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1、地铁轨道工程概述及铺轨工艺,一、地铁的发展,1863年1月10日，用明挖法施工的世界上第一条地铁在伦敦建成通车，列车用蒸汽汽车牵引，线路全长6.4km。1890年12月8日伦敦首次用盾构法施工，建成用电气机车牵引5.2km的另一条线路。从此，城市交通进入轨道交通时代，因此可以说城市轨道交通的历史比汽车的历史还悠久。,城市轨道交通的发展经历了曲折的过程，大致分为以下几个阶段：初步发展阶段（18631924年）在这一阶段，欧美的城市轨道交通发展较快，期间13个城市建成了地铁，还有许多城市建成了有轨电车。20世纪20年代，美国、日本、印度和中国的有轨电车有了很大的发展。2停滞萎缩阶段（1924194
2、9）第二次世界大战的爆发和汽车工业的发展，促使了城市交通的停滞和萎缩。汽车的灵活、便捷和可达性，一度成为城市交通的宠儿，得到飞速发展。而轨道交通因投资大、建设周期长，一度失宠。这一阶段只有五个城市发展了地铁。,3.高速发展阶段（1970年至今）世界各国城市化的趋势，导致人口高度集中，要求轨道交通高速发展以适应日益增加的客流运输、各种技术的发展也为轨道交通奠定了良好的基础。,俄罗斯地铁站,法国里尔地铁无人驾驶的全自动列车,新加坡地铁,东京地铁线路图,二、我国地铁发展,1969年，北京开通了我国第一条地铁线路，此后停顿了20多年，到1995年上海才建成地铁一号线。目前，我国已成为世界上最大的轨道交
3、通市场。根据我国“十一五城市轨道交通发展规划，北京、上海、广州、南京、重庆、武汉、沈阳、西安、成都、杭州、苏州等15个大城市，在未来的10年里，规划建设轨道交通线路55条，总长度约1700公里，投资额6000亿元。我国进入轨道交通大发展时期。,三、轨道结构的形式,最常见的钢轮钢轨系统由钢轮轮缘和钢轨之间的作用里来提供导向力。,轨道是铁路线路的组成部分，这里所指的轨道包括钢轨、轨枕、联结零件、道床、防爬设备和道岔等。作为一个整体性工程结构，轨道铺设在路基之上，起着列车运行的导向作用，直接承受机车车辆及其荷载的巨大压力。在列车运行的动力作用下，它的各个组成部分必须具有足够的强度和稳定性，保证列车按
4、照规定的最高速度，安全、平稳和不间断地运行。,钢轮钢轨系统,轮缘是有高度h和坡度的，钢轨顶面也是由圆弧组成，保证钢轮向中间靠。,2、轨道结构的组成,轨道结构的组成：钢轨轨枕道床连接部分（扣件）道岔附属设备,2-1钢轨,（1）钢轨,钢轨的化学成分钢轨的主要成分为铁（Fe），其次是碳（C),含碳量增加，抗拉强度、耐磨性及硬度都增加，但是含碳量越高，会使延伸率、冲击性越差，所以含碳量一般不超过0.82%其他成分还有锰、硅、磷、硫等。锰能够提高强度和韧性，一般低碳钢含锰为0.6%1.0%，对含锰超过1.2%的称为中锰钢，属于低合金钢，钢轨类型钢轨的类型和强度以kg/m来表示。每米钢轨的质量越重，它所承
5、受的荷载越大。世界上第一条铁路的钢轨为18kg/m，最重的钢轨在美国，重达77kg/m。我国现行的钢轨标准有50kg/m、60kg/m、75kg/m、43kg/m四种。,接头和轨缝接头轨道上钢轨和钢轨之间用夹板和螺栓连接，称为钢轨接头。接头处的轮轨动力很大，接头时轨道结构的薄弱环节。轨缝为适应钢轨热胀冷缩的需要及便于更换钢轨，需要在街头处预留轨缝预留轨缝的条件：（1）当轨温达到当地最高轨道温度时，轨缝应大于或等于零，使轨端不受挤压力，以防止温度压力太大而胀轨跑到。（2）当轨温达到当地最低轨道温度时，轨缝应小于或等于构造轨缝，使接头螺栓不受剪力，以防止接头螺栓拉弯或者拉断。（构造轨缝是指受钢轨，
