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        徐連高速鐵路邳州連續(xù)梁拱橋上鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器鋪設(shè)技術(shù)

        2021-07-06 10:41:48崔強
        鐵道建筑 2021年6期

        崔強

        中國鐵路上海局集團有限公司徐州樞紐指揮部,江蘇徐州221000

        新建徐州—連云港高速鐵路設(shè)計速度350 km/h,線路西自徐州,與徐蘭高速鐵路、京滬高速鐵路和徐鹽高速鐵路相連,東達連云港地區(qū),連通青鹽鐵路和連鎮(zhèn)高速鐵路,線路全長180.092 km。

        徐連高速鐵路大量以橋代路,橋梁總長163.635 km,占線路總長的89.5%。徐連高速鐵路跨度(84+168+84)m邳州連續(xù)梁拱橋(圖1)是全線溫度跨度最大的鋪設(shè)無砟軌道的橋梁。本文先對橋上無縫線路鋼軌強度進行檢算,然后對鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器和梁端伸縮裝置的設(shè)計、鋪設(shè)及動態(tài)檢測進行介紹和分析,為我國大跨度橋梁上無砟軌道鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器及梁端伸縮裝置鋪設(shè)提供參考。

        圖1 橋跨布置示意

        1 橋上無縫線路鋼軌強度檢算

        由于梁軌相互作用,在溫度荷載作用下橋梁會發(fā)生縱向伸縮位移,而橋上鋼軌是連續(xù)的,二者伸縮位移不一致,會導致鋼軌內(nèi)部產(chǎn)生伸縮附加應(yīng)力[1]。特別是在冬季,梁縫處鋼軌受力更大。此外,在列車制動及溫度荷載作用下鋼軌很可能在梁縫處拉斷[2]。邳州連續(xù)梁拱橋小里程側(cè)溫度跨度為252 m,大里程側(cè)溫度跨度為116 m。根據(jù)TB 10015—2012《鐵路無縫線路設(shè)計規(guī)范》[3],須對橋梁上僅鋪設(shè)小阻力扣件時無縫線路鋼軌強度進行檢算。

        鋼軌強度檢算公式為

        式中:σd、σt、σf、σz、[σ]分別為鋼軌的動彎應(yīng)力、溫度應(yīng)力、伸縮附加應(yīng)力、制動應(yīng)力和容許應(yīng)力。

        1.1 鋼軌動彎應(yīng)力計算

        σd的計算公式為

        式中:M0為鋼軌靜彎矩,取17 431.50 kN·mm;α為速度系數(shù),徐連高速鐵路設(shè)計速度為350 km/h,α取1;β為偏載系數(shù),本橋位于直線地段,不設(shè)超高,β取0;f為橫向水平力系數(shù),直線地段取1.25;W底為鋼軌軌底斷面系數(shù),取3.75×105mm3。

        經(jīng)計算,σd=116.21 MPa。

        1.2 鋼軌溫度應(yīng)力計算

        邳州連續(xù)梁拱橋所在地最高軌溫60.6℃,最低軌溫-22.6℃,設(shè)計鎖定軌溫(24±5)℃,由此可得鋼軌最大溫降為51.6℃。σt的計算公式為

        式中:E為鋼軌彈性模量,取210 GPa;α為鋼軌熱膨脹系數(shù),取1.18×10-5℃-1;Δt為鋼軌最大溫降,取51.6℃。

        經(jīng)計算,σt=127.86 MPa。

        1.3 鋼軌伸縮附加應(yīng)力及制動應(yīng)力計算

        當邳州連續(xù)梁拱橋全橋鋪設(shè)小阻力扣件時,采用橋上無縫線路梁軌相互作用計算模型[4]對鋼軌伸縮附加應(yīng)力、鋼軌制動應(yīng)力進行計算,結(jié)果見圖2。

