自動軌道衡基礎(chǔ)設(shè)計若干技術(shù)條件的分析

羅正文

1.中國鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司標(biāo)準(zhǔn)計量研究所，北京 100081；2.北京華橫科技有限公司，北京 100081

自動軌道衡（以下簡稱軌道衡）是按預(yù)定程序?qū)ψ咝兄械母鞴?jié)鐵路貨車進(jìn)行識別、稱量并對稱量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的一種裝置［1］。軌道衡由基礎(chǔ)、傳感器、承載器、引線軌道、儀表、計算機(jī)、打印機(jī)等組成，可分為斷軌和不斷軌軌道衡，也可分為單承載器和多承載器軌道衡［2-3］。軌道衡以貨車平穩(wěn)通過和電子傳感器彈性變形為測量基礎(chǔ)，所以需為軌道衡承載器設(shè)計一個剛性大的鋼筋混凝土基礎(chǔ)。為了讓貨車平穩(wěn)通過軌道衡稱量區(qū)軌道及其鄰近的引線軌道，引線軌道應(yīng)設(shè)計為穩(wěn)定、少維修的結(jié)構(gòu)。引線軌道道床剛度應(yīng)與軌道衡基礎(chǔ)剛度相近，故引線軌道道床一般也設(shè)計為混凝土整體道床。軌道衡基礎(chǔ)及其兩端整體道床應(yīng)能承受列車動荷載，具有足夠的強(qiáng)度和穩(wěn)定性；基礎(chǔ)和整體道床下的地基應(yīng)具有相應(yīng)的承載力。為保證長期穩(wěn)定性和軌道可維修性，地基應(yīng)有工后沉降要求。軌道衡基礎(chǔ)和整體道床還應(yīng)滿足防洪排水、防凍脹和普速鐵路軌道結(jié)構(gòu)方面的要求。

1 軌道衡基礎(chǔ)下地基承載力與沉降

軌道衡線路條形基礎(chǔ)寬約3.5 m。一般要求軌道衡基礎(chǔ)和整體道床下地基承載力不小于120 kPa。如果基礎(chǔ)高度較大，則基礎(chǔ)混凝土自重較大，需考慮提高地基承載力。鑒于沉降的起因是地基，為保證軌道可維修性并參考TB 10621—2014《高速鐵路設(shè)計規(guī)范》中無砟軌道路基工后沉降要求，建議軌道衡基礎(chǔ)和整體道床下地基工后沉降不大于20 mm。

2 軌道衡基礎(chǔ)厚度與抗凍脹埋深

軌道衡基礎(chǔ)和整體道床承受列車動荷載，設(shè)計為剛性結(jié)構(gòu)，因其自身變形小有利于延長工程壽命［4］。為保證一定剛度，軌道衡基礎(chǔ)和整體道床厚度均不能小于0.8 m。為避免寒冷地區(qū)基礎(chǔ)下部土層凍脹影響基礎(chǔ)穩(wěn)定，基礎(chǔ)底部的埋深需達(dá)到當(dāng)?shù)貎鼋Y(jié)深度以下0.2 m左右。

3 軌道衡所在區(qū)段軌道技術(shù)條件

以單承載器軌道衡為例，以稱量區(qū)軌道為對稱中心向兩端分別為引線軌道（含整體道床軌道）、過渡段軌道、普通有砟軌道。

3.1 整體道床

3.1.1 整體道床最小長度

軌道衡一般采用動態(tài)稱量的轉(zhuǎn)向架計量方式［5］。貨車的前后轉(zhuǎn)向架依次經(jīng)過軌道衡承載器并被稱量。理想狀態(tài)是被稱量貨車在走行過程中位于一個比較理想的平面上，為減小連掛的相鄰貨車對被稱量貨車的影響，相鄰貨車也應(yīng)位于該平面上。為確保被稱量貨車及其相鄰貨車平穩(wěn)運行，避免軌道不平順引起的車鉤浮動對稱量準(zhǔn)確度造成影響，引線軌道和整體道床需滿足最小長度條件。

