地铁高架桥钢轨伸缩调节器病害及整治方法

李冕梧

（深圳市地铁集团有限公司运营总部，广东 深圳 518000）

深圳地铁二期工程在高架段的连续刚构梁上铺设了单向钢轨伸缩调节器，经过一年多的运营使用，伸缩调节器出现了严重的病害，对行车安全构成威胁。通过一年多对钢轨伸缩调节器病害整治方法的试验和全面实施，目前病害已得到消除，整治效果良好。

1 主要病害

1.1 轨撑铁垫板移位

伸缩调节器尖轨跟端3块带有轨腰横向螺栓的轨撑铁垫板沿着线路纵向方向发生位移，最大位移量达到±22mm，位移方向与桥梁伸缩方向相反，如图1所示。

1.2 轨撑铁垫板立螺栓及螺纹道钉拉弯失效

在铁垫板位移受力作用下，立螺栓和螺纹道钉被拉弯并失效，失去扣压力，如图2所示。

1.3 轨枕开裂、钉孔腐朽

合成树脂轨枕在铁垫板位移受力作用下，钉孔位置开裂、钉孔出现腐朽，失去持钉作用，轨道框架不稳，如图3所示。

2 病害原因分析及整治思路

2.1 病害原因分析

钢轨伸缩调节器采用尖轨固定不动，基本轨相对伸缩的形式。针对病害情况对全线所有钢轨伸缩调节器进行调查分析，发现病害原因为：施工时将固定不动的尖轨跨梁缝铺设，桥梁的伸缩带动尖轨发生位移，从而使固定尖轨的铁垫板及螺栓反方向受力，最终导致出现上述病害。

2.2 整治思路

想彻底整治钢轨伸缩调节器病害，只有将整组伸缩调节器移位到梁缝的一端（即连续刚构梁上），避免尖轨跨梁缝铺设，使尖轨不受桥梁伸缩的影响。在运营线路上、在不影响正常运营的前提下，实施这种整治方案施工难度极大、安全风险极高，几乎不可能实现。

因此，在安全可控的前提下，改变尖轨“固定不动”为“可动”的工作原理，让尖轨随着桥梁的伸缩可在一定范围内同步伸缩，使温度力得到释放和控制，从而减少轨枕、螺栓受剪力作用，最终达到各扣配件作用良好、轨道几何形位符合技术要求、列车安全平稳运行的目的，是病害的整治思路。

图1

图2

2.3 具体做法

对尖轨跟端3块带有轨腰螺栓、起到固定尖轨作用的轨撑（型号60-107）进行改造，将水平方向的2个螺栓孔位进行开槽处理，变为一个长形孔，开槽尺寸为30mm*150mm，目的在于当桥梁热胀冷缩带动尖轨时，使尖轨有一定量的伸缩位移，释放温度力，保护各部件不受破坏，如图4所示。

3 整治措施可行性论证

3.1 尖轨伸缩（位移）条件下，影响尖轨非工作边与基本轨工作边之间靠贴的理论分析。

（1）根据“无缝线路在线监测装置”一年多时间所测得的轨温变化、钢轨爬行量、温度应力等数据，分析得出钢轨伸缩调节器尖轨在一年当中最大的相对位移量为71mm。

（2）伸缩调节器尖轨与基本轨之间的靠贴，采用的是圆曲线的方式，基本轨预弯成半径R=300m的曲线，尖轨的非工作边刨切成R=300m的曲线型，与基本轨的工作边相对应。

（3）伸缩调节器在正常状态下，采用的是尖轨不动，基本轨相对伸缩的方式，尖轨理论尖端的位置与基本轨预弯的R=300m圆曲线相切，从而保证了在基本轨伸缩的情况下，尖轨的非工作边与基本轨内侧保持在靠贴的状态。

（4）实际上，现场伸缩调节器的工作状态是：理论上应该保持不动的尖轨发生了位移，即尖轨理论尖端在位移，不在切点的位置上，距离切点最大的位移量为71/2=35.5mm。