        圖2 鋼軌伸縮附加應(yīng)力和制動應(yīng)力計算結(jié)果

        從圖2可以看出:小里程側(cè)梁縫處(DK125+430.75)鋼軌伸縮附加應(yīng)力明顯大于大里程側(cè)梁縫處(DK125+768.05),鋼軌最大伸縮附加應(yīng)力為85.92 MPa;鋼軌最大制動應(yīng)力為22.84 MPa。

        1.4 鋼軌容許應(yīng)力

        徐連高速鐵路采用U71MnG鋼軌,鋼軌屈服強度為457 MPa,考慮安全系數(shù)1.3,鋼軌容許應(yīng)力[σ]為351 MPa。

        綜合以上計算,邳州連續(xù)梁拱橋無縫線路鋼軌強度為σd+σt+σf+σz=116.21+127.86+85.92+22.84=352.83 MPa>[σ]。即僅在橋梁上鋪設(shè)小阻力扣件,無縫線路鋼軌強度不滿足要求,因此考慮在橋梁梁縫設(shè)置鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器。

        對于大跨度連續(xù)梁拱橋,通常在兩側(cè)梁縫處均設(shè)置鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器[5]。如果只布設(shè)在大溫度跨度側(cè),連續(xù)梁拱橋?qū)⒊惺苄囟瓤缍葌?cè)無縫線路的縱向力。橋梁不僅受力不平衡,而且在溫度應(yīng)力循環(huán)作用下小溫度跨度側(cè)梁縫附近扣件墊板容易隨梁體伸縮而竄出,在低溫季節(jié)甚至存在斷軌風險。因此,邳州連續(xù)梁拱橋兩側(cè)梁縫處左右線均設(shè)置鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器。邳州連續(xù)梁拱橋最大梁縫寬46 cm。為保證梁縫處扣件間距和鋼軌受力同時滿足要求,還須采用上承式梁端伸縮裝置。

        2 鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器和梁端伸縮裝置設(shè)計

        2.1 總體設(shè)計

        邳州連續(xù)梁拱橋兩側(cè)梁縫處左右線均設(shè)置鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器和梁端伸縮裝置(共4組)。鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器的型號為研線0706(19LX)(以下簡稱調(diào)節(jié)器)。調(diào)節(jié)器跨梁縫布置,調(diào)節(jié)器尖軌布置在連續(xù)梁梁面上,尖軌尖端朝向梁縫,基本軌跨越梁縫至簡支梁。調(diào)節(jié)器與上承式梁端伸縮裝置一體化設(shè)置。調(diào)節(jié)器全長19.96 m,設(shè)計伸縮量為±400 mm;上承式梁端伸縮裝置設(shè)計伸縮量為±300 mm。鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器及梁端伸縮裝置布置如圖3所示。

        圖3 邳州連續(xù)梁拱橋鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器及梁端伸縮裝置布置示意

        2.2 細部設(shè)計

        調(diào)節(jié)器的扣件采用硫化墊板及偏心套結(jié)構(gòu),硫化墊板靜剛度與扣件鐵墊板一致。調(diào)節(jié)器的基本軌下采用可滑動扣件,尖軌下采用大阻力扣件。鋼軌左右兩側(cè)調(diào)整量均為±16 mm,高低調(diào)整量為-4~20 mm。調(diào)節(jié)器的軌撐螺栓采用了穿銷螺栓+開槽螺母+彈簧墊圈+平墊圈結(jié)構(gòu),以提高軌撐螺栓的加固性能。

        為保證結(jié)構(gòu)合理可靠,調(diào)節(jié)器的尖軌尖端設(shè)計為藏尖3 mm,尖軌非工作邊呈拋物線形。為保證基本軌滑動狀態(tài)穩(wěn)定可靠,在基本軌軌撐下設(shè)置墊片,在基本軌跟端設(shè)置雙聯(lián)軌撐,如圖4所示。

        圖4 調(diào)節(jié)器斷面示意

        3 鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器和梁端伸縮裝置鋪設(shè)

