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2009-08-14 10:31 【大 中 小】【打印】【我要糾錯】
我國城市軌道交通建設在改革開(kāi)放現代化進(jìn)程東風(fēng)的鼓舞下迅猛發(fā)展,日新月異。目前國內地鐵整體道床已廣泛采用短軌排法施工。短軌排法鋪軌主要有“換軌法”和“線(xiàn)上焊軌法”兩種。鋼軌可采用工具軌也可采用正式標準軌。采用工具軌時(shí),需換鋪長(cháng)鋼軌,此法稱(chēng)為“換軌法”;采用標準軌時(shí),并在整體道床完成后,在線(xiàn)上直接焊接標準軌形成無(wú)縫線(xiàn)路的方法,稱(chēng)為“線(xiàn)上焊軌法”。南京地鐵施工,具有隧道內作業(yè)面小、作業(yè)條件差、線(xiàn)路曲線(xiàn)半徑小、線(xiàn)路坡度比較大,工期短、任務(wù)重等特點(diǎn),用以往的施工方法不能滿(mǎn)足需求。結合以往地鐵短軌排法施工的經(jīng)驗,借鑒高速鐵路長(cháng)軌排一次鋪設無(wú)縫線(xiàn)路的施工方法,在南京地鐵施工中開(kāi)發(fā)出“長(cháng)軌排法一次鋪設整體道床無(wú)縫線(xiàn)路施工工藝”(簡(jiǎn)稱(chēng)長(cháng)軌排法)。
1 施工方法
在鋪軌基地內設接觸焊焊軌場(chǎng),將5節25m的定尺鋼軌焊成125m的長(cháng)鋼軌。然后依據軌節表,將長(cháng)鋼軌、短軌枕、扣件和兩端帶鉸的長(cháng)鋼枕組成長(cháng)軌排。用8臺龍門(mén)吊將長(cháng)軌排吊裝到長(cháng)軌排運輸列車(chē)上,在列車(chē)中部的平板車(chē)上安裝具有縱、橫向限位的鋼軌固定支座,在其余平板車(chē)上左右股分別安裝有橫向限位容許縱向移動(dòng)的鋼軌活動(dòng)支座。
當長(cháng)軌排運輸到作業(yè)面附近后,由8臺鋪軌龍門(mén)吊將長(cháng)軌排同步吊起運送到已成型道床鋼軌接頭前端的活動(dòng)滾道上,采用小型氣壓焊機焊接連合接頭,經(jīng)正火、打磨和探傷檢測合格后,在軌排上安裝調軌支撐架,對軌道狀態(tài)進(jìn)行方向、水平、高低、軌距及正矢等方面的調整。再灌注混凝土支墩,將調整到位的軌排固定,最后灌注道床混凝土。當一個(gè)長(cháng)軌條區段(道岔與道岔之間或兩緩沖區之間)整體道床施工完畢后,若混凝土灌注時(shí)的軌溫不在設計鎖定范圍內,應放散應力,將鋼軌在設計鎖定軌溫下重新鎖定,完成整體道床和無(wú)縫線(xiàn)路施工。
2 施工中的關(guān)鍵技術(shù)
2.1 列車(chē)運輸短軌枕長(cháng)軌排通過(guò)小半徑曲線(xiàn)
25m長(cháng)的軌排在曲線(xiàn)上運輸時(shí),仍能維持直線(xiàn)狀態(tài),而125m長(cháng)的軌排通過(guò)曲線(xiàn)時(shí)必須隨線(xiàn)路的曲線(xiàn)半徑相應水平彎曲。而地鐵線(xiàn)路曲線(xiàn)多、半徑小,最小曲線(xiàn)半徑為300m,長(cháng)軌排是否能順利通過(guò)小半徑曲線(xiàn),成為“長(cháng)軌排法”成敗的關(guān)鍵。
長(cháng)軌枕長(cháng)軌排通過(guò)小半徑曲線(xiàn)時(shí)需要相當大的水平力,而軌道實(shí)際不能提供如此大的橫向水平力,所以長(cháng)軌枕長(cháng)軌排不能在小半徑曲線(xiàn)地鐵施工中采用。