6、接头夹板和螺栓尺寸限制，在构造上能实现的轨端最大的缝隙值）。,钢轨连接现场,（2）无缝线路Long welded rail,钢和钢是同种材料，可以通过焊接的方式将其焊接成长钢轨。焊接长钢轨线路就是无缝线路。一般而言，焊接长钢轨的无缝线路长为12km，目前技术上已可能做到全路段的超长无缝线路。,无缝线路技术,无缝线路是把标准长度的钢轨焊接而成的长钢轨线路，又称焊接长钢轨线路。它是当今轨道结构的一项重要新技术，世界各国竞相发展。在普通线路上，钢轨接头是轨道的薄弱环节之一，由于接缝的存在，列车通过是发生冲击和振动，并伴随有打击噪声，冲击力可达到非接头区的三倍以上。接头冲击力影响行车的平稳和旅客的舒适
7、，并促使道床破坏、线路状况恶化、钢轨及连接零件的使用寿命缩短、维修劳动费用的增加。养护线路接头区的费用占养护总经费的35%以上；钢轨因轨端损坏而抽换的数量较其他部位大2-3倍；重伤钢轨60%发生在接头区。随着列车轴重、行车速度和密度的不断增长,上述缺点更加突出，更不能适应现代高速重载运输的需要。,为了改善钢轨接头的工作状态，人们从本世纪三十年代开始至今，一直致力于这方面的研究与实践,采用各种方法将钢轨焊接起来构成无缝线路。这中间首先遇到了接头焊接质量问题；其次就是长轨在列车动力和温度力共同作用下的强度和稳定问题；还有无缝线路设计、长轨逐步解运输、铺设施工、养护维修等一系列理论和技术问题。随着上
8、述一系列问题的决，无缝线路在世界各国得到了广泛的运用。,缝线路由于消灭了大量的接头，因而具有行车平稳、旅客舒适，同时机车车辆和轨道的维修费用减少,使用寿命延长等一系列优点。有资料表明，从节约劳动力和延长设备寿命方面计算，无缝线路比有缝线路可节约维修费用30%70%。在桥梁上铺设无缝线路，可以减轻列车车论对桥梁的冲击，改善列车和桥梁的运营条件，延长设备使用寿命，减少养护维修工作量。这些优点在行车速度提高时尤为显著。,无缝线路原理,无缝线路的特点是轨条长，当轨温变化时，钢轨要发生伸缩，但由于有约束作用，不能自由伸缩，在钢轨内部要产生很大的轴向温度力。为保证无缝线路的强度和稳定，需要了解长轨条内温度
9、力及其变化规律。为此首先要分析温度力、伸缩位移与轨温变化及阻力之间的关系。,一根长度为l可自由伸缩的钢轨，当轨温变化t时，其伸缩量为 L=Lt(5-1)式中-钢轨的线膨胀系数，取11.810-6/；L-钢轨长度(mm)；t-轨温变化幅度（）。如果钢轨两端完全被固定，不能随轨温变化而自由伸缩，则将在钢轨内部产生温度应力。根据虎克定律，温度应力t为 t=Et=Et(5-2)式中 E钢的弹性模量，E=2.1105Mpa；t钢的温度应变。将E、之值带入式（5-2），则温度应力为：t=2.110511.810-6=2.48t（5-3）一根钢轨所受的温度力Pt为：Pt=tF=2.48tF（5-4）式中 F
10、-钢轨断面积(mm)。,公式（5-1、5-2、5-4）即为无缝线路温度应力和温度力计算的基本公式。由此可知：1在两端固定的钢轨中所产生的温度力，仅与轨温变化有关，而与钢轨本身长度无关。因此，从理论上讲，钢轨可以焊成任意长，且对轨内温度力没有影响，控制温度力大小的关键是如何控制轨温变化幅度t。2对于不同类型的钢轨，同一轨温变化幅度产生的温度力大小不同。如轨温变化1所产生的温度力。对于75、60、50kg/m轨分别是23.6、19.2、16.3kN。3无缝线路钢轨伸长量与轨温变化幅度t，轨长l有关，与钢轨断面积无关。,为降低长轨条内的温度力，需选择一个适宜的锁定轨温，又称零应力状态的轨温。在铺设无
