中铁上海工程局集团华海工程有限公司 上海市 201101
摘要：在苏州有轨电车2号线、1号线延伸线项目施工中，通过对有轨电车轨道工程施工的研究总结形成施工工艺。该方法的成功运用，节约了成本、缩短了工期，提升了安全性，为今后此类工程提供了借鉴，为有轨电车轨道工程施工拓展了新的研究方向。
关键词：有轨电车；轨道施工；施工工艺
1 研究背景
现代有轨电车具有绿色环保、安全舒适、方便快捷、建设投入和运营维护成本低等特点，近些年来受到许多城市的青睐。但是在其领域，施工工艺、钢轨型式等均不同于地铁轨道工程，一些施工方法、机具等均需进行改进或重新设计。
中铁上海工程局集团有限公司从提高有轨电车轨道施工技术水平的层面出发，研制了钢轨移动专用吊架等16 项专利（12项实用新型专利、4项发明专利）；研发了有轨电车小半径曲线轨道铺设、碎石道床梯形道岔轨道铺设、槽型轨正火等技术，在苏州有轨电车2号线、1号线延伸线等工程应用的基础上，总结形成本施工工艺研究。
2 研究过程
为解决苏州有轨电车项目遇到的铺轨技术难题，中铁上海工程局集团有限公司聘请社会专家组成技术专家组，调动全局专业技术力量成立课题研究组。
通过调研、勘察、试验、分析、合作等多种方式，优化设计，研究方案，指导实施，提炼成果，积极开展科技攻关活动。
中铁上海工程局集团有限公司聘请了国内院校、企业、研究所等机构在有轨电车行业颇具造诣的专家组成技术专家组，负责指导本项目的科技研究，对具体研究内容予以技术支持，协助研讨、解决施工中的各种技术难题。中铁上海工程局集团有限公司立足企业自身，整合全局专业技术人员，成立课题研究小组，具体实施各项科研内容，解决各类技术难题，编制科研成果。
系统地调查统计分析全国有轨电车领域制约铺轨施工的方法、机具，通过知网、万方、国家专利库等数据库搜索相关文献资料，研究针对有轨电车轨道工程施工技术方面的文献数据，并就现行既有施工技术结合本工程的特点进行分析比较，对小半径曲线、梯形道岔、预制板道床施工等施工方法，感应正火、轨道几何状态检测用“T”形尺、钢轨移动专用吊具等机具设备的国内技术现状进行调研，以研究适应本工程所需的施工技术方法和机具设备。
针对有轨电车槽型轨的特点，对其施工方法、机具设备进行可行性研究探索，提出解决的思路，将解决思路进行细化、设计、论证形成解决方案。
组织新机具、设备的研制、试用、改进、规模应用，并进行效果分析。例如对小半径曲线先焊后铺及先铺后焊的两种工艺进行接头质量、轨道状态检测比对；对感应正火的特点，采用传统式、缠绕式和仿型式的应用进行实验优化，分析感应正火对槽型轨焊接接头的作用。
在小半径曲线地段轨道铺设、梯形道岔轨道铺设、槽型轨正火、轨道板铺设等技术的研究等方面，采取与具有专业特长的企业进行合作，进行改进、优化和提高，重大设计组织内外部专家对方案进行论证可行性后组织实施。
根据工程应用情况和施工总结进行汇总，形成综合的科研成果。
3 成果创新点及特点
3.1成果创新点
3.1.1专用设备和器具原理
依据槽型轨断面形状和尺寸，在既有工字轨设备器具基础上进行改进，使之能够满足槽型轨施工的条件，达到精准定位调整的目的。
3.1.2专用技术原理
小半径曲线充分长细比的柔性原理，减少了局部应力集中，降低了钢轨刚度，增加了柔性；利用长轨条的整体性，将钢轨缓慢弯曲、逐步精调，提高了效率，保证了质量。