短軌枕軌排是通過(guò)臨時(shí)長(cháng)鋼枕與鋼軌形成軌道框架的,如果長(cháng)鋼枕與鋼軌是鉸接,軌排彎曲時(shí),鋼枕與鋼軌之間為理想鉸,其夾角可隨之自由調整,則鋼枕不會(huì )對鋼軌施加軸向力,外軌與內軌可自由伸長(cháng)和縮短,而仍維持原長(cháng)度,則軌排的慣性矩為:
I軌排=2I軌=2×524=1048cm4。
對于由兩端帶鉸的長(cháng)鋼枕組成的短軌枕長(cháng)軌排,鋼枕間距為6.25m~7.5m,并考慮鉸接處的摩擦力矩和活動(dòng)鋼軌支座的摩擦力,軌排的慣性矩可取I軌排=1.5×2I軌=1.5×1048=1572cm4。
故短軌枕長(cháng)軌排在小半徑曲線(xiàn)R=300m處,其所需的彎矩為:M=EI/R=2.1×105×1572×104/300×103=11.00×106Nmm=11.00kNm。
長(cháng)軌排運輸列車(chē)位于曲線(xiàn)上時(shí),軌排所需的彎矩由2節平板車(chē)中部鋼軌支座的橫向反力組成的力偶提供的。由于列車(chē)采用10輛車(chē)長(cháng)12.5m,限載16t的4軸平板車(chē)連掛而成,故鋼軌支座所受的橫向反力F支=11.00/12.5=0.88kN,每個(gè)車(chē)輪作用在走行軌上的橫向反力為:F輪=0.88/4=0.22kN,遠小于單個(gè)鋼軌扣件所允許的橫向力(40kN),故長(cháng)軌排運輸是安全的。
在曲線(xiàn)上用8臺鋪軌龍門(mén)吊機組吊運長(cháng)軌排時(shí),軌排所需的彎矩由2臺龍門(mén)吊索的水平分力組成的力偶提供。
由于短軌枕長(cháng)軌排是由兩端帶鉸的長(cháng)鋼枕連接而成,在曲線(xiàn)上運輸時(shí)外軌與內軌仍維持原長(cháng)度,當列車(chē)中間的平板車(chē)上安裝具有縱、橫向限位功能的固定支座將鋼軌固定后,軌排前后兩端的外軌相對于平板車(chē)將向內縮進(jìn),內軌相對于平板車(chē)將向外伸出,其最大竄動(dòng)量Δ=SL/4R=1.5×125/4×300=0.156m=156mm。因此在其余的平板車(chē)上應安裝僅有橫向限位、容許縱向移動(dòng)的左右股分別設置的鋼軌活動(dòng)支座;顒(dòng)支座縱向移動(dòng)由兩部分構成,上托棍和下部移動(dòng)小車(chē),上托棍的移動(dòng)解決兩軌枕間的移動(dòng)距離,下部移動(dòng)小車(chē)解決超出軌枕間距時(shí)的串動(dòng)量。該活動(dòng)支座以確保列車(chē)進(jìn)入曲線(xiàn)時(shí),長(cháng)軌排中間固定,左右股鋼軌可前后自由竄動(dòng)的狀態(tài)。
2.2 長(cháng)軌排運輸列車(chē)在長(cháng)大坡道上運行
由各類(lèi)短枕和扣件組成的125m長(cháng)軌排,重量達65t~75t,在大坡道上運輸時(shí),對機車(chē)的牽引力需求較高。機車(chē)的牽引力除取決于發(fā)動(dòng)機的功率外,還受動(dòng)輪和鋼軌間的粘著(zhù)力的限制。機車(chē)牽引力越大,機車(chē)的軸重也越大,這又受地鐵或輕軌高架線(xiàn)橋梁設計軸重的制約,限制了機車(chē)的選擇范圍。機車(chē)所能牽引的重量由貨物的重量和車(chē)輛自重組成,軌排重量?jì)H為0.52t/m~0.6t/m,對車(chē)輛載重量要求較低,采用輕型平板車(chē)是解決這一問(wèn)題的關(guān)鍵,故應設計和制造適合于地鐵施工運輸的專(zhuān)用平板車(chē)。平板車(chē)可采用鐵路貨車(chē)制動(dòng)系統的四軸車(chē),車(chē)長(cháng)12.5m,車(chē)寬2.3m,自重8t,額定載重量16t。
