高速铁路无缝道岔天窗点内应力放散施工技术

于广涛

(中铁六局集团北京铁建公司,北京 100142)

0 引言

北京丰台站为北京枢纽办理普速列车与高速列车的主要客站,设有地面普速车场和高架高速车场的双层重叠车站。由于车站改建工程位于北京市区建成区内,本着节约土地资源的原则,为减少工程拆迁征地范围,给市政配套设施预留建设空间,满足城市景观一体化规划设计要求,引入车站高速车场6线咽喉区位于普速车场9线咽喉区上方双层布置设计。

地面普速车场规模为11台20线(含正线5条),车场设550m×13.0m×1.25m基本站台2座,设550m×11.5m×1.25m岛式站台9座,到发线有效长度为650m,站台上设和站台等长的雨棚;高速、城际客运车场规模为6台12线,车场设450m×11.5m×1.25m岛式站台6座,到发线有效长度为500m,站台上设和站台等长的雨棚;设高架候车厅1座及站舍等配套设施。西端普速车场衔接丰沙线、京广铁路、京沪铁路及派驻机车折返段、客车技术整备所,为9线咽喉布置,自北至南依次为丰沙上行线、京广上行线、京广下行线、机车(辆)出入段线(4条)、京沪上行线、京沪下行线;车站东端衔接有永丰铁路、京沪铁路,为4线咽喉布置,自北向南依次为永丰上行线、永丰下行线、京沪上行线、京沪下行线。接触网工区设在丰台站西南侧既有丰台客车技术整备所位置,接触网工区自站内京沪下行线接轨。

2层高速车场采取6台12线(含正线4条),为尽头式车站,衔接京广客专、京港高速铁路及北京丰台动车运用所,为6线咽喉布置,自北至南依次为京广高速铁路上下行、动车走行A线与B线、京港高速铁路上下行。其中,京广、京港高速场均为3台6线(见图1)。

1 道岔铺设及设计资料

1.1 道岔铺设

根据中国国家铁路集团有限公司2021年12月17日现场办公会议精神,丰台站京港高速铁路场2022年2月16日进行静态验收并进行联调联试,而丰台站京港高速铁路场侧高架平台于2022年1月20日完成施工,其中涉及京港高速铁路场3组交叉渡线,1组单渡线,3组单开道岔为底温铺设,铺设时间为2022年2月上旬,铺设时轨温为7～10℃,受低温影响无法进行拉伸放散,为确保按期开通,经查询北京地区最高轨温为61.9℃,最低轨温-27.4℃, 结合设计锁定轨温为(28±3)℃,通过无缝线路的允许温升、允许温降计算确定最大温升幅度为36.9℃、最大降温幅度是58.4℃,满足北京丰台京港高速铁路场无缝线路的断缝检算要求。确定在轨温43.9℃前完成无缝线路道床放散,因此先采取临时锁定轨温联调,待4月轨温适宜情况下再进行道岔内自由放散(见图2)。

图2 道岔铺设温度

1.2 道岔设计资料

北京丰台站京港高速铁路场为尽头式车站,本次临时轨温锁定道岔涉及单开道岔3组、交叉渡线3组、单渡线1组(见图3),需在轨温适宜下进行自然放散。道岔为混凝土枕12号可动心轨单开有砟高速道岔,型号为 GLC(08)01,前后轨道为60kg/m U71Mn(G)钢轨,按1 667根Ⅲ型轨枕/km布置,扣件为Ⅱ型弹条扣件。GLC(08)01道岔直股速度200km/h,侧向通过速度45km/h,全长43.2m,基本轨长18.592m、尖轨长14.250m、辙叉长13.792m,岔枕采取GLC(08)01-300混凝土岔枕,扣件采用Ⅱ型弹条。交叉渡线为由GLC(08)01道岔组成GLC(08)01-D5.0 道岔,道岔全长93.124m。

图3 单开道岔平面

北京丰台地区设计锁定轨温为(28±3)℃,相邻单元轨节锁定轨温<5℃,同一区间内单元轨节的最高与最低锁定轨温差<10℃,左、右股钢轨锁定轨温差<3℃。

2 道岔放散方案

2.1 放散方案选定

在2022年3月底随着轨温回升,在天窗点内发现尖轨跟端限位器不居中顶死现象,最高轨温约20℃。结合北京丰台站京港高速铁路场联调时间与京广铁路正线天窗时间同步为每天00:20—04:20,其余时间不联调。按4月初轨温测量,白天09:00—12:30轨温在27～30℃,暂未超过最大升幅温度且在道岔设计锁定轨温范围内具备自然轨温放散条件,因此选定自由放散方案,放散时将弹条扣件拆除,解除约束,垫板上设置聚四氟乙烯滑板减小摩擦,通过铜锤敲击钢轨使钢轨自由伸缩,待钢轨充分回弹释放应力后迅速恢复扣件,锁定道岔。

