廣州地鐵四號線直線電機(jī)車輛段基于整體道床的“零軌”鋪設(shè)技術(shù)研究

1、廣州地鐵四號線直線電機(jī)車輛段基于整體道床的“零軌”鋪設(shè)技術(shù)研究    摘要廣州地鐵四號線直線電機(jī)車輛段基于整體道床的“零軌”鋪設(shè)技術(shù)是 目前 國內(nèi)外均未涉及的新技術(shù)領(lǐng)域,“零軌”鋪設(shè)技術(shù)利用了支柱H型鋼檢查坑式整體道床,解決了軌道各項(xiàng)尺寸精度為1mm以內(nèi)的難題,保證了直線電機(jī)機(jī)車車輛運(yùn)行參數(shù)和直線電機(jī)氣隙的精確穩(wěn)定。結(jié)合工程實(shí)例,對“零軌”鋪設(shè)的關(guān)鍵技術(shù),即整體道床一次性整體成型技術(shù)、支柱式H型鋼檢查坑道床一次性成型技術(shù)進(jìn)行了 分析 研究 ,對軌道尺寸精度調(diào)整所采取的一系列措施進(jìn)行了 總結(jié) 。關(guān)鍵詞直線電機(jī)軌道整體道床零軌鋪設(shè)精度控制 

2、0;     廣州地鐵四號線在國內(nèi)首次 應(yīng)用 了具有世界先進(jìn)水平的中大運(yùn)量直線電機(jī)運(yùn)載系統(tǒng),其直線電機(jī)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(yùn)用、調(diào)度、段內(nèi)編組、車輛停放、維修、各種運(yùn)營設(shè)備維修保養(yǎng)的重要場所。為滿足直線電機(jī)車輛檢修、直線電機(jī)的安裝調(diào)試、直線電機(jī)本體與感應(yīng)板之間氣隙的測定調(diào)整等功能的綜合需要,段內(nèi)需在不同功能區(qū)不易變形的整體道床部位設(shè)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(qū)動(dòng)系統(tǒng)不同,直線電機(jī)軌道運(yùn)載系統(tǒng)的機(jī)車車輛采用與普通旋轉(zhuǎn)電機(jī)

3、不同的直線電機(jī)產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)力,它的電機(jī)由完全分離的兩部分組成:板狀的初級定子固定在機(jī)車車輛上,而次級轉(zhuǎn)子演變?yōu)閺?fù)合金屬平板(即感應(yīng)板)沿軌道線路延伸,并固定在道床上成為道床的一個(gè)不可分割的組成部分。定子繞組與轉(zhuǎn)子之間的間隙氣隙的大小直接 影響 直線電機(jī)的驅(qū)動(dòng)能力和工作效率。為保持直線電機(jī)車輛的良好狀態(tài),維持直線電機(jī)氣隙的精確與恒定,除機(jī)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(qiáng)度、強(qiáng)化壓道整道措施、延長路基 自然 沉降期等; 

4、     (2)精確調(diào)整正線和車輛段內(nèi)鋪設(shè)感應(yīng)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(yīng)板安裝精度,確保感應(yīng)板頂面與鋼軌頂面的間距準(zhǔn)確;      (4)在車輛段專用庫房整體道床位置鋪設(shè)高精度的軌道,并以此軌道作為機(jī)車安裝調(diào)試基準(zhǔn)軌,以減少機(jī)車車輛和直線電機(jī)本身的安裝、調(diào)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(biāo),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(shè)計(jì)、監(jiān)理和施工各相關(guān)單位通稱謂“零軌”。簡言之,“零軌”就是為提高直線電機(jī)機(jī)車車輛的安裝調(diào)試精度,精確調(diào)整檢測直線電機(jī)定、轉(zhuǎn)子之間的氣隙而專門鋪設(shè)的誤差極小的專用軌道。      運(yùn)營過程中,“零軌”主要在以下幾種情況下發(fā)揮關(guān)鍵作用:一是新車上線運(yùn)營前直線電機(jī)在機(jī)車車輛轉(zhuǎn)向架上進(jìn)行初始安裝和調(diào)整;二是運(yùn)營過程中直線電機(jī)氣隙的在軌實(shí)時(shí)檢測;三是在直線電機(jī)機(jī)車車輛狀況變化時(shí)進(jìn)行定檢、定修、架修、大修理

6、后的功能恢復(fù);四是路基、軌道、感應(yīng)板參數(shù)發(fā)生變化足以影響直線電機(jī)功效發(fā)揮時(shí)的氣隙重新調(diào)校。      針對上述不同情況,廣州地鐵四號線車輛段段內(nèi)分別在運(yùn)用庫的檢查庫內(nèi)三條檢查線、靜調(diào)臨修庫的靜調(diào)線和洗車機(jī)棚的洗車線分別鋪設(shè)了8處共260m長的“零軌”段。2“零軌”鋪設(shè)的技術(shù)思路      1mm的尺寸精度對于機(jī)械加工行業(yè)來說比較容易實(shí)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(shí)現(xiàn)難度就相當(dāng)大。在廣州地鐵四號線車輛段軌道施工組織設(shè)計(jì)評審階段,有關(guān)軌道工程專家對1mm的軌道標(biāo)

