地铁轨道结构大修周期及施工关键技术的研究

陈晓伟

摘要： 地铁是我国现阶段城市建设当中的重要组成部分，在部分城市中，很多建设时间较早的地铁，在客运量以及运营安全性方面已经出现了不能够满足实际需求的情况。对此，就需要能够对其引起重视，做好大修处理工作。在本文中，将就地铁軌道结构大修周期及施工关键技术进行一定的研究。

Abstract： The subway is an important part of urban construction in China at present. In some cities， many of the subways with earlier construction time have been unable to meet the actual demand in terms of passenger traffic and operational safety. In this regard， it is necessary to pay attention to the overhaul work. In this paper， the overhaul period and the key construction technologies of subway track structure is studied.

关键词： 地铁轨道结构；大修周期；施工关键技术

Key words： subway track structure；overhaul period；key construction technology

中图分类号：U231+.94 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2017）21-0116-03

0 引言

城市轨道交通系统作为大流量的公共客运载体，加强日常维修与维护对于保证行车稳定、安全至关重要。目前，运营单位已将地铁轨道系统的维修费用纳入地铁运营费用中的重要费用项来对待。对于影响行车安全、故障损失大、维修成本高以及故障多发的行车设备（尤其是轨道系统），其维修周期、维修方法往往不同于普通铁路设备。

本文首先基于统计学原理探讨对地铁轨道寿命数据进行收集、分析的方法，然后考虑到行车设备可靠性和维修成本的平衡，对大修周期进行设计和分析。通过对地铁轨道寿命数据及维修周期的分析和优化设计，促进地铁轨道设备维修工作进一步实现规范化、合理化。

1 地铁大修改造的特殊性及影响改造的几种因素

在现今城市发展中，地铁已经成为了一项非常重要的交通设施，是人们出行与生活当中不可缺少的组成部分。地铁比普通铁路系统的维修量相对较小，但因其在城市当中特殊性的存在，也因此在大修当中具有了较高的特殊性，对技术具有较高的要求，且不可避免的会对周边环境产生影响，需要在实际施工当中做好把握。具体施工方面，对于部分建设时间较早的地铁工程来说，因受到当时地铁工程建设施工难度、施工技术以及施工成本等方面的影响，通常都以浅层方式埋设，在后续改造方面缺少一定的考虑。同时，地铁工程在初期建造时间并非单纯以交通运输为主，而在近年来城市快速发展的背景下，也将会对地铁大修改造产生较多的不利影响。

2 地铁线路大修改造周期设计理论研究

2.1 轨道设施寿命评估

在确定地铁轨道的是否需要大修以及大修周期之前，首先应该对其进行寿命评估。需要收集和分析其寿命数据，再对其大修周期进行设计和优化。基于此，本研究充分利用已有的故障数据进行关键设备的寿命分析。对于所选的关键设备，故障后是否可修复直接影响到其寿命数据的收集和处理。对于不可修复设备，初始使用里程为0，故障时该设备达到其使用寿命，所运行里程X可直接从车载控制单元获得，寿命里程（T）为T=X-0=X。对于可修复设备，发生故障则认为达到了使用期限，修复后可继续使用，再经若干使用期限，最终达到使用寿命，而每次修复后其初始运行里程不再为0，需要根据修复前服役的总里程Xf和修复程度c确定初始里程，这里假设初始里程为Xf（1-c），0

另外，为保证统计分析的合理性，尽量减少分析误差，需要根据数学统计原理，运用以下公式计算出最少的样本数据量：n=■

式中，n为最少故障数据量；N为设备总量；R2为寿命里程的总体方差，可用现有寿命样本方差代替；$为寿命里程的容许误差，可取平均寿命的10～20%；z2为一定置信度的百分位限值。

2.2 基于寿命分析确定大修周期

在确定铁路大修周期时，通常根据钢轨寿命对其进行确定，而以此对大修周期确定时，并非为实际大修工作当中最为经济的决策，即线路大修周期是有经验人员确定的，虽然其同实际情况基本符合，但因线路因时间以及地点方面差异情况的存在，在最经济换轨方面也将存在差异，对此，即需要能够通过科学方式的应用对其做好研究。在该方面研究中，可以在联系线路实际数据的基础上对不同换轨时刻的净耗费现值进行分析，以此对最省的耗费换轨时刻进行寻找，其目的，即在对现役钢轨是否达到其经济适用寿命进行确定的基础上确定最省的总体耗费。如果所分析的轨道已经达到了经济使用寿命，则可以立即对线路大修决策进行确定。

