京九线成段更换轨枕设计及施工探讨

黄 兵 中国铁路上海局集团有限公司工务处

京九铁路位于京沪、京广两大干线之间，是我国第五条南北铁路干线，北起北京西站，南至深圳，连接香港九龙，整条线路跨越京、津、冀、鲁、豫、皖、鄂、赣、粤、港等9个省级行政区的103个市县，是我国南北方向的一条重要铁路通道，建成以来分担了大量的南北运量，使我国铁路网南北客货运输能力大幅度增加。随着运量的不断增加和列车速度的提高，对于线路设备状态的要求越来越高，路局管内京九线既有轨枕多为老Ⅱ型混凝土枕，与京九线160km/h设计速度不匹配，按照《铁路线路修理规则》的规定：允许速度大于120 km/h的线路应铺设Ⅲ型混凝土枕，既有Ⅱ型混凝土枕应逐步更换为Ⅲ型混凝土枕。近年来路局投入了大量资金对既有Ⅱ型混凝土枕地段进行成段更换为Ⅲ型混凝土枕。本文以京九线下行K871+230～K899+977成段更换Ⅲ型混凝土枕为例，对京九线利用大修列车成段更换轨枕设计及施工进行探讨。

1 既有线路概况

京九线下行K871+230～K899+977成段更换轨枕，自京九下行线三塔镇N2＃道岔岔首开始，经过阜南站，止于阜南至淮滨区间K899+977处；途经线路车间1个(阜阳线路车间)，工区2个(三塔镇、阜南线路工区)；既有线路钢轨为P60跨区间无缝线路，电气化线路；桥梁24座，其中带护轨桥梁4座（1座已更换为新Ⅲ型桥枕）；曲线14处，Rmin=1500m，Rmax=4000m；碎石道床，道床顶宽3.4m，碴肩堆高0.15m，边坡坡度1：1.75；施工范围内红外线设备2处（K890+071、K871+365）；施工范围内轨枕以Ⅱ型混凝土枕为主，道岔前后有少量Ⅲb型混凝土枕，桥梁区段为Ⅱ型或新Ⅲ型混凝土桥枕，Ⅱ型混凝土枕地段轨枕配置为1 760根/km，Ⅲb、新Ⅲ型混凝土桥枕地段轨枕配置为1 667根/km，扣件为Ⅰ型或Ⅱ型弹条扣件。

2 线路纵断面设计

（1）经过前期对京九线下行K871+230～K899+977成段更换轨枕地段大修设计外业调查，发现京九线下行685#、686#、687#、688#桥轨下枕底石碴厚度均小于20 cm，不满足大修列车作业的要求（轨下枕底碴厚不低于20 cm），同时也不满足《铁路线路修理规则》中关于有碴桥上枕底道床厚度不低于25 cm的规定。

（2）为了使既有线路条件满足大修列车换枕施工的要求，在编制本次换枕施工设计预算时同步进行线路纵断面拉坡设计。拉坡设计如图1所示。

图1 拉坡设计图

（3）设计采取线路抬道的方式，结合线路既有坡度，对京九线下行K880+350～K883+250地段线路进行拉坡设计，拉坡设计前联系供电部门现场交底，现场确认需要抬道的地点，接触网导高允许调整量，最后确定此段线路纵断面拉坡设计方案。既有及设计后线路纵断面部分数据如表1所示。

表1 既有及设计后线路纵断面部分数据

3 大修列车换枕施工时龙门轨设置

3.1 大修列车换枕作业流程

封锁开始后换枕地段扣件隔一卸五、前龙门口线上钢轨锯断→大修列车对位从前龙门口切入线路→大修列车换枕作业、同步松卸保留的扣件、大修列车尾部人工摆放、紧固扣件→切割后龙门口钢轨、大修列车切出线路→扣件紧固完毕进行大机配碴、捣固、稳定作业→大修列车返回车站、开通线路。

3.2 龙门轨设置

（1）大修列车在换枕前龙门口切入线路时，由于线上钢轨锯开后长轨条收缩以及钢轨被抬起后产生挠度，造成前龙门口钢轨出现空头，在换枕过程中抬起的挠度随大修列车的行进向后龙门口移动，在后龙门口形成钢轨塔头。为了消除前门口处的钢轨空头，将锯开后的钢轨用夹板连接在一起，需要提前准备1对临时龙门轨，待大修列车全部让出前龙门口的位置后，测量空头长度，再根据提前准备的临时龙门轨长度进行现场配轨，将线上钢轨锯下，换上临时龙门轨，两端打孔安装夹板。后龙门处将钢轨搭头锯下，打孔安装夹板，不用更换钢轨。