11、缝线路中，将长轨条始终端落槽就位时的平均轨温称为施工锁定轨温。施工锁定轨温应在设计锁定轨温允许变化范围之内。锁定轨温是决定钢轨温度力水平的基准，因此根据强度、稳定条件确定锁定轨温是无缝线路设计的主要内容。钢轨温度不同于气温。影响轨温的因素比较复杂，它与气候变化、风力大小、日照强度、线路走向和所取部位等有密切关系。根据多年观测，最高轨温Tmax要比当地最高气温高1825，最低轨温Tmin比当地的最低气温低23。计算时通常取最高轨温等于当地最高气温加20，最低轨温等于最低气温。,轨枕,轨枕既要支承钢轨，又要保持钢轨的位置，还要把钢轨传递来的巨大压力再传递给道床。它必须具备一定的柔韧性和弹性，硬了不
12、行，软了也不行。列车经过时，它可以适当变形以缓冲压力，但列车过后还得尽可能恢复原状轨枕按照其制造材料的不同分为木枕，混凝土枕和混合宽枕。木枕主要优点是弹性好，可缓和列车的动力冲击。与钢轨的链接较简单。木枕缺点是容易腐朽、磨损、开裂、使用寿命短。混凝土枕能保证轨枕的尺寸，提高了轨道的稳定性，且不易受环境的影响，使用寿命长。混凝土轨枕的特点是自重大，刚度大，轨道动力坡度小。混凝土枕的缺点是列车通过不平顺的混凝土枕时，轨道的附加动力增大，线路的抗震能力需要提高,（1）木枕,木枕的弹性是最好的，结构是最简单的。由于资源有限，在我国除了桥上、道岔上很少使用。,（2）砼（混凝土）轨枕,砼轨枕,2-3 道床
13、,有渣道床无渣道床 整体道床 板式道床,整体道床,在城市轨道交通中为了免维修、减少工作量，在某些轨道结构中为了加强轨道结构强度，使用了整体道床、板式轨道将轨枕和道床浇筑成一体的轨道结构。,现浇承轨台式整体道床,整体道床,2-4 扣件,钢轨和轨下基础是不同材料的两种构件，它们之间的连接需要可靠、简单，但是要满足足够的扣压力、又要有一定的弹性。以保持轨距、组织钢轨相对于轨下基础的纵、横向位移。木枕依靠道钉、铁垫板与钢轨相连。砼轨枕与钢轨之间的连接则有不同的扣件形式可采用。,扣件铸钢底板,扣件橡胶轨下垫板,潘德罗扣件,2-5 道 岔,道岔是轨道部件重要的部分道岔分成 连接、交叉和交叉与连接三种类型,
14、（1）道岔的类型,单开道岔的组成,左开单开道岔,有害空间,尖轨,辙岔与护轨,辙岔与护轨,电动转辙机,铺轨方法,1.铺轨方法的选择 短轨枕式整体道床施工方法可分为两种,一是换轨铺设法,即首先用工具轨铺设整体道床,永久轨在隧道外焊接成长轨后,再运至隧道内换铺;二是一次铺设法,不用工具轨,一次铺设无缝线路,即用25 m 标准长度钢轨,按换轨铺设法用工具轨铺设整体道床施工工艺要求,铺设整体道床,所有钢轨接头在隧道内进行焊接。,换轨铺设法施工。该方法钢轨焊接除联合接头外均在铺轨基地进行,焊接质量易保证;同时避免了隧道内的空气污染,减少了施工干扰,各施工单位均有成熟经验;但工具轨的铺设与拆除需增加工程投资
15、,施工周期相对较长。一次铺设法,在隧道内焊接钢轨易造成空气污染,施工干扰大,需做好施工组织设计,减少窝工,减少工程投资,施工周期相对较短。,需要的机具设备,施工工艺,1.土建结构移交工程部测量和技术人员及相关机电人员要参与洞内的土建移交，同时做好混凝土下料口、隧道内止排水情况、预埋件、预留管道、水电接口等施工情况调查。发现问题要以报告的形式上报监理，及时反映现场情况，并提前做好各种施工的技术方案及机械设备、水电准备工作。如有问题，必须及时提供相应的施工解决方案，上报经理部领导，及时解决，并做好相应的技术交底。同时还要做好施工技术资料的准备工作，保证各种技术资料能及时到达各领工区和作业人员手中。
