現(xiàn)代有軌電車軌道施工常見問題及解決方案

孔根生

中鐵十一局集團有限公司投資公司 湖北 武漢 430061

近年來，隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展和城市人口數(shù)量的不斷增長，城市道路資源日益緊張。現(xiàn)代有軌電車的快速發(fā)展在一定程度上緩解了城市交通壓力，同時也以其運能大、安全可靠、舒適快捷、環(huán)保、美觀的特點，逐漸占據(jù)中小型城市交通主導的地位。軌道建設(shè)是有軌電車建設(shè)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，軌道作為有軌電車的基礎(chǔ)設(shè)施，擔負著承載列車和引導列車的作用。因此，在有軌電車建設(shè)中，必須要對軌道施工予以高度重視，確保軌道質(zhì)量能夠滿足要求。只有這樣才可以為有軌電車的安全、穩(wěn)定運行提供有力的支持。然而在有軌電車軌道施工的過程之中，往往會遇到很多問題，面對這些問題需要根據(jù)實際情況采取有針對性的解決措施。有軌電車軌道施工存在的這些問題，需要引起軌道建設(shè)者的高度重視，并且積極探索合理的解決方案，以有效提高有軌電車建設(shè)工程的質(zhì)量水平。

1 現(xiàn)代有軌電車軌道系統(tǒng)概述

1.1 軌道系統(tǒng)框架構(gòu)造

有軌電車自重可達50噸以上，運行速度最高70km/h，因此，其軌道系統(tǒng)必須具備高安全性和高可靠性?，F(xiàn)代有軌電車軌道系統(tǒng)一般由道床、軌枕、扣件、鋼軌（道岔）、包裹材料等構(gòu)成，因為有軌電車多為地面線路，出于減少維護工作量、提升軌道穩(wěn)定性及美化環(huán)境考慮，正線大多采用無砟道床，并在道床頂面進行硬化或綠化鋪裝。

1.2 軌道系統(tǒng)的作用

軌道系統(tǒng)是有軌電車運行的基礎(chǔ)設(shè)施，軌道系統(tǒng)的鋼軌與車輪直接接觸，支撐并引導列車在軌道上安全運行，同時把車輛附加的壓力、沖擊力等向下傳遞至道床、路基等結(jié)構(gòu)，確保電車始終在軌道上安全、平穩(wěn)運行[1]。

1.3 軌道施工技術(shù)

軌道（無砟軌道）系統(tǒng)是由質(zhì)量龐大的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)與各類鋼構(gòu)部件構(gòu)成，在軌道施工過程中，要把看似“傻、大、笨、粗”的各類軌道部件有序、穩(wěn)固地聯(lián)接在一起，形成精密、穩(wěn)定的整體框架結(jié)構(gòu)。無砟軌道施工從下到上需要經(jīng)過道床鋼筋綁扎、軌件（軌枕、扣件、鋼軌）組裝、軌道粗調(diào)（測量）、混凝土澆筑與養(yǎng)護、短軌焊連、軌道精調(diào)、無縫線路應力放散與鎖定、鋼軌預打磨等復雜工序，最終形成無縫軌道線路。軌道幾何尺寸誤差需要控制在毫米級范圍內(nèi)，以此確保電車安全性、平穩(wěn)性和舒適性[2]。

2 現(xiàn)代有軌電車軌道工程施工常見問題分析及解決方案

2.1 小半徑曲線軌道施工

受地理條件的影響，有軌電車線路最小曲線半徑可達20m，由于鋼軌具有高彈性、高硬度，傳統(tǒng)的采用扣件（軌距塊）調(diào)整、撥道方式鋪軌的方法，根本無法滿足有軌電車小半徑曲線軌道鋪設(shè)要求。經(jīng)反復實驗、研究，半徑小于50米以下的曲線線路均無法采用傳統(tǒng)工藝進行鋪軌，且極不安全，若強行安裝很容易造成鋼軌折斷或反彈傷人[3]。在經(jīng)過大量的分析、實驗后，發(fā)現(xiàn)采用鋼軌預彎的方法可有效解決這一難題，具體方法：鋼軌鋪設(shè)前，技術(shù)人員根據(jù)曲線要素計算出該曲線（緩和曲線）上每1米處的正矢值，工人在軌條上每隔1m做好標線和編號（每處編號對應一個正矢值），現(xiàn)場采用彎軌機在對應位置進行彎軌，經(jīng)過機械彎折后的鋼軌，在鋪設(shè)前已基本達到曲線線型標準，彎折成型的鋼軌隨后被組裝到軌道上，再使用軌距塊進行精調(diào)，即可滿足該曲線軌道各項指標。目前，這一方法已廣泛運用于有軌電車小半徑曲線鋪軌施工，且效果良好。