        自下而上、從梁縫向兩側(cè)鋪設(shè)調(diào)節(jié)器及梁端伸縮裝置。具體步驟如下:

        1)鋪設(shè)梁端伸縮裝置

        首先將梁縫兩側(cè)的長桁架軌枕調(diào)整到合適位置,用支架將軌頂支撐到軌道結(jié)構(gòu)高度處,使鋼軌中心線與線路中心重合。然后安裝扣件及縱梁,擰緊扣件和枕端連接板螺栓,形成完整的梁端伸縮裝置。

        2)鋪設(shè)調(diào)節(jié)器

        ①在梁端伸縮裝置兩側(cè)依次排布調(diào)節(jié)器區(qū)軌枕,擰松軌枕的鋼軌扣件,取下彈條、軌撐等部件,拆下2根短鋼軌。②采用專用吊機從裝載車上起吊調(diào)節(jié)器尖軌和基本軌組件,平放到附近并進行支墊和防護。③放置扣件的硫化墊板、彈條、T形螺栓副、軌距塊、緩沖調(diào)距塊,安裝扣件并進行鋼軌軌距調(diào)整,以80~100 N·m扭矩初擰墊板螺栓,并將硫化墊板與軌枕聯(lián)結(jié),同時調(diào)整支撐架高度。④測量每根軌枕的位置,用精調(diào)儀對軌枕位置進行精調(diào)。鋪放和綁扎道床板內(nèi)鋼筋,按道床板位置設(shè)置模板,并做好澆筑混凝土相關(guān)準備。⑤在基本軌始端、尖軌尖端(或跟端)、基本軌跟端設(shè)置位移觀測樁。

        3)澆筑混凝土及焊接鋼軌

        ①對關(guān)鍵部件覆蓋防護后方可澆筑混凝土,澆筑過程中嚴禁磕碰、踩踏剪刀叉和縱梁。在混凝土澆筑24 h內(nèi)及時去除落入的臟物并養(yǎng)護。②首選鋁熱焊對基本軌始端及尖軌跟端進行焊接,焊頭打磨、探傷等應(yīng)符合相關(guān)技術(shù)要求。鋼軌焊接后應(yīng)檢查一體化設(shè)備各部件扭矩、涂油狀況、密貼程度與間隙。

        4 動態(tài)檢測

        2020年12月動車組通過邳州連續(xù)梁拱橋調(diào)節(jié)器處時,對動車組運行穩(wěn)定性指標、軌道結(jié)構(gòu)橫向穩(wěn)定性指標、軌道結(jié)構(gòu)振動指標進行了實測,結(jié)果見表1。

        表1 動車組和軌道結(jié)構(gòu)動力性能指標實測結(jié)果

        由表1可見,動車組通過調(diào)節(jié)器處時,各項動力性能指標均在規(guī)范限值內(nèi)。

        5 結(jié)論

        1)僅在橋梁上鋪設(shè)小阻力扣件,徐州—連云港高速鐵路邳州跨度(84+168+84)m連續(xù)梁拱橋上無縫線路鋼軌強度不滿足要求,因此確定在橋梁兩側(cè)梁縫處左右線均設(shè)置鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器。為保證梁縫處扣件間距和鋼軌受力同時滿足要求,還須采用上承式梁端伸縮裝置。

        2)鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器及梁端伸縮裝置在邳州連續(xù)梁拱橋鋪設(shè)后,動車組通過鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器處時各項動力性能指標均在規(guī)范限值內(nèi)。

        在徐連高速鐵路建設(shè)單位,調(diào)節(jié)器的研發(fā)單位、線路設(shè)計單位、施工單位等各方積極配合下,邳州連續(xù)梁拱橋鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器及梁端伸縮裝置順利鋪設(shè),為我國需鋪設(shè)無砟軌道鋼軌伸縮調(diào)節(jié)器的其他大跨度橋梁提供了經(jīng)驗。

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