地铁直线电机感应板线路更换长轨技术研究

中铁十一局集团第三工程有限公司，湖北 十堰 442012

1 工程概述

广州地铁五号线采用直线电机系统，采用6辆编组直线电机车辆，最大轴重不大于13t，设计最高运行速度为100km/h，采用接触轨供电。此次换轨地段为五号线滘口站—坦尾站区间上下行K0+515～K0+980、K1+500～K1+864两段，共3200m（按单股钢轨长计算）。滘口站为五号线起点车站，滘口站—坦尾站区间为跨越珠江地段，两座车站均为高架车站。

近几年，随着我国城市交通的快速发展，各大中城市的城轨运营里程不断增加。通常地铁线路运营10年后线路逐步进入大修寿命期，而特殊地段的换轨问题已逐步成为安全运营的瓶颈。北京、上海、广州、深圳等开通地铁较早的城市对于普通地铁线路的更换长轨施工已经积累了比较成熟的经验，但对直线电机感应板地铁线路更换长轨的案例较少，文章通过对广州地铁滘口站—坦尾站区间更换长轨技术进行研究，对类似直线电机感应板地铁线路焊轨及更换长轨具有非常重要的指导意义。

2 换轨地段情况

滘口站换轨地段为K0+515～K0+980处，换轨长度约465m，为S形曲线；坦尾站换轨地段为K1+500～K1+864处，换轨长度约364m，为右转曲线（如表1所示）。高架段全部为预制板式整体道床，线路中心有感应板，上下行线路外侧有三轨（接触轨），两线间布置有疏散平台，疏散平台下方设计有电缆线支架。

表1 滘口站—坦尾站区间换轨段曲线表

经过与业主沟通及现场调查，现场施工条件如下：（1）利用夜间停运时间00：30—4：30（自挂地线，含出清线路及销点时间），有效工作时间较短。（2）换轨地段轨旁设备较多，如感应板、均流线、回流线、计轴器、应答器、护轮轨、三轨及三轨支座等，对施工焊轨、换轨、更换扣配件等影响较大。（3）部分焊缝位于防脱护轨范围，影响扣件拆卸及现场铝热焊施工。（4）正线最小曲线半径为205m，出入段线最小曲线半径为100m，运输及回收钢轨难度大。（5）换轨后计轴器调整范围不得超出既有安装位置所在的两相邻轨枕间隙空间。（6）施工时对轨旁设备尤其是计轴器、电缆支架、电缆线必须做好防护措施，在确保安全的前提下进行施工。

道床断面如图1所示，高架段线路现场如图2所示。

图1 道床断面图

图2 高架段线路现场图

3 焊轨、换轨方案比选

现场调查后，根据广州地铁集团的相关规定及直线电机感应板地铁线路的工作原理，感应板两侧不允许存放钢轨，疏散平台侧水沟处空间不满足移动闪光焊机进行长轨焊接的条件，五号线车辆段不具备储存和运输长轨的条件。根据换轨地段的现场条件，分别针对钢轨焊接及更换施工进行了3种焊轨方案及2种换轨方案的研究分析。

3.1 焊轨、换轨方案

（1）换轨段全部铝热焊焊接方案。该换轨段全部采用铝热焊焊接后，约产生144个铝热焊接头，铝热焊接头后期运营期间需要花费巨大的人力进行探伤、巡道等维护工作。该段为高架段，夏季历史最高轨温为58.7℃、冬季历史最低轨温为-0.3℃，长期运营容易出现焊头处断轨情况，不利于安全运营。

（2）选取直线段水沟内气压焊焊接方案。选取距离换轨段较近的直线地段水沟内进行焊轨，该方案焊轨容易操作，但对新轨运输和长轨条的转运需花费很大的人力，同时转运长轨的安全风险极大。

（3）换轨段水沟内直接气压焊焊接方案。直接将新轨备在线路外侧水沟内进行气压焊接，只需安排人员配合气压焊人员进行新轨的整理和支垫，该方案与待换轨地段对应便于新轨的配轨及焊头位置的控制。

