磁悬浮列车工程轨道梁的制作、安装技术

王忠平

上海建工集团股份有限公司 上海 200080

1 工程概况

上海市磁悬浮快速列车工程，东起上海浦东国际机场，西至轨交2号线龙阳路站，全长33 km，设计时速430 km，全线为高架形式。

应用于磁悬浮快速列车主线的轨道梁由钢-混凝土复合轨道梁以及钢梁组成，其中钢-混凝土复合轨道梁又由双跨连续梁、简支梁、叠合板梁组成。钢-混凝土复合轨道梁是由预应力混凝土箱梁与导向轨组成，导向轨主要由两部分组成，一部分是导向轨的功能区，包括长定子（下面）、支承滑行轨（上面）及侧向导轨。另一部分是支撑结构，主要包括各种形式的支撑梁及下部基础。

2 轨道梁制作

为应对磁悬浮工程中的轨道梁制作精度要求，我们特设立了一座生产磁悬浮列车轨道梁的专用加工厂。整个工厂基地总用地面积257 400 m2，按照工艺流程分为混凝土搅拌及砂石料堆场，混凝土梁浇捣车间，半成品梁堆放区、成品梁出厂区，机加工区、灌浆车间等4个区域及外总体，总建筑面积约100 000万 m2（图1）。

在磁悬浮制梁厂，生产有12、18、21和24 m共4种模数跨度的预应力混凝土轨道梁2 549根，还另有部分特殊梁型：2×24.76 m双跨连续梁2根（预应力混凝土梁、钢梁各1根）和6 m混凝土叠合板梁58根。梁型分为直线梁、圆曲线梁和缓和曲线梁3种，最重360 t，一般重180 t。

图1 恒温车间磁悬浮轨道梁机加工区示意

2.1 轨道梁构造

轨道梁绝大多数为钢-混凝土复合结构，其截面呈工字型，24 m长梁的质量为178 t，外形尺寸为：截面高度2 350 mm，底座长×宽为3 000 mm×900 mm，梁顶面宽1 780 mm。两对应连接件预埋y方向宽度2 213 mm，平面经铣削后y向宽度为2 205 mm，连接件材质为QT500-13球墨铸铁，连接件经机加工（端面铣削、钻孔、锪平面等）后以φ35 mm定位销和φ22 mm高强度螺栓与功能件装配连接。功能件由国内制造厂提供成品，定子铁芯由德方供应，它镶嵌于功能件下部销槽并以高强度螺栓紧固。以24 m梁为例，其L、R侧功能件各8件，共计16件，连接件每侧25个，共计50个，定子铁芯每个功能件上装配3根，共计48根。功能件分为M1A～M29A共34种型号（其中有B、C、D型），定子铁芯按长度分为m、ea、ee这3种类型（图2、图3）。

轨道梁按线型分为直线梁、曲线梁、缓和曲线梁（直线梁与曲线梁间的过渡梁）。曲线梁的特点是：梁身下直上曲，即腹板的下部分为直梁，顶面则为曲梁。功能件则是以折代曲，即连接件端面铣削时，对应单个功能件内呈直线，相邻功能件则呈一定夹角，一侧功能件装配后呈“”状。曲梁横坡角0°～12°不等，曲梁平面曲线半径最小为650 m。缓和曲线梁除具有曲线梁特点外，其z向亦呈弧线状。应该说轨道梁机加工装配难度最高的就是缓和曲线梁。

图2 轨道梁结构示意

图3 定子铁芯示意

2.2 轨道梁机加工

2.2.1 机加工条件

1）机加工车间温度（20±1） ℃，后加工车间和总装车间温度（20±3） ℃。

2）连接件埋设3个方向的允差（图4）：x向1.5 mm、y向2 mm、z向2 mm，连接件经平面铣削，厚度≥30mm。

3）高强度螺栓的最终扭矩470 N·m。

2.2.2 电动运梁台车

磁悬浮轨道梁生产基地位于浦东黄楼，轨道梁机加工车间就设置在黄楼制梁基地内，全长250 m，轨道梁机加工和功能件总装采用的型式是流水线生产方式，按照工程指挥部的要求，每天一条流水线要生产加工出6根轨道梁。而每根轨道梁的自重为270 t，这就对流水线的运输提出了新课题，经中德双方技术人员共同研究，不断修改施工方案，特别是在关键的零部件方面，电缆卷筒、电动机的造型、机架的设计等问题上，经反复认证和比较，制造出目前我国在轨道梁机加工车间流水线上首辆电动运梁台车。另外根据轨道梁生产的特点，又提出了在运梁台车上安装侧移装置，进一步提高了对轨道梁的生产能力，确保了工程质量（图5）。

图4 轨道梁机加工

图5 电动运梁台车

2.2.3 五轴数控镗铣床

“磁悬浮快线”完全不同于现有的公路、铁路、地铁线路。整条线路使用了非常多的曲线设计，约占全线的2/3，转弯半径最大的达到9 000 m，最小的为650 m。因此，轨道梁机加工的精度要求非常高。