引線軌道是位于軌道衡稱量區(qū)兩端的兩段軌道，都分別從稱量區(qū)一端邊界開始經(jīng)整體道床起點至終點。經(jīng)分析，單側(cè)引線軌道最小長度L的計算公式為L=M+N=（L1+L2+L3）+（L1+L2+L3+L4）= 2（L1+L2+L3）+L4。其中：M為被稱量貨車所占用的長度，M小于車長，因為在剛開始稱量時刻貨車的一個轉(zhuǎn)向架已位于稱量區(qū)；N為后方相鄰貨車所占用的長度，N也小于車長，因鄰車后車軸之后的懸空部分不計入；L1為車軸與車鉤之間的距離；L2、L4為轉(zhuǎn)向架軸距；L3為中間兩個車軸之間的距離，如圖1所示。

圖1 計算參數(shù)示意

以59 種常見敞車中最長的C75 為例進(jìn)行計算，L=2×（1 468+1 830+8 700）+1 830=25 826 mm。

因為軌道衡基礎(chǔ)長度稍大于稱量區(qū)長度，即引線軌道大部分位于整體道床上但有一小段在軌道衡基礎(chǔ)上方，故單側(cè)整體道床最小長度Q=L-D=24 826 mm，D為基礎(chǔ)上方引線軌道長度，約1 m。故軌道衡基礎(chǔ)每一端的單側(cè)整體道床最小長度通常取整為25 m。軌道衡基礎(chǔ)長度約6 m，兩端整體道床最小長度之和為50 m，故軌道衡基礎(chǔ)段與兩整體道床段長度之和最小約56 m。

3.1.2 整體道床施工工藝規(guī)定

整體道床施工時應(yīng)將軌枕和鋼軌用扣件聯(lián)結(jié)成軌排，將稱量區(qū)軌道和兩端引線軌道的鋼軌聯(lián)通，在軌道精調(diào)、加固后再澆筑整體道床混凝土，以避免各軌枕空間位置偏差，確保軌道平順［6］。各施工單位技術(shù)與管理水平參差不齊，為避免施工失誤，建議在設(shè)計文件中補(bǔ)充規(guī)定“必須將鋼軌與軌枕聯(lián)結(jié)成軌排后，方可澆筑整體道床混凝土”。有的施工單位對防止扣件被混凝土污染問題重視不夠，無措施或措施不當(dāng)造成扣件被污染，或污染后不及時清理從而引起后患，故設(shè)計文件應(yīng)規(guī)定“澆筑整體道床混凝土?xí)r必須采取措施，防止污染扣件”。

3.2 軌道衡所在區(qū)段線路條件

為了讓被稱量貨車平穩(wěn)通過軌道衡稱量區(qū)，軌道衡所在軌道段應(yīng)為平坡直線段?？紤]軌道的平順銜接，軌道衡稱量區(qū)兩端的軌道平直段應(yīng)在整體道床終點外適當(dāng)延長（如22 m），普通有砟軌道與整體道床軌道的過渡段布置在延長段內(nèi)。經(jīng)分析，對于單承載器軌道衡，軌道衡所在平坡直線段最小長度約為100 m，即（22+56+22）m，即軌道衡中心點至兩端至少各有50 m 平直段。對于擬建軌道衡的場地，軌道有一定坡度且難以調(diào)成平坡者占相當(dāng)比例，一般將該100 m 軌道坡度放寬至2‰。因此，以單承載器軌道衡為中心，必須有100 m 平緩坡直線段（坡度≤2‰），才有條件修建軌道衡。對于多承載器軌道衡，平緩坡直線段最小長度需在100 m 基礎(chǔ)上增加一個前后承載器中心距。對于單承載器軌道衡，從軌道衡中心至兩端依次布置基礎(chǔ)、整體道床、過渡段。多承載器軌道衡的特殊之處是相鄰基礎(chǔ)之間有一小段整體道床。

3.3 引線軌道靜態(tài)幾何尺寸

軌道越不平順，其上走行列車晃動越大，故軌道衡引線軌道的平順性直接影響軌道衡稱量精度。參考TG∕GW 102—2019《普速鐵路線路修理規(guī)則》和施工經(jīng)驗，既要確保較高的平順性又不過于嚴(yán)苛，對新建軌道衡引線軌道靜態(tài)幾何尺寸要求如下：

