大秦線特大橋上重載線路病害綜合整治技術(shù)

郭 濤，劉桂雙，于桂武

（大秦鐵路股份有限公司茶塢工務(wù)段，北京 101402）

1 概況

大秦線永定河特大橋線路里程K212+311—K214+287，全長1 975.3 m，為60×32 m 預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土T 形梁橋。大秦線跨豐沙線特大橋線路里程K214+522— K215+818，全長1 295.1 m，為39×32 m 預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土T 形梁橋。2 座橋梁重車線軌道結(jié)構(gòu)一樣，鋼軌采用75 kg/m U78CrV 全長淬火鋼軌，無縫線路設(shè)計(jì)鎖定軌溫23～28 ℃，扣件采用加強(qiáng)Ⅱ型彈條。軌枕類型為Ⅲ型混凝土橋枕，每1 km 配置1 667 根。采用碎石道床一級道砟，線路坡度均為上坡。永定河特大橋線路最大坡度為3.5‰，跨豐沙線特大橋線路最大坡度為4.0‰。

經(jīng)檢查和檢測發(fā)現(xiàn)，2 座橋及其上線路存在如下病害：

1）道床基礎(chǔ)病害。主要表現(xiàn)是道床翻漿冒泥、墊板層數(shù)和厚度超限、道床坍白、軌枕空吊、道床污染板結(jié)等［1］。

2）軌枕病害。由于道床板結(jié)、彈性不足，橋枕折斷、環(huán)裂失效現(xiàn)象突出，加之軌下墊板剛度較大、大修更換較為頻繁，橋枕承軌槽切槽病害大量產(chǎn)生。

3）結(jié)構(gòu)性病害。由于逐年搗固，大橋上道床道砟厚度偏大，道床穩(wěn)定性降低，曲線地段軌道逐步向曲線下股方向偏移形成偏心，使梁體受力發(fā)生改變。橋規(guī)規(guī)定運(yùn)營圬工梁橋上線路中線與梁跨設(shè)計(jì)中線的偏差不應(yīng)大于70 mm［2］，如果偏差超過限值可能影響梁體承載能力和整體穩(wěn)定性，長期運(yùn)營還可能產(chǎn)生侵入限界的隱患，嚴(yán)重危及行車安全。

2 病害成因分析

橋址區(qū)整體上風(fēng)力較大，風(fēng)將敞車上的煤塵吹落到道床上形成污染，煤塵、機(jī)車砂在列車的震動下逐漸滲透到道床石砟內(nèi)，加上風(fēng)化作用加速了道床的板結(jié)。板結(jié)的道床無法提供足夠的彈性，易造成軌道上部結(jié)構(gòu)破壞，如鋼軌波磨［3］、零配件失效、接頭坍低等［4-5］。

道床污染板結(jié)后排水不暢，雨水在道床內(nèi)不能及時(shí)排出，道床在雨水浸泡下充分軟化，受列車碾壓震動就會形成翻漿冒泥。道床翻漿冒泥后隨之產(chǎn)生的就是墊板超層超厚，軌道高低、水平、方向不良等次生病害。

由于道床彈性不足，在列車高頻次、長時(shí)間的沖擊荷載作用下枕底與道床形成硬接觸，加之膠墊剛度大，不能有效緩解彈性不足的問題，久而久之對軌枕造成巨大破壞。軌枕環(huán)裂、折斷、承軌槽切槽等一系列問題隨之產(chǎn)生。

由于日常的養(yǎng)護(hù)維修不能解決枕底彈性問題，只有通過起道增加道床道砟厚度來增加彈性。久而久之，道床厚度越來越大，軌道框架向曲線下股偏移，造成橋梁荷載偏心，破壞了梁體正常受力形式，影響橋梁整體穩(wěn)定性［6］。

3 綜合整治措施

2 座特大橋存在道床基礎(chǔ)、橋枕狀態(tài)、結(jié)構(gòu)問題等綜合病害，須要從更換橋枕、改善道床、軌枕落道、偏心撥正等方面進(jìn)行綜合整治，才能根治病害。

3.1 測量與設(shè)計(jì)

1）落道量

主要針對橋上曲線地段軌枕進(jìn)行落道設(shè)計(jì)。使用水準(zhǔn)儀測量曲線地段線路高程，每20 m 設(shè)1 個(gè)測點(diǎn)，找出曲線地段最低點(diǎn)，以此為標(biāo)準(zhǔn)確定曲線落道量。采用拉坡設(shè)計(jì)原理恢復(fù)線路原始坡度，確定每點(diǎn)的落道量。為便于施工，每點(diǎn)一次落道量不宜超過100 mm。

