廣州地鐵四號線直線電機車輛段基于整體道床的“零軌”鋪設技術研究

1、廣州地鐵四號線直線電機車輛段基于整體道床的“零軌”鋪設技術研究    摘要廣州地鐵四號線直線電機車輛段基于整體道床的“零軌”鋪設技術是 目前 國內外均未涉及的新技術領域,“零軌”鋪設技術利用了支柱H型鋼檢查坑式整體道床,解決了軌道各項尺寸精度為1mm以內的難題,保證了直線電機機車車輛運行參數(shù)和直線電機氣隙的精確穩(wěn)定。結合工程實例,對“零軌”鋪設的關鍵技術,即整體道床一次性整體成型技術、支柱式H型鋼檢查坑道床一次性成型技術進行了 分析 研究 ,對軌道尺寸精度調整所采取的一系列措施進行了 總結 。關鍵詞直線電機軌道整體道床零軌鋪設精度控制 

2、0;     廣州地鐵四號線在國內首次 應用 了具有世界先進水平的中大運量直線電機運載系統(tǒng),其直線電機車輛段是四號線的控制中心,也是四號線全線69.64km線路的車輛運用、調度、段內編組、車輛停放、維修、各種運營設備維修保養(yǎng)的重要場所。為滿足直線電機車輛檢修、直線電機的安裝調試、直線電機本體與感應板之間氣隙的測定調整等功能的綜合需要,段內需在不同功能區(qū)不易變形的整體道床部位設置不同形式的高精度軌道“零軌”。1“零軌”的由來      與傳統(tǒng)輪軌驅動系統(tǒng)不同,直線電機軌道運載系統(tǒng)的機車車輛采用與普通旋轉電機

3、不同的直線電機產生驅動力,它的電機由完全分離的兩部分組成:板狀的初級定子固定在機車車輛上,而次級轉子演變?yōu)閺秃辖饘倨桨?即感應板)沿軌道線路延伸,并固定在道床上成為道床的一個不可分割的組成部分。定子繞組與轉子之間的間隙氣隙的大小直接 影響 直線電機的驅動能力和工作效率。為保持直線電機車輛的良好狀態(tài),維持直線電機氣隙的精確與恒定,除機車車輛各部件加工精度要求較高之外,工程上通常會采取很多保障措施。      (1)盡量減小道床加載后路基的工后沉降尤其是不均勻沉降,如加固碎石道床路段路基強度、強化壓道整道措施、延長路基 自然 沉降期等; 

4、     (2)精確調整正線和車輛段內鋪設感應板區(qū)域的軌道參數(shù)如軌距、高低、水平、軌向等,減小軌道系統(tǒng)本身偏差;      (3)通過提高感應板安裝精度,確保感應板頂面與鋼軌頂面的間距準確;      (4)在車輛段專用庫房整體道床位置鋪設高精度的軌道,并以此軌道作為機車安裝調試基準軌,以減少機車車輛和直線電機本身的安裝、調整、測量偏差。      以上第4種措施所述的高精度軌道以追求軌距、高度、水平、方向

5、以及2條鐵軌的平行度等參數(shù)誤差趨近于零為目標,對于此種高精度軌道,國際上并無通用名稱可 參考 ,因而在廣州地鐵四號線車輛段工程中,該類型軌道被業(yè)主、設計、監(jiān)理和施工各相關單位通稱謂“零軌”。簡言之,“零軌”就是為提高直線電機機車車輛的安裝調試精度,精確調整檢測直線電機定、轉子之間的氣隙而專門鋪設的誤差極小的專用軌道。      運營過程中,“零軌”主要在以下幾種情況下發(fā)揮關鍵作用:一是新車上線運營前直線電機在機車車輛轉向架上進行初始安裝和調整;二是運營過程中直線電機氣隙的在軌實時檢測;三是在直線電機機車車輛狀況變化時進行定檢、定修、架修、大修理