2.2 放散准备

2.2.1放散基本原则

道岔放散时保持辙叉位置不变。一方面因为道岔的辙叉部分一般不会跑道,因此没必要对其进行应力放散或移动;另一方面,考虑到道岔的辙叉部分在制造方面的特点,移动和位置调整均较困难,它的位置变动很可能会引起辙叉部分几何尺寸改变,不利于道岔铺设,因此将道岔的辙叉部分作为应力放散的零点。同时,道岔放散作业完成后尖轨跟端的限位器应居中或间隔铁不受剪力。

直、曲基本轨及导轨、渡线轨放散采取将弹条扣件和轨距块拆除完毕,用敲击工具敲击轨腰,使其钢轨自由伸缩,应力释放至0后;当轨温达到设计锁定轨温时,锁紧道岔扣件。在放散过程中,除弹条扣件外其余部件不动,保证道岔框架尺寸不发生改变。通过钢轨自由伸缩,敲击钢轨,控制钢轨自由伸缩量,确保应力得到释放,从而达到放散目的。

2.2.2确定单元轨节

按设计文件及规范要求,岔区无缝道岔设计锁定轨温与两端区间无缝线路设计锁定轨温按一致设计。道岔与其2组道岔间线路组成1个单元轨节,进行同步放散锁定。北京丰台站京港高速铁路场道岔及相邻无缝线路布置情况如图4所示,共分成3个单元轨节,其中道岔区锁定轨温为(28±3)℃,道岔区前后单元轨节锁定通过拉伸轨温为28℃。

图4 道岔及相邻无缝线路布置

2.2.3轨温调查

根据北京市2022年天气预测资料显示4月气温为6～23℃,具体如图4所示。丰台站京港高速铁路场位于2层高架平台阳光下,结合丰台站开通情况,计划在4月6—8日(气温19～23℃)连续要3d 09:00—13:00对天窗进行放散锁定,期间京广铁路场、京港高速铁路场全场封锁,点闭前60min进行电务调试。

2.2.4位移观测桩埋设

高速铁路无缝道岔应按以下要求设置位移观测桩。

1)对于单组道岔 岔头前或岔尾后50m及200m处,以及岔头、限位器或间隔铁、岔尾(含直曲股)处设置位移观测桩。

2)对于多组道岔 除在岔头、限位器或间隔铁、岔尾(含直曲股)处设置位移观测桩外,其他位置的位移观测桩应符合以下要求:①道岔岔头与岔头(岔头与岔尾、岔尾与岔尾)间的位移观测桩距离(包括与岔头或岔尾的位移观测桩间距离)宜≤100m;②道岔岔头与岔头(岔头与岔尾、岔尾与岔尾)间距离<50m时,在两道岔间可不设置位移观测桩;③对于车站咽喉最外方或最内方的道岔,与站内或区间线路相连的岔头前或岔尾后50m及200m处应各设置1对位移观测桩。

2.3 放散施工

2.3.1选择并确定放散龙口位置

按TB 10015—2012《铁路无缝线路设计规范》要求,正线间钢轨接头需>20m,站线间钢轨接头间距需>12m。按此要求202,204,210号道岔龙口位置设置于岔前21m处。现场采用白色油漆做好标记,并经现场监理工程师及设备单位确认。

2.3.2现场做标记及轨温测量

使用准直仪对道岔前25m、岔尖、限位器、导曲中、可动心、岔后、岔后25m处钢轨位移进行观测,并记录作业轨温。

选取岔头、岔头前20m,岔尾、岔尾后20m及限位器共计7个点作为临时位移观察点。锯轨前现场技术人员通过L尺在轨腰及轨枕上标记1条直线,作为观测0点。在放散时记录每个观测点的位移距离,通过实际位移量与计算位移量进行对比,确定实际锁定轨温及钢轨应力是否释放充分。同时,在龙口往区间线路方向100m内也设置观测点,确定岔内锁定轨温与相邻线路锁定轨温温差。

同时,在岔头、岔尾及限位器位置钢轨轨腰侧面各设置1处轨温计。取其平均值作为监测轨温。无缝道岔锁定轨温是指道岔铺设施工中两端就位时各轨温计的轨温平均值或应力放散锁定轨温。

2.3.3拆卸扣件

在临时标记做完后对道岔及前后25m 线路扣件进行拆卸,限位器螺栓松开,单开道岔(GLC(08)01)直曲基本轨对应53～60号岔枕、辙叉及对应电务转换设备保持位置不变;交叉渡线(GLC(08)01-D5.0m, GLC(08)01-D6.5m)中菱形心、上下直轨对应49～64Z号岔枕及对应电务转换设备保持位置不变,将弹性基板大螺栓松开取下。辙叉部扣件保持不动。5.0m单渡线曲股间夹直线长6.992m及为确保不增加接头可采取应力调整。具体位置如图5所示。