2.2 鋼軌焊接技術(shù)

有軌電車使用的槽型鋼軌，屬于國外引進技術(shù)，因其鍛造技術(shù)難度高而出名，素有“萬軌之王”的稱號，目前國內(nèi)生產(chǎn)的槽型鋼軌，高度允許誤差為±1mm、軌頭寬度誤差±0.8mm，各指標誤差值均遠遠超過我國生產(chǎn)的工字型鋼軌，傳統(tǒng)的焊接工藝根本無法滿足其焊接質(zhì)量和平順性要求。且現(xiàn)代有軌電車以地面線路為主，受道路運輸條件限制，長軌條無法運達鋪設(shè)現(xiàn)場，因此用于有軌電車軌道鋪設(shè)的鋼軌均以25m長標準軌為主，因此大大增加了鋼軌接頭數(shù)量[4]。為了確保鋼軌焊接質(zhì)量，保持鋼軌接頭的高平順性，減少車輪對接頭的沖擊，必須優(yōu)化焊接工藝，從根本上消除或者降低母材誤差造成的焊縫錯臺或錯牙現(xiàn)象。經(jīng)現(xiàn)場反復實踐，總結(jié)出以下四種解決方法。

第一種，事先打磨法。焊接前對軌過程中，若發(fā)現(xiàn)兩根鋼軌軌頭幾何尺寸偏差較大，可以通過事先打磨，對其中一根（或兩根）鋼軌在允許范圍內(nèi)進行焊接前打磨矯正，直至兩根鋼軌對軌達標后再進行焊接。

第二種，軌底矯正法。對軌過程中，若軌頭部位對準后軌底部位局部有錯臺現(xiàn)象，可以采取事先對軌底局部加熱，使用機械工具在允許范圍內(nèi)對軌底進行矯正，以此縮小或消除軌底錯位量，直至兩根鋼軌對軌達標后再進行焊接。

第三種，更換鋼軌。對軌過程中，若發(fā)現(xiàn)兩根鋼軌誤差較大，無法采用第一、二種補救措施的，該種情況大多是由于兩根鋼軌正負誤差疊加導致的，只需更換一根誤差較為接近的鋼軌即可解決問題。

第四種，焊縫精細化打磨。精細化打磨是消除焊縫不平順問題行之有效的方法，鋼軌焊接工藝最重要的一個環(huán)節(jié)就是精細化打磨，并采用1米平直尺和塞尺測量，反復精磨，確保焊縫平直度達到標準控制范圍。

2.3 無縫線路應力放散與鎖定

現(xiàn)代有軌電車大多采用無縫線路軌道，除道岔區(qū)外全線消除有縫接頭，因此大大提高了列車運行平穩(wěn)性，提高了乘客乘車舒適度，降低了接頭噪音，大大降低了維護工作量，但是近年來，有軌電車軌道斷軌的新聞屢屢見報，據(jù)悉，北方某有軌電車運營3年不到時間就發(fā)生斷軌100余次，中部部分城市有軌電車也相繼發(fā)生多起斷軌事件，但是經(jīng)過鋼軌應力值復測、無縫線路位移觀測、鋼軌探傷等一系列調(diào)查，均無法確定其大面積斷軌原因，最終我們將問題聚焦到了無縫線路應力放散和鎖定值的設(shè)計與應用方面。

現(xiàn)代有軌電車軌道兼有美化城市的作用，大多數(shù)建設(shè)單位選擇在有軌電車軌道施工完成后，在道床頂面進行覆土綠化或進行二次澆筑，最終軌道系統(tǒng)只有鋼軌軌頭頂面露出地面，因此鋼軌大部分被綠化或混凝土覆蓋，夏天高溫時，因為綠化植被吸收太陽光和熱量（夏天綠化噴淋系統(tǒng)也可降低軌溫），軌溫升高幅度較小，基本不會發(fā)生脹軌跑道問題；到了冬季，中部和北方地區(qū)會出現(xiàn)零下氣溫或霜凍天氣，即使有綠化土的阻隔作用，急劇下降的氣溫會使得軌溫嚴重降低，因為冷縮應力的作用，致使實際鎖定軌溫較高的鋼軌容易被拉斷，因此引發(fā)斷軌事件。

