復(fù)式交分道岔中的扣軌

蔣盛

摘要：主要通過理論計(jì)算對(duì)復(fù)式交分道岔的扣軌方式進(jìn)行選擇，減小道岔區(qū)撓度，確保復(fù)式交分道岔線路的幾何狀態(tài)滿足列車的正常通行，以及加固過程中如何防止出現(xiàn)紅光帶的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

關(guān)鍵詞：復(fù)式交分；受力檢算；扣軌加固；絕緣；信號(hào)紅光帶

一、施工概述：

獵德大橋系統(tǒng)北延線下穿廣深鐵路隧道工程包含了D、E兩座箱型橋，其中D線箱型橋下穿廣州東站南咽喉區(qū)，施工難度大，如何解決影響鐵路行車的安全問題是本工程的關(guān)鍵，本工程施工過程中解決了如下難點(diǎn)問題：1、保持線路的穩(wěn)定性；2、減小岔區(qū)尖軌區(qū)段線路撓度；3、扣軌橫梁與軌底的支撐方式；4、橫梁與軌底的絕緣及防止信號(hào)出現(xiàn)紅光帶；以下通過對(duì)復(fù)式交分道岔（客走1線）扣軌施工的介紹，來說明一些在岔區(qū)扣軌需注意的細(xì)節(jié)。

二、扣軌方式：

由于D線箱型橋下穿廣州東站南咽喉區(qū)，箱型橋結(jié)構(gòu)外寬15.6m，且與鐵路斜交25°，部分主跨扣軌受列車基本限界的影響，在扣軌形式上只能選擇抬軌形式—縱梁在橫梁下。

抬軌形式下的荷載傳遞形式：列車通過時(shí)的列車荷載首先由基本軌傳遞至扣軌橫梁，再由扣軌橫梁傳遞給扣軌縱梁，扣軌縱梁將荷載傳遞到扣軌挖孔樁（受力支撐樁），然后由挖孔樁將荷載傳遞至土體巖層中。其中扣軌縱橫梁采用U型螺栓結(jié)合鋼板進(jìn)行連接，扣軌縱梁與挖孔樁之間通過鋼板或者支座進(jìn)行連接。

三、扣軌縱、橫梁的選擇：

首先根據(jù)鐵路荷載來進(jìn)行扣軌縱、橫梁的選擇；對(duì)扣軌梁的選擇采用受力計(jì)算進(jìn)行選擇，鐵路荷載按中--活載進(jìn)行考慮，扣軌體系設(shè)計(jì)按滿足45km/h的列車通過速度考慮；對(duì)縱梁的檢算采取按影響線加載方式進(jìn)行檢算，檢算縱梁的允許應(yīng)力及縱梁撓度是否符合要求；對(duì)橫梁的檢算采用橋枕計(jì)算公式進(jìn)行檢算。

3.1、橫梁受力檢算（本節(jié)計(jì)算公式引自《鐵路工務(wù)技術(shù)手冊(cè)—橋涵》）：

橋枕承受載重情況，理論上可把鋼軌作連續(xù)梁，橋枕或H型鋼作鋼軌的彈性支座看待，每個(gè)輪重分配到左右多根橋枕上或H型鋼，近輪軸處橋枕或H型鋼承受較大載重，愈遠(yuǎn)愈小。輪重分配于橋枕或H型鋼的根數(shù)及橋枕或H型鋼受力的大小與鋼軌及橋枕或H型鋼的剛度，橋枕或H型鋼排列的疏密及主梁的間距有關(guān)，計(jì)算示意圖如下。

活載安現(xiàn)行機(jī)車最大軸重作為計(jì)算荷載，橫梁間距為a=60cm；縱梁中心間距為5.1m，C=1.833m（C為鋼軌內(nèi)邊至縱梁中心線距離、L值為縱梁中心間距）

