高速鐵路無縫道岔天窗點內(nèi)應(yīng)力放散施工技術(shù)

于廣濤

(中鐵六局集團(tuán)北京鐵建公司,北京 100142)

0 引言

北京豐臺站為北京樞紐辦理普速列車與高速列車的主要客站,設(shè)有地面普速車場和高架高速車場的雙層重疊車站。由于車站改建工程位于北京市區(qū)建成區(qū)內(nèi),本著節(jié)約土地資源的原則,為減少工程拆遷征地范圍,給市政配套設(shè)施預(yù)留建設(shè)空間,滿足城市景觀一體化規(guī)劃設(shè)計要求,引入車站高速車場6線咽喉區(qū)位于普速車場9線咽喉區(qū)上方雙層布置設(shè)計。

地面普速車場規(guī)模為11臺20線(含正線5條),車場設(shè)550m×13.0m×1.25m基本站臺2座,設(shè)550m×11.5m×1.25m島式站臺9座,到發(fā)線有效長度為650m,站臺上設(shè)和站臺等長的雨棚;高速、城際客運(yùn)車場規(guī)模為6臺12線,車場設(shè)450m×11.5m×1.25m島式站臺6座,到發(fā)線有效長度為500m,站臺上設(shè)和站臺等長的雨棚;設(shè)高架候車廳1座及站舍等配套設(shè)施。西端普速車場銜接豐沙線、京廣鐵路、京滬鐵路及派駐機(jī)車折返段、客車技術(shù)整備所,為9線咽喉布置,自北至南依次為豐沙上行線、京廣上行線、京廣下行線、機(jī)車(輛)出入段線(4條)、京滬上行線、京滬下行線;車站東端銜接有永豐鐵路、京滬鐵路,為4線咽喉布置,自北向南依次為永豐上行線、永豐下行線、京滬上行線、京滬下行線。接觸網(wǎng)工區(qū)設(shè)在豐臺站西南側(cè)既有豐臺客車技術(shù)整備所位置,接觸網(wǎng)工區(qū)自站內(nèi)京滬下行線接軌。

2層高速車場采取6臺12線(含正線4條),為盡頭式車站,銜接京廣客專、京港高速鐵路及北京豐臺動車運(yùn)用所,為6線咽喉布置,自北至南依次為京廣高速鐵路上下行、動車走行A線與B線、京港高速鐵路上下行。其中,京廣、京港高速場均為3臺6線(見圖1)。

1 道岔鋪設(shè)及設(shè)計資料

1.1 道岔鋪設(shè)

根據(jù)中國國家鐵路集團(tuán)有限公司2021年12月17日現(xiàn)場辦公會議精神,豐臺站京港高速鐵路場2022年2月16日進(jìn)行靜態(tài)驗收并進(jìn)行聯(lián)調(diào)聯(lián)試,而豐臺站京港高速鐵路場側(cè)高架平臺于2022年1月20日完成施工,其中涉及京港高速鐵路場3組交叉渡線,1組單渡線,3組單開道岔為底溫鋪設(shè),鋪設(shè)時間為2022年2月上旬,鋪設(shè)時軌溫為7～10℃,受低溫影響無法進(jìn)行拉伸放散,為確保按期開通,經(jīng)查詢北京地區(qū)最高軌溫為61.9℃,最低軌溫-27.4℃, 結(jié)合設(shè)計鎖定軌溫為(28±3)℃,通過無縫線路的允許溫升、允許溫降計算確定最大溫升幅度為36.9℃、最大降溫幅度是58.4℃,滿足北京豐臺京港高速鐵路場無縫線路的斷縫檢算要求。確定在軌溫43.9℃前完成無縫線路道床放散,因此先采取臨時鎖定軌溫聯(lián)調(diào),待4月軌溫適宜情況下再進(jìn)行道岔內(nèi)自由放散(見圖2)。

圖2 道岔鋪設(shè)溫度

1.2 道岔設(shè)計資料

北京豐臺站京港高速鐵路場為盡頭式車站,本次臨時軌溫鎖定道岔涉及單開道岔3組、交叉渡線3組、單渡線1組(見圖3),需在軌溫適宜下進(jìn)行自然放散。道岔為混凝土枕12號可動心軌單開有砟高速道岔,型號為 GLC(08)01,前后軌道為60kg/m U71Mn(G)鋼軌,按1 667根Ⅲ型軌枕/km布置,扣件為Ⅱ型彈條扣件。GLC(08)01道岔直股速度200km/h,側(cè)向通過速度45km/h,全長43.2m,基本軌長18.592m、尖軌長14.250m、轍叉長13.792m,岔枕采取GLC(08)01-300混凝土岔枕,扣件采用Ⅱ型彈條。交叉渡線為由GLC(08)01道岔組成GLC(08)01-D5.0 道岔,道岔全長93.124m。

