地铁运营线路弹性短轨枕快速更换改造

文/万刚

1 前言

随着我国经济的快速发展，城市的轨道交通在缓解城市交通拥堵方面的作用愈发突出。地铁线路在穿越市区噪声敏感建筑物集中区域时，采取相对的措施降低对噪声敏感建筑物的影响，目前采取的减振降噪技术措施主要有轨道减振器扣件、GJ-Ⅲ型减振扣件、弹性短轨枕橡胶、浮置板道床、钢弹簧浮置板道床、Vanguard扣件等。随着地铁运营时间的增长，各种减振措施的性能逐步下降，给地铁运营维护带来了很多的难题，弹性短轨枕线路长时间的运营，橡胶套靴发生老化、破裂，轨枕-套靴-道床之间出现剥离，间隙扩大，造成轨枕吊空、线路几何尺寸变化大、减振量下降、钢轨波磨严重，轨道框架几何形状变化超限等，在小半径曲线段尤为突出，对橡胶套靴的更换涉及到线路较多设备及专业，需要大量的作业人员，日常维修保养成本较高，且不能很好的解决弹性短轨枕的病害。

2 弹性短轨枕的病害及主要原因

弹性短轨枕包括混凝土短轨枕、橡胶包套、微孔橡胶垫板三部分组成，轨枕下微孔橡胶垫板能最大限度系统所需要的弹性，具有较好的噪声和振动衰减特性，弥补了无砟轨道刚性大的缺陷。长时间的运营出现各种问题，主要表现为：列车高速运行中产生晃动，减振效果下降，轨枕空吊、线路动态不平顺，钢轨波磨严重，轨道框架几何形状变化超限。

产生上述原因主要是因为：

2.1 长时间的运营短轨枕套靴老化变硬，静刚度增加，减振效果下降。

2.2 短轨枕套靴老化后发生永久变形，短轨枕套靴与道床之间间隙逐渐增加致使短轨枕和橡胶套短枕和轨枕橡胶套一起与道床脱离，失去了原设计的减振作用，出现轨枕空吊，当列车经过时钢轨与轨枕一起下沉，列车通过后又浮起，由于弹性短轨枕浮起呈现出不连续和列车经过时下沉高度也不一致，造成列车高速行驶中产生不同程度晃动。

2.3 在曲线地段列车通过时因向心力的作用，曲线外股的轨枕外侧套靴磨损变形严重，导致轨距扩大，影响线路正常几何尺寸，出现了线路动态不平顺等。

图1 小半径曲线段曲线外股的轨枕外侧套靴磨损情况

3 弹性短轨枕的日常维护

目前各线路弹性短轨枕病害问题严重、影响线路设备运营情况的问题，在日常维保中主要采取以下措施来延缓病害，最大程度上保证线路稳定，确保运营安全。

3.1 采用临时加固措施，加装轨距拉杆，线路几何尺寸得意保证，加大了日常的维修量。地铁采用行走轨做回流轨，轨距拉杆绝缘性能不好会干扰到运营信号的稳定。

3.2 采用更换橡胶套靴。全部更换不切合实际，部分更换起不到作用。

3.3 将无缝线路变成有缝，切开长轨释放应力。增加了列车振动，噪音分贝提高，与原线路的设计初衷相违背。

弹性短轨枕的日常维护整治后弹性短轨枕地段线路情况只能起到延缓作用，属于临时性措施，改变了地铁原有设计，不利于列车的运行安全。

4 弹性短轨枕的快速大修改造

为了彻底的解决弹性短轨枕病害问题，经过前期现场施工条件调查及市场经济技术分析研究，在保证正常运营的前提下制定了弹性短轨枕的大修改造方案。在不破坏既有线路的整体道床，采用新设计混凝土短轨枕，代替原弹性短轨枕，采用GJ-Ⅲ型双层非线性减振扣件实现减振性能，且实现原线路设置1/40的轨底坡。除需改造的部分外，轨道其余技术标准都与既有有线统一，并采用了通用的零部件，以方便后期的维修及运营管理，提高轨道系统运行的安全性和可靠性。

根据铁路工务安全规则相关规定，线路大、中修，在封锁施工前Vmax≤45km/h的慢行时间内，允许每隔6根轨枕开挖1根轨枕底的要求。在整个施工过程中采取“单股轨枕隔五拔一、左右股对称、前后作业间隔”措施进行施工，线路施工期间列车以35km/h的速度通过施工区段，保证地铁线路的正常运行。按照轨枕“隔五拔一”的施工顺序把旧的弹性短轨枕取出，更换新的普通短轨枕，内部植入钢筋后用灌浆料浇注固定，灌浆料达到强度后恢复线路正常运营。具体施工如下：