7、準(zhǔn)要求提出質(zhì)疑,并建議業(yè)主、設(shè)計(jì)修改“零軌”精度要求。但直線電機(jī)感應(yīng)板的安裝精度要求以及氣隙調(diào)整的實(shí)際需要要求軌道尺寸必須滿足這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。通過反復(fù)論證,最終確定,“零軌”技術(shù)的精確實(shí)現(xiàn)有賴于相互聯(lián)系的兩個(gè)工藝過程的準(zhǔn)確達(dá)成:一是“零軌”的基礎(chǔ),即整體道床結(jié)構(gòu)一次性整體灌筑成型,另一個(gè)是擬鋪設(shè)“零軌”區(qū)段的軌道尺寸參數(shù)的精確調(diào)整。在廣州地鐵四號線車輛段的“零軌”鋪設(shè)過程中,“零軌”的高精度分兩個(gè)階段通過漸次逼近的方法實(shí)現(xiàn):整體道床結(jié)構(gòu)施工完成后保證軌道尺寸精度在±2mm之內(nèi),然后通過反復(fù)調(diào)整使軌道尺寸最終達(dá)到0到1mm之間的“零軌”精度標(biāo)準(zhǔn)。3“零軌”鋪設(shè)技術(shù)3.1 整體道床一次性整體成

8、型技術(shù)      廣州地鐵四號線直線電機(jī)車輛段擬鋪設(shè)“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(gè)螺栓孔用于固定感應(yīng)板,道床成型后,可通過增減感應(yīng)板下方的調(diào)整墊片來調(diào)節(jié)感應(yīng)板頂面距軌面的高度。二是庫內(nèi)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(diào)整好高度并固定好感應(yīng)板,最后將感應(yīng)板與道床澆注成一個(gè)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(shè)計(jì),在鋼軌與支柱之間首次應(yīng)用H型鋼過渡。H型鋼的運(yùn)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(shè)計(jì)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(shù)      長枕埋入式整體道床一次性整體成型的要領(lǐng)是混凝土澆注成型后,軌道的的高低誤差需控制在±1mm以內(nèi),只有如此才能滿足感應(yīng)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(nèi),成為本長枕埋入式整體道床成型的技術(shù)難關(guān)和重點(diǎn)。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(guān)鍵工序的工藝水平和施工質(zhì)量。軌排組

10、裝、軌道各部幾何尺寸調(diào)整、澆注支墩混凝土、澆注道床混凝土是道床成型的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。(1)軌排組裝      軌排組裝直接在整體道床鋪設(shè)位置進(jìn)行。其組裝工藝過程是:      按照設(shè)計(jì)要求的數(shù)量和間距,將錨固好的長軌枕散布于待鋪設(shè)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(nèi)放置軌下膠墊;      將配好的鋼軌吊入承軌槽

11、,軌腰上應(yīng)標(biāo)注短軌枕位置;      按照設(shè)計(jì)的軌枕間距,調(diào)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(gè));      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(diào)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(diào)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(diào)至設(shè)計(jì)值,所以如何調(diào)整軌排至設(shè)計(jì)要求是整體道床成型中的重點(diǎn)和難點(diǎn)。通過對成型要求的分析理解,我們自行設(shè)計(jì)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(diào)軌排支撐架。      軌排的調(diào)整定位程序是:先調(diào)水平后調(diào)軌距先調(diào)樁點(diǎn)后調(diào)樁間;先調(diào)基準(zhǔn)軌后調(diào)另一軌先粗調(diào)后精調(diào)的原則反復(fù)調(diào)至符合標(biāo)準(zhǔn)為止。       粗

13、調(diào)定位。軌排經(jīng)鋼軌支撐架擺放就位后,以鋪軌基標(biāo)為基準(zhǔn),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(jìn)行初調(diào)。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(diào)的工作量),內(nèi)外長軌枕對齊,上緊接頭螺栓并保持軌縫對接。上承式可調(diào)軌排支撐架及軌排調(diào)整示意見圖5。       精調(diào)定位。軌排初調(diào)完成后,采用弦線法、水準(zhǔn)儀和萬能道尺(精度允許偏差+0.5/0mm)等工具進(jìn)行精調(diào)定位作業(yè)。具體調(diào)整中要注意以下幾點(diǎn)。      a. 用直角道尺檢查、調(diào)整其

14、中一股鋼軌。先將立柱高度調(diào)節(jié)至基標(biāo)與軌面高差相適應(yīng),并將立柱底的對準(zhǔn)器對準(zhǔn)基標(biāo)的中心孔,道尺滑動(dòng)塊架在鋼軌上;      b.同時(shí)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(diào)整基標(biāo)前后相臨鋼軌支撐架,且先調(diào)水平再調(diào)中線;      d.旋轉(zhuǎn)支撐架立柱,使鋼軌升高或降低,直角道尺水準(zhǔn)氣泡居中時(shí)表示該股鋼軌已調(diào)至所需高度,萬能道尺水準(zhǔn)氣泡居中時(shí),則表示另一側(cè)鋼軌也調(diào)至所需高度;   &

