城市地鐵軌道工程質(zhì)量問題分析與預(yù)防措施

張文彬

（貴陽市城市軌道交通運(yùn)營有限公司,貴州 貴陽 550081）

0 引言

地鐵軌道工程若存在質(zhì)量問題，將對(duì)地鐵軌道交通整體建設(shè)及運(yùn)行質(zhì)量產(chǎn)生直接影響，而實(shí)際上在軌道交通建設(shè)與運(yùn)行期間，很容易受到人為因素、外部因素等的影響出現(xiàn)多種質(zhì)量問題。為保證地鐵軌道交通更可靠、穩(wěn)定地運(yùn)行，需要采取有效措施預(yù)防各類質(zhì)量問題。

1 城市地鐵軌道工程常見的質(zhì)量問題

1.1 地鐵軌道不平順

地鐵軌道不平順指的是軌道幾何形位多項(xiàng)基本要素（比如軌道左右水平、軌距、軌道前后高低、軌道方向、軌底坡等）因受到軌輪相互作用影響而和設(shè)計(jì)點(diǎn)位有所偏差[1]。在地鐵日常維護(hù)保養(yǎng)過程中，常會(huì)檢測(cè)及管理軌道不平順指標(biāo)，包括三角坑、水平、左/右高低、左/右軌向、軌距等。地鐵軌道不平順劣化存在不確定性、異質(zhì)性以及記憶性等普遍特征。其中，異質(zhì)性指的是在不同空間位置分布的軌道區(qū)段其不平順狀態(tài)因受到設(shè)計(jì)建造因素、環(huán)境因素、管理因素以及運(yùn)輸組織因素等影響可出現(xiàn)不盡相同的劣化規(guī)律。會(huì)對(duì)不平順狀態(tài)其劣化異質(zhì)性產(chǎn)生影響的因素主要有一種，其一是設(shè)計(jì)類因素，包括曲線半徑、豎曲線數(shù)量、坡度、道床類型、鋼軌型號(hào)等；其二是建筑類因素，包括鋼軌接頭方式、鋼軌鋪設(shè)質(zhì)量、鋼軌生產(chǎn)廠家等；其三是運(yùn)用類因素，包括鋼軌使用壽命、累計(jì)通過總重、外部環(huán)境因素等；其四是檢修類因素，包括鋼軌檢查作業(yè)、鋼軌維修作業(yè)、其他設(shè)備檢查與維修等。不確定性如圖1 所示，其中橫坐標(biāo)軸為軌道線路使用時(shí)間，而縱坐標(biāo)軸為軌道不平順狀態(tài)劣化等級(jí)，圖1 當(dāng)中設(shè)不平順狀態(tài)有4 個(gè)等級(jí)，等級(jí)越高就代表軌道有越差的不平順質(zhì)量狀態(tài)。tA、tB指的是相鄰的兩次軌道不平順狀態(tài)檢測(cè)日期，在異質(zhì)性因素干擾下，tA到tB有4 種可能的狀態(tài)劣化過程，也就是path ①/path ②/path ③/path ④。記憶性指的是相同空間位置下所分布的軌道其不平順狀態(tài)在維修前后有著相似的狀態(tài)劣化曲線，主要原因是特定空間位置下的軌道可對(duì)其質(zhì)量狀態(tài)產(chǎn)生影響的特異性因素一般在短時(shí)間之內(nèi)沒有大幅變化，所以維修前后的劣化過程比較相似。

圖1 地鐵軌道不平順狀態(tài)劣化不確定性

1.1.1 靜態(tài)不平順

在無行車環(huán)境下，對(duì)軌道塑性變形予以反映的軌道不平順狀態(tài)就是軌道靜態(tài)不平順。在地鐵運(yùn)維管理過程中，常會(huì)通過軌檢儀、弦繩、軌距尺等工具予以檢測(cè)。因?yàn)檐壵硪约颁撥壎加幸欢ǜ叨?，如果軌枕底道碴沒有完全搗實(shí)或者處于懸空狀態(tài)，雖然在未承受列車荷載情況下暫時(shí)不會(huì)出現(xiàn)空吊板、暗坑等質(zhì)量問題，但一旦受到列車荷載作用影響，就會(huì)使軌枕以及鋼軌逐漸下沉，由此對(duì)行車安全帶來嚴(yán)重威脅。所以軌道靜態(tài)不平順并不能對(duì)列車運(yùn)行期間真實(shí)的軌道狀態(tài)予以反映，所以容易在運(yùn)維管理中埋下一定安全隱患。因此，在軌道養(yǎng)護(hù)維護(hù)過程中，運(yùn)營單位常會(huì)針對(duì)靜態(tài)不平順指標(biāo)設(shè)置一定允許偏差管理值。