第一步：施工准备

施工前对施工段的线路几何尺寸进行整体调整，对线路的轨向进行检查，线路目视顺直，符合线路验收标准，曲线方向圆顺，曲线正矢符合作业验收标准。曲线始、终端不得有反弯或“鹅头”，对线路的曲线正矢进行检查记录。确保线路高低、水平、轨向等参数符合维修规程的相关要求。组织人员进行培训，技术交底，工器具、材料的准备，施工前确认现场水电问题，及材料的码放位置，确保其他专业设备的安全。对检验合格的混凝土轨枕进行钢筋网片加工，与混凝土轨枕预留钢筋焊接为一体，增加连接强度。

第二步：取原弹性短轨枕

将当日施工段前后各延伸20m左右的扣件松开（需更换的轨枕扣件除外），另一股钢轨对应区段保持不变。采用多台起道机将施工段内的钢轨（待更换的轨枕）整体抬升，抬升高度在200mm左右并固定稳。钢轨抬升之前需要做好轨道防护措施，确保钢轨起升后能回到原位，不因起道而发生胀轨，作业范围内轨温控制在锁定轨温范围内。需要更换的短轨枕整体直接从槽内抬起。松开需要更换弹性短轨枕的弹条，拆除弹性短轨枕的扣件，取出旧轨枕及扣件，内、外侧轨距块分开放置，保证装回轨距块时内外不变。取出原弹性短轨枕套靴。

第三步：轨枕安装、植入钢筋

对轨枕坑内壁及底板进行凿毛并清理干净，保证灌浆料与轨枕坑之间的粘接强度，浇筑前将轨枕及轨枕坑用适量水润湿。

将提前准备好的新混凝土短轨枕放置于轨枕坑内，调节位置居于轨枕坑中间，检查确认轨距、轨高、轨底坡等满足线路大修的标准，在新的短轨枕上安装GJ-III型减振扣件和配套耦合垫板，拧紧螺栓系统，并且安装弹条，在更换部位轨枕底部植入钢筋。未更换扣件轨枕原位恢复。

以另外一股钢轨为基准，调整施工区段钢轨的轨道状态，及混凝土短轨枕位置，以满足线路几何尺寸要求，开通线路运营。

第四步：浇筑灌浆料

在前一个工作日已植入钢筋的轨枕坑位置检查轨道状态，确保轨道几何尺寸符合要求后，将已植入的钢筋与新轨枕下面的钢筋网焊接在一起，增加轨枕的抗拉拔力，焊接时对轨旁重要设备进行防护。焊接完成后对作业处的几何尺寸进行复核，防止因焊接施工对线路几何尺寸改变，无误后拆除拆除轨枕单元的GJ-III型减震扣件，拆除顺序为先拆锚固系统，后拆弹条及轨下垫板，减少对轨枕位置的扰动。使新更换的短轨枕处在自由状态，即不受钢轨传递的荷载的状态。

按照试验确认的配合比准备灌浆料，从一侧连续向新轨枕与道床的缝隙处浇注灌浆料，直至另一侧有灌浆材料溢出为止，以利排除轨枕底与基础之间的空气，必要时设排气孔。使缝隙处填充满灌浆料，确保浆料达到密实填充。对灌注区进行养护，养护模具与钢轨底面留有一定的间隙。防止施工工装夹具等易造成钢轨电流泄漏，干扰信号设备。

第五步：线路恢复

更换完成后以另一股为基准恢复线路。调整线路的几何尺寸，检查线路状态，合格后销点开通线路。两股均更换完毕后，按照《铁路线路维修规则》等的标准调整线路，使线路处于良好状态。

第六步：防水施工

在养护期满后，依次对养护模具拆除。对灌浆料表面及与道床，轨枕接缝外30mm范围内进行清洁，涂抹厚1.2mm的聚合物水泥防水砂浆。

第七步：旧料回收

将更换下来的废旧轨枕及施工垃圾进行清理运出隧道。

采用日常维护保养措施来整治弹性短轨枕病害，但只能起到延缓作用，属于临时性措施，改变了地铁原有设计，不利于列车的运行，且日常维修保养不易。

5 结语

应用以上方法对广州地铁二号线公园前站-纪念堂站下行线进行弹性短轨枕改造施工顺利完成，经第三方进行减振监测，各项指标均与预期基本一致。经每月线网轨检数据显示该改造之后四次轨检均无二级超限出现，弹性短轨枕的快速改造费用低，在保证地铁线路安全运营、实现减振的同时，从根本上解决弹性短轨枕的病害，方便后期的维修保养。