圖3 單開道岔平面

北京豐臺地區(qū)設(shè)計鎖定軌溫為(28±3)℃,相鄰單元軌節(jié)鎖定軌溫<5℃,同一區(qū)間內(nèi)單元軌節(jié)的最高與最低鎖定軌溫差<10℃,左、右股鋼軌鎖定軌溫差<3℃。

2 道岔放散方案

2.1 放散方案選定

在2022年3月底隨著軌溫回升,在天窗點內(nèi)發(fā)現(xiàn)尖軌跟端限位器不居中頂死現(xiàn)象,最高軌溫約20℃。結(jié)合北京豐臺站京港高速鐵路場聯(lián)調(diào)時間與京廣鐵路正線天窗時間同步為每天00:20—04:20,其余時間不聯(lián)調(diào)。按4月初軌溫測量,白天09:00—12:30軌溫在27～30℃,暫未超過最大升幅溫度且在道岔設(shè)計鎖定軌溫范圍內(nèi)具備自然軌溫放散條件,因此選定自由放散方案,放散時將彈條扣件拆除,解除約束,墊板上設(shè)置聚四氟乙烯滑板減小摩擦,通過銅錘敲擊鋼軌使鋼軌自由伸縮,待鋼軌充分回彈釋放應(yīng)力后迅速恢復(fù)扣件,鎖定道岔。

2.2 放散準(zhǔn)備

2.2.1放散基本原則

道岔放散時保持轍叉位置不變。一方面因為道岔的轍叉部分一般不會跑道,因此沒必要對其進(jìn)行應(yīng)力放散或移動;另一方面,考慮到道岔的轍叉部分在制造方面的特點,移動和位置調(diào)整均較困難,它的位置變動很可能會引起轍叉部分幾何尺寸改變,不利于道岔鋪設(shè),因此將道岔的轍叉部分作為應(yīng)力放散的零點。同時,道岔放散作業(yè)完成后尖軌跟端的限位器應(yīng)居中或間隔鐵不受剪力。

直、曲基本軌及導(dǎo)軌、渡線軌放散采取將彈條扣件和軌距塊拆除完畢,用敲擊工具敲擊軌腰,使其鋼軌自由伸縮,應(yīng)力釋放至0后;當(dāng)軌溫達(dá)到設(shè)計鎖定軌溫時,鎖緊道岔扣件。在放散過程中,除彈條扣件外其余部件不動,保證道岔框架尺寸不發(fā)生改變。通過鋼軌自由伸縮,敲擊鋼軌,控制鋼軌自由伸縮量,確保應(yīng)力得到釋放,從而達(dá)到放散目的。

2.2.2確定單元軌節(jié)

按設(shè)計文件及規(guī)范要求,岔區(qū)無縫道岔設(shè)計鎖定軌溫與兩端區(qū)間無縫線路設(shè)計鎖定軌溫按一致設(shè)計。道岔與其2組道岔間線路組成1個單元軌節(jié),進(jìn)行同步放散鎖定。北京豐臺站京港高速鐵路場道岔及相鄰無縫線路布置情況如圖4所示,共分成3個單元軌節(jié),其中道岔區(qū)鎖定軌溫為(28±3)℃,道岔區(qū)前后單元軌節(jié)鎖定通過拉伸軌溫為28℃。

圖4 道岔及相鄰無縫線路布置

2.2.3軌溫調(diào)查

根據(jù)北京市2022年天氣預(yù)測資料顯示4月氣溫為6～23℃,具體如圖4所示。豐臺站京港高速鐵路場位于2層高架平臺陽光下,結(jié)合豐臺站開通情況,計劃在4月6—8日(氣溫19～23℃)連續(xù)要3d 09:00—13:00對天窗進(jìn)行放散鎖定,期間京廣鐵路場、京港高速鐵路場全場封鎖,點閉前60min進(jìn)行電務(wù)調(diào)試。

2.2.4位移觀測樁埋設(shè)