在本研究中，即通过经济分析比较方式对线路决策进行确定，该方式在工程经济学为基础的情况下通过对大修周期当中不同费用的分析比较不同经济效果，以此实现对最佳方案的确定。

在地铁大修周期当中，其所涉及到的费用有维修费、大修费以及中修费这几方面。其中，大修费为大修清筛、换枕以及换轨费。在同一个周期当中，中修的次数通常为1至2次。维修费方面，则包括有日常保养、紧急修补以及综合维修费，对重要轨道线路进行封锁，前期应当将其纳入行车影响的计算分析内容，如果因断轨情况的发生導致事故出现，也需要做好事故处理费的计入。

通常情况下，维修费将通过总重的积累具有加速增长的趋势。其中，经济分析比较法是经常应用的一种方式，即在对不同时刻情况下大修方案费用进行比较分析的基础上寻找到最佳方案。

3 地铁大修改造周期的分析探讨

我国在对铁路大修周期进行制定方面，是一项重要性非常强的技术决策，同时也是一项技术性非常高的研究课题，目前，地铁线路大修工作在我国可以说是刚刚开始，而在我国各城市地铁运行到一定年限之后，大修工作也将更为适用，在周期确定方面同实际情况更加符合。在国内外铁路大修周期制定当中，都通过钢轨合理使用期限作为对大修周期进行确定的重要依据，在钢轨合理使用期限的基础上制定线路大修计划，能够帮助铁路在该项工作当中获得更好的社会效益以及经济效益，不仅能够有效避免、减少因钢轨伤损情况所导致的重大行车事故发生、对铁路运输综合技术经济指标进行提升，且利于实现工务材料、设备以及财务方面需求计划的编制，以此为线路管理质量的进一步提升创造良好条件。

目前，我国在铁路大修周期方面通常以线路通过的总质量达到规定数值对其是否达到大修周期标准进行确定。而在不同地区当中，根据线路特点、所处自然环境的不同，以及不同区域在养护维修质量钢轨货运密度、运行速度、线路标准以及力学性质等方面存在的差异，也将因此使线路大修周期发生较大的变化。对此，仅仅根据手册当中要求对以路通过总质量为依据进行确定从理论角度看来也缺少依据。对于线路大修这项工作来说，其主要内容即是对钢轨的全面更换，对此，则需要联系钢轨使用寿命决定大修周期。

在钢轨运行当中，主要是伤损数量以及磨耗程度对其使用寿命产生影响，而对于同时使用的钢轨来说，由于其在实际应用当中在受力状态方面差异情况的存在，对此，在其都处于平均使用期限之前，则将有部分较为不耐磨的钢轨出现先期伤损或者磨耗的情况，而当其时间超出一定限值后，钢轨疲劳破坏则成为了对其进行更换的主要原因。为了避免该种情况出现，对行车安全作出保障，线路的大修周期即为钢轨最佳的成段更换期，同钢轨平均使用寿命相比要短。

根据工作经验，除了部分先期伤损的钢轨，以通过荷载总重作为对成段更换新轨大修进行确定是一项重要依据，能够对线路的工作特点以及运营条件进行充分的反映。

4 轨道设备大修改造施工关键技术的研究

4.1 钢轨更换施工

在该施工环节，其主要技术有：第一，准备工作。在更换工作进行前，线路工作人员将原线路水平测量后将其中一股拆除，轨道经过大修后投入运营前先要根据标注的水平以及规矩参数对线路的几何尺寸进行恢复；第二，松解扣件。在完成线路几何尺寸标注后，各施工该小组根据之前制定好的任务段通过专用工具的应用对扣件弹条进行拆除，在将配件拆除完成后，将其放置在对应轨枕位置，以此在后续对线路进行恢复时应用；第三，出旧轨。根据当天换轨长度对出旧轨方式进行确定。如果更换长度较短，则可以按照从其中一头开始向另一头将旧轨进行拔出。