15、#160;  e.旋轉(zhuǎn)支撐架上的軌卡螺絲(先松一側(cè)再緊另一側(cè))使軌排左右移動(dòng),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(zhuǎn)離基標(biāo)較遠(yuǎn)的支撐架的立柱和軌卡螺栓,使鋼軌平直圓順;       g.在整個(gè)調(diào)軌作業(yè)中,由于鋼軌支撐架的位置與線路基標(biāo)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(diào)整時(shí)鋼軌的剛性連動(dòng),調(diào)軌工作往往需要重復(fù)多次,反復(fù)調(diào)整,才能達(dá)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(biāo)準(zhǔn)檢測臺作檢查,如有誤差及時(shí)調(diào)整。      (3)澆注支墩混凝土      調(diào)整好軌排各部幾何尺寸至設(shè)計(jì)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(shí)軌枕四周的混凝土要加強(qiáng)搗固,以確保軌枕底部支墩混凝土密實(shí),支墩混凝土強(qiáng)度等級必須與道床一致(C30)。待支墩混凝土強(qiáng)度達(dá)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(cè)模采用建筑鋼模。安裝模板前要復(fù)查道床高程及軌道中心線位置是否符合設(shè)計(jì)要求,檢查預(yù)埋件及預(yù)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(yīng)再次檢測軌道幾何尺寸,確認(rèn)符合驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)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(yùn)輸車運(yùn)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(yīng)分層、水平、分臺階進(jìn)行?；炷恋氖┕たp的接縫面與道床中心線垂直,施工縫設(shè)在伸縮縫處。使用插

18、入式振搗器振搗并加強(qiáng)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(shí)噴灑混凝土養(yǎng)護(hù)劑。3.1.2 支柱式H型鋼檢查坑整體道床一次性成型技術(shù)      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(shù)最大的不同就是在鋼軌與混凝土道床之間設(shè)置H型鋼。      (1)成型作業(yè)工前準(zhǔn)備       應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙先預(yù)配好所需H型鋼的長度和數(shù)量。       計(jì)算 每節(jié)H型鋼所需的扣配件數(shù)量和

19、安裝位置,并預(yù)先在工廠對H型鋼安裝扣配件位置進(jìn)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(diào)節(jié)工藝過程(圖6)       (3)成型過程中對技術(shù)要點(diǎn)的把握      軌道鋪設(shè)應(yīng)遵循先用支撐架支撐H型鋼,初步調(diào)整H型鋼中線和高程,然后用扣板扣件聯(lián)結(jié)鋼軌和H型鋼,初步調(diào)整軌面高低、水平、軌向、軌距。 &

20、#160;    軌道調(diào)整應(yīng)注意用直角道尺法測量軌面至控制基標(biāo)的高差和水平距離,控制軌道高程和中線,用軌道尺長水準(zhǔn)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(diào)整好后用橫向支撐桿和軌撐進(jìn)行穩(wěn)定性加固。調(diào)整中本著先水平要素后方向要素的原則,采取反復(fù)調(diào)整消除彼此的相互 影響 ,直至符合軌道鋪設(shè)技術(shù)要求。      在澆注混凝土?xí)r,注意降低施工荷載。      采取這種支柱、H型鋼、鋼軌同時(shí)施工、一次成型的整體結(jié)構(gòu)法成型技術(shù),要注意加密

21、支撐架,加密橫向支撐桿,增加結(jié)構(gòu)剛度,最大限度地消除各結(jié)構(gòu)聯(lián)結(jié)誤差。      改善混凝土性能:加入早強(qiáng)劑,提高混凝土早期強(qiáng)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(zhǔn)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(shí)調(diào)整,再次振搗,以確保一次成型精度。同時(shí)控制每段“0”軌全長范圍內(nèi)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(diào)軌道參數(shù)做好準(zhǔn)備。   &

22、#160;  支柱H型鋼檢查坑整體道床一次成型技術(shù)原理示意如圖7所示。 3.2 軌道尺寸精確調(diào)整      通過一系列的控制措施,整體道床成型后軌道精度達(dá)到±2mm,加入調(diào)高墊板,先調(diào)整軌道高低和水平,再調(diào)整軌道軌向和軌距,最后細(xì)調(diào)局部精度,可使軌道精度從±2mm精確到01mm。      因?yàn)殪o調(diào)線有局部輪對精密檢查裝置使用的零軌段,實(shí)際調(diào)整過程中,我們的“零軌”全部按照0.2mm的調(diào)測標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行掌握。用于“零軌”段精密調(diào)節(jié)的調(diào)高墊板是不銹鋼板,厚度0.1、,0.2、0.5、1.2mm。因?yàn)閴|板最薄為0.1mm,所以實(shí)現(xiàn)0.2mm的精度標(biāo)準(zhǔn)就有了物質(zhì)和技術(shù)上的充分保障。      (1)調(diào)整軌道高低和水平。緊固扣件,精密水準(zhǔn)儀設(shè)置在固定位置測量,在每扣件處標(biāo)明與 理