（5）尖轨发生位移后，尖轨非工作边与基本轨内侧会产生缝隙，导致轨距发生变化或尖轨与基本轨不密贴。理论上产生的缝隙大小为：

X—尖轨的位移量；

Y—尖轨尖到圆心的距离；

δ—尖轨与基本轨不密贴的量；

R—基本轨圆曲线半径为300m。

取切点位移35.5mm，即x=35.5进行计算，根据勾股定理，得出尖轨与基本轨不密贴（或轨距变化量）δ值为：

取切点最大位移71mm，即x=71进行计算，根据勾股定理，得出尖轨与基本轨不密贴（或轨距变化量）δ值为：

按最不利条件，取切点最大位移100mm，即x=100进行计算，根据勾股定理，得出尖轨与基本轨不密贴（或轨距变化量）δ值为：

即尖轨在位移的条件下，尖轨非工作边与基本轨不密贴或轨距产生变化的范围为0.002mm~0.02mm。由于伸缩调节器本身设置了导向轨撑，故可以忽略不计。

（6）结论：根据《铁路线路修理规则》第3.9.7条之规定，允许尖轨尖端与基本轨不靠贴不大于1mm。故认为尖轨尖端与基本轨产生0.002mm~0.02mm的缝隙不会对设备的稳定和行车安全造成影响。

3.2 伸缩调节器上的配件（轨撑60-107），开槽处理后对伸缩调节器轨道结构产生的影响分析。

（1）改造后轨撑可提供的位移量。

伸缩调节器上的配件（轨撑60-107）两垂直地脚螺栓的中心距离为80mm，改造后开槽尺寸为150mm，可提供的最大位移量为：1 5 0 m m-80mm=70mm，与目前伸缩调节器尖轨的最大实际位移量71mm基本相等。

（2）对伸缩调节器轨道结构产生的影响。

轨撑60-107的主要作用是防止尖轨的倾覆、扭转和纵横向的移动，增加尖轨的稳定性。

不利方面：

（a）开槽削弱了轨撑本身的强度，需制作加宽加厚型轨撑，以解决轨撑强度问题。

（b）当螺纹道钉处在长形孔的中间位置时，螺纹道钉与铁垫板的接触面由“弧面”变为“切线点”接触，受力面积减少，剪应力加大。为保证螺纹道钉不易折断，强度需达到10.9级。

（c）铁垫板开槽为长形孔后，对防止尖轨纵向移动的作用消失，但由于伸缩调节器构造上存在尖轨尖端处断开，通过上面的计算得出尖轨出现0.002mm~0.02mm的缝隙是安全的。

有利方面：

（a）由于轨撑没有取消，开槽的方向与线路中心线的方向平行，即对防止尖轨的倾覆、扭转和横向移动不会产生不利影响。

（b）消灭了由于尖轨伸缩原因产生的轨枕开裂、螺纹道钉的扣压能力消失现象，保证螺纹道钉、垂直螺栓作用正常、轨枕不再继续腐朽，有利于保证尖轨的轨距、扣件的竖向扣压力，保持轨道的几何形位和钢轨抗扭转的能力。

4 现场试验和整治效果

4.1 试验结果

2013年8月份，采用本方法对其中一组伸缩调节器进行了试验性处理，通过15个月的观察，处理后的钢轨伸缩调节器螺纹道钉作用正常、轨撑（60-107）两垂直地脚螺栓的扣压作用正常、合成树脂轨枕没有开裂，伸缩调节器范围内的轨道几何形位符合标准，尖轨非工作边与基本轨的靠贴作用正常，达到了病害处理的目的。

图3

图4

图5 监测点3下行钢轨爬行量

图6

4.2 整治效果

2014年11月，对全线伸缩调节器采用本方法全面进行整治，截止发稿之日，伸缩调节器没再出现之前的病害，设备状态稳定，整治效果良好。

结语

实践证明，采用改造轨撑整治伸缩调节器病害的方法是可行的，在保证设备安全和行车安全的前提下，大大减低施工难度和安全风险，同时大大节约施工成本。本方法对钢轨伸缩调节器类似病害的整治有借鉴作用。

[1]徐建明.地铁钢轨伸缩调节器的维护与优化设计[J].技术与市场， 2013（06）：117-118.