上海地铁一号线北廷伸无缝线路施工难点

　 上海地铁一号线北廷伸无缝线路施工难点的攻关摘要：上海市轨道一号线北延伸是我国第一条城币高架公路一体化轻轨交通线，在城市轨道高架桥上建立焊轨基地现场焊接长钢轨，我国尚属首次。本文针对高架桥的施工条件，介绍了上海轨道一号线北延伸高架桥焊接长钢轨、轨条运输的施工方案，以及小半径、大坡道地段长轨车的运行安全措施。关键词：焊轨基地 无缝线路 安全措施1 工程概况 一号线北延伸自地铁一号线“上海火车站站”北端折返线至宝山“泰和路站”北端约400m处，全长约12.5km。 本工程由地下段和高架段两部分组成，其中地下段又由盾构段、暗埋段和敞开段组成，共长约4200m;高架段又由“一体化高架”和一般地铁高架两段组成，共长约8300m。高架桥是上海市共和新路高架工程的一部分，“一体化高架”段共长5456m，其地面以上共有两层:上层为马路，下层为轨道交通。地下段和高架段的轨道，其道床结构均不相同。 本工程线路平面共有曲线科处，曲线总长占线路总长的38.34%，最小曲线半径Rmin=400m。线路纵断面最大坡度为30%, 且该段地道有部分处在R=600m的曲线上，故该处的当量坡度达31.17‰，全线各地段设计坡度差较大，最大处达40.9‰，呈凹型。 本工程上、卜行间最小线间距为3.7m，较既有的营运线小0.3m。 按设计，本工程全线铺设60kg/m轨无缝线路，其焊接长度上下行共计24.76km、现场焊接联合接头约280个。2施工难点及解决方案2.1关于“焊接基地”问题 当钢轨焊接确定为“接触焊为主、气压焊为辅”的技术方案后，首先要解决的是“焊接基地”问题。 此前，我们曾经承接了上海地铁一、二、三、五号线既有无缝线路的铺设任务。一、三、五号线的长轨焊接都是在铁路专门的焊接车间焊轨流水线上进行的、实行工厂化生产，其焊接工艺、作业程序控制和产品检验，均严格执行铁道部行业标准，焊后的成品长轨，由专用的长轨列车通过铁路转运至地铁现场换装站，再换装到由轨道平车改造的运轨车组，运送至工地。二号线我们仅承担铺设任务，长轨焊接由工程局自行组织。由于二号线无法与铁路连接，所以，他们曾在洞口(地面)设置了简易焊轨场地，但其焊接工艺、作业程序控制均达不到“标准”要求。 本工程是为一号线延伸段，但由于一号线已投人正常营运，在工程施工期间，不可能与运营线连接，因此也不可能利用一号线转运长轨，且本工程均处在地下和高架上，与地面无从连接。因此，需在高架桥上选择适当位置建立“焊轨基地”。以下就建立焊轨基地应解决的具体问题进行阐述。2.1.1基本要求 前提是焊接工艺、作业程序控制和产品检验结果，均应执行铁道部行业标准，为此确定: 采用工厂固定接触焊的基本工艺流程和设备配置，其设备的自动化控制程度、流水线滚道的技术标准均应不低于工厂固定接触焊的同等水平。限于现场实际供电能力及场地条件，正火热处理改用还原性，火焰加热方式;焊后细磨以平磨机取代进口的精磨机床。也限于场地条件，缩短流水线长度，以运轨车组取代成品轨承轨台，焊后长轨直接纵向装车，因此也可取消横向装车所需的起重设备。2.1.2选址 本工程基地选址在泰和路站北端，其符合以下条件: (1)流水线(含取代承轨台的运轨车组)设置在平直线上。 (2)有供焊接使用的外接电源，且该电源距焊机较近，能保证焊接时电源参数的稳定。 (3)基本上可以由北向南单向运卸长轨，只有一次性设置基地，无须进行流水线焊方向的调整。 (4)流水线焊接短轨存轨台工位所处高架桥下两侧有道路和场地，可供短轨供应进行吊装之用。2.13工艺流程 在保证基本工艺流程的前提下，为缩短流水线长度，其工位设置较工厂流水线有所调整，即短轨的配轨、锯切、轨端除锈打磨(前打磨)合并为一个工位;焊后细磨和探伤检查合并为一个工位。 调整后的工位设置如图1:2.1.4主要设备 (1)流水线辊道 由若干个钢架辊筒墩台组成，每个墩台用螺栓固定在线路钢轨上。墩台间距2.5m,辊筒面高度与钢轨调直机工作台面取平，辊筒平面与线路轨面平行，且辊道中心线与线路中心线一致。 