6、后的功能恢復;四是路基、軌道、感應板參數(shù)發(fā)生變化足以影響直線電機功效發(fā)揮時的氣隙重新調校。      針對上述不同情況,廣州地鐵四號線車輛段段內分別在運用庫的檢查庫內三條檢查線、靜調臨修庫的靜調線和洗車機棚的洗車線分別鋪設了8處共260m長的“零軌”段。2“零軌”鋪設的技術思路      1mm的尺寸精度對于機械加工行業(yè)來說比較容易實現(xiàn)。對于以鋼筋混凝土澆注為主要工藝 方法 的整體道床軌道工程來說,實現(xiàn)難度就相當大。在廣州地鐵四號線車輛段軌道施工組織設計評審階段,有關軌道工程專家對1mm的軌道標

7、準要求提出質疑,并建議業(yè)主、設計修改“零軌”精度要求。但直線電機感應板的安裝精度要求以及氣隙調整的實際需要要求軌道尺寸必須滿足這個標準。通過反復論證,最終確定,“零軌”技術的精確實現(xiàn)有賴于相互聯(lián)系的兩個工藝過程的準確達成:一是“零軌”的基礎,即整體道床結構一次性整體灌筑成型,另一個是擬鋪設“零軌”區(qū)段的軌道尺寸參數(shù)的精確調整。在廣州地鐵四號線車輛段的“零軌”鋪設過程中,“零軌”的高精度分兩個階段通過漸次逼近的方法實現(xiàn):整體道床結構施工完成后保證軌道尺寸精度在±2mm之內,然后通過反復調整使軌道尺寸最終達到0到1mm之間的“零軌”精度標準。3“零軌”鋪設技術3.1 整體道床一次性整體成

8、型技術      廣州地鐵四號線直線電機車輛段擬鋪設“零軌”的整體道床有如下幾種形式:一是普通長枕埋入式整體道床(見圖1),軌枕中央的2個螺栓孔用于固定感應板,道床成型后,可通過增減感應板下方的調整墊片來調節(jié)感應板頂面距軌面的高度。二是庫內橫通道長枕埋入式整體道床(見圖2),與普通長枕埋入式類似。道床成型后,先調整好高度并固定好感應板,最后將感應板與道床澆注成一個整體形成橫通道。三是支柱H型鋼檢查坑式整體道床(見圖3)。這種道床采用無軌枕支柱式設計,在鋼軌與支柱之間首次應用H型鋼過渡。H型鋼的運用增大了軌道剛度,為“零軌”精度保持恒定不變提供支

9、持,支柱間距也得以從原設計1.1m加大至2.2m,方便了檢修作業(yè)人員出入檢查坑。 3.1.1 長枕埋入式整體道床成型技術      長枕埋入式整體道床一次性整體成型的要領是混凝土澆注成型后,軌道的的高低誤差需控制在±1mm以內,只有如此才能滿足感應板的安裝要求,所以如何確保軌道的高低誤差控制在±1mm之內,成為本長枕埋入式整體道床成型的技術難關和重點。圖4為長枕埋入式整體道床成型工藝流程。      長枕埋入式整體道床一次成型的成敗,取決于關鍵工序的工藝水平和施工質量。軌排組

10、裝、軌道各部幾何尺寸調整、澆注支墩混凝土、澆注道床混凝土是道床成型的關鍵環(huán)節(jié)。(1)軌排組裝      軌排組裝直接在整體道床鋪設位置進行。其組裝工藝過程是:      按照設計要求的數(shù)量和間距,將錨固好的長軌枕散布于待鋪設整體道床的線路基底上;      散布扣件于長軌枕兩端;      在承軌槽內放置軌下膠墊;      將配好的鋼軌吊入承軌槽