（4）人工拨轨更换长轨方案。采用传统地段换轨技术，将待换轨地段旧轨从起终点锯断后直接采取人工拨出、新轨拨入的方法，该方案容易造成感应板的损坏，且换轨地段设计有护轨，拨轨难度很大。

（5）小龙门架群吊换轨施工方案。该方案利用多个简易便携的小龙门架组合进行吊换新旧轨施工，施工难度低、效率高，显著降低了作业人员的劳动强度。试车线吊轨试验现场如图3所示。

图3 试车线吊轨试验现场图

3.2 焊轨、换轨方案确定

3种焊轨方案和2种换轨方案的优缺点比较如表2、表3所示。经综合比选，采用换轨段水沟内直接气压焊焊接方案和小龙门架群吊换轨施工方案。

表2 3种焊轨方案优缺点比较

表3 2种换轨方案优缺点比较

4 焊轨、换轨方案实施

4.1 焊轨期间质量保障措施

（1）在开始焊轨前安排4～6人的整理钢轨小组由专门技术人员带队对照原线路焊头位置进行新轨的整理、焊头对位和支垫，提前做好焊接前的准备工作。

（2）在开始焊轨时，配合气压焊人员调整待焊轨头，保证其前后15m的平直距离对位。

（3）焊轨宜先进行上股钢轨的焊接，再根据上股焊头位置进行下股钢轨的焊接，半径超过300m的曲线宜焊接成2段进行更换。

（4）焊轨过程中遇到焊头落到梁缝、枕木位置时需根据现场及规范要求进行锯轨处理。

4.2 换轨期间质量保障措施

（1）换轨时间宜选择与原设计锁定轨温适宜的季节，减小放散工作量。

（2）换轨宜先进行上股钢轨的更换，再进行下股钢轨的更换；整改线路时上股按原设计更换标准轨距块，再根据正矢情况进行调整，下股根据轨距安装合适的轨距块。

（3）分段更换上股钢轨且磨耗较大时需提前根据旧轨接头位置的磨耗情况配置过渡轨，过渡轨宜选取现场自然磨耗轨，顺行车方向钢轨接头错牙允许值分别为侧面1mm、垂面0mm，二者不能同时满足时先满足侧面，垂面则采用调高胶垫进行调整。过渡轨配轨示例如表4所示。

表4 过渡轨配轨示例表

（4）换轨现场如图4所示，换轨前根据新轨条的长度、现场调查情况和小龙门吊的承载力计算分布位置，并在换轨作业前进行标记。更换长度为150m的钢轨龙门吊布置如图5所示。

图4 换轨现场图

图5 更换长度为150m的钢轨龙门吊布置示意图

4.3 施工工序

该项目滘口站—坦尾站区间更换钢轨施工主要工序如下：施工准备（含施工人员、机具设备等准备工作）→线路调查、新轨运输（如图6所示）、焊接试验→配轨及气压焊接→焊接接头检查验收→长轨更换施工→换轨次日线路回检→旧轨切割及回收。

图6 新轨运输示意图（单位：mm）

5 合理化建议

（1）受换轨线路作业空间的影响，传统的移动闪光焊机无法在线路范围内进行焊接，后期需与焊机研制厂家共同研发适合直线电机系统线路焊轨的移动闪光焊接设备，以此提高焊接质量和工效。

（2）在正线轨道进入大修周期前对车辆段进行改造，在车辆段建造焊轨基地（具备焊接长度为250m的长轨条件）和存轨场地，同时配备长轨运输车，运输至现场后再进行小龙门吊群换轨。

6 结论

通过对广州地铁五号线滘口站—坦尾站区间上下行共3200m（按单股钢轨长计算）线路状态和焊头质量进行回检的结果可知，接头焊接质量、线路几何尺寸满足相关规范要求，换轨后线路正常工作。经过此次工程实践得到如下结论：

（1）此次换轨利用现有的技术和设备进行组合并成功应用于该项目，工效、安全、成本优势显著。

（2）采用小龙门吊群更换钢轨时，显著降低了作业人员的劳动强度，对感应板起到了很好的保护作用，降低了施工安全风险。