商合杭高铁芜湖长江公铁大桥钢轨伸缩调节器及梁端伸缩装置研究

张晓明

（京福铁路客运专线安徽有限责任公司，安徽合肥 230001）

1 概述

商合杭高铁芜湖长江公铁大桥主桥采用（98+238+588+224+84）m 双塔双索面高低塔钢桁梁斜拉桥，主桥全长1 232 m，采用有砟轨道，设计速度250 km/h。主桥北温度跨度为710.6 m，南岸温度跨度为617.1 m。主桥两端梁缝设计伸缩量1 060±550 mm。

为确保长钢轨在梁缝及其附近的连续支承，在芜湖长江大桥主桥两端每线各设置1 组时速250 km 有砟轨道调节器及伸缩装置一体化设备（简称梁缝一体化设备），共铺设4 组（见图1）。调节器尖轨布置在连续梁内、尖轨尖端朝向梁缝，基本轨跨越梁缝至引桥，调节器与两端区间长钢轨焊联，调节器附近长钢轨采用弹条Ⅴ型常阻力扣件。

2 调节器及伸缩装置结构设计

研发的具有自主知识产权的钢轨伸缩调节器（研线0726（18WH））及梁端伸缩装置（研线1810）一体化设备（见图2）。该设备是在融入国产高速铁路道岔和扣件技术的基础上，消化、吸收国外调节器及其上承式梁端伸缩装置技术［1-3］，首次实现了自主研发的高速铁路有砟轨道钢轨伸缩调节器与梁端伸缩装置一体化设计及铺设。

该梁缝一体化设备按具备梁缝、调节器及伸缩装置三者同步伸缩，为长钢轨提供连续支承，并具有刚度均匀和轨道平顺性的功能进行设计［4-6］，采用了多项新材料新工艺。

图1 芜湖长江公铁大桥主桥梁缝一体化设备及无缝线路布置

图2 钢轨伸缩调节器及梁端伸缩装置

2.1 总体方案

2.1.1 总体布置

梁缝一体化设备全长23 135 mm，适用于250 km/h高速铁路有砟轨道线路，调节器设计伸缩量±600 mm、伸缩装置设计伸缩量±600 mm（中和梁缝1 060 mm）。梁缝一体化设备平面布置示意见图3。

图3 芜湖长江公铁大桥梁缝一体化设备平面布置示意图

2.1.2 扣件

扣件系统全部采用硫化垫板及偏心套结构（见图4），弹性铁垫板静刚度与两端扣件（弹条V 型）垫板静刚度一致，为50 kN/mm。采用可滑动扣件及大阻力弹条扣件（见图5），钢轨左右位置调整量为±16 mm，高低调整量为-4～+20 mm。

2.1.3 轨枕

除伸缩装置在梁缝处采用2根钢枕外，其余采用有砟轨道专用混凝土枕（见图6）。

2.1.4 护轨及专用梭头

为提高有砟道床轨排垂向刚度和纵向稳定性，一体化设备设置护轨和枕端连接板，护轨轨端设置专用梭头（见图7）。

图4 硫化垫板及偏心套

图5 可滑动扣件

图6 有砟轨道专用混凝土枕

2.2 调节器设计

（1）基本轨加长，并跨过梁缝（包括梁端伸缩装置）布置，避免焊接接头随基本轨伸缩而前后移动。加长后的基本轨始端可根据现场配轨需要进行锯切。

（2）为提高结构安全可靠性，采用尖轨尖端藏尖3 mm（见图8）。为适应客运专线时速250 km 的平顺度要求，尖轨非工作边采用抛物线线型，切削长度加长到8 m；构造轨距加宽3 mm，且在尖轨轨头宽40 mm断面处设置零降低值。

图7 护轨及专业梭头

图8 尖轨尖端藏尖

（3）在基本轨轨撑下采用间隙垫片，可灵活调整轨撑与轨底的间隙，以实现基本轨可滑动扣件、尖轨跟端大阻力扣件的功能。

（4）调节器轨撑螺栓采用“穿销+开槽螺母+弹簧垫圈+平垫圈”结构，提高轨撑螺栓的防松性能。

（5）采用优化设计的基本轨轨撑，提高基本轨和尖轨跟端的垂向稳定性，并增加间隙垫片，具有限位结构。

（6）尖轨尖端至梁缝（梁端伸缩装置）采用滑动扣件，基本轨始端至梁缝（梁端伸缩装置）及尖轨跟端采用弹条扣件。

（7）在基本轨跟端设置双联轨撑及标尺（见图9），为基本轨跟端提供伸缩槽；在尖轨尖端及基本轨跟端设置基本轨伸缩标尺，显示准确的伸缩量（见图10）。

（8）允许铺设在半径不小于2 000 m 的曲线或直线上。

图9 基本轨跟端双联轨撑及标尺

图10 尖轨尖端标尺

2.3 伸缩装置设计

上承式梁端伸缩装置共14根轨枕（见图11），采用上承式“5-2-7”分布，其中中间2 根（⑥⑦枕）钢枕为悬空钢枕、其余为预应钢筋力混凝土长枕，整体结构的疲劳性能满足轴重17 t动车组运营要求。