1.1.2 動(dòng)態(tài)不平順

在有行車環(huán)境下對(duì)軌道塑性變形和彈性變形整體情況予以反映的軌道不平順狀態(tài)也就是軌道動(dòng)態(tài)不平順，在城市地鐵軌道工程日常運(yùn)維保養(yǎng)中，常會(huì)通過軌檢車開展檢測(cè)工作。和靜態(tài)不平順相比，軌道動(dòng)態(tài)不平順可相對(duì)真實(shí)地反映出列車運(yùn)行過程中的軌道狀態(tài)，在軌道質(zhì)量評(píng)價(jià)中屬于關(guān)鍵依據(jù)。在通過軌檢車檢測(cè)軌道動(dòng)態(tài)不平順狀態(tài)之后，運(yùn)營單位往往會(huì)結(jié)合檢測(cè)結(jié)果，從局部不平順、整體不平順兩個(gè)層面評(píng)價(jià)及管理軌道線路不平順狀態(tài)。

（1）局部不平順的評(píng)價(jià)。在地鐵軌道交通運(yùn)維管理中評(píng)價(jià)軌道動(dòng)態(tài)局部不平順狀態(tài)時(shí)，多會(huì)在測(cè)量基礎(chǔ)上判斷左右軌向、左右高低、軌距、三角坑、水平等軌道不平順指標(biāo)的具體幅值大小是否比企業(yè)規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)管理值偏高，并在一定長(zhǎng)度區(qū)間內(nèi)統(tǒng)計(jì)線路各級(jí)超限峰值數(shù)量，隨后通過加權(quán)扣分法對(duì)軌道線路質(zhì)量予以評(píng)價(jià)。當(dāng)前地鐵運(yùn)營單位均會(huì)在管理文件當(dāng)中對(duì)軌道動(dòng)態(tài)局部不平順指標(biāo)設(shè)置允許偏差管理值，像某城市的地鐵工務(wù)維修規(guī)則當(dāng)中就在速度不超過80 km/h 條件下，基于不同的超限等級(jí)設(shè)置了動(dòng)態(tài)局部不平順管理值，具體如表1。

表1 某城市地鐵軌道動(dòng)態(tài)局部不平順管理值（vmax ≤80 km/h）

以表1 為基礎(chǔ)，該城市地鐵軌道區(qū)段1 km 之內(nèi)的扣分?jǐn)?shù)主要按照以下公式計(jì)算：

式 中，i{1，2，3，4}—— 不 同 的 超 限 等 級(jí)；Ki——不同超限等級(jí)下的扣分?jǐn)?shù)；j——各個(gè)軌道不平順指標(biāo)；Tj——各軌道不平順指標(biāo)對(duì)應(yīng)加權(quán)系數(shù)；Cij——各軌道不平順指標(biāo)對(duì)應(yīng)不同級(jí)別的超限數(shù)量。結(jié)合該城市地鐵公共維修規(guī)則，確定評(píng)價(jià)結(jié)果當(dāng)中S在0~50 屬于狀態(tài)優(yōu)良，在51~300 屬于狀態(tài)合格，在300 以上屬于狀態(tài)失格。

（2）整體不平順評(píng)價(jià)。在對(duì)地鐵軌道某一區(qū)段進(jìn)行整體不平順評(píng)價(jià)期間，需要每間隔兩個(gè)月通過軌檢車檢測(cè)軌道左右高低、左右軌向、三角坑、軌距以及水平等軌道幾何參數(shù)，隨后按照一定距離設(shè)置一個(gè)軌道單元，并對(duì)各單元軌道質(zhì)量指數(shù)TQI 予以評(píng)價(jià)。軌道區(qū)段之內(nèi)的平順性和TQI 值密切相關(guān)，TQI 值越大就代表軌道具有越差的平順性和越大的波動(dòng)性。