永定河特大橋曲線須分2段進(jìn)行拉坡設(shè)計(jì)。部分落道量計(jì)算結(jié)果見表1。

表1 永定河特大橋曲線部分落道量計(jì)算結(jié)果

從表1可知，永定河特大橋曲線最大落道量為70 mm，位于K212+560處。

同上對跨豐沙線特大橋曲線分2 段進(jìn)行拉坡設(shè)計(jì)，得出最大落道量為110 mm，位于K215+000處。

2）曲線偏心撥移量

首先對2 座特大橋曲線偏心進(jìn)行測量，測出橋梁每個(gè)梁體跨中的偏心值，再利用大修列車換枕搗固對曲線偏心值進(jìn)行撥正。由于2條曲線撥道均需進(jìn)行上挑，為保證能夠順利撥移且撥道后不回落，須計(jì)算出放散鎖定軌溫，提前對曲線所在的軌條進(jìn)行應(yīng)力放散。

2座橋梁橋上線路曲線偏心測量結(jié)果見表2、表3。表中“+”值表示往兩線間方向撥道（曲下股），“-”值表示往外橋梁護(hù)欄方向撥道（曲上股）。

表2 永定河特大橋部分偏心測量結(jié)果

表3 跨豐沙線特大橋部分偏心測量結(jié)果

3）應(yīng)力放散鎖定軌溫計(jì)算

2 座大橋曲線原鎖定軌溫為26 ℃，所在軌條單元長度為2 217 m，曲線撥移造成軌溫升高，因此須要進(jìn)行低溫放散。

按最大撥道量進(jìn)行測算。撥道量最大值為永定河特大橋第8 孔，偏心值為180 mm，2 座橋曲線半徑800 m，曲線圓心角為50°，因此求出設(shè)計(jì)弧長為697.778 m。曲線偏心撥移后，弧長發(fā)生變化，曲線半徑減少180 mm，弧長變?yōu)?97.621 m，縮短了157 mm。

根據(jù)橋梁原鋼軌鎖定軌溫（26 ℃）和弧長變化可計(jì)算出偏心撥道前鎖定軌溫為20 ℃。在曲線撥移前須對線路按20 ℃鎖定軌溫進(jìn)行低溫放散，然后再利用大機(jī)分幾次對曲線進(jìn)行偏心撥道。

3.2 大修列車綜合施工作業(yè)

1）切入作業(yè)步驟

①大修列車走行至新軌頭接近1#夾鉗位置，拆卸舊軌上保留扣件并放置在道心軌枕面上。②操作人員放下夾鉗裝置，起吊新舊軌。③操作大修列車前行，按作業(yè)順序依次下放各夾鉗導(dǎo)輪，使鋼軌導(dǎo)入相應(yīng)的導(dǎo)輪上。④操作人員依次下放象牙犁、下放舊枕抓取裝置、調(diào)整OT1（舊枕輸送帶1）位置、放舊枕保持平臺踏板、開啟OT1 和OT2。⑤下放動力犁、新枕鋪設(shè)裝置、放切削扒鏈、放距離測量輪。⑥大修列車前行，適時(shí)起吊新舊軌導(dǎo)入相應(yīng)的夾鉗導(dǎo)輪，根據(jù)軌縫大小插入合適的帶眼短軌頭，使用應(yīng)急夾板連接鋼軌。

2）換枕作業(yè)步驟

①操作新枕鋪設(shè)裝置下放到位后大修列車開始前行進(jìn)行放新枕、收舊枕作業(yè)。②操作散枕裝置，開始散枕作業(yè)，鋪設(shè)新枕，大修列車的散枕速度需適當(dāng)控制，適時(shí)整正軌枕間距同時(shí)安放大膠墊。③換枕完畢后在扣件車前轉(zhuǎn)向架到達(dá)切出口位置時(shí)停車，開始鋸軌作業(yè)，基本作業(yè)結(jié)束，進(jìn)入切出作業(yè)階段。④大修列車作業(yè)完畢后地面配合班組配合恢復(fù)整修線路，依次進(jìn)行扣件安裝、改道、上砟作業(yè)。