（2）京九线下行K871+230～K899+977成段更换轨枕工程计划换枕28.7km，按照目前大修列车换枕的平均日进度500m计算，完成本次换枕任务需要58d。如果给每处前龙门准备1对临时龙门轨（按1根25m/处计算），需要25 m钢轨58根，再算上龙门口钢轨切开处后期插轨焊复用的钢轨，共计需要25 m钢轨116根。使用这么多的钢轨，运输工作量太大，同时也会产生很多非标长度的短钢轨，不能再次使用到线路上，造成钢轨严重浪费。

（3）从节约钢轨、减少钢轨损耗考虑，在施工开始前提前准备好一组固定长度的临时龙门轨，建议采用4对钢轨为一组，并以（3～4）d换枕施工为一个周期，即从第3/4 d换枕施工开始，安排已完成换枕地段插轨焊复工作，将更换下来的临时龙门轨依次用在次日换枕前龙门口处，插轨焊复按照换枕作业方向从换枕施工起点开始每天安排一处。按此方法施工，4对临时龙门轨便可以满足整个换枕施工期间过渡龙门轨设置的需要。插轨焊接用钢轨设计按照每4处龙门口列1根25 m无孔新钢轨，另外3处龙门口利用换枕时从线路上锯下来的钢轨进行插轨焊接（有条件的情况下插轨焊复线路与应力放散同步进行）。采用此种方式施工，除了准备一组固定长度的临时龙门轨外，只需使用15根25m钢轨就可以满足插轨焊复线路的需要。临时龙门轨和插焊钢轨使用如图2所示。

图2 临时龙门轨和插焊钢轨使用示意图

4 应力放散

（1）京九线大修施工主要安排在每年的“集中修”期间实施，根据换枕施工计划安排，大修列车换枕通常在自然轨温37℃以下时段进行由于换枕施工过程中扣件全部拆除，长轨条处于自由伸缩状态，换枕后线路的实际锁定轨温已发生较大变化。为了准确掌握换枕后线路的实际锁定轨温，在已换枕地段线路复捣、道床整形、线路稳定作业完毕后，利用封锁天窗对已换枕地段进行应力放散，并重新锁定线路，确定实际锁定轨温在设计锁定轨温范围内，实际锁定轨温通常按照33℃控制，根据放散伸缩量计算公式：

式中α—钢轨线性膨胀系数，α=11.8×10-6/℃；

△t—设计锁定轨温与放散时实测轨温差；

L—放散长度；

△L—放散拉伸量。

以放散时实测钢轨轨温23℃、放散长度500 m为例，经过计算当日放散地段拉伸量△L为59 mm。

（2）为使重新锁定的轨温均匀、准确，可采用滚筒结合拉伸配合撞轨法进行应力放散。即松开全部扣件后在轨底垫置滚筒，滚筒的设置位置及数量以保证钢轨底部不拖底为宜，并根据长轨条的长度适当设置撞轨点，配合撞轨释放轨条应力，使钢轨趋于零应力状态，放散时应每隔（50～100）m设一位移观测点，观测长轨条位移情况。应力放散后应按实际锁定轨温及时修改有关技术资料和位移观测桩标记。

5 结论及建议

（1）有碴桥地段是成段更换轨枕设计和施工的重点，尤其是轨下枕底碴厚直接影响到大修列车能否进行换枕施工，因此施工前期对道床深度的调查必须准确，当遇到桥梁枕底碴厚不满足技术标准和施工条件时，应结合换枕施工设计同步进行线路纵断面设计，确保大修列车成段更换轨枕顺利施工，达到改善既有线路设备状态的目的。

（2）大修列车换枕时，在切入线路的前龙门口需更换钢轨以消灭“空头”，在换枕施工完成后又要插轨焊复线路，大量的钢轨使用后变成了非标轨，无法再次使用，造成了钢轨资源的严重浪费。通过优化换枕设计和施工组织，在大修列车切入的前龙门处循环利用一组固定长度的临时龙门轨，同时将线路上锯下的钢轨用来插轨焊复线路，这样既减少了钢轨使用的数量，又降低了钢轨的损耗。

（3）由于大修列车施工工序的特殊性，换枕时长轨条呈自由伸缩状态，紧扣件的工作是跟随大修列车换枕的作业进度同步进行的，持续的时间长，造成了长轨条内温度力不均匀，实际锁定轨温不能准确掌握，这直接关系到无缝线路的强度和稳定性。通过采用滚筒结合拉伸配合撞轨法进行应力放散，重新锁定线路，在设计锁定轨温范围内确定实际锁定轨温，不但强化了线路设备质量，而且确保了行车安全。