梯形道岔通过整体起道、逐步精调的联调联试原理，先进行辙叉部位起道、再进行周边连带钢轨起道的方式，减少了相邻股道间的相互影响，保证了梯形道岔平面位置不发生扭曲变形，确保了施工质量。
槽型轨专用感应正火技术利用中频发生器给感应线圈提供交变电流，继而产生交变磁场，从而使包裹在其中的钢轨接头中产生涡流以实现钢轨接头加热，达到正火的目的。
3.2成果特点
3.2.1应用专用设备，施工效率高
采用钢轨移动专用吊具吊架、轨道调整多功能支撑装置、槽型轨正火装置等专用设备，提高了机械化程度，减少了用工量，降低了工人劳动强度，提高了施工效率。
3.2.2应用创新技术、工程质量稳定
小半径曲线采用先焊后铺的工艺，减少了对扣件重新拆装的工序，从而避免了钢轨二次反弹对作业人员、接触网柱杆产生的潜在隐患，实现了道床与无缝线路一次性到位的轨道施工。
梯形道岔通过先组装直股，再组装辙叉，后组装曲股的顺序，以及整体起道、逐步精调的方法，加快了组装调整效率；利用铝热焊方式进行异形接头的连接，确保了异形断面的连接质量。
槽型轨电磁感应正火技术采用左右分离式设计，便于线圈在轨道上安装拆卸；采用水冷设计，左右两侧线圈各自拥有独立的循环水路；采用悬挑式设计，便于左右股钢轨交替施工。
3.2.3施工安全平稳、节能环保、成本降低
发明的工机具在保证了轨道状态质量的前提下，改善了乘车舒适性，降低了运营安全风险，材料重复利用降低了成本；正火装置无明火燃烧现象，提高了施工作业安全性，减少了碳排放，节能环保。
4 有轨电车轨道工程施工工艺流程及操作要点
4.1工艺流程
施工工艺流程图具体参见图1所示。
图1 施工工艺流程图
4.2操作要点
4.2.1施工准备
人员交底、场地复核、材料检验、设备调试等工作完成。
4.2.2基标测设
1.整体道床
控制网复测无误后在底板上成对布置CPⅢ点，并进行编号和标识保护。控制基标及加密基标除曲线要素点以外均5m布设。
2.碎石道床
直线段10m一个，曲线除曲线要素点外每5m一个设于线路中心。梯形道岔除了与普通道岔类似的直股岔头与岔尾外，在每股岔心、曲股线路中心均需设置。梯形道岔基标布置位置参见图2所示。
图2 梯形道岔基标布置位置示意图
利用等外水准测量测取基标对应里程的基标顶标高，计算设计轨顶标高和实测基标的标高差值抬高量进行交底。
4.2.3整体道床施工
直线段及曲线半径R＞50m的地段，采用先轨排组装、道床施工，再无缝线路的施工方法。为提高曲线地段施工质量，在R≤50m的地段采取先进行钢轨焊接，再进行轨排组装、混凝土浇筑的工艺流程。
1.钢轨焊接
普通地段采用移动焊机（小半径曲线段采用将焊机固定移动钢轨）的方式进行逐个接头焊接。热处理采用《有轨电车60R2槽型轨焊接接头感应正火线圈》进行中高频电感应加热正火技术（我公司对本线圈已进行专利申请）。正火工艺流程参见图3所示。
图3 正火流程图
（1）施工准备
检查正火车电路、循环水路连接情况，将各部件连接，启动发电机。
（2）起道
用起道机将钢轨起高不小于15cm，检查焊缝两侧各0.5m范围内的钢轨支撑水平。
（3）安装感应线圈
松开上下开合口，打开感应线圈，首先将带有凸起端的一侧线圈安装到位，然后将另一侧线圈合上，拧紧两处开合口法兰螺栓，将线圈形成一个整体，使其包裹住钢轨。
（4）塞入高温纤维耐火棉