3）切出作業(yè)步驟

①扣件車前轉(zhuǎn)向架到達(dá)切出口位置，車下扣件拆卸完畢后停車，開始鋸軌、鉆眼作業(yè)，鋸軌結(jié)束后，繼續(xù)換枕作業(yè)。②作業(yè)中，依次收起鋼軌已退出的各夾鉗導(dǎo)輪、舊枕保持滑板，在收起全部舊枕后，收起象牙犁、動力犁、其他夾鉗、作業(yè)小車，放膠墊裝置，履帶提升并鎖定，取消液壓支撐。③大修列車前行，到達(dá)切出位，切除搭頭軌而后松掉夾軌鉗，使鋼軌落槽，隨即使用魚尾板或無孔夾具連接鋼軌，切出作業(yè)結(jié)束，大修列車前行駛離作業(yè)地段。

4）偏心及落道整治

利用大修列車換枕后進(jìn)行大機(jī)搗固作業(yè)，結(jié)合前期測量的落道量數(shù)據(jù)、偏心測量數(shù)據(jù)等指導(dǎo)搗固作業(yè)，實(shí)現(xiàn)對2座特大橋曲線偏心的撥移及落道量搗固。

首先按照設(shè)計(jì)的放散鎖定軌溫對橋上線路進(jìn)行放散、鎖定。大機(jī)搗固時(shí)，由于受橋上一次撥道量的限制，須分3次對特大橋曲線地段進(jìn)行撥道搗固，以滿足偏心撥道量需求。

大修列車換枕作業(yè)前，根據(jù)前期每座橋測量的最大落道量進(jìn)行換枕落道，永定河特大橋?yàn)?0 mm，跨豐沙線特大橋?yàn)?10 mm。落道完畢后須對超量落道地段進(jìn)行起道搗固，即每個(gè)測點(diǎn)的起道量為該點(diǎn)的落道量與最大落道量之差，最大落道量點(diǎn)起道量為0。由于部分測點(diǎn)起道量較大，為保證起道質(zhì)量，須結(jié)合撥道搗固進(jìn)行2～3次起道搗固。

4 整治效果分析

4.1 偏心撥移效果

對2 座特大橋進(jìn)行偏心撥移整治后，對特大橋偏心值進(jìn)行了復(fù)測，復(fù)測結(jié)果見表4、表5。

表4 永定河特大橋重車線偏心撥移復(fù)測結(jié)果 mm

通過對2 座特大橋偏心撥移復(fù)測，可以發(fā)現(xiàn)永定河特大橋最大偏心撥移量為110 mm，跨豐沙線特大橋最大偏心撥移量為117 mm，撥道后永定河特大橋最大偏心量為70 mm，跨豐沙線特大橋最大偏心量為68 mm，均符合橋規(guī)規(guī)定的“運(yùn)營圬工梁橋上線路中線與梁跨設(shè)計(jì)中線的偏差不應(yīng)大于70 mm”的規(guī)定。

表5 跨豐沙線特大橋重車線偏心撥移復(fù)測結(jié)果 mm

4.2 軌道質(zhì)量改善效果

將綜合整治前9月份、10月份與綜合整治后11月份軌檢車檢測的TQI指標(biāo)進(jìn)行對比，結(jié)果見表6。

表6 綜合整修前后軌檢車TQI對比 mm

由表6可知，在2 座特大橋大修列車換枕綜合整治前9月份軌檢車TQI 均值8.36 mm，10月份均值8.57 mm，進(jìn)行了綜合整治后11月份軌檢車TQI 均值降為7.76 mm，說明軌道框架的平順性得到了大幅度提升。

對 K212+000—K215+000 橋上區(qū)段 9—11月 3 個(gè)月的軌檢車不良扣分情況進(jìn)行對比，綜合整治前9月份軌檢車不良扣分為1.25 分，10月份為0.6 分，綜合整治后11月份軌檢車不良扣分為0.2 分，不良扣分值呈直線下降趨勢。從軌檢車波形圖（圖1）也可以看出，對特大橋進(jìn)行綜合整治后波形圖明顯趨于平緩，軌距、高低、水平、三角坑波動幅度明顯降低，綜合整治使2座特大橋軌道線路平順性得到提升。

圖1 K213+400—K214+000軌檢車波形對比

5 結(jié)語

對于大秦線特大橋普遍存在的軌枕失效切槽、曲線偏心、道床偏厚、坍白冒泥等病害，永定河特大橋和跨豐沙線特大橋的病害整治措施可供借鑒。具體綜合整治要點(diǎn)可歸納為：①對偏心值進(jìn)行測量，測量時(shí)選取梁體中間位置，保證測量值的準(zhǔn)確性；②通過偏心值計(jì)算出偏心撥移前需放散的鎖定軌溫值；③對落道量進(jìn)行測量并進(jìn)行拉坡設(shè)計(jì)，確定大機(jī)搗固起道量；④控制好大修列車換枕質(zhì)量，確保新枕落道到位。