根據(jù)無縫線路原理，軌道在無遮擋或覆蓋情況下，鎖定軌溫低，夏天高溫時易發(fā)生脹軌跑道，冬天低溫時不易發(fā)生斷軌；反之，鎖定軌溫高，冬天低溫時易發(fā)生斷軌，夏天高溫時不易發(fā)生脹軌跑道。結(jié)合上節(jié)分析，有軌電車軌道由于受覆蓋物影響，脹軌可能性極小，因此，只需考慮預防斷軌的問題，根據(jù)無縫線路原理，解決無縫線路斷軌最好的辦法就是降低實際鎖定軌溫。以西部某有軌電車為例，其鎖定軌溫設(shè)計標準為20±5℃，為了有效防止斷軌，實際鎖定軌溫誤差應控制在-5～0℃。

2.4 鋼軌預打磨

軌道工程施工的最后一個環(huán)節(jié)是鋼軌預打磨，鋼軌預打磨可消除鋼軌運輸安裝過程中造成的軌面擦碰傷及新鋼軌表面的脫碳層，有效修理鋼軌接頭不平順，打造鋼軌標準斷面，提高輪軌耦合性，提升行車安全性和平穩(wěn)性。但是由于有軌電車大部分采用槽型鋼軌，其軌頂結(jié)構(gòu)由軌頭、軌槽部分及軌唇組成，如圖1所示，由于軌唇的阻擋作用，采用傳統(tǒng)的杯式打磨方法，砂輪無法接觸到鋼軌的內(nèi)側(cè)作用邊，導致軌頭側(cè)作用面45°以上部位均夠不著打磨，傳統(tǒng)打磨技術(shù)不適用于槽型鋼軌打磨。

圖1 槽型鋼軌

為解決這一難題，2016年，經(jīng)與意大利一家公司交流合作，引進了一種新型打磨工藝--曲面打磨，也叫切線打磨。它與傳統(tǒng)的杯型打磨最大的不同之處在于砂輪與鋼軌在打磨時的接觸位置不同：傳統(tǒng)的打磨利用砂輪的軸向面，也就是平面與鋼軌進行磨削（見圖2），而曲面打磨則是利用砂輪的徑向面，也就是圓周曲面與鋼軌接觸磨削（見圖3），砂輪曲面與鋼軌的縱向水平線相切，所以也叫切線打磨。切線打磨可有效避開軌唇的阻擋，全方位更加細致的完成軌頭各作用面的打磨，而且能夠打磨道岔轍叉與岔心。切線打磨技術(shù)的研發(fā)，徹底解決了槽型鋼軌預打磨難的問題。

圖2 杯型打磨

圖3 切線打磨

2.5 立柱式檢查坑軌道施工

立柱式檢查坑整體道床是車輛段及停車場最常見的一種道床型式,為了滿足車輛檢修工藝的要求,立柱一般布置為橫向凈距1.2m,縱向中心距1.4m的矩陣。立柱式檢查坑整體道床一般采用50kg/m鋼軌、DJK5-1型彈性分開式扣件,由于受立柱尺寸的限制,軌道結(jié)構(gòu)不采用軌枕,扣件套管直接澆筑在立柱內(nèi)?？奂坠艿尼斂拙喙顬椤?mm,施工精度要求極高,若采用先澆筑立柱和扣件套管，再安裝鋼軌，則易發(fā)生套管安裝位置誤差過大,鋼軌無法安裝的現(xiàn)象，因此造成返工,帶來經(jīng)濟損失和不良的社會影響。

結(jié)合近年來成功的施工經(jīng)驗,立柱式檢查坑整體道床推薦采用架軌法施工。架軌法施工是一種自上而下的施工工藝,能將軌道施工誤差一定程度上消除在整體道床的混凝土施工中,進而提高軌道施工精度,保證整個鋪軌作業(yè)的順利進行。架軌法施工主要施工工序為軌排架設(shè)、扣配件安裝及調(diào)整、立柱鋼筋調(diào)整、立柱模板安裝及固定、立柱混凝土澆筑及養(yǎng)護、模板拆除、軌道幾何形位精調(diào)等。

駕軌法施工因為是先安裝扣件、調(diào)整鋼軌位置再澆筑混凝土，有效的解決了傳統(tǒng)施工方法導致扣件安裝位置偏差過大的問題。

3 結(jié)語

隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展和城市化水平的提高，建設(shè)現(xiàn)代有軌電車必將成為中小型城市解決交通問題的首要選擇，有軌電車將充分發(fā)揮其運能大、安全可靠、舒適快捷、環(huán)保、美觀的特性，成為未來城市公共交通的重要組成部分。因此我們必須要加強對有軌電車施工技術(shù)的創(chuàng)新和改進，解決當前存在于有軌電車施工中的各項問題，促進我國城市軌道交通業(yè)的快速發(fā)展。希望上文中所提出的問題以及解決措施可以為有軌電車軌道施工提供有益借鑒。