P60鋼軌：彈性模量Ep= 2.1×106 kgf/cm2、慣性矩 Jp=3217mm4；

H型鋼：彈性模量En= 2.1×106 kgf/cm2、慣性矩Jn=11400 cm4。

60kg/m軌

由前K=0.029<0.056可知，輪重分布在7根枕木或者H型鋼上，因此產(chǎn)生了載重的相互疊加，如下圖：

因此H型鋼所承受的壓力P=P1+（P3+ P4）÷2×2=0.42P

沖擊系數(shù)：（限速）（公式參考鐵路橋涵施工規(guī)范）

在岔區(qū)的扣軌橫梁采用了H300型鋼，梁長(zhǎng)為5.5m，高為300mm、寬為200mm、腹厚8mm、翼厚12mm，為了增大橫梁抗彎截面系數(shù)，對(duì)橫梁采用了8mm鋼板進(jìn)行了封邊。

3.2、客走1線橫梁受力檢算

k=0.031、P=0.42×220×1.467 ÷2=67.78KN

最不利情況下彎矩計(jì)算簡(jiǎn)圖如下：（橫梁計(jì)算跨度L=5m）：

由以上圖示可知，最大彎矩為Mmax=121.32KN.m；由公式：σ=M/W≤[σ]推算橫梁的最小值彎曲截面系數(shù)M/[σ]≤W=121.32×103KN.m÷170×106N/m2=714cm3，由此可知工字鋼橫梁的彎曲截面系數(shù)需要大于714cm3。對(duì)H300型鋼采用8mm鋼板封邊處理后H箱型鋼橫梁截面特性如下：

Wx=944 cm3 Ix=14164cm4

允許應(yīng)力檢算：

C、D表示兩輪軌的作用力點(diǎn)、

a、c分別表示輪軌作用力點(diǎn)至橫梁支點(diǎn)的距離、

撓度檢算（公式引自《實(shí)用土木工程手冊(cè)》）：

由上可知：客走1線采用此橫梁時(shí)應(yīng)力及撓度均滿足要求。

3.2縱梁受力計(jì)算（客走1線）

H500型鋼縱梁截面特性如下：

Wx=9473.17cm3 Ix=236829.33cm4

1、沖擊系數(shù)：（限速）

2、恒載及活載彎矩：

a.P60軌道及其配件重量：60.64 kg/m×9.5m×2×2=23.04KN

b.軌枕按400kg/根：400 kg/根×9.5÷3×5根×1.1=70KN

c.橫梁采用H300型鋼鋼：6×17×57.3kg/m=58.45KN

3、換算成均布荷載：q1=（23.04+70+58.45）/9.5=16KN/m

P=22t×1.42=31.24t=312.4KN

Q=9.2t/m×1.42=13.064t/m=130.64KN/m

在移動(dòng)荷載作用下結(jié)構(gòu)上的量值均將隨荷載的位置變化而變化，為此，必需先確定某一量值發(fā)生最大或最小值的荷載位置，即最不利荷載位置，對(duì)此以下將采用影響線來確定跨中最不利荷載情況：

在荷載左右移動(dòng)微小距離時(shí)， 必需變號(hào)，才能取極值，荷載加載如下圖所示：

荷載左移即輪軸3向做移動(dòng)時(shí)：

荷載右移即輪軸3右移動(dòng)時(shí)：（在縱梁跨中位置，由于輪對(duì)在橫梁上的不對(duì)稱，左右側(cè)縱梁所分配到的荷載及撓度是不同的。）