1）軌道衡基礎(chǔ)中心前后各30 m 線路軌道水平偏差不大于4 mm，無超過4 mm的三角坑；軌道衡基礎(chǔ)中心前后各15 m 線路軌道水平偏差不大于3 mm，無超過3 mm 的三角坑；軌道衡稱量區(qū)軌道水平偏差不大于2 mm。

2）軌距偏差-1～+3 mm，稱量區(qū)和引線軌道的軌距變化率不大于1.5‰。

3）關(guān)于軌向和高低，鋼軌遠(yuǎn)看順直，用10 m 弦線測量，鋼軌內(nèi)側(cè)、頂面正矢均不大于4 mm。

4）鋼軌接頭的軌頂、內(nèi)側(cè)錯牙均不大于0.5 mm。

3.4 軌道衡引線軌道鋼軌及鋼軌接頭布置

引線軌道原則上應(yīng)采用50 kg∕m 以上鋼軌和彈條扣件。對于斷軌軌道衡，廠家附帶的稱量軌、引線軌不應(yīng)有焊接接頭。不斷軌軌道衡利用原有線路鋼軌作為稱量軌，其鋼軌接頭距軌道衡承載器中心應(yīng)不少于6 m。為避免不利因素疊加，參照TG∕GW 102—2019 對混凝土枕與寬枕分界處的規(guī)定，設(shè)計文件中應(yīng)補(bǔ)充規(guī)定“整體道床與道砟道床分界處，距鋼軌接頭不得少于5根軌枕”。

3.5 鋼軌防爬

斷軌軌道衡的稱量軌（長約3.8 m）與兩端的引線軌道鋼軌（以下簡稱引軌）之間設(shè)置了軌縫，二者不能接觸，否則會相互作用而影響稱量。軌縫過大時，車輪沖擊過大影響軌下結(jié)構(gòu)和傳感器壽命。為防止軌縫擠死或過大，應(yīng)在引軌上安裝雙向防爬器。雙向防爬器的固定結(jié)構(gòu)預(yù)埋于整體道床內(nèi)。

不斷軌軌道衡的稱量軌與兩端的引軌是同一根鋼軌，分界處沒有軌縫，也就不存在軌縫擠死問題，故可不設(shè)防爬器，但引軌爬行意味著稱量軌爬行，仍在一定程度上影響稱量。因此，引軌配套扣件禁止采用剛性扣件，須采用彈條扣件，以確保鋼軌具有較大的防爬能力、軌道衡稱量區(qū)位置長期大致不變。

3.6 整體道床軌道與普通有砟軌道過渡段的設(shè)置

整體道床軌道與普通有砟軌道剛度相差較大，二者分界處應(yīng)設(shè)置過渡段，以保證軌道剛度在縱向漸變過渡，避免突變引起較大軌道動態(tài)不平順。

4 排水設(shè)施、軌道衡控制室、軌道衡專用接地裝置的設(shè)置

軌道衡基礎(chǔ)呈下凹處，應(yīng)設(shè)置排水通道。整體道床表面應(yīng)有排水坡、不得積水。軌道衡控制室地面、室外電氣機(jī)柜的混凝土底座頂面高程應(yīng)滿足防洪要求。

軌道衡控制室盡量與軌道衡正對，也允許根據(jù)具體限制條件適當(dāng)調(diào)整位置?？刂剖也t望窗以凸窗為宜，以便于觀察被稱量貨車運行狀態(tài)。軌道衡的專用接地裝置應(yīng)納入軌道衡基礎(chǔ)設(shè)計，接地電阻不大于4 Ω。軌道衡不得與配電箱、避雷針等共用接地裝置。

5 結(jié)語

軌道衡基礎(chǔ)等相關(guān)工程應(yīng)由具備資質(zhì)的單位進(jìn)行設(shè)計。設(shè)計時除了應(yīng)按照規(guī)范滿足結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、穩(wěn)定性、沉降，軌道平順性、構(gòu)造和專項固有施工工藝要求外，還須滿足軌道衡特殊要求。