为了列车运行更加平稳，必须要研发高精度、高效率、智能化的数控机床来完成轨道梁的机加工，在某种意义上来说，这套数控专机是整个轨道梁生产线上最关键的设备，是制梁厂的心脏，它的成功与否直接影响到轨道梁的制造质量、工期及成本，甚至是整个工程的成败。

我们和沈阳机床集团共同研发、制造了8台4套五轴数控镗铣床，这些数控镗铣床经应用，所加工的轨道梁精度完全达到设计要求，只用了短短6个月时间，即完成了机加工任务，抢出了工期，节约了费用近亿元。

3 轨道梁安装

本工程轨道梁安装不同于其他一般工程中构件的安装，一方面由于轨道梁两侧设有精加工过的功能件，另一方面轨道梁在磁悬浮快速列车高速运行中起到导轨作用，且姿态各异，三向坐标误差中最大误差不能超过1 mm，精度是以微米来控制，给安装和轨道梁精确调整带来新的施工课题[1-5]。

工程施工沿线长度达到30 km以上，穿过车站，跨过机场高架桥，夹在狭长的高架桥之间，穿越迎宾大道等社会道路，经过十几条大小河流等，各种复杂施工状况，对轨道梁安装工艺的制订带来极大的难题。

针对施工现场不同环境、工况，采用不同施工方案进行轨道梁的运输、安装和精调。

3.1 150 t抬吊安装轨道梁

主线为双线轨道梁，由于跨内强弱电电缆沟已经完成，有些区域（第2、3施工段）已经通电，履带吊根本无法进入跨内进行轨道梁的安装，150 t履带吊施工受到限制。150 t履带吊双机抬吊190 t轨道梁，根据其技术参数，起吊半径只能达到7 m左右，仅能将维修道路一侧（外侧）轨道梁安装到位，远侧轨道梁无法安装；为此在150 t双机抬吊轨道梁施工中，增加了横移工艺：即先将里侧轨道梁抬吊至外侧轨道梁位置，然后横移到内侧轨道梁位置，最后将外侧轨道梁安装到位。150 t履带吊抬吊工艺，由原来“双机抬吊”工艺改变为“双机抬吊＋横移”组合工艺。

3.2 龙门吊抬吊安装轨道梁

磁悬浮示范线工程绝大部分轨道梁具有架设高度不高、沿线一侧设有维修道路、主线轨道梁中心距相同的特点，轨道梁架设设备首推龙门吊，因为龙门吊具有施工速度快、安全、方便、劳动强度低、路基加固方便等特点。龙门吊按跨距、长度要求铺设铁路路基箱和钢轨。110 t龙门吊两台为一组进行轨道梁双机抬吊，运输到位的轨道梁可以直接安装至设计规定位置。

3.3 轨道梁高空移位

本工程轨道梁架设经过了15处河浜；经过远东大道立交桥、华洲路立交桥、高架桥沿线一些特殊狭小区域等，在这些特殊施工区域施工，轨道梁无法采用现有常规起重设备进行施工安装，因此在工程实际施工中采用了“定点上梁、高空移位”的施工方法。轨道梁高空纵向移位配套钢结构由钢立柱、钢横梁和纵移钢梁组成。根据施工要求先安装内侧轨道梁，再将纵移钢梁移到外侧，进行外侧轨道梁的纵向移位；由于受现场施工条件影响，纵移钢梁无法水平移位，最后在原纵向移位工艺中增加横移工况，简化了高空移位工艺（图6）。

3.4 轨道梁、钢盖梁重型履带吊单机吊装

在川南奉公路和围场河区域，轨道梁斜向穿过迎宾大道和机场高架道路，为了避免重型履带吊进入迎宾大道，保持迎宾大道的畅通，减轻给出入浦东国际机场旅客带来的道路阻塞，且须跨越机场高架桥，轨道梁分别选用德国利勃海尔LR1400/1（350 t）和台马克CC2800（600 t）特大型超级履带式起重机单机跨外安装施工；另外第3施工段有2根50 m双跨连续轨道梁，50 m混凝土轨道梁质量达360 t，选用600 t特大型超级履带式起重机，满足了吊装要求（图7）。

图6 轨道梁高空移位施工

图7 50 m轨道梁600 t履带吊单机吊装施工

3.5 轨道梁运输

直线梁和曲线梁均采用NICOLAS（法国尼古拉）挂车车组进行运输。该车组由TG300型牵引车、前挂车（6轴线）、后挂车（6轴线）、长货转盘、传力杆、连通管路、动力机组等组成。运输时，前后转盘分别安装在前后挂车上，转盘载货平台可以转动和摆动。

3.6 轨道梁精调工艺

采用吊装初定位和精定位逐步逼近的方法，利用高精度测量仪器和自主开发设计的三维液压调整装置，成功地实现了靠自己的科研技术力量高精度、高效率完成磁悬浮轨道梁精确定位工程，取得了较好的效果（图8）。

图8 轨道梁精调施工

4 结语

通过上海示范运营线的建设，初步掌握了磁悬浮列车轨道梁制造和主线系统设备安装方面的关键技术和不少的专利技术，对今后磁悬浮工程的发展有一定的引领作用。