为了尽可能节约工作时间，则可以按照从中间向两头方式处理，保证旧轨在拔出之后将其放置在没有接轨的一侧，并保证其放置高度同线路轨面高度相比要小，而对于具有水管路、通信信号以及电缆等设备地段，则需要提前做好防护支架的制作，在安装完成之后再将旧轨进行拔除；第四，入新轨。为了提升施工效率，在将旧轨拔出一部分之后，在拉开一段距离、保证新旧轨道相互间不存在相互影响的情况下进行新轨的拔入，其具体方式同旧轨拔出方式正好相反；第五，恢复扣件。在部分新轨已经入槽之后，即可以对扣件进行恢复，在该项工作中，线路工需要做好检查工作，保证线路在恢复之后既能够达到线路开通条件。而当新轨全部入槽后，则需要在其两端位置将已换新轨同原有的旧轨道进行连接，按照设计要求调整钢轨的规矩和水平方向。恢复安装扣件并紧固将放于轨枕墩一侧的扣件重新恢复安装于原轨枕墩上并采用专用工具进行紧固。在对扣件进行安装时，要按设计要求调整轨道的水平方向和规矩，并做好其同两端连接钢轨的调整，保证处理情况能够满足施工要求；第六，质量检查。在完成施工后，现场质检人员需要及时做好施工段的质量检查工作。同时，在施工完成后现场需要及时组织相关人员做好清理；第七，由施工负责人、安检、监理对施工场所进行全面检查，然后会同地铁公司人员统一进行全面检查，在经过检查确认满足要求之后由施工负责人带领人员撤离。

4.2 扣件选型与更换

在城市轨道交通当中，轨道是交通运营的基础，不仅将对来自列车的荷载进行承受，且将对列车的运行具有重要的引导作用。在轨道当中，扣件是道床同走行轨间的重点连接部件，其作用即在对钢轨正确位置进行固定的基础上避免其发生横向或者纵向位移，在避免钢轨出现倾翻情况的基础上对适量的弹性进行提供，且能够将钢轨受到的力传递给道床承轨台或者轨枕。可以说，其性能的好坏将直接对轨道结构的安全性以及稳定性产生影响。在地铁运行当中，能够应用在维修的停电时间非常少，对此，所使用的扣件性能将对实际养护维修的工作量产生直接的影响，其选型无论对维修工作量还是大修周期的延长都将具有直接影响。

通常情况下，扣件在实际选择方面需要具备的功能有：第一，具有足够的强度，对钢轨的横向力以及纵向力进行抵抗，通常来说，其横向承受力■ 40kN，抗拔力■ 60kN，每组扣件防爬力■ 8kN。在对无缝线路进行铺设时，为了对因温度变化形成的挠曲情况进行避免，则更需要将扣件阻力控制在一定范围当中；第二，具有较大的整体道床刚度。对于轨道来说，其主要由垫层以及扣件提供弹性，对此，则需要扣件能够具有较好的弹性，以此对来自列车荷载的冲击进行减少，使钢轨在运行当中所承受的荷载能够以较为均匀的方式在道床上分布。通常情况下，扣件节点的垂直静刚度在50kN/mm以下；第三，扣件需要在扣压力方面具有较好的表现，且能够对高低调整量以及规矩进行满足。在高架桥整体道床上的扣件需要较大的高低调整量以适应预应力的徐变和桥墩的不均匀沉陷；第四，扣件在绝缘方面要具有较好的性能表现，以此对杂散电流值进行减少。同时，扣件需要尽可能标准化，不仅结构简单，且在实际维修以及铺设当中具有较好的表现；第五，做好扣件金属部件的防腐处理。

5 结论

本文基于统计学原理对地铁轨道系统寿命数据进行统计、分析、检验和判别，并根据成本控制要求提出地铁轨道大修周期的设计方案，通过科学的设计与优化分析，大大提高了地铁维修效率。

在我国城市人口数量不断增加、交通压力日趋加大的情况下，需要通过对地铁的大修改造处理使其更好的满足现阶段城市发展需求。在上文中，我们对地铁轨道结构大修周期及施工关键技术进行了一定的研究，在实际工作中，需要能够做好相关技术的全面掌握，保障施工质量。

参考文献：

[1]李军.无砟轨道施工技术[J].科技资讯，2010（01）.

[2]陈康能.地铁的发展及其盾构施工环境岩土工程问题[J].山西建筑，2010（10）.

[3]吴建忠，曾向荣.地铁轨道系统设计经济化探讨[J].城市轨道交通研究，2010（04）.

[4]蒋敏.地下连续墙在地铁施工中的注意事项[J].中国新技术新产品，2010（11）.

[5]单士军，李耐霞.地铁区间隧道常见结构的设计[J].四川建筑，2010（02）.

[6]徐爱民，高亮，袁昊.北京地铁轨道结构大修周期研究[J].铁道标准设计，2009（02）.