11、,軌腰上應標注短軌枕位置;      按照設計的軌枕間距,調好軌枕位置,并上扣配件;      安裝軌距拉桿和擺放鋼軌支撐架(2.5m布置一個);      用自制門吊將軌排吊起,吊起高度(30cm左右)以滿足鋼軌支撐架的安置為宜;      調整軌距拉桿和安裝鋼軌支撐架,使軌距基本滿足1435mm要求,并拆下門吊,軌排由鋼軌支撐架支撐。      

12、; (2)軌道各部幾何尺寸調整      由于整體道床必須一次成形、軌道各部幾何尺寸精度要求高、且在混凝土澆筑前必須把軌道各部幾何尺寸調至設計值,所以如何調整軌排至設計要求是整體道床成型中的重點和難點。通過對成型要求的分析理解,我們自行設計了一種適用于長枕埋入式整體道床一次澆注成型的上承式可調軌排支撐架。      軌排的調整定位程序是:先調水平后調軌距先調樁點后調樁間;先調基準軌后調另一軌先粗調后精調的原則反復調至符合標準為止。       粗

13、調定位。軌排經鋼軌支撐架擺放就位后,以鋪軌基標為基準,借助于直角道尺和萬能道尺,通過鋼軌支撐架絲杠對軌道幾何狀態(tài)進行初調。要求軌道目視順直或圓順,高程、軌距、水平及方向偏差均不超過±20mm(以減少精調的工作量),內外長軌枕對齊,上緊接頭螺栓并保持軌縫對接。上承式可調軌排支撐架及軌排調整示意見圖5。       精調定位。軌排初調完成后,采用弦線法、水準儀和萬能道尺(精度允許偏差+0.5/0mm)等工具進行精調定位作業(yè)。具體調整中要注意以下幾點。      a. 用直角道尺檢查、調整其

14、中一股鋼軌。先將立柱高度調節(jié)至基標與軌面高差相適應,并將立柱底的對準器對準基標的中心孔,道尺滑動塊架在鋼軌上;      b.同時將萬能道尺緊貼直角道尺架在左右兩股鋼軌上,檢查兩股鋼軌的軌距;      c.調整基標前后相臨鋼軌支撐架,且先調水平再調中線;      d.旋轉支撐架立柱,使鋼軌升高或降低,直角道尺水準氣泡居中時表示該股鋼軌已調至所需高度,萬能道尺水準氣泡居中時,則表示另一側鋼軌也調至所需高度;   &

15、#160;  e.旋轉支撐架上的軌卡螺絲(先松一側再緊另一側)使軌排左右移動,直至直角道尺水平滑塊指針讀數(shù)為0;      f.目測觀察配合萬能道尺和10m或20m長弦線丈量,旋轉離基標較遠的支撐架的立柱和軌卡螺栓,使鋼軌平直圓順;       g.在整個調軌作業(yè)中,由于鋼軌支撐架的位置與線路基標不在同一斷面上,鋼軌與支撐架立柱又不在同一位置,以及某一支撐架調整時鋼軌的剛性連動,調軌工作往往需要重復多次,反復調整,才能達到要求。    

16、  施工和檢查用的直角道尺、萬能道尺每天使用前必須在標準檢測臺作檢查,如有誤差及時調整。      (3)澆注支墩混凝土      調整好軌排各部幾何尺寸至設計要求后,就每副軌排左右對稱,每隔5根長軌枕選擇連續(xù)2根,立模澆注支承墩混凝土。澆注時軌枕四周的混凝土要加強搗固,以確保軌枕底部支墩混凝土密實,支墩混凝土強度等級必須與道床一致(C30)。待支墩混凝土強度達到5MPa后拆除鋼軌支承架和支墩模板。      (4)澆注道床混凝土