辊筒有主动辊和从动辊两种，其墩台支架结构也不相同，每隔4-5个从动辊设置一个主动辊，以保证长轨均匀受力。 (2)焊接 采用K-900悬挂式接触焊机，在焊接工位处搭建焊机悬挂支架，并在其侧位搭建安装焊机控制设备的工棚。 (3)钢轨调直机 设计一台直接置于线路钢轨上，并能前后移动的250t移动式钢轨调直机，其工作平台面高度为1060mm(线路轨面以上)。 (4)电源 基地附近有一处400kVA变配电站，本有多家施工单位共用，改宽到变压器的容量限制，为保证焊参数稳定，在输出总线的终端，设置分路器。在每天的焊接时段内，切断其它分路连接，实行对焊机全额单供: 基地流水线各工位及照明等其它用电(包括流水线辊道)，另设90kW移动式发电站专供。 (5)运轨车组 由若干24t轨道车平板车组成。其数量取决于长轨的焊接长度，而焊接长度又取决于线路平、纵断面条件及牵引动力。 运轨车组作为运、卸作业使用时，要达到如下要求: ①相同的制动时间、缓解时间，相同的制动压力，管路无泄漏。由于多辆(当焊接长度为250m时，需20辆车)连接，轨道车制动用量严重不足，故在车组的端部另设0.9m3/min变压机和相应的储风缸，连接轨道车风管，纳人到制动系统中。 ②在车组的中部，设置长轨锁定装置，固定每根长轨，使在运行中，长轨不横移，不串动。 车组的平板两侧设置单轨辊道，作为卸轨辊道。辊筒间距为每辆平车长度的1/2，即辊筒安装在平车长的1/4和3/4处。 运行车组作为承轨台使用时，还要达到如下要求: ①由于平车组辊道面高度(线路轨面以上)为948mm，较流水线辊道面高度低112mm，且流水线辊道处在线路中心，而平车组辊道设在平车两侧，为此需在平车组与流水线之间设一过渡车或设若干过渡辊道支架，以保证长轨装车过程中高度与方向上的过渡。 ②长轨在流水线上移动是由主动辊驱动，而平车组上的辊道无主动辊，当长轨大部分进入平车组上后，流水线上的主动辊驱动已不足以使长轨继续向前移动，为此在平车组的端部需装一部1.0t的卷扬机，其钢绳容量为100m，这样，即使焊接长度为250m时，也可使长轨牵引到位。2.15执行标准和其它技术要求 全面执行:TB/T1632-91《钢轨焊接接头技术条件》，《铁道部钢轨接触焊生产管理办法》，《上海铁路局钢轨探伤工艺标准》，《上海铁路局焊轨段质量管理条例实施细则》。 对长轨焊接生产全过程实施质量管理、控制、考核、处理。现场焊轨基地与工厂车间的条件有较大区别，为保证焊接质量，在全面执行上述标准的基础上，又补充规定了几点技术要求: (1)关于流水线辊道。 工厂车间的流水线辊道是经过严格测量，保证是同一条直线和同一个水平面。焊接基地在选址时，已经选在平、直线上，或选在坡度不大的同一坡度上。辊道支架在制造时，要求严格做到等高;支架安装前，须对线路进行整理，方向取直，高低取平;支架安装时，应取一股钢轨为基准安装、固定。 对焊接头外观质量影响最大的是在焊接工位，因此，焊接时，整条长轨应处在平直线上，流水线改变高度和方向的过度段，应设在“焊接长度”以外的地段。 (2)关干接头焊接及正火后的冷却速率。 在室外，高架桥上焊接，受自然气候条件影响，焊头的冷却形态和冷却速度都是不相同的。而冷却速度关系焊接质量，焊后或正火后高温焊头，直接暴露在雨中或冬天的强冷风中，将导致焊缝的冷脆性倾向。 钢轨的形状使其头部、腰部和底部的冷却速度是不均匀的。PD3轨在焊头温度处在t8/5范围内时，其冷却速度>49C/s，是不允许的，为此规定，焊后或正火后，焊头温度在t8/5范围内，其冷却速控制在2.090/s左右。 (3)关于其它工作作业时对焊头温度的要求。 除控制焊头的冷却速率外，还要求: ①正火时的起始温度不高于400℃，终了温度为850-900℃。 ②钢轨调查时的焊头温度不低于500℃。 ③焊头温度在200℃及以上时，不得淋水、强制冷却。 (4)为达到控制冷却速率和各工位对焊头温度的要求，在各工位之间的辊道线上，按不同要求设置“封闭通道”、“遮挡通道”等设施，并辅以作业效率控制。