铁路既有线成段更换轨枕设计与施工分析

杨旭东

（中国铁路上海局集团有限公司 工务部，工程师 上海市 20071）

1 前言

轨枕是铁路轨道结构的重要部件之一，主要负责支撑钢轨，它将钢轨对其作用的各向压力传递至道床上，并保持钢轨正常的几何位置，特别是轨距和方向。由此可见，轨枕技术状态的好坏直接影响着线路质量，线路上一旦出现失效轨枕应及时予以更换。中国铁路上海局集团有限公司（以下简称“集团公司”）管辖内的淮南线、京九线等线路既有轨枕均为Ⅱ型混凝土枕，根据《铁路线路修理规则》第3.3.1条规定，既有Ⅱ型混凝土枕应逐步更换为Ⅲ型混凝土枕［1］。本文对近年来集团公司管辖内成段更换轨枕工程的设计与施工进行分析，以期为类似工程的设计与施工提供参考。

2 设计前期勘测

设计单位应根据集团公司工务处下达的年度大修计划对成段更换轨枕工程进行前期勘测，主要工作有以下几项：

1）拉链。根据计划在现场找到比较可靠的丈量依据，如公里牌、道岔头尾、桥梁中心等作为起点，每25 m 为一链，连续丈量线路里程，并将里程编号用白油漆标注于轨腰处。

2）卡链。以拉链的里程编号为依据，准确丈量并记录沿线的工务（桥涵、曲线、道岔、道口等）、电务（电容枕）、车辆（5T设备）、供电（电磁枕）等设备的里程。

3）勘测重点。根据计划及现场实际情况，确定实际更换轨枕的起终点位置，认真勘查轨枕类型、钢轨类型、道口铺面类型及宽度、道岔类型、桥上护轨类型、长大桥的桥台位置及桥跨布置、桥上挡碴板状态等，同时还应测量有碴桥的轨下枕底石碴厚度，尤其是明桥面两端的有碴桥地段，因为《铁路线路修理规则》第3.2.1 条规定，有碴桥的轨下枕底碴厚应≥25 cm［1］。

4）附加测量。当有碴桥的轨下枕底石碴厚度＜25 cm时，应对全桥范围及桥台两端往桥外方向200 m地段进行线路纵断面测量。若是电气化线路，还应查看并记录轨面红线数据、是否具备调高接触网的条件等。

3 成段更换轨枕设计

3.1 常用轨枕简介集团公司管辖内的线路成段更换轨枕时，主要采用Ⅲa型混凝土枕、新Ⅲ型混凝土桥枕、AⅢ型混凝土枕（即薄型桥枕）三种轨枕类型，其具体适用范围及相关技术条件如下：

1）Ⅲa型混凝土枕，长度2.6 m，轨下截面高度为230 mm，预应力钢筋混凝土结构，轨枕间距600 mm，用于无护轨的小桥、涵洞及一般路基地段。

2）新Ⅲ型混凝土桥枕，长度2.6 m，轨下截面高度210 mm，预应力钢筋混凝土结构，轨枕间距600 mm，用于有护轨且轨下枕底碴厚≥25 cm 的有碴桥。该类型轨枕包含护轨平直段用枕及护轨弯折段用枕两种，其中护轨弯折段用枕4根（桥1、桥2、桥3、桥4）。

3）AⅢ型混凝土枕，长度为2.6 m，轨下截面高度160 mm，预应力钢筋混凝土结构，轨枕间距600 mm，用于有护轨且轨下枕底碴厚≥25 cm 的有碴桥及应铺设单侧护轨的路基地段。该类型轨枕包含护轨平直段用枕及护轨弯折段用枕两种，其中护轨弯折段用枕5根（桥1、桥2、桥3、桥4、桥5）。

4）使用新Ⅲ型混凝土桥枕、AⅢ型混凝土枕时，护轨及其扣件技术要求见表1。

表1 新Ⅲ型混凝土桥枕、AⅢ型混凝土枕护轨及其扣件技术要求

3.2 成段更换轨枕设计

3.2.1 设计原则 根据《铁路线路修理规则》规定，有碴桥的轨下枕底碴厚应≥25 cm。另外，无护轨的有碴桥采用Ⅲa 型混凝土枕；有护轨的有碴桥一般根据枕底碴厚、控制点情况合理选择新Ⅲ型混凝土桥枕、AⅢ型混凝土枕，特殊情况特殊设计。涵洞及路基地段采用Ⅲa型混凝土枕。

