现代有轨电车曲线段槽型轨施工及换轨技术探讨

2022-04-16仲晓晨季峥涛

现代城市轨道交通 2022年4期

仲晓晨，季峥涛，王强

（苏州高新有轨电车集团有限公司，江苏苏州 215000）

槽型轨在现代有轨电车（以下简称“有轨电车”）系统中被广泛的使用，轨道采用埋入式，通常为免维护，偶尔进行钢轨打磨，以提高轨道的使用性能。此种轨道型式在我国的应用时间相对较短，目前的维护保养均参照国铁、地铁标准进行。虽然成段更换钢轨不会在运营初期出现，但是一旦出现，运营单位应有相应的应对措施。此种轨道结构形式更换钢轨的案例目前并不多见，如何能够有效的解决此种问题，值得我们思考。

1 有轨电车槽型轨道应用状况

1.1 应用情况

有轨电车线路目前在城市中多以地面敷设为主，其正线轨道系统多为埋入式轨道，整体施工完成以后，其轨道标高与城市道路沥青路面基本一致。用于混行道路时，轨道与行车路面有较好的衔接，可改善机动车的行车条件和行车的平稳性；槽型轨道在钢轨上设置轮缘槽，可最大限度实现绿化覆盖，景观效果良好；其简化了轨道结构，可加快施工速度；小半径曲线、平交道路转弯处（半径只有30～40 m）槽型轨能起到护轨的作用，防止车辆独立轮脱轨，同时也可以减小钢轨磨耗。

1.2 影响运营的常见病害

1.2.1 钢轨病害

钢轨伤损是有轨电车比较突出的问题，其与行车安全、运输成本、钢材选用和设计制造都有着密切的关系。钢轨的生命周期如图1所示。钢轨伤损根据程度可分为轻伤、轻伤在发展、重伤和断轨，常见钢轨病害有以下4类。

图1 钢轨生命周期图

（1）磨耗。随着线路增多，运输量增大，运行速度提高，轮轨之间相互作用力也随之增加，轨道磨耗程度也因此加深，加之有轨电车线路曲线半径小、坡度大、车辆启制动频繁，导致该问题在运营中更加严峻。在电车运行时，轮轨之间的接触产生导向力，若接触点上的压应力大于钢轨材质的塑性强度时，接触点将产生塑性形变，逐渐形成一个垂直于力的平面，由于轮缘半径小于该平面半径，因此在该接触点上两者会发生相对位移，塑性形变和弹性形变之间的过渡区将产生裂纹，凸出点发生断裂形成凹坑，凹坑变成凸点，如此反复，就形成了槽型轨的磨耗。

（2）接头焊缝病害。槽型轨接头焊缝是线路中的薄弱环节，在施工过程中若不严格执行工艺要求，焊缝内极易产生夹渣、气孔、疏松、缩孔及未焊透等伤损，造成强度下降，在电车轮对重复荷载与无缝轨道温度力影响下易发生断轨情况。除此以外，若焊缝未打磨平顺，电车通过时将产生振动，加速轨道状态的变化，逐渐发展为病害，后续进一步加剧电车对轨道的破坏作用，互为因果，加快病害发展速度。

（3）肥边。由于运量增大、几何尺寸不良，钢轨受力发生变化，当其接触位置压应力超过其材质的塑性强度时，钢轨表面就会产生塑性形变，从而出现钢轨肥边，造成两轨中心距缩小，产生夹轨距现象，加剧轮轨之间的摩擦，当肥边较严重时，甚至会导致列车脱轨。

（4）波磨。有轨电车波磨主要出现在小半径曲线，关于形成机理，目前包含有自激振动理论（轮轨系统的固有特性使两者产生自激振动引发波磨）、反馈振动理论（重复荷载下不平顺引起的振动导致更剧烈的不平顺）、接触疲劳理论（运量持续增长导致轨顶出现裂缝发展为掉块和裂纹，引发波磨）。由于不同因素影响和复杂的轮轨关系，仍未有一种广泛认同的理论来解释。对于波磨问题，若不加强管理，将导致钢轨使用寿命缩短，连接部件损坏率上升，运营安全和质量下降。

以上这些均可能使钢轨无法满足其设计使用年限要求，而目前公开资料中鲜有槽型轨更换的案例可供借鉴，运营单位应引起足够的重视。

1.2.2 几何形位不平顺

轨道不平顺是指轨道的几何形状、尺寸和空间位置相对其正常状态的偏差。轨道作为行车的基础设施，直接承受有轨电车车辆传来的压力、冲击和振动，采用混合路权的线路轨道还承受其他车辆的作用。轨距扩大、轨向错动、线路不均匀沉降等会导致有轨电车线路轨道在空间位置上发生改变。

1.2.3 平交道口沥青路面破损

有轨电车沿线路口较多，车辆在这些区域频繁制动、转向，使沥青路面结构层的剪应力超过其材料的抗剪强度，导致出现裂缝；车辆来回的碾压使其产生剪切疲劳，塑性变形不断积累直至结构破坏；在小半径曲线道口处，为保证市政路面坡度正常，轨道设置的超高较小，导致轨道所受横向力增大，钢轨边缘处沥青所受水平方向压应力增大，若超过抗压强度则将出现开裂；在来回车辆碾压的情况下，裂缝由于应力集中、风化等因素将逐渐扩大，形成坑槽，影响沥青路面的美观与实际使用效果。平交道口沥青破损如图2所示。