高速鐵路無縫道岔應(yīng)按以下要求設(shè)置位移觀測樁。

1)對于單組道岔 岔頭前或岔尾后50m及200m處,以及岔頭、限位器或間隔鐵、岔尾(含直曲股)處設(shè)置位移觀測樁。

2)對于多組道岔 除在岔頭、限位器或間隔鐵、岔尾(含直曲股)處設(shè)置位移觀測樁外,其他位置的位移觀測樁應(yīng)符合以下要求:①道岔岔頭與岔頭(岔頭與岔尾、岔尾與岔尾)間的位移觀測樁距離(包括與岔頭或岔尾的位移觀測樁間距離)宜≤100m;②道岔岔頭與岔頭(岔頭與岔尾、岔尾與岔尾)間距離<50m時,在兩道岔間可不設(shè)置位移觀測樁;③對于車站咽喉最外方或最內(nèi)方的道岔,與站內(nèi)或區(qū)間線路相連的岔頭前或岔尾后50m及200m處應(yīng)各設(shè)置1對位移觀測樁。

2.3 放散施工

2.3.1選擇并確定放散龍口位置

按TB 10015—2012《鐵路無縫線路設(shè)計規(guī)范》要求,正線間鋼軌接頭需>20m,站線間鋼軌接頭間距需>12m。按此要求202,204,210號道岔龍口位置設(shè)置于岔前21m處?，F(xiàn)場采用白色油漆做好標(biāo)記,并經(jīng)現(xiàn)場監(jiān)理工程師及設(shè)備單位確認(rèn)。

2.3.2現(xiàn)場做標(biāo)記及軌溫測量

使用準(zhǔn)直儀對道岔前25m、岔尖、限位器、導(dǎo)曲中、可動心、岔后、岔后25m處鋼軌位移進(jìn)行觀測,并記錄作業(yè)軌溫。

選取岔頭、岔頭前20m,岔尾、岔尾后20m及限位器共計7個點作為臨時位移觀察點。鋸軌前現(xiàn)場技術(shù)人員通過L尺在軌腰及軌枕上標(biāo)記1條直線,作為觀測0點。在放散時記錄每個觀測點的位移距離,通過實際位移量與計算位移量進(jìn)行對比,確定實際鎖定軌溫及鋼軌應(yīng)力是否釋放充分。同時,在龍口往區(qū)間線路方向100m內(nèi)也設(shè)置觀測點,確定岔內(nèi)鎖定軌溫與相鄰線路鎖定軌溫溫差。

同時,在岔頭、岔尾及限位器位置鋼軌軌腰側(cè)面各設(shè)置1處軌溫計。取其平均值作為監(jiān)測軌溫。無縫道岔鎖定軌溫是指道岔鋪設(shè)施工中兩端就位時各軌溫計的軌溫平均值或應(yīng)力放散鎖定軌溫。

2.3.3拆卸扣件

在臨時標(biāo)記做完后對道岔及前后25m 線路扣件進(jìn)行拆卸,限位器螺栓松開,單開道岔(GLC(08)01)直曲基本軌對應(yīng)53～60號岔枕、轍叉及對應(yīng)電務(wù)轉(zhuǎn)換設(shè)備保持位置不變;交叉渡線(GLC(08)01-D5.0m, GLC(08)01-D6.5m)中菱形心、上下直軌對應(yīng)49～64Z號岔枕及對應(yīng)電務(wù)轉(zhuǎn)換設(shè)備保持位置不變,將彈性基板大螺栓松開取下。轍叉部扣件保持不動。5.0m單渡線曲股間夾直線長6.992m及為確保不增加接頭可采取應(yīng)力調(diào)整。具體位置如圖5所示。

圖5 具體位置

2.3.4墊入聚四氟乙烯滑板

在枕下墊入聚四氟乙烯滑板,每處墊2塊。具體方案如下:道岔直曲基本軌4～27號枕處(道岔尖軌范圍內(nèi)),聚四氟乙烯滑板墊在彈性基板下,每塊彈性基板下墊2 處,共4塊;道岔53～60號枕轍叉處不墊聚四氟乙烯滑板。道岔其他部位及前后 25m線路均在膠墊上墊入聚四氟乙烯滑板。聚四氟乙烯滑板厚度均為10mm、長和寬均為150mm。

2.3.5鋸軌

扣件松開完畢后,在道岔基本軌和岔跟 25m處進(jìn)行切軌,切軌處提前調(diào)查用白油漆做好標(biāo)記,切軌后對軌縫進(jìn)行測量,并做記錄。

2.3.6道岔軌溫監(jiān)測

觀測人員對應(yīng)變片顯示的溫度進(jìn)行觀測,并控制道岔溫度均勻下降至 28 ℃左右,在軌溫合適期間進(jìn)行撞軌及使用銅錘敲擊軌腰,使道岔放散應(yīng)力,對 4,27號枕直曲股各增設(shè)1人使用大錘敲擊軌腰。道岔前后25m處安排人員隨時觀測鋼軌位移變化,使鋼軌處于自由伸縮狀態(tài),確保應(yīng)力釋放徹底。