1.2 線路質(zhì)量病害

城市地鐵軌道工程常見的線路質(zhì)量病害主要包括：（1）扣件病害。這類病害主要包括螺旋道釘缺乏扭力、扣件T 型螺栓出現(xiàn)松動(dòng)情況使得扣壓力有所欠缺、鐵墊板歪斜、鐵墊板吊板、扣件組裝當(dāng)中沒有按照規(guī)定設(shè)置橡膠墊板或者所放置的墊板位置歪斜、混凝土污染、鋼軌和扣件以及道床當(dāng)中的金屬和周邊有關(guān)專業(yè)電氣存在搭接問題等。導(dǎo)致此病害的成因是多方面的，主要包括：①組裝軌排過程中或者在焊頭部位拆卸螺旋道釘之后沒有按照螺旋道釘?shù)呐ちυO(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行有效緊固；②焊軌還有放散鎖定之后沒有緊固T 型螺栓；③澆筑道床之前沒有按規(guī)定方正軌枕，或者在軌枕方正過程中沒有按規(guī)定緊固螺栓，由此引發(fā)歪斜或者吊板問題；④澆筑道床之前沒有在扣件上方全面的覆蓋或直接未覆蓋塑料袋；⑤澆筑道床之前未充分檢查確定是否有金屬件外露情況，導(dǎo)致后期有關(guān)專業(yè)施工中出現(xiàn)異常搭接問題。

（2）道床病害。此類病害主要包括道床及軌枕混凝土出現(xiàn)離縫問題、道床開裂、道床水溝錯(cuò)臺(tái)而且水溝排水暢通性不足、道床有大面積水、伸縮縫未保持順直狀、道床面存在麻面以及凹凸不平情況、道床鋼筋的搭接長(zhǎng)度不符合規(guī)定、伸縮縫模板未均勻地涂刷瀝青、焊接飽滿度不佳等。出現(xiàn)上述病害的原因主要有：①軌枕澆筑過程中沒有對(duì)軌枕下方進(jìn)行有效的振搗或者軌枕受到污染，導(dǎo)致出現(xiàn)離縫問題；②道床混凝土在發(fā)生水化熱反應(yīng)期間，未及時(shí)、到位地進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，使得混凝土出現(xiàn)伸縮裂縫或者結(jié)構(gòu)縫部位出現(xiàn)沉降情況；③支立水溝模板過程中沒有嚴(yán)格按照規(guī)定有效地進(jìn)行緊固，或者是在長(zhǎng)時(shí)間使用模板期間出現(xiàn)變形問題；④道床澆筑過程中道床面的坡度不符合設(shè)計(jì)要求；⑤伸縮縫板未進(jìn)行有效固定，在澆筑混凝土的時(shí)候有所偏差；⑥道床面未及時(shí)收面，而且抹面施工中存在死角；⑦道床鋼筋未按照規(guī)定控制好焊接長(zhǎng)度，導(dǎo)致長(zhǎng)度有所欠缺，同時(shí)排流端子的高度存在不一致問題，另外涂刷瀝青操作不規(guī)范導(dǎo)致涂刷不均勻[2]。

（3）線路幾何尺寸病害。這類病害主要是軌面標(biāo)高、短枕軌底坡等尺寸不符合設(shè)計(jì)要求，導(dǎo)致此類病害的原因一方面是隧道出現(xiàn)了沉降情況，另一方面是短枕軌底坡施工中需要依賴于軌支架，施工難度比較大，很難有效控制。

（4）無縫線路病害。主要是應(yīng)力未有效放散，或者是焊頭外觀存在質(zhì)量問題。出現(xiàn)這類病害的原因，一方面是應(yīng)力放散不符合鋼軌內(nèi)零應(yīng)力要求，導(dǎo)致應(yīng)力逐漸集中；另一方面是焊頭未進(jìn)行有效的打磨處理。