图2 平交道口沥青破损

2 槽型轨轨道结构

基于有轨电车在城市中运行的基本要求，整体道床结构是目前正线道床结构的优先选择型式。整体道床具有结构稳定、外观整洁、养护维修量小、下部基础变形小的特点。但是不容忽视的是城市轨道交通运营时间长，养护维修只能利用夜间停运时间，时间较短，维修较困难。

通过后期的绿化铺装和沥青混凝土面层的施工，达到与市政道路平稳衔接的景观效果。枕木、扣件等埋入市政道路，使整个轨道嵌入市政道路，相较于其他无砟轨道型式整个施工过程工序更为复杂。正线槽型轨轨道结构断面如图3所示。

图3 正线槽型轨轨道结构断面图（单位：mm）

3 槽型轨轨道施工技术

正线线路受城市既有设施的限制，会出现较小的曲线转弯半径，转弯半径通常在150 m以下，以60R2型槽型轨为例，钢轨高180 mm，轨底宽180 mm，钢轨重60 kg/m。与直线段施工相比，曲线段工艺更为复杂，曲线段施工是施工过程中控制的难点。正线曲线段槽型轨施工技术如下。

（1）钢轨弯曲。需采用液压直轨器与人工弯曲相结合的方法实现钢轨弯曲，钢轨弯曲到规定半径后再进行轨排架设。液压直轨器在首次使用前，需进行弯轨试验以掌握各项弯轨参数，确保正线施工顺利进行。开始弯轨时应先测量钢轨的回弹量，即先将需要弯曲的点顶到要求的正矢，松开弯轨器，钢轨回弹后，测量弯曲后的正矢，若未达到要求正矢，则可以加大弯曲正矢，反复几次后，记录下回弹后可达到要求正矢的顶断量。在整个弯轨过程中要不断对钢轨正矢进行测量并根据实际的正矢对顶断量及时调整。

（2）钢轨弯曲完成后，对每根钢轨进行编号，标明钢轨、直圆点、圆直点、曲线半径、曲线长度等要素。当钢轨达到设计状态后再利用斜撑杆进行轨道状态固定。轨排初步就位后，按照线路基标，在采用道尺、通过基标对轨道状态进行精调后，用轨检小车对轨道状态进行复测并进行修正。

（3）各项准备工作完成后，开始浇筑道床混凝土。到达龄期后检测混凝土是否合格，若合格则开始阻尼材料铺装，道路沥青混凝土面层施工，最后在轨道与市政道路衔接处灌注轨头密封胶达到平顺衔接效果，完成整个正线槽型轨轨道系统施工。

4 槽型轨换轨技术

4.1 换轨预弯及应力放散

（1）采用在厂家预弯方法，25 m标准槽型轨预弯成约40 m或更小半径后，将给运输带来极大困难，现场预弯将加大运营维护部门的工作难度和延长其工作时间。预弯后还需对新钢轨进行小方向检查，看有无硬弯，硬弯较严重时，应当先用直轨器进行整治，确保新槽型轨断面尺寸和类型符合要求。

（2）小半径曲线槽型轨在通过人工辅以机械强制弯曲后会存在较大反弹力，该反弹应力为较大安全风险源，若不及时将应力分散将会对施工人员及路边行人造成人身伤害，应采用钢轨直轨器对钢轨应力进行分散。

（3）测量新换入的钢轨及连接处与既有钢轨的高度，以及轨头的磨耗情况，若相差较大应打磨平顺。

4.2 换轨施工组织

（1）区别于一般无砟轨道结构，有轨电车埋入式槽型轨轨道系统还涉及到市政道路系统。无论是拆除旧轨道前的破除面层，还是更换后还原路面均需要备有专业的工器具、物料；要与市政道路交通管理部门做好沟通协调和采取相应的交通导行措施；组织层需要做到合理安排隧道组织。

（2）在不影响正常运营的情况下，维护部门的有效工作时间约5 h左右，为保证能够在有限的时间内完成钢轨的更换，需要做好整体应急组织。

5 有轨电车槽型轨检修建议

（1）有轨电车及槽型轨在我国应用还处于开始阶段，多数线路目前运营状态良好，仅有极少数线路进行过改换和更换。目前具备成熟更换经验的单位不多，也无更换作业的统一流程，应该尽快制定符合企业自身的预案，规范各项作业流程。

（2）专业人才不足导致此项工作开展较为困难。在有条件的情况下，运营保障部门应提前介入前期施工，对槽型轨的弯制方法、铝热焊接技术、施工的重难点事项充分掌握，培养专业人才，形成独立保障能力。

（3）换轨施工是一项复杂的系统工程，由于是在运营线路施工，现场涉及其他专业较多，除轨道专业外还有市政、信号、调度、接触网、变电等部门及专业。除此之外，有轨电车还要涉及到市政道路交通管理部门，因此相互配合、协调沟通工作至关重要。

（4）运营单位应组织相关部门开展演练，通过演练查找预案中存在的问题，进而完善预案，提高预案的实用性和可操作性；检查换轨所需的应急队伍、物资、装备、技术等方面的准备情况，发现不足及时予以调整补充，做好应急准备工作；增强保障队伍对应急预案的熟悉程度，提高应急处置能力；进一步明确相关单位和人员的职责任务，理顺工作关系，完善应急机制。