图5 具体位置

2.3.4垫入聚四氟乙烯滑板

在枕下垫入聚四氟乙烯滑板,每处垫2块。具体方案如下:道岔直曲基本轨4～27号枕处(道岔尖轨范围内),聚四氟乙烯滑板垫在弹性基板下,每块弹性基板下垫2 处,共4块;道岔53～60号枕辙叉处不垫聚四氟乙烯滑板。道岔其他部位及前后 25m线路均在胶垫上垫入聚四氟乙烯滑板。聚四氟乙烯滑板厚度均为10mm、长和宽均为150mm。

2.3.5锯轨

扣件松开完毕后,在道岔基本轨和岔跟 25m处进行切轨,切轨处提前调查用白油漆做好标记,切轨后对轨缝进行测量,并做记录。

2.3.6道岔轨温监测

观测人员对应变片显示的温度进行观测,并控制道岔温度均匀下降至 28 ℃左右,在轨温合适期间进行撞轨及使用铜锤敲击轨腰,使道岔放散应力,对 4,27号枕直曲股各增设1人使用大锤敲击轨腰。道岔前后25m处安排人员随时观测钢轨位移变化,使钢轨处于自由伸缩状态,确保应力释放彻底。

2.3.7锁定道岔

无缝道岔前、后钢轨经过充分放散后,当实测轨温达到设计锁定轨温范围(28±3)℃ (升温过程取下限值,降温过程取中间值),记录现场实测气温、轨温及临时位移观测点位移,撤出滚杠,锁定线路,准备焊联。

当整组道岔锁定轨温降至 28℃时,复紧扣件,并重新紧固道岔限位器。扣件复紧后检查扣件扭力。

无缝道岔锁定是指道岔内部钢轨全部焊接或绝缘接头胶接、直曲股与其前后钢轨焊联、扣件扭矩复紧达标的作业。

2.3.8焊联

龙口采取铝热焊进行钢轨焊联,铝热焊焊缝距承轨台边缘≥100mm;随后进行焊缝打磨。焊接精度满足相关要求。

2.3.9电务调试

扣件锁定后,电务施工单位组织对道岔进行调试。

2.3.10爬行观测

道岔锁定后至当日 19:00,每小时对道岔各测点进行1次无缝线路观测,并对观测轨温和位移量进行记录。

2.3.11探伤

龙口焊联结束后,待钢轨冷却,用小型钢轨探伤仪进行人工探伤,确保焊接接头质量达标 。如发现存在焊缝伤损等质量问题,立即安排重新焊接 。

2.3.12轨道精测、精调及开通

无缝岔区锁定后,由精调单位进行精调,设备单位精测验收。

按《中国铁路北京局集团有限公司营业线施工管理实施细则》要求,当日开通后限速160km/h 至下次天窗结束(其中第1列限速45km/h,第2列限速80km/h,第3列限速120km/h)。恢复常速前必须经精调整修、检测确认、阶梯提速。

2.3.13建立并完善相关台账

在放散施工结束后,及时修改完善焊接接头台账、无缝线路台账等 。

3 结语

1)道岔处于无缝线路固定区,其基本轨为无限长,而导轨为半无限长,随着轨温变化,导轨在有限长的一端克服阻力而伸缩,相应放散部分温度力,并通过连接件(限位器)和岔枕、扣件对基本轨施加纵向力,因而基本轨除承受温度力Pt外,还承受导轨的作用而产生附加纵向力Pa。通常Pt+Pa=1.33Pt。因此,无缝道岔应力放散主要应将基本轨的应力放散彻底。而导轨和辙叉在列车运营过程中通过辗压和振动会逐渐自动放散应力,所以要求放散应力时辙叉前后的钢轨扣件拆除,辙叉部分应锁定不动,从而使道岔的中心和辙叉咽喉(或辙叉理论交点)位置保持不变。

2)放散应力单元轨条长度尽可能不超过道岔长度,从而使放散量不大,不必重新配轨,也不会改变限位器和钩锁器位置,减少放散应力工作量,但相应应提高放散位移量的测量精度,否则根据放散量计算得到的锁定轨温不准确。

3)无缝道岔放散应力采用2块聚四氟乙烯滑板代替滚筒作“摩擦对”较合适。采用滚筒作“摩擦对”放置在铁垫板下,如果放置歪斜摩擦系数很大,可能接近0.2。聚四氟乙烯滑板间的摩擦系数很小,约为0.04,且放置不存在方向问题。

4)转辙位置及前后,基本轨底一侧由弹片、销钉固定,放散应力时绝不可拆除,否则放散应力后安装十分困难,必须将垫板上的锚固螺栓卸去,并在铁垫板下搁置“摩擦对”,放散应力后再放移铁垫板位置。