提高整体道床普通短轨枕螺栓扭矩合格率的途径及效果分析

刘耀强

摘要：长沙轨道交通2号线一期工程轨道工程2标，普通短轨枕数量为45478个，对应螺栓数量为90956个。螺栓的作用是连接扣件与轨枕。扭矩过大，会造成铁垫板下高弹垫板变形量过大、丧失弹性，降低减振功能，严重时可能会超过预埋尼龙套管的抗拔力造成轨枕的损坏；扭矩过小，则螺栓不能起到应有的固定作用。总之，过大过小的螺栓扭矩都会对列车的运行会产生一定影响。本文依据施工过程，结合设计文件，针对怎样提高普通短轨枕螺栓扭矩合格率就行研究，得到了切实可行的提高整体道床普通短轨枕螺栓扭矩合格率的方法。

Abstract： In the 2# of the first phase of Changsha Metro Line 2， the number of ordinary short sleepers is 45478， the number of corresponding bolts is 90956. The role of bolt is connecting fasteners and sleepers. If the torque is too large， the elastic plate deformation under the iron plate will also too large and reduce the elasticity and the damping function. In severe cases， it may exceed the pullout resistance of the embedded nylon sleeve and damage the sleepers. If the torque is too small， the bolt can not play its due role. In short， both the small and large bolt torque will affect the operation of the train. Based on the construction process， according to the design documents， this paper studies how to improve the qualified rate of bolt torque of the ordinary short sleepers. The method of improving the qualified rate of bolt torque of the ordinary short sleepers is obtained.

關键词：普通短轨枕；扣件螺栓；扭矩；合格率

Key words： ordinary short sleeper；fastening bolt；torsion；percent of pass

中图分类号：U213.3 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2017）09-0182-03

0 引言

目前城市轨道交通有地铁、轻轨、市郊铁路、有轨电车以及悬浮列车等多种类型，号称“城市交通的主动脉”。城市轨道交通已经成为占用土地和空间最少、运输能量最大、运行速度最快、环境污染最小、乘客最安全舒适的理想交通方式。随着城市化建设步伐的加快，中心城市不断在向周边辐射，轨道交通建设的紧迫性也在增加，各地建设城市轨道交通的热情日渐高涨。随着生产的发展和技术的进步，城市轨道交通道床主要采用整体道床，可以提高承载能力，使道床的下沉量比普通道床减小约90%，而且可使线路的纵向、横向阻力增加约0.7～4倍，排水性能也大大得到改善，具有防脏、防冻、不长草的特点。普通短轨枕为整体道床经常采用的一种轨枕形式。其扣配件对应螺栓扭矩必须合理设置，扭矩过大，会造成铁垫板下高弹垫板变形量过大、丧失弹性，降低减振功能，严重时可能会超过预埋尼龙套管的抗拔力造成轨枕的损坏；扭矩过小，则螺栓不能起到应有的固定作用，因此过大过小的螺栓扭矩都会对列车的运行会产生一定影响，所以必须根据线路线型、坡度等由设计确定螺栓扭矩。本文依据长沙轨道交通2号线一期工程轨道工程2标（普通短轨枕数量45478个，对应螺栓数量90956个）施工过程，结合设计文件，针对怎样提高普通短轨枕螺栓扭矩合格率就行研究，得到了切实可行的提高整体道床普通短轨枕螺栓扭矩合格率的方法。

1 可行性分析

1.1 现状分析

在以往的轨道施工完成后，都要对普通短轨枕螺栓扭矩进行测量，不合格的要进行二次复紧，确保螺栓扭矩在工程验收时候合格。同行业其他项目部普通短轨枕螺栓扭矩初始合格率如表1所示。

根据施工工艺，按照施工工序就本项目部现有的组装好的轨排螺栓扭矩进行抽样检测，并进行跟踪观察、测量。对扭矩在各工序中的合格率进行统计分析如表2所示。

根据现场抽样测量的5组轨排螺栓扭矩实测值，进行统计分析得到轨排在QC活动前螺栓扭矩合格率现状如下：①吊装前合格率为70.43%；②吊装过程扭矩损失13.07%；③运输过程扭矩损失11.05%；④最终浇筑完混凝土扭矩后合格率为61.34%。

1.2 理论分析

设计图纸对施工螺栓扭矩的要求：普通短轨枕螺栓扭矩为直线及曲线半径R≥800m地段为120～150N·m，曲线半径R﹤800m地段为150～200N·m。可见螺栓扭矩并不是一个固定值，只要最终螺栓扭矩在设计给定的范围内，均为合格，并且设计给定的这个范围比较大，比较容易控制。

1.3 可行性分析

上述可知：轨排组装时，普通短轨枕螺栓扭矩合格率较低为70.34%，并且在后续施工过程中螺栓扭矩产生了损失，其中产生较大损失的工序是轨排吊装和轨排运输，损失率分别为到13.07%与11.05%。因此只要控制好轨排组装时螺栓初始扭矩，并严格控制各工序扭矩损失就能确保目标的实现。