在轨顶处塞入5mm、两侧轨腰塞入12mm厚的耐火棉。
（5）插入耦合电阻测温片
四个耦合电阻测温片分别插入于轨头、凹槽、轨腰、轨底，各电路、循环水路间进行有效连接。
（6）启动电源、正火作业
操作中频发生器控制台面板，开始正火，记录相关时间点参数。正火热处理实景参见图4所示。
图4 正火热处理实景图
（7）关闭循环冷却水
正火作业结束，关闭冷却水箱电源，停止循环供水。
（8）拆卸正火线圈
线圈供电停止后，拔除耦合电阻测温片，松开连接铜法兰螺栓，
打开并移走线圈、清除高温纤维耐火棉，在自然环境中冷却。
（9）转场
将各部件放置在正火车上，移开正火车轮下方的防溜铁鞋，松开驻车制动器，发动正火作业车转场至下一作业面。
2.轨排架设、组装
吊车将轨料运输到现场集中、有序堆放，利用发明的钢轨移动吊具吊架等工具将钢轨逐个散布并接头夹板临时连接，每隔2.0m设置一套调轨支架（曲线地段可适当减小间距），按照图纸要求组装轨排。
小半径曲线由于弯曲正矢较大，采用垫支木枕并安置滚轮和卷扬机，使钢轨可以缓慢移动。利用手动葫芦并将导链与钢轨相连，逐渐缩放，切忌一次性弯轨成型。弯曲到位后每10m设置一处反弹装置。另外在小半径曲线地段，需根据设计扣件间距及曲线要素计算出内外股的相错量，使内外股扣件连线垂直于线路中心线。
3.轨道粗调
利用丁字尺和基标调整好一股钢轨的状态，再利用道尺调整另一股钢轨，使误差范围在2mm以内。轨道粗调参见图5.5所示。
4.钢筋绑扎、模板支立
根据设计要求进行钢筋施工，注意小半径曲线地段钢筋间距的内外股差值。模板采用公母结合的钢模，依据加密基标点位与线路中心间距离关系进行支立。模板固定专用支撑架参见图5.6所示。
图6 模板固定专用支撑架图
5.轨道精调
全站仪、CPⅢ点、轨检小车连接无误后，根据计算机显示的数据偏差人工调整轨排支撑架和斜撑进行轨道状态的调整。轨道精调要求至少3遍，以保证平顺性。
6.道床浇筑、养护
对轨道状态、钢筋模板等仔细检查验收，确保符合设计及规范要求。用彩条布和扣件罩覆盖钢轨，防止浇筑时对其产生污染。待道床强度达到5MPa时拆除调轨支架和模板，覆盖洒水并进行不少于14天。
7.轨道整改
探伤、锁定完成后（小半径曲线道床段探伤锁定工作在轨排组装前进行），再次对轨道进行复检，利用调整件对轨道进行改道精调，使所有项目符合规范要求。
8.阻尼安装
清理干净钢轨轨底、轨腰的锈渣等杂物，然后依次安装轨底套靴、轨腰内外侧阻尼材料，最后安装扣件罩。
4.2.4轨道板施工
轨道板施工是将工厂预制成型的轨道板运输到现场后，进行轨排组装、固定，再自密实混凝土浇筑的方法。
1.基底清理
轨道板施工要求基底具有很好的平整度，以满足自密实混凝土的自由流体。
2.预埋筋调整
对预埋筋标高、位置进行复核，以便轨道板能顺利定位。
3.钢筋网制作
按照图纸要求制作钢筋网。
4.轨道板定位
在每块轨道板四个角对应位置放置支撑垫块，采用吊车配合人工将轨道板进行定位，然后进行类似普通道床的后续工序。
在每块板设置四道防上浮装置，在观察孔处设置防溢装置，四个转角排气性能良好。防上浮装置、排气装置参见图7和8所示。自密实混凝土浇筑严格按照操作手册进行浇筑，保证自由流体。
图8 排气装置
4.2.5碎石道床施工
1.底砟铺设
铺设底砟，压实度符合要求。
2.枕木锚固
