地铁钢弹簧浮置板道床存在的缺陷及设计优化

朱志强

(深圳市地铁集团有限公司运营分公司,518040,深圳∥工程师)

为了减振降噪,深圳地铁大量采用钢弹簧浮置板道床。但在日常检查维修中发现,这种新型轨道减振结构不便于伤损钢轨的更换,并且存在运营安全隐患。

1 钢弹簧浮置板道床工作原理及其结构

钢弹簧浮置板道床这种轨道减振结构,是将一定质量和刚度的混凝土道床板置于钢弹簧隔振器上,构成“质量-弹簧-隔振”系统。其基本原理就是在浮置板道床与基础之间置入一个线性隔振器;线性隔振器的固有频率远低于激振频率,借以减少传入基础的振动量。

钢弹簧浮置板轨道减振结构是一种高等减振轨道结构形式,由道床板、钢弹簧隔振器、剪力铰、密封条、水平限位装置、钢轨和扣件等组成。深圳地铁罗宝线高深区间的浮置板轨道由60 kg/m、25 m-U75 V标准钢轨焊连为区间无缝线路;扣件为DTⅦ-2型扣件,轨枕间距595 mm;线路曲线半径400 m,最大超高120 mm;隔振器为内置式钢弹簧阻尼隔振器,隔振器间距550 mm,外套筒直径300 mm,外套筒高度295 mm,内套筒高度275～325 mm(每隔5 mm设一梯级);浮置板上表面设置1%排水坡,浮置板及基底混凝土内设置斜向排水管,将道床表面水引至中心水沟,自然排水。钢弹簧浮置板道床横断面图见图1。

2 养护中发现的问题和潜在的安全隐患

深圳地铁在对钢弹簧浮置板轨道的日常维护中,发现现有的设计存在一些缺陷。这些设计缺陷会导致潜在的安全隐患。具体如下:

1)道床面承轨槽空间狭小。钢轨内侧距道心道床面边缘 217.5 mm,钢轨外侧距路肩道床面边缘309.5 mm,钢轨槽深197 mm,造成锯断钢轨和轨腰钻孔的作业空间狭小,直接影响钢轨和焊缝重伤或折断时的应急加固处理;轨底与承轨槽道床面间距仅46 mm,在发现钢轨重伤等紧急情况下,在有限的天窗时间内极难实施安装钢轨急救器。

2)浮置板道床排水不畅。在设计方案中,基底中间为直径200 mm的半圆形排水沟,而实际做成的排水沟为宽度180 mm、深度50 mm的半椭圆型暗沟;由于排水沟断面不足,以及施工中遗留有垃圾,导致排水通路不畅;中心排水沟上方道床面每10 m设置的圆形疏通孔直径仅为150 mm,深度为640 mm,难于进行疏通作业,直接影响道床排水。当浮置板轨道处于坡道下段时,进行普通线路隧道冲洗作业所产生的污水将淤塞排水孔,浸泡钢弹簧隔振器。

图1 钢弹簧浮置板道床横断面图

3)浮置板轨道末端道床处的排水无法自行流入区间集水井,须开槽加设水泵。水泵的工作状态可能造成浮置板道床受浸泡,钢弹簧隔振器报废。

4)钢弹簧隔振器设置在钢轨底部,影响轨道的维保作业。隔振器中心距线路中心830 mm,钢轨中心距线路中心753.5 mm,隔振器外套筒直径300 mm,造成隔振器钢盖板有一半面积正处在钢轨底下,致使检查或更换隔振器时须解体轨道无缝线路。

5)钢弹簧隔振器盖板离钢轨底部仅有46 mm,存在设备安全隐患。隔振器钢盖板用螺栓与内筒体连接,在长期运营下,容易造成盖板螺栓松脱;当盖板或螺栓冒起与钢轨连接后,轨道迷流将直接烧伤钢轨。2009年11月初,深圳地铁罗宝线高深区间曾因施工单位遗留弹条造成隔振器钢盖板与钢轨连通,烧伤隔振器钢盖板及螺栓,所幸未烧伤钢轨。

