維液壓調(diào)整裝置，成功地實(shí)現(xiàn)了靠自己的科研技術(shù)力量高精度、高效率完成磁懸浮軌道梁精確定位工程，取得了較好的效果（圖8）。

圖8 軌道梁精調(diào)施工

4 結(jié)語

通過上海示范運(yùn)營線的建設(shè)，初步掌握了磁懸浮列車軌道梁制造和主線系統(tǒng)設(shè)備安裝方面的關(guān)鍵技術(shù)和不少的專利技術(shù)，對今后磁懸浮工程的發(fā)展有一定的引領(lǐng)作用。