图11 上承式梁端伸缩装置（研线1810）

（1）采用具有低摩擦组件的纵梁（扁担梁）。考虑到芜湖长江公铁大桥在最大梁缝设计宽度1 610 mm（=1 060+550）的情况下，动车组通过梁缝时活动钢枕能为钢轨提供足够强度支承，减小钢轨疲劳应力。设计梁缝一体化设备时采用钢轨外侧2 根、线路中心1根，共3根纵梁（见图12）。3根纵梁的总截面惯性矩是某国外品牌同类产品纵梁（采用2根）总截面惯性矩的1.9 倍。因此，设备在梁缝左右支承跨度、列车荷载相同的工况下，自主研发设计的纵梁挠度是某国外品牌纵梁挠度的0.53倍，可见纵梁承载力显著增大。

图12 纵梁截面设计

研发阶段，在中国铁道科学研究院集团有限公司轨道技术国家重点试验室进行实尺、实物试验（见图13）。试验内容包括伸缩摩阻力、静力加载及最大伸缩状态时（+600 mm）的300 万次疲劳试验，得到设备各项静动力性能指标。其中，伸缩摩阻力最大为13.5 kN，纵梁的最大应力为21.5 MPa，各项指标均具有较大的富余量，达到了设计目标。

图13 伸缩装置实尺、实物试验

（2）采用高强度、全幅、平置剪刀叉结构，并采用精密销轴和剪刀臂防锁紧装置（见图14）。

（3）钢轨在①—⑤枕采用485 型弹条大阻力扣件，在⑥—⑭枕采用485型可滑动扣件。

图14 高强、全幅、平置剪刀叉结构

（4）为确保3 根纵梁在动车组通过时的稳定可靠，在每根纵梁活动端安装防跳装置（见图15），具有以下功能：为纵梁活动端提供纵向滑动限位槽，防止纵梁在梁缝受到列车轮重冲击作用时活动端上跳，造成对行车不利的隐患。

图15 防跳装置

（5）安装走行轨及其配套扣件后的整体纵向伸缩阻力不大于25 kN。

（6）安装伸缩标尺及指针，可随时指示设备或梁缝伸缩变化量。

（7）一股钢轨高低调整量为-4～+24 mm。

（8）一股钢轨左右位置调整量：弹条扣件±10 mm、可滑动扣件±16 mm； 轨距调整量为： 弹条扣件±20 mm、可滑动扣件±32 mm。

3 调节器及伸缩装置铺设技术

3.1 施工方案

铺设总体方案按自下而上，自梁缝向两侧。

（1）自下而上：先铺设道床，再铺放轨枕。将调节器范围的有砟道床按相关要求摊铺，同时进行逐层夯拍使道砟足够密实后摆放伸缩装置轨枕，再组装扣件及结构件，以轨顶标高和线路中心为控制基准点，采用支架将设备支承到位并补充道砟，振捣密实［7-8］。

（2）自梁缝向两侧：先铺设梁端伸缩装置，再铺设调节器。将梁端伸缩装置摆放至梁缝两侧，按梁缝边轨枕（⑤⑧枕）至道砟板之间的距离摆放伸缩装置，同时按轨顶标高和线路中心线调整设备高低、水平位置并补充道砟，振捣密实［9］。伸缩装置两侧轨枕按铺设图研线0726（18WH）-600Tps所示间距进行铺放。

3.2 施工流程

梁缝一体化设备施工流程见图16。

图16 梁缝一体化设备施工流程

4 梁缝一体化设备养护维修技术要求

（1）工务技术人员应掌握梁缝一体化设备范围各区段各自结构与功能［10］。

（2）日常保养工作中，做到调节器保持尖轨锁定、基本轨可伸缩状态，防止尖轨爬行或基本轨异常伸缩。

（3）伸缩装置①—⑤枕的钢轨及③—⑤枕纵梁锁定，⑥—⑭枕的钢轨及⑥—⑫纵梁滑动自如，以及剪刀叉伸缩自如。

（4）密贴和间隙检查应按《商合杭铁路芜湖桥钢轨伸缩调节器及梁端伸缩装置一体化设备铺设验收技术条件》。

（5）每月检查调节器和梁端伸缩装置状态不少于1次，在高温和低温季节应加强检查［11］。

（6）调节器尖轨或基本轨顶面出现“飞边”现象时，应及时打磨。

（7）调节器尖轨或基本轨轨头出现擦伤时，应及时修复或更换。

（8）每2 个月按要求涂油1 次；不得对尖轨轨撑贴合面和台板顶面进行涂油或使油污落入［12］。

（9）检查尖轨轨顶降低值，超出偏差允许值应及时修复。

（10）日常清扫灰砂、清除污垢，保持各部件清洁。

5 结束语

商合杭高铁芜湖长江公铁大桥主桥为（98+238+588+224+84）m双塔双索面高低塔钢桁梁斜拉桥，首次采用自主知识产权的钢轨伸缩调节器与梁端伸缩装置一体化设备。施工过程中研发、设计、施工、建设单位密切配合，优质高效地完成了梁缝一体化设备的铺设，为我国大跨度有砟轨道桥梁梁缝轨道铺设积累了宝贵的实践经验。