3.2.2 成段更换轨枕设计

1）确定轨枕配置数。Ⅲ型混凝土枕用于无缝线路地段的配置数为1 667 根/km，轨枕间距600 mm；Ⅲ型混凝土枕用于普通线路地段的配置数为1 680根/km，轨枕间距根据《铁路线路修理规则》附录二的公式进行计算，当钢轨为标准长度时也可从《铁路线路修理规则》中表3.3.6-2 内选取。例如，宣杭线下行K 215+610.2～K 218+452 更换轨枕前为普通线路，但同年度K 215+610.2～K 217+178.42有铺设无缝线路计划，因此兼顾铺设无缝线路后轨枕配置数的要求，将K215+610.2～K217+178.42 地段的配置数设计为1 667 根/m，其余地段的配置数设计为1 680根/km。

2）确定有碴桥地段使用轨枕类型。根据外业勘测时测量的轨下枕底石碴厚度及相关设备情况确定有碴桥地段铺设的轨枕类型，详见表2。

表2 有碴桥地段使用轨枕类型的技术条件

3）桥上护轨设计。

（1）确定护轨类型。《铁路桥隧建筑物修理规则》第3.1.13 条规定，既有线有碴桥上的护轨位于Ⅲ型混凝土轨枕时，应采用比基本轨低一级的钢轨［2］。集团公司管辖内正线采用的钢轨多为P 60钢轨，结合表1中新Ⅲ型混凝土桥枕、AⅢ型混凝土枕护轨的技术要求，当有碴桥采用新Ⅲ型桥枕时，采用P 50护轨（一般现场利用原护轨）；当采用AⅢ型枕时，采用P 60护轨（采用再用轨）。

（2）确定护轨起止位置。护轨平直段应伸出桥台挡碴墙外不小于6 m，梭头尖端应超出桥台尾部不小于2 m，既有桥上护轨一般都满足上述要求，因此设计将原护轨的平直段起终点作为换枕后新的平直段起终点，且平直段起终点应位于两相邻桥枕中间位置；在平直段起终点位置往桥两端布置弯折段、厂制梭头，新Ⅲ型混凝土桥枕时两者总长为2.1 m、AⅢ型混凝土枕时两者总长2.7 m。

（3）确定护轨顶面与基本轨顶面的高差。当采用新Ⅲ型桥枕时，护轨顶面与基本轨顶面的高差值应在-25 mm 到+5 mm 范围内；当采用AⅢ型枕时，上述高差值应在-20 mm到+5 mm范围内。

（5）确定护轨扣件类型。新Ⅲ型混凝土桥枕应采用专用护轨扣件。AⅢ型混凝土枕除弯折段1、2号枕中部采用专用扣板外，其余地段采用弹条Ⅱ型扣件。混合梁桥的明桥面护轨与基本轨头部间距为350～500 mm时，护轨下使用铁垫板，钩头道钉在靠基本轨一侧钉两个、另一侧钉一个；当净距为220～350 mm时，护轨下不使用铁垫板。

当有碴桥上设有伸缩调节器时，其护轨类型、护轨与基本轨头部净距、护轨扣件等均按伸缩调节器的特殊设计及铺设要求设置。

4）确定电务相关问题。因目前没有与AⅢ型枕配套的电容枕，所以铺设AⅢ型枕的有碴桥部位的电容位置仍铺设AⅢ型枕，且电容采取外挂方式；其余地段的电容位置铺设Ⅲa型或新ⅢQ型电容枕，并将电容安装在电容枕内。若护轨在自动闭塞区间、轨道电路范围内，应安装绝缘装置。

5）其他附加设计。若有碴桥上轨下枕底碴厚不满足表2 中的相关要求，在更换轨枕设计时还需同步进行纵断面设计。例如，京九线下行678#、679#、680#桥的既有轨下枕底碴厚小于25 cm，换枕设计时同步对K 867+500--K 869+000（上述桥梁区段）进行纵断面设计，设计将该地段抬道至满足轨下枕底碴厚≥25 cm的要求。另外，当设计件名内有平面线形不良、桥上线梁偏心等问题时，还需同步进行平面线形设计。

3.2.3 设计注意事项 按照上述设计方法进行成段更换轨枕设计时，还应注意以下两点：

1）因现场设备的特殊性，计划范围内的以下地段不做更换轨枕设计，具体有：电磁枕为特制轨枕，既有电磁枕原位保留；车辆偏载设备（TPDS）的轨枕、道岔的岔枕为专用轨枕，整体道口无轨枕、明桥面为木桥枕，设计时跳开上述地段。

2）考虑轨道弹性的平稳过渡要求，以下地段不宜铺设混凝土枕，具体有：铺设木岔枕的普通道岔两端各5根轨枕、铺设木岔枕的提速道岔两端各50根轨枕、无碴桥的桥台挡碴墙范围内及其两端各不少于15根轨枕（有护轨时应延至梭头外不少于5根轨枕）。