2.3 鋪軌龍門(mén)吊機組吊運長(cháng)軌排時(shí)的機組同步運行
當長(cháng)軌排運送到作業(yè)面后,由具有同步起吊和同步行走功能的8臺鋪軌龍門(mén)吊將長(cháng)軌排吊起運送到安裝位置。龍門(mén)吊采用了變頻電機和PLC芯片可編程控制器。龍門(mén)吊控制系統具有設計巧妙、操作轉換靈活、走行調速平穩、聯(lián)動(dòng)控制同步性好、8臺龍門(mén)吊中可任意臺數組合連接控制、現場(chǎng)使用方便等特點(diǎn)。
2.4 長(cháng)軌排鋼軌聯(lián)合接頭的氣壓焊接
“長(cháng)軌排法”的鋼軌聯(lián)合接頭的焊接安排在整體道床施工前進(jìn)行,并與整體道床各工序形成流水作業(yè)。焊軌時(shí)長(cháng)鋼軌上吊掛著(zhù)短枕及扣件,其重量約為長(cháng)鋼軌重的4倍~5倍,增加了氣壓焊頂鍛時(shí)的阻力。為了確保聯(lián)合接頭的焊接質(zhì)量,除嚴格按氣壓焊接工藝施焊外,還應采用如下措施:
1)在焊接接頭15m范圍內,每隔3m設一滾軸支架,形成臨時(shí)滾道線(xiàn),確保鋼軌在焊接接頭附近保持一直線(xiàn),同時(shí)也減少頂鍛時(shí)軌底的摩擦阻力。
2)在15m范圍外,軌排仍懸吊在鋪軌龍門(mén)吊機組上,且門(mén)吊偏離吊點(diǎn)約5cm~10cm。焊接頂鍛時(shí),吊索的水平分力有助于克服軌底的阻力。
2.5 無(wú)縫線(xiàn)路的鎖定
“長(cháng)軌排法”道床混凝土灌注時(shí),當混凝土對短軌枕的阻力大于鋼軌扣件的縱向阻力時(shí),實(shí)際上已對長(cháng)鋼軌進(jìn)行鎖定。因此必須記錄道床灌注時(shí)的軌溫,并設置鋼軌爬行觀(guān)察標志。當一個(gè)單元長(cháng)鋼軌區段整體道床施工完畢后,可根據施工實(shí)際情況,對該段長(cháng)鋼軌進(jìn)行鎖定。首先依據道床灌注時(shí)的軌溫記錄,比照設計鎖定軌溫制定實(shí)施方案。當該單元軌區段內道床灌注時(shí)的軌溫,均在設計鎖定軌溫要求范圍內,可視該段長(cháng)鋼軌已在設計鎖定軌溫時(shí)鎖定,不需要進(jìn)行鋼軌應力調整。當該單元軌區段內道床灌注時(shí)的軌溫,僅有局部超出設計鎖定軌溫范圍,可根據實(shí)施方案將不符合區段及兩側一定范圍內的扣件卸開(kāi),進(jìn)行鋼軌應力放散,滿(mǎn)足設計鎖定要求后,進(jìn)行鎖定。當該單元軌區段內道床灌注時(shí),如大部分區段的軌溫超出設計鎖定軌溫,則該區段應全部放散應力,重新在該段設計軌溫下進(jìn)行鎖定。
3 結語(yǔ)
實(shí)踐證明,短軌枕長(cháng)軌排整體道床施工方法具有對施工環(huán)境污染小、長(cháng)軌排運輸及鋼軌焊接對道床施工干擾小、施工工期短、鋼軌焊接質(zhì)量有保證、焊接接頭不會(huì )置于軌枕上、曲線(xiàn)線(xiàn)路圓順等技術(shù)特點(diǎn),是對城市地鐵和軌道交通施工的一項變革,具有廣闊的應用前景。
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