2.3.7鎖定道岔

無縫道岔前、后鋼軌經(jīng)過充分放散后,當(dāng)實測軌溫達(dá)到設(shè)計鎖定軌溫范圍(28±3)℃ (升溫過程取下限值,降溫過程取中間值),記錄現(xiàn)場實測氣溫、軌溫及臨時位移觀測點位移,撤出滾杠,鎖定線路,準(zhǔn)備焊聯(lián)。

當(dāng)整組道岔鎖定軌溫降至 28℃時,復(fù)緊扣件,并重新緊固道岔限位器?？奂?fù)緊后檢查扣件扭力。

無縫道岔鎖定是指道岔內(nèi)部鋼軌全部焊接或絕緣接頭膠接、直曲股與其前后鋼軌焊聯(lián)、扣件扭矩復(fù)緊達(dá)標(biāo)的作業(yè)。

2.3.8焊聯(lián)

龍口采取鋁熱焊進(jìn)行鋼軌焊聯(lián),鋁熱焊焊縫距承軌臺邊緣≥100mm;隨后進(jìn)行焊縫打磨。焊接精度滿足相關(guān)要求。

2.3.9電務(wù)調(diào)試

扣件鎖定后,電務(wù)施工單位組織對道岔進(jìn)行調(diào)試。

2.3.10爬行觀測

道岔鎖定后至當(dāng)日 19:00,每小時對道岔各測點進(jìn)行1次無縫線路觀測,并對觀測軌溫和位移量進(jìn)行記錄。

2.3.11探傷

龍口焊聯(lián)結(jié)束后,待鋼軌冷卻,用小型鋼軌探傷儀進(jìn)行人工探傷,確保焊接接頭質(zhì)量達(dá)標(biāo) 。如發(fā)現(xiàn)存在焊縫傷損等質(zhì)量問題,立即安排重新焊接 。

2.3.12軌道精測、精調(diào)及開通

無縫岔區(qū)鎖定后,由精調(diào)單位進(jìn)行精調(diào),設(shè)備單位精測驗收。

按《中國鐵路北京局集團(tuán)有限公司營業(yè)線施工管理實施細(xì)則》要求,當(dāng)日開通后限速160km/h 至下次天窗結(jié)束(其中第1列限速45km/h,第2列限速80km/h,第3列限速120km/h)。恢復(fù)常速前必須經(jīng)精調(diào)整修、檢測確認(rèn)、階梯提速。

2.3.13建立并完善相關(guān)臺賬

在放散施工結(jié)束后,及時修改完善焊接接頭臺賬、無縫線路臺賬等 。

3 結(jié)語

1)道岔處于無縫線路固定區(qū),其基本軌為無限長,而導(dǎo)軌為半無限長,隨著軌溫變化,導(dǎo)軌在有限長的一端克服阻力而伸縮,相應(yīng)放散部分溫度力,并通過連接件(限位器)和岔枕、扣件對基本軌施加縱向力,因而基本軌除承受溫度力Pt外,還承受導(dǎo)軌的作用而產(chǎn)生附加縱向力Pa。通常Pt+Pa=1.33Pt。因此,無縫道岔應(yīng)力放散主要應(yīng)將基本軌的應(yīng)力放散徹底。而導(dǎo)軌和轍叉在列車運(yùn)營過程中通過輾壓和振動會逐漸自動放散應(yīng)力,所以要求放散應(yīng)力時轍叉前后的鋼軌扣件拆除,轍叉部分應(yīng)鎖定不動,從而使道岔的中心和轍叉咽喉(或轍叉理論交點)位置保持不變。

2)放散應(yīng)力單元軌條長度盡可能不超過道岔長度,從而使放散量不大,不必重新配軌,也不會改變限位器和鉤鎖器位置,減少放散應(yīng)力工作量,但相應(yīng)應(yīng)提高放散位移量的測量精度,否則根據(jù)放散量計算得到的鎖定軌溫不準(zhǔn)確。

3)無縫道岔放散應(yīng)力采用2塊聚四氟乙烯滑板代替滾筒作“摩擦對”較合適。采用滾筒作“摩擦對”放置在鐵墊板下,如果放置歪斜摩擦系數(shù)很大,可能接近0.2。聚四氟乙烯滑板間的摩擦系數(shù)很小,約為0.04,且放置不存在方向問題。

4)轉(zhuǎn)轍位置及前后,基本軌底一側(cè)由彈片、銷釘固定,放散應(yīng)力時絕不可拆除,否則放散應(yīng)力后安裝十分困難,必須將墊板上的錨固螺栓卸去,并在鐵墊板下擱置“摩擦對”,放散應(yīng)力后再放移鐵墊板位置。