由上述計(jì)算可知：到輪軸3位于跨中時(shí)，此時(shí)荷載位置為最不利位置，其受力情況計(jì)算如下：

縱梁跨中彎矩：

M中max=4.75Rb-1.5P-3P- q1×5×5÷2

=861.43×4.75-4.5×312.4 -22.8×4.75×4.75÷2

=2428.78KN.m

縱梁彎矩包絡(luò)圖如下所示：

允許應(yīng)力檢算：

由上計(jì)算可知應(yīng)力滿足受力要求。

允許撓度檢算：

換算均布荷載：

由上計(jì)算可知撓度滿足受力要求。

L—計(jì)算跨度（9.5m）

q1—軌道及其配件+扣軌橫梁重量（KN/m）

q2—標(biāo)準(zhǔn)活載換算成中—活載（KN/m）

W—工字鋼橫梁截面系數(shù)（cm3）

[σ]—工字鋼的容許應(yīng)力（170MPa）

I—工字鋼橫梁的慣性矩（cm4）

E—鋼的彈性模量采用2.1×106Kg/cm2

n—工字鋼根數(shù)

說明：由于箱型橋與線路斜交，在本次計(jì)算按縱梁受力對(duì)稱進(jìn)行檢算，實(shí)際中兩片縱梁縱梁受力并不對(duì)稱。

由上計(jì)算可知：在縱梁跨度為10m時(shí)，縱梁跨度較大，為了減少縱梁撓度，對(duì)H500型鋼加設(shè)了肋板，肋板采用20mm鋼板，按0.75m的間距布置，同時(shí)在縱梁中加設(shè)了中樁，加設(shè)中樁后的梁的計(jì)算跨度為5m（每片縱梁有三個(gè)樁進(jìn)行支撐）；此時(shí)縱梁的最大撓度為2.4mm，小于縱梁的允許撓度12.5mm，滿足要求，縱橫梁的最大撓度疊加值為12.1mm，由于線路的變化為線性變化，縱橫梁撓度的變化滿足火車45km/h。

四、對(duì)主要難點(diǎn)的處理：

4.1、保持線路的穩(wěn)定性

由于線路架空后，改變了原來線路的狀態(tài)，鋼軌只是靠橫梁進(jìn)行支撐，缺少了道碴，因此需增加固定措施，以增強(qiáng)線路的整體性和穩(wěn)定性，主要是采取在鋼軌兩側(cè)及兩基本軌之間加設(shè)1-2扣鋼軌束，如下圖所示：

以下為鋼軌束平面布置圖中的2-2截面圖：

軌束梁主要從平行線路方向增加了原軌道兩根鋼軌的截面，使輪對(duì)荷載傳到更遠(yuǎn)一點(diǎn)的枕木或鋼橫梁；而如果將軌束梁與鋼橫梁對(duì)拉扣緊，則能限制軌道向上的“跳動(dòng)”，減少“墊塊”、“三角木”松動(dòng)的幾率；至于橫向方面的限制，則因U形螺栓“吊桿”式擺動(dòng)變形的存在，起了一定作用，同時(shí)通過在軌束梁與鋼軌腹板間加設(shè)方木進(jìn)行支撐，使軌道橫向變形限制得更有效。

現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際扣軌照片（見下現(xiàn)場(chǎng)圖片01）：

4.2、減少縱、橫梁撓度：

縱橫梁撓度是影響列車正常通行的重要因素，因此必須將縱橫梁的撓度控制在一定范圍才能確保列車的正常通行，由于箱型橋頂至線路軌底的距離只有1m，因此所選扣軌縱橫梁的高度之和不能大于1m，同時(shí)還要預(yù)留頂板施工的工作空間至少0.2m，因此實(shí)際縱橫梁的允許高度之和為0.8m，因此在施工中選用了H300*200的H型鋼，扣軌縱梁為特殊加工的H500*500的H型鋼，為減少岔區(qū)縱梁撓度，將原10m跨度減少為5m跨度，及在縱梁中間加設(shè)了挖孔樁；為減少橫梁撓度，將H300型鋼進(jìn)行封邊，將H型鋼加工成為了鋼枕形勢(shì)，大大提高縱橫梁的剛度?？v橫梁撓度檢算結(jié)果如下：