1.3.1 由设计可知螺栓扭矩在，直线及曲线半径R≥800m地段最大合格损失情况如图1所示。

最大合格损失量为：150N·m-120N·m=30N·m

最大合格损失率为：30N·m/150N·m=20%

1.3.2 螺栓扭矩在曲線半径R﹤800m地段最大合格损失情况如图2所示。

最大合格损失量为：200N·m-150N·m=50N·m。

最大合格损失率为：50N·m/200N·m=25%

由以上分析可知：如果采取措施在轨排钉联时把螺栓的初始扭矩控制为：直线及曲线半径R≥800m地段为150 N·m，曲线半径R﹤800m地段为200N·m。并且严格控制轨排吊装和轨排运输过程使这两个过程螺栓扭矩损失率都小于8%。便可以确保施工完成后，螺栓扭矩合格。计算如下：

①：150-150×8%-（150-150×8%）=126.96N·m，120<126.96<150。因此，扭矩在设计给定的范围内。

②：200-200×8%-（200-200×8%）=169.28N·m，150<169.28<200。因此，扭矩在设计给定的范围内。

即施工完成后螺栓的扭矩保持在直线及曲线半径R≥800m地段为120～150N·m之间，曲线半径R<800m地段为150～200N·m之间，均为合格。

2 扭矩不合格原因分析

根据收集的资料，进行充分的讨论，从“人、机、料、法、环”五个方面展开分析：得出扭矩不合格的原因主要有以下八个方面，并绘制了原因分析树图，如图3所示。

针对扭矩不合格末端原因进行要因追条确认，最终确定导致螺栓扭矩不合格的要因主要为：①轨道组装时：未设置固定初始扭矩值；②轨排吊装时：未在受力平衡点设置起吊点；③轨排运输时：轨道车通过曲线速度大，变速运行。

3 对策及实施效果分析

3.1 根据以上螺栓扭矩不合格原因分析及要因确认，采用头脑风暴法制定了以下对策，并进行评价、打分，结果如表3、表4所示。

3.2 对策实施一：根据制定的对策，需要在轨排组装时，对螺栓初始扭矩进行设定，并控制螺栓的初始扭矩。

轨排组装时螺栓的初始扭矩设定为：直线及曲线半径R≥800m地段轨排的初始扭矩150N·m，曲线半径R<800地段轨排的初始扭矩为200N·m。

采用对策一后对轨排进行初螺栓扭矩测量，本次测量具体方法是：每天对施工现场的2节轨排螺栓的初始扭矩测量，共持续测试5天，具体数据见表5。

效果分析：根据制定的措施，设定了螺栓扭矩初始值，分目标一实现。

3.3 对策实施二：针对25米轨排合理吊点进行理论计算，轨排平面图如图4所示。

根据轨排的受力情况，简化其受力，并绘制弯矩图如图5、图6所示。

由以上三公式及轨排长L=25m可求得：L1=5m L2= 15m，（近似值）即吊点距离轨排端点的距离为：5m。

对初始螺栓扭矩合格的5组轨排进行吊装过程螺栓扭矩跟踪测量：具体数据见表6。

效果分析：设置吊点后轨排吊装螺栓扭矩损失率小于预期的目标值，分目标实现。

3.4 对策实施三：由轨道车在曲线上运行的力学公式可知：轨道车运行产生的离心力F跟轨道车运行速度的平方成正比，跟所通过的曲线半径成反比，运行速度越大产生的离心力就越大，轨排就越不稳定，突破力平衡点后就会移动，对轨排上的螺栓就会产生震动使其扭矩损失。因此必须控制轨道车在曲线上的运行速度。如图7所示。

针对轨排运输线路的实际情况，规定轨道车运输轨排通过曲线时的速度为10km/h，并且要求匀速运行，不得随意变换速度。若超出范围及时调整。

4 结论

依据理论计算，过程措施实施控制，可以得出提高整体道床普通短轨枕螺栓扭矩合格率的方法主要为：①轨排组装时根据设计要求对螺栓初始扭矩设定，确保初始扭矩满足设计要求；②轨排吊装时，选择合理的吊点进行吊装；③轨排运输时，根据行驶线路情况控制轨道车通过曲线时的运行速度。经工程验收确定螺栓扭矩合格率得到大幅提升，为城市轨道交通安全高效运行提供保障。

参考文献：

[1]GB50299-1999，建设部，地下铁道工程施工及验收规范[S].

[2]TB10413-2003，铁道部，铁路轨道工程施工质量验收标准[S].

[3]GBT 19001-2008，质量管理体系要求[M].

[4]CG2HXI.S.2104.GD-01-02，李伟强.单趾弹条扣件设计图[S].