采用锚固剂对工字轨枕木进行锚固，槽型轨枕木和道岔枕木由于预留有道钉，无需锚固。
3.轨排组装
按设计要求进行轨排组装。梯形道岔槽型轨由于岔后导曲线接工字轨的25m半径曲线，轨排调整较为困难，故先采用异形接头焊接。由于两种钢轨截面尺寸差异较大，焊接时首要保证工作边的对轨质量。钢轨对接参见图5.9所示。
图5.9 钢轨对接示意图
4.铺砟、起道
分层铺砟，逐步起道。梯形道岔由于三出口辙叉连带多跟钢轨，起道时相互影响，故按照先起辙岔部位，再起转辙器部位，然后起连接部位的顺序进行作业。
5.线路整理
图5.10 梯形道岔各部位名称
结合基标点位，利用道尺等工具，按照规范允许要求对轨道状态进行精调整理。梯形道岔轨道调整时为避免股道间相互影响，利用联调联试的原理，遵循整体起道、逐步精调的原则，先调整直股、再调整三出口辙叉，最后调整曲股。各部位名称参见图5.10所示。
6.补砟、修整、养护
按设计要求对道床外形进行整修，多清齐少补，使符合设计图纸要求。当线路施工完成后进行压道，加强日常维修、保养，对线路沉落地段和曲线不圆顺地段及时进行整修，直至线路达到验收标准。
5 现场应用效果
发明的吊具吊架、调轨装置、检测尺等机具设备，解决了槽型轨吊装运输、定位调整困难的问题，快速高效；小半径曲线先焊后铺的方法，使钢轨弯曲困难度、接头位置轨道状态、钢轨扭曲度等质量控制显著提高；缩短了时间跨度，降低了对接触网杆可能造成的损坏和对施工人员可能造成的伤亡风险。梯形道岔先进行辙叉部位起道、再进行周边连带钢轨起道的整体起道、逐步精调的方式，减少了相邻股道间的相互影响，保证了梯形道岔平面位置不发生扭曲变形，提高了施工质量和效率。槽型轨正火技术使加热时间减少至3min，加热线圈拆装方便、操作安全、绿色环保、工作效率高，可满足不同工况的需要。轨道板铺设技术将现场工作量向工厂转变，达到减少环境污染、提高施工质量、加快施工进度、减轻人员劳动强度的目的。
通过有轨电车技术研究，2号线轨道工程和1号线延伸线轨道工程施工成本降低，节约成本约376.034万元，参见表1所示。
表1 有轨电车技术研究共计节约成本统计表
6 结论
本文根据国内有轨电车轨道工程施工技术现状的基础上，针对47m小半径曲线、梯形道岔、60R2槽型轨正火等施工难题，研制应用了“轨道状态专用调整装置”、“多点接触夹持式专用吊具”等11项专利技术的成套工装设备，开发了轨道接头感应正火技术，改良了轨道铺设工艺，优质高效。
应用仿形和感应加热原理研制的正火设备，首次实现了槽型轨的感应正火，解决了槽型接头及异形接头正火难题，质量可靠、安全环保。
首次采用的梯（梳）形道岔分块铺设、整体起道工艺，槽型轨小半径曲线先焊后铺技术，CPⅢ测量控制轨道状态方法及预制板式道床的应用，均具有创新性。
该研究技术成功应用于苏州有轨电车2号线和1号线延伸线两个工程，社会、环保、经济效益显著，综合技术处于国内领先水平，具有广阔的推广应用前景。
参考文献：
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论文作者:冯志宁
论文发表刊物:《基层建设》2019年第24期
论文发表时间:2019/11/15
标签：钢轨论文; 正火论文; 轨道论文; 道岔论文; 曲线论文; 梯形论文; 半径论文; 《基层建设》2019年第24期论文;