4 成段更换轨枕施工

既有线更换轨枕常见施工方法有人工更换、小型挖掘机更换轨排施工、大型机械更换三种。人工更换是一种传统施工方法，一般在抽换失效轨枕时采用，该方法的缺点是效率极低。小型挖掘机更换轨排施工，通过人力和机械的合力协作，较大提高了换枕效率及换枕质量。大型机械施工采用P 95 大修列车更换轨枕（以下简称“大列换枕施工”），该方法是集团公司管辖内成段更换轨枕的主要施工方法，其具有开挖速度快、质量高、人员劳动强度小、安全性高等优点，能极大程度地减少人力、提高换枕效率及换枕质量。因此以下主要以大列换枕施工为例，对成段更换轨枕的施工流程、要点及注意事项进行重点介绍。

4.1 大列换枕施工作业流程大列换枕施工作业全部在封锁点内进行，其一般流程为：大列换枕前准备（切入切出龙门口准备、扣件拆除、桥上护轨拆除等）→大列切入作业→大列换枕作业→大列切出作业→线路恢复作业（拧紧扣件、安装护轨、钢轨焊复等）。

4.2 特殊地段大列换枕施工要点

4.2.1 埋设电缆地段施工 电务、供电、通信电缆设施常埋设在道床内部，若防护不当，大列的拱砟犁、道床配砟车容易损坏电缆设备，从而影响线路信号的正常使用。为防止大列换枕施工损坏电缆设备，施工单位应与设备管理单位在施工前进行施工交底，标明过轨电缆的走向与埋深。另外，在施工过程中，设备管理单位还应在现场配合做好设备的监护工作，确保电缆设备安全。

4.2.2 长大桥梁地段施工 在施工前期，施工单位应核实长大桥梁地段轨下枕底石碴厚度，并对碴厚不满足要求地段进行预卸石碴，提前拆除护轨、弯折护轨螺杆。在大列换枕施工当天，将挡碴板旁的石碴进行预扒装袋，防止大列拱碴犁排碴而挤翻、破坏挡碴板；深挖施梁缝位置处的道碴，挖至梁缝上的钢盖板，重点标记道床厚度不足、钢盖板翘起地段，并提醒大列操作手提犁避让上述地段，防止大列在行进中刮碰梁缝钢盖板［3］。另外，还应合理确定每日切出、切入龙口位置，确保焊复后焊接接头处于1/4～1/2 桥跨处，不在桥台、桥墩上，并距桥台边墙不小于2 m。

4.2.3 大超高曲线地段施工 大修列车作业允许的曲线最大超高为120 mm，但在多条超高＞100 mm的曲线换枕施工过程中，常出现因大列走行履带偏离轨道的轨线而引起的切出龙口悬空轮对对位困难的问题，大大降低了大列换枕效率。因此当作业地段曲线超高100 mm＜h≤l20 mm 时，可采用垫高下股以减少曲线超高的方法（即抽取切出龙口前后100 m范围内上股的大胶垫垫入下股）施工；当曲线超高h＞120 mm 时，可采用大机调整超高的方法进行施工。如，萧甬线上行K 2+764.5～K 3+888.58间曲线超高140 mm，在征得集团公司主管部门同意后，先安排大机将该曲线的超高调整为120 mm，同步调整接触网，然后进行大列换枕施工，最终安全完成了换枕任务。

4.3 施工注意事项大列换枕施工方法极大地提高了施工效率及质量，但受工作限界、焊接接头及胶接绝缘接头的技术要求控制，少数地段不宜使用大列进行换枕施工，具体地段及原因见表3。

表3 不宜使用大列换枕施工地段及原因

5 结语及建议

综上所述，有碴桥地段是更换轨枕设计与施工的重点、难点，因此要求设计前期勘测、施工前期调查务必仔细、详尽。为更好地改善线路设备，对成段更换轨枕设计与施工提出以下建议：

1）使用大列换枕施工时，每500 m 左右需要设置一处龙门，而每处龙门焊复时产生4个焊接接头，因此某段线路在成段更换轨枕的当年有钢轨大修计划时，建议先进行换枕作业。

2）所有有碴桥上更换轨枕后轨下枕底碴厚应≥25 cm。同一座桥宜采用同类型的混凝土桥枕，在条件允许的情况下，建议优先采用新Ⅲ型混凝土桥枕；受明桥、接触网导高等控制影响时，可采用AⅢ型混凝土枕。

3）长大桥上板结地段出现更换轨枕后轨面抬高的情况，建议对该桥进行纵断面设计，并按设计图纸进行捣固，进而优化线路纵断面。

4）考虑大列换枕施工难度、线路设备刚度均匀等因素，换枕设计的起终点不宜设在曲线内。当线路改建出现拨接曲线时，建议设备管理单位督促建设单位将拨接地段的整条曲线范围的轨枕同步更换为同类型轨枕。

5）由于大列换枕施工的大部分时间消耗在每日的龙口切入、切出阶段，从提高大列换枕效率的角度出发，建议长度小于100m的道岔区轨枕与道岔大修同步更换，并使用小型挖掘机换铺轨排的方法进行。