17、60;     整體道床混凝土側模采用建筑鋼模。安裝模板前要復查道床高程及軌道中心線位置是否符合設計要求,檢查預埋件及預留孔洞是否遺漏,位置是否正確,確保模板安裝正確。模板支立允許誤差:位置±5mm,垂直2mm。      澆筑道床混凝土前,應再次檢測軌道幾何尺寸,確認符合驗收標準后方可澆筑道床混凝土。道床混凝土采用商品混凝土,由混凝土運輸車運輸至澆注位置就位后,直接泵送入模。為確保施工連續(xù)性,混凝土澆筑應分層、水平、分臺階進行?；炷恋氖┕たp的接縫面與道床中心線垂直,施工縫設在伸縮縫處。使用插

18、入式振搗器振搗并加強長軌枕底部及周圍混凝土的搗固,道床表面需抹面整平,及時噴灑混凝土養(yǎng)護劑。3.1.2 支柱式H型鋼檢查坑整體道床一次性成型技術      支柱式H型鋼檢查坑整體道床與長枕埋入式整體道床成型技術最大的不同就是在鋼軌與混凝土道床之間設置H型鋼。      (1)成型作業(yè)工前準備       應根據設計圖紙先預配好所需H型鋼的長度和數(shù)量。       計算 每節(jié)H型鋼所需的扣配件數(shù)量和

19、安裝位置,并預先在工廠對H型鋼安裝扣配件位置進行鉆孔。      由于支墩的間距為2.2m,所以鋼軌支撐架布置間隔亦為2.2m。      (2)支柱H型鋼檢查坑式整體道床成型和調節(jié)工藝過程(圖6)       (3)成型過程中對技術要點的把握      軌道鋪設應遵循先用支撐架支撐H型鋼,初步調整H型鋼中線和高程,然后用扣板扣件聯(lián)結鋼軌和H型鋼,初步調整軌面高低、水平、軌向、軌距。 &

20、#160;    軌道調整應注意用直角道尺法測量軌面至控制基標的高差和水平距離,控制軌道高程和中線,用軌道尺長水準泡居中控制軌道水平,用弦線法檢查并控制軌道軌向和高低,用軌道尺控制軌道軌距。軌道調整好后用橫向支撐桿和軌撐進行穩(wěn)定性加固。調整中本著先水平要素后方向要素的原則,采取反復調整消除彼此的相互 影響 ,直至符合軌道鋪設技術要求。      在澆注混凝土時,注意降低施工荷載。      采取這種支柱、H型鋼、鋼軌同時施工、一次成型的整體結構法成型技術,要注意加密

21、支撐架,加密橫向支撐桿,增加結構剛度,最大限度地消除各結構聯(lián)結誤差。      改善混凝土性能:加入早強劑,提高混凝土早期強度,加入減水劑,拌制干硬性混凝土,減小混凝土凝固前自重力下沉;加入微膨脹劑,減少混凝土收縮。      通過全站儀、精密水準儀的定位觀測,在混凝土入模振搗后,立即找出施工誤差,及時調整,再次振搗,以確保一次成型精度。同時控制每段“0”軌全長范圍內整體道床軌道澆注成型后的精度水平、高低、軌向、軌距誤差2mm。為下一步精調軌道參數(shù)做好準備。   &

22、#160;  支柱H型鋼檢查坑整體道床一次成型技術原理示意如圖7所示。 3.2 軌道尺寸精確調整      通過一系列的控制措施,整體道床成型后軌道精度達到±2mm,加入調高墊板,先調整軌道高低和水平,再調整軌道軌向和軌距,最后細調局部精度,可使軌道精度從±2mm精確到01mm。      因為靜調線有局部輪對精密檢查裝置使用的零軌段,實際調整過程中,我們的“零軌”全部按照0.2mm的調測標準進行掌握。用于“零軌”段精密調節(jié)的調高墊板是不銹鋼板,厚度0.1、,0.2、0.5、1.2mm。因為墊板最薄為0.1mm,所以實現(xiàn)0.2mm的精度標準就有了物質和技術上的充分保障。      (1)調整軌道高低和水平。緊固扣件,精密水準儀設置在固定位置測量,在每扣件處標明與 理