H300型鋼未封邊時(shí)的橫梁最大撓度為12mm

H300型鋼封邊后的橫梁最大撓度為9.7mm

H500型鋼縱梁未加設(shè)中樁時(shí)的最大撓度值為23mm

H500型鋼縱梁加設(shè)中樁后的最大撓度值為2.4mm

由上計(jì)算可知：在橫梁未封邊、縱梁下未加設(shè)中樁的情形下，縱橫梁最大撓度疊加值為：35mm；在對(duì)橫梁封邊、縱梁下加設(shè)中樁的情形下，縱橫梁撓度疊加值為：12.1mm。采取封邊和加設(shè)挖孔樁后將縱橫梁撓度最大值減小了22.9mm，大大的減小了縱橫梁撓度。

扣軌完畢，通過布點(diǎn)進(jìn)行觀察對(duì)比，列車通過該區(qū)段時(shí)，縱橫梁撓度變形值明顯比其他扣軌區(qū)域（未對(duì)橫梁封邊、縱梁下未加設(shè)中樁的）撓度小，通過在線路上觀察，列車通過該特殊處理區(qū)域時(shí)，線路的撓度、整體穩(wěn)定性也較其他扣軌區(qū)域好。

4.3、扣軌橫梁與軌底的支撐方式

在非岔區(qū)的扣軌中，橫梁與軌底之間通常是采用打設(shè)三角木的方式來進(jìn)行支撐和絕緣，但在岔區(qū)由于有尖軌（如下現(xiàn)場(chǎng)圖片02），打三角木會(huì)對(duì)尖軌的正常工作帶來干擾，從而影響列車的正常通行，因此在岔區(qū)加工了滑床板和絕緣橡膠墊來代替常規(guī)的三角木，如下現(xiàn)場(chǎng)圖片03所示。

扣軌橫梁與基本軌之間的支撐見下圖：

4.3、處理橫梁與軌底間的絕緣及防止信號(hào)出現(xiàn)紅光帶

橫梁與軌底的絕緣及防止信號(hào)紅光帶的出現(xiàn)時(shí)岔區(qū)扣軌很重要的部分之一，尤其在岔區(qū)扣軌配件多，導(dǎo)點(diǎn)較多時(shí)易出現(xiàn)紅光帶，在扣軌加固完畢后，在未下雨情況下沒有出現(xiàn)紅光帶，但在下雨后會(huì)偶爾出現(xiàn)紅光帶現(xiàn)象原因如下：

1、由于線路本身有工作電壓，正常情況下工作電壓為0.6V，在下雨天情況下，鋼軌的電壓允許道碴及水流泄壓為0.1V以內(nèi)，如果出現(xiàn)泄壓大于0.1V的情況下時(shí)，會(huì)導(dǎo)致紅光帶的出現(xiàn)（當(dāng)現(xiàn)泄壓大于0.1V的情況下時(shí)相當(dāng)于線路被短路）。

2、由于線路加固后，與鋼軌底接觸的薄鋼片，鋼軌軌底下支墊依次為：薄鋼片→滑床板→絕緣橡膠墊→橫梁→縱梁，由于扣軌體系的增加改變了原來鋼軌的道碴環(huán)境，尤其在下雨天，鋼軌容易通過雨水與薄鋼片、支距板及橫梁串聯(lián)，導(dǎo)致導(dǎo)電體增大（尤其比扣軌前道碴的導(dǎo)電及泄壓大），如果泄壓超過了0.1V，將導(dǎo)致短路現(xiàn)象發(fā)生，也就是紅光帶的發(fā)生。

3、防止信號(hào)出現(xiàn)紅光帶措施：

將原來直接與鋼軌接觸的薄鋼片上加設(shè)5mm厚絕緣橡膠墊，鋼軌軌底下新的支墊順序?yàn)椋?mm厚絕緣橡膠墊→薄鋼板→支距板→絕緣橡膠墊→橫梁→縱梁。

參考文獻(xiàn)：

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[5]《鐵路技術(shù)管理規(guī)程》、《鐵路工務(wù)安全規(guī)則》（中華人民共和國(guó)鐵道部）