6)浮置板道床道心混凝土面偏高。在设计中,浮置板道心道床面仅低于钢轨轨面25 mm,而施工单位施作时施工精度控制能力差,造成部分地段道床面与钢轨等高,致使钢轨正常磨耗后极易造成侵限。

3 钢轨伤损应急对策

2009年 12月初,深圳地铁罗宝线高深区间K20+050处浮置板道床钢轨焊缝出现剥落掉块轻伤,出现险情;运营维修部门立即知会原施工单位,但原施工单位无法进行重焊修复处理。为消除设备安全隐患,保证地铁运营安全,深圳地铁采取了以下应对措施:

1)紧急加固处理。针对钢轨底部设计净高仅46 mm的现状,采取的处理方案是:撤除伤损处铁垫板、扣件,抬高伤损处线路上下股20 mm,并按照向前、向后递减率不大于2.0‰顺坡;同时对焊缝伤损处前后50 cm范围内的浮置板道床面凿低20 mm,耗时3.5 h对该处伤轨安装急救器;加固后次日需复紧急救器一次,以后每周一次检查伤损变化情况。

2)焊复永久处理。针对浮置板道床承轨槽空间不足的现状,在设计锁定轨温范围内,采取松卸扣件,抬升伤损处前后各50 m钢轨,使其略高于道床面,保证锯轨处钢轨抬高至少230 mm;然后在钢轨下垫入木条,完成焊缝钢轨锯除;再插入6.25 m短轨进行铝热焊焊复。施焊前严格对平焊头轨面和作用边,两端夹角不得大于1°;焊接后在轨温300℃以下进行初打磨,在常温时进行细打磨,使焊缝处作用边与两轨端平齐,焊缝轨面抛高0.3 mm。

4 设计优化建议

运营维修部门发现浮置板道床存在的问题后,一方面及时向建设主管部门反馈,另一方面积极联系设计单位提出优化建议。面对大量的相同设备,迫切希望设计单位从源头上优化设计方案,为轨道长期维修养护创造必要的条件。具体建议有:

1)把隔振器位置改移至钢轨外部,可以从根本上消除盖板及螺栓松动搭连钢轨的隐患。在矩形隧道可以把隔振器置于混凝土道床路肩,在盾构区间隧道至少要求把隔振器移离钢轨底部。

2)减低隔振器筒体高度。在保证减振效果的前提下,将隔振器筒体高度适当减低,使其位置向道心外侧偏移,消除烧伤钢轨的隐患。

3)优化浮置板道床横断面尺寸。把现有承轨槽扩大至钢轨两侧各500 mm,或取消钢轨内外侧凸台,解决钢轨重伤或折断时的锯轨和钻孔问题。如保留道心混凝土道床凸台,则要求凸台面比轨面低50 mm,以解决过轨管线铺设后侵入车辆限界问题。

4)加大道床排水能力。道床底部中心水沟改成200×100 mm矩形断面;道床面疏通孔改为250×250 mm矩形断面,间距5 m,孔顶设防护盖;减振道床上游与普通道床连接处设水蓖子和沉沙池。

5)综合考虑区间排水问题。如在浮置板道床末端设区间积水井,使中心水沟水自行流入,可以从根本上消除抽水设备故障时水浸减震器的隐患。

5 结语

深圳地铁运营维修部门对于地铁钢弹簧浮置板轨道存在问题的分析及建议已得到深圳地铁建设主管部门和设计单位的高度重视,目前正在详细研究并逐步纳入深圳地铁二期和三期工程施工图中。深圳地铁在钢弹簧浮置板轨道的应用和维修方面的分析和建议,对于国内其它城市的地铁建设和运营维护具有借鉴意义。

[1] 中华人民共和国铁道部.铁路线路修理规则[S].2006.

[2] 隔而固(青岛)减振技术有限公司.钢弹簧浮置板道床检修维护技术手册[G].2008.