1.3 道岔病害

道岔病害主要體現(xiàn)在三方面：

（1）道岔鋼軌部位存在病害，主要有接軌豎切未充分密切、魚尾板的螺栓沒有按規(guī)定加墊圈、滑板床未充分密貼且調(diào)整中選用的是非標(biāo)墊板、在頂鐵不靠情況下以非標(biāo)件調(diào)整。導(dǎo)致出現(xiàn)這類病害，一方面是道岔鋼軌尖軌運(yùn)行期間在散料以及運(yùn)輸?shù)臅r(shí)候因受到壓力出現(xiàn)上拱或者側(cè)彎等情況；另一方面是長(zhǎng)枕道岔滑床板未有效密貼導(dǎo)致尖軌鋼軌出現(xiàn)上翹情況，抑或鐵墊板在生產(chǎn)環(huán)節(jié)就有較大誤差。

（2）軌縫病害，主要是輔助線、緩沖區(qū)以及岔內(nèi)存在縫線，而且路軌縫隙有大有小。導(dǎo)致此病害的原因主要是道岔鋼軌在拼裝過程中未到位地調(diào)整結(jié)構(gòu)框架，也可能是由于環(huán)境溫差過大而引發(fā)此類病害。

（3）道床病害。此類病害是道床存在大面積積水或者是轉(zhuǎn)轍機(jī)坑當(dāng)中有積水。出現(xiàn)此類病害一方面是道床面坡度不符合設(shè)計(jì)要求，另一方面是轉(zhuǎn)轍機(jī)坑道床面實(shí)際坡度不達(dá)標(biāo)，或者是轉(zhuǎn)轍機(jī)坑直接連通道床水溝。

2 城市地鐵軌道工程質(zhì)量問題預(yù)防措施

2.1 地鐵軌道不平順的預(yù)防措施

2.1.1 要對(duì)軌道不平順情況加強(qiáng)檢查管理

其一，要進(jìn)行日常檢查，即通過日常巡視檢查了解軌道不平順狀態(tài)和具體的變化規(guī)律，一旦軌道存在異常不平順問題可及時(shí)發(fā)現(xiàn)，并綜合多項(xiàng)因素判斷線路薄弱之處以及病害地段[3]。

其二，要加強(qiáng)定期檢查，具體是按照一定周期，通過多項(xiàng)檢查工具及活動(dòng)充分了解軌道不平順狀態(tài)和具體變化規(guī)律，相關(guān)檢查結(jié)果能夠?yàn)楹罄m(xù)維修計(jì)劃的制定提供可靠參考。在運(yùn)維管理期間，相關(guān)單位會(huì)在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范當(dāng)中確定軌道不平順狀態(tài)定期檢查內(nèi)容、工具、頻率等，像北京地鐵要求在靜態(tài)不平順檢查中，每季度都要通過軌距尺對(duì)水平及軌距進(jìn)行測(cè)量，同時(shí)通過10 m 弦對(duì)軌向以及高低進(jìn)行測(cè)量；而針對(duì)動(dòng)態(tài)不平順，則要求每?jī)蓚€(gè)月都要通過軌檢車檢測(cè)軌道不平順指標(biāo)。

2.1.2 加強(qiáng)維修與保養(yǎng)

對(duì)于軌道不平順狀態(tài)，要采取多項(xiàng)維護(hù)保養(yǎng)措施，包括：

（1）臨時(shí)補(bǔ)修，即為確保列車運(yùn)行安全，對(duì)不平順指標(biāo)幅值高于臨時(shí)補(bǔ)修管理閾值相應(yīng)位置進(jìn)行臨時(shí)維修。

（2）經(jīng)常保養(yǎng)，即為使軌道質(zhì)量長(zhǎng)期保持均衡狀態(tài)，對(duì)軌道不平順狀態(tài)采取預(yù)防性、經(jīng)常性維修措施。通常會(huì)在檢查軌道不平順狀態(tài)前后進(jìn)行保養(yǎng)維修活動(dòng)，針對(duì)整體道床都會(huì)通過改道作業(yè)、起道作業(yè)等維修形式調(diào)整軌道不平順狀態(tài)，而針對(duì)碎石道床，除了可采取上述維修方式，還可通過撥道作業(yè)對(duì)不平順狀態(tài)予以調(diào)整。