16、,2.基标测设基标测设的依据为上道工序提供的基桩（导线点及水准点），基桩移交后及时进行标示和防护。及时对上道工序提供的导线点及水准点进行复测，导线测量的闭合差和水准测量的误差应满足设计要求及规范的精度要求。复测成果通过后进行控制基标和加密基标测设。,3.基底凿毛在进行整体道床施工前，要对隧道底板或者回填层进行凿毛、冲洗，疏干积水，并除去混凝土碎屑。凿毛可采用风镐和钢钎将基底凿成宽度和深度都为5mm，纵横距离不大于100mm的凹凸面，以保证道床和基底良好衔接。凿出的垃圾要及时清扫干净并袋装，用轨道车和龙门吊搬运出隧道，统一运走。,4.铺设洞内龙门吊走行线洞内龙门吊走行线采用长度为12.5m的22
17、kg/m的钢轨，两股钢轨的中心距为3.1m，其中心线须与线路中心线一致，其轨顶标高应高于道床面标高，确保龙门吊走行时不会冲撞基标。轨下采用钢制支撑架，其间距按1.5m左右布置，用膨胀螺栓固定在隧道底板上。两相邻支撑架中间采用槽钢支腿加固，以防产生过大的变形而影响龙门吊的走行。支架和支腿均采用螺栓和扣板将钢轨固定钢支架根据不同的隧道截面尺寸而制。龙门吊走行线的铺设必须及时并超前铺轨长度50米进行，以利转运钢筋和袋装垃圾，龙门吊走行线转运和安装时，要特别注意安全和对已铺钢筋网以及基标的保护，杜绝野蛮施工和违章作业。,钢筋绑扎钢筋在铺轨基地加工，严格按照图纸截断和弯制。成品钢筋利用轨道车从下料口运至
18、各作业面进行绑扎、焊接。扎。绑扎采用0.7mm的铁丝进行跳扎。绑扎牢固，不漏绑。绑扎钢筋时，钢筋的间距和外形必须符合设计要求。,6.轨排组装以轨节表为轨排拼装的依据，轨排拼装在拼装台座上进行。先依据曲线资料（超高调整和扣件偏移表）安装好铁垫板及调高垫板等，然后在铁垫板铺设钢轨并安装扣件，再安装钢轨支撑架，,7洞内轨排铺设及调试利用轨道车牵引特制平车运送轨排至作业区，再用洞内的两台铺轨龙门吊将轨排吊至作业面安装。依据线路加密基标控制其中线和方向，并用鱼尾板和螺栓将其与已铺设定位的轨排连接，利用人工、起道机及侧向支撑初步调整轨道几何尺寸，将轨排初步就位。轨排初步就位后，按照线路基标，用万能道尺、直
19、角尺并通过上承式钢轨支撑架调整轨排高低，采用钢制螺旋顶杆调整轨道方向。每隔45根轨枕设置一根钢轨支撑架。由于钢轨支撑架的位置与线路基标不在同一横截面上，以及调轨时钢轨的牵连移动，故调轨工作实际上是按趋近法进行的，需重复多次才能完成,支模板、浇筑混凝土采用从基地轨排井下料，料斗盛装轨道车运输，型支撑块灌注用洞内小车吊料斗从侧面布料，采用分层布料，第一层以中间水沟侧到标高为宜，在第一层振捣结束后，在内侧加设压板后，再将外侧布设到标高，采用50振动棒，插点间距不超过30cm；,拆除模型、支撑架、走行轨模型、支撑架的拆除在砼强度达到5Mpa后进行，走行轨的拆除在该段道床能够上轨道车，即砼强度达到设计强
20、度的70%为宜；,3.2 注意事项(1)整体道床施工分别有清理道床基底并凿毛,铺设小龙门吊走行轨,铺设道床钢筋,轨排铺设与调整,浇筑支承墩,浇筑道床混凝土,浇筑两侧水沟混凝土等工序。为确保施工正常进行,各工序应有适当间隔,以减少施工干扰,避免窝工,实现流水作业。(2)小龙门吊是轨排、道岔、钢筋、混凝土等材料吊运不可少的机具设备,应根据施工进度要求配备足够的小龙门吊以及铺设一定长度的龙门吊走行轨道,以满足施工要求。(3)整体道床早期养生与两侧排水沟混凝土的浇筑应拉开一定距离,以确保强度的自然增长,不致造成道床开裂、压溃等质量问题。,(4)道岔整体道床特别是交叉渡线整体道床施工难度较大,周期较长,应给予重视。由于道岔部件多,部件间连接薄弱,在施工中采用特制的轨距拉杆和钢轨支撑架,将道岔各部件牢固联接,各部件位置及轨距精调就位后方可浇筑道床混凝土。(5)道床混凝土浇筑前应按图纸核对道床横向排水沟、道岔转辙机电务拉杆沟槽预留,通信、动照、信号、防杂散电流电缆等过轨套管埋设,无误后浇筑道床混凝土,避免道床成型后再开挖,造成道床先天病害。,6.混凝土浇筑岛实、伸缩缝7.协调工作,