2.2关千现场铺设施工 长轨铺设采用“分段铺设、交叉放散、线上连焊、统一换算”的施工方法。这一方法在地铁一号线施工时创造，在二、三、五号线施工中完善，并在铁路沪宁线超长无缝线路施工中推广应用。 根据本工程特点，确定上述施工方法的作业流程如图2。 2.2.1长轨条的运、卸前已述及，长轨条的运、卸，采用轨道车平车组，该车组同时也作为焊轨流水线的“承轨台”使用。 根据本工程的线路条件，确定焊接长度为200m,需24t平车16辆，每辆车的用途及编组如图3。上述挡板车的前端装有0.9m3/min,空压机及储风缸、10.1t卷扬机和柴油发电机组。 根据线路条件和上述车辆编组，通过牵引计算及制动安全计算，确定: 长轨装载额定数量8根，常用数量6根; 牵引轨道车400HP(四轴)和290HP(两轴〕各一台，双机牵引。2.2.2焊接和铺设 现场联合接头焊接采用移动式气压焊，分线下和线上连焊两种。基本上以1000m作为单元长度，线下焊接5根4头。 铺设以换轨小车机械铺设为主，并铺以部分手工作业。基本上每铺设1000m，在线上连焊一次，并交叉放散和锁定一次，依次连续。2.3施工组织和施工安全措施2.3.1施工组织特点 (1)进度计划衔接 焊接进度:设计生产能力4-5接头/小时，日作业时间9小时，设计日产长轨3对6根; 装车进度:一车/日，3对6根/车; 卸车进度:一次旧,3对6根/次，即（600rn/次); 每日焊接短轨( 25m)数:48根; 焊接流水线短轨最大存放量:60根； 短轨供应:第一次60根，以后每日1次，每次48根。 (2)行车组织特点 本工程泰和路站以南全线。仅汉水路站和长江路站北端各设一组单渡线。 由于焊接基地设在泰和路站北端上行线上，所以下行线长江路站呼兰路站泰和路站区段的卸轨作业，必须组织运轨车组重车“推进运行”。其它区段均可“牵引运行”。但空车返回，全线均须“推进运行”。 本工程在长江路站北端的上行线设有一股存车线，本作为地铁运行车辆存放之用，原有效长仅为227.9m。现按3.4m线间距计算，设置临时警冲标，使有效长扩大为238.7m，以作为长轨车组临时存放和轨道车转线之用。2.3.2主要施工安全措施2.3.2.1行车安全 (1)无论是重车或空车的“推进运行”，均需在列车运行方向端部(即运轨车组尾部)设专人“引导运行”，为确保行车安全，在车组尾部设置“列车简易制动阀”，由引导人员控制。 (2)制定每日的运行计划，定时、定时段、定运行方向，将计划提报业主单位，并请协商其它各施工单位按时清理线路上的障碍物和人员。 (3)列车运行前，专派单机在预定行车线路上预运行，以查看线路状态，并予告各施工单位撤离。 (4)技术人员会同司机.制订当日行车区段内的行车方案，要明确当日的限速地点和速度、长大坡度闯坡的加速地点、下坡的制动方案、高坡卸轨的零速度起动方案等。2.3.2.2卸轨作业安全 (1)列车在运行状态时，车上的轨条必须全部锁定。卸轨作业开始前，才允许醉锁。 (2)高坡地段，向上坡方向动车卸轨付，轨条不能全部拨上辊道，需视坡度大小，尾端3-8个车。当所卸轨条头部落地舌，才能将尾部轨条全部拨上辊道。 (3)在坡道上卸轨、辅机不得熄火，对位时，主机不得使用大闸，必要时，可适当控制车组低速“抱闸溜车”，避免因主机制动引起长轨串溜。3结束语 2003年1月27日，上海地铁一号线北延伸无缝线路安全、优质地铺设成功.圆满完成了施工任务。 这次施工是在由地下直接转人高架的线路上进行的，所有的施工设备以及轨料均需由公路运输并吊装到高架桥上。我们首次在这样的条件下进行施工，使我们获得了新的施工经验。 我们建立了一套新的无缝线路施工方案。这套方案既达到了行业标准所规定的技术要求，也解决了由各种施工条件限制所带来难点。安全、优质的结果说明这套技术方案行之有效。事实上，这套方案已经在铁路鹰厦线、外福线无缝线路施工中推广使用。 这次施工，锻炼了我们施工队伍，提高了使用基本技术灵活应用于不同施工条件的能力，增强施工队伍的业务素质。