（3）綜合維修，具體是在軌道保持良好運(yùn)行狀態(tài)情況下，按照一定周期，有目的性地采取多項(xiàng)維修措施改善軌道不平順情況。通常需要結(jié)合軌道不平順狀態(tài)評(píng)定結(jié)果進(jìn)行綜合維修計(jì)劃的制定，還可通過綜合維修車、大型養(yǎng)路機(jī)械、小型保護(hù)機(jī)械等工具對(duì)軌道不平順情況進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整[4]。

2.2 線路質(zhì)量病害預(yù)防措施

其一，為有效防控扣件病害，需要在地鐵運(yùn)營之前全面地進(jìn)行沿線檢查工作，保證施工中扣件組裝合格、枕軌無歪斜、道床金屬件和扣件無搭接，并且混凝土澆筑施工質(zhì)量合格，混凝土結(jié)構(gòu)也沒有污染問題。其二，為有效預(yù)防及控制道床病害，要在運(yùn)營管理過程中做好道床養(yǎng)護(hù)工作，注意適時(shí)灑水，還要通過水平儀對(duì)軌面標(biāo)高進(jìn)行準(zhǔn)確、嚴(yán)格地測(cè)量，另外要檢查道床澆筑抹面施工質(zhì)量，尤其要檢查伸縮縫板、鋼軌正下方、軌支架等部位，保證排流端子和伸縮縫板兩者間距達(dá)標(biāo)，并要經(jīng)查驗(yàn)確保瀝青伸縮縫板表面涂刷均勻。其三，為防止線路幾何尺寸病害，要經(jīng)全面檢查保證軌支架沒有變形問題，還要通過電子測(cè)評(píng)儀對(duì)軌底坡進(jìn)行檢查，而且要對(duì)聯(lián)絡(luò)通道還有進(jìn)出車站部位的軌面標(biāo)高進(jìn)行定期測(cè)量，若發(fā)現(xiàn)有沉降情況，要及時(shí)反饋至有關(guān)專業(yè)進(jìn)行注漿處理。其四，為防止無縫線路病害，要嚴(yán)格檢查焊頭外觀質(zhì)量，保證經(jīng)過精細(xì)打磨。[5]運(yùn)維期間，要按照有關(guān)規(guī)定及方案進(jìn)行應(yīng)力放散，合理選定放散軌溫，做好觀測(cè)與記錄。

2.3 道岔病害預(yù)防措施

首先，要對(duì)道岔鋼軌進(jìn)行全面檢查，保證其沒有受到軸向應(yīng)力影響出現(xiàn)橫向或豎向彎曲情況，在調(diào)整道岔幾何尺寸過程中嚴(yán)禁應(yīng)用非標(biāo)件。其次，要對(duì)有縫線路、緩沖區(qū)還有倒岔區(qū)當(dāng)中的軌縫進(jìn)行嚴(yán)格檢查，保證符合相關(guān)規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)。地面以及地下線路所預(yù)留軌縫都應(yīng)達(dá)到有關(guān)規(guī)范。最后，要對(duì)道岔道床面坡度進(jìn)行嚴(yán)格檢查，確定其為人字坡，保證道床面的寬度和坡度相適宜，同時(shí)經(jīng)檢查確定轉(zhuǎn)轍基坑的基底標(biāo)高還有坡度都符合要求。

3 結(jié)語

在城市地鐵軌道工程建設(shè)及運(yùn)營期間，經(jīng)常存在地鐵軌道不平順問題，而且線路以及道岔常會(huì)出現(xiàn)多種質(zhì)量問題，威脅地鐵車輛運(yùn)行的安全性及穩(wěn)定性。對(duì)此，需要城市地鐵軌道交通相關(guān)管理部門在地鐵運(yùn)營期間做好軌道工程的檢查與維護(hù)保養(yǎng)工作，及時(shí)發(fā)現(xiàn)質(zhì)量問題，并采取有效的預(yù)防及控制措施，有效提升軌道工程質(zhì)量。