易     勇， 罗川萍， 李      群
（ 武汉地铁运营有限公司， 武汉 430030 )
 

摘    要： 为减少振动及噪声，武汉地铁 1 号线使用了弹性短轨枕，但在长时间运营后出现了轨枕一套靴一道床 之间剥离、间隙扩大、轨枕空吊、轨距变化大、减振量下降、短轨枕破裂等现象，分析出现问题的原因，并对轨道 状态较差路段的钢轨、轨枕变形测试数据进行对比分析，最后针对弹性短轨枕轨道病害总结出轨枕更换、空吊 整治、减振方式改造 3 种维修方案。
关键词： 轨道交通； 短轨枕； 套靴； 减振； 维护
中图分类号： U231      文献标志码： A    文章编号： 1672-6073(2017)06 -0079-05
 

ProbIemsandSoIutions： AppIicationof EIasticShortSIeeperTrackinWuhanMetro
YIYong, LUO Chuanping, LIQun
（ Wuhan MetroOperation Co.， LTD.， Wuhan 430030)

Abstract： Thee1asticshorts1eepertrack wasemp1oyed to reducevibration and noiseofthetrack in Wuhan metro.Many prob- 1emsariseaftera1ong period ofoperation， such asseparation among thes1eepers， rubberbootsand theba11astbed， theexpan- ding gaps， theaftervoided s1eepers， track gaugevariations， damping  performancedeterioration  and  crack  oftheshorts1eeper. Thecause， harm and effectofthoseprob1emswerediscussed， than therai1， s1eeperdeformation testdataareana1yzed.Three so1utionsareproposed to  so1vetheprob1emsoftheshorte1astics1eepertracks: rep1acing  ofthes1eepers， maintenanceofthe voided s1eepers， and changeofthevibration-reducing methodstype.
Keywords： rai1transit； shorters1eeper； rubberboot； vibration reduction； maintenance
 
 
1     研究背景
       对于中等减振地段，国际上广泛采用弹性短轨枕 轨道结构，其垂直弹性主要由短轨枕下弹性垫板提供。 弹性短轨枕的橡胶套靴设置于短轨枕与道床之间，主 要起弹性缓冲作用，应具有良好的耐磨性、绝缘性、耐 久性及一定的弹性［1J 。
       武汉地铁 1 号线弹性短轨枕在使用过程中由于橡 胶套靴发生老化、变形，导致轨枕一套靴一道床之间出 现剥离，间隙扩大，出现轨枕吊空、轨距变化大、减振性 能下降、短轨枕破裂等现象，给行车安全埋下了较大的 隐患。 为了避免这种情况的持续恶化，计划对严重病害路段进行改造，以提高轨道系统的稳定性，增强减振 效果。 为了深入了解问题线路的严重程度，并为后期 改造提供真实可靠的数据，在改造之前对问题线路的 轨道状态进行了动态测试。

2   弹性短轨枕简介
       弹性短轨枕由块下胶垫、橡胶套靴提供弹性，为防 止套靴渗入雨水及直接暴晒，并方便套靴组装及更换， 弹性支承块外形不同 于 其 他 支 承 块， 弹 性 支 承 块 高 190  mm，自顶 部向下 48  mm 处设有一周 14  mm 宽的 “ 帽沿”，再沿梯形向下 142 mm至底面。 支承块的顶面（ 承轨面)、底面及 4 个侧面均应平整光滑。 橡胶套靴 及块下胶垫由橡胶制品厂供货，支承块与块下胶垫及 橡胶套靴装配时，采用胶粘方法，弹性支承块内底部不 得有空隙。 组装好的弹性支承块应用条带材料在承轨面两侧绑扎以确保道床施工时支承块、块下胶垫、橡胶套靴三者之间垂向无缝隙配合。


2.1  块下胶垫
       块下胶垫为最新研制的微孔发泡橡胶垫板，采用 抗老化性能强的三元乙丙（ EPDM） 橡胶加工成封闭的 蜂窝结构，而不再采用传统的沟槽垫板［2］ 。  其最大优 点是残余变形小，动弹性损失少，能最大限度提供系统 所需要的弹性。  它与扣件组合在一起，提供系统垂向 弹性，其普通减振段设计编号为 P的块下胶垫，其静刚 度为 30 ～35  kNImm，与扣件组合刚度为 20  kNImm左 右，在满足轨道安全变形前提下，可为系统提供较好的 减振性能。
       尺寸为 590  mm×280  mm×12  mm，动、静刚度之比 不大于 1.35，吸水率不超过 10.0  kgIm3 。  此外，还设计 了过渡段编号分别为 G1、G2 的块下胶垫，其静刚度分别 为 56 ～64  kNImm、75 ～85  kNImm。

2.2  橡胶套靴
       橡胶套靴套在支承块及块下胶垫的外部，也采用 三元乙丙橡胶制造，套靴底部不提供垂向弹性，仅在套 靴的纵横侧面提供纵、横向弹性，与块下胶垫一起，为 轨枕系统提供三向均衡弹性，并保护块下胶垫。
       橡胶套靴截面与其支承块配套，要求其抗热空气老化、抗臭氧化能力强。

3    现场调查分析
       武汉地铁 1 号线为全高架线路，弹性短轨枕工作环境较为恶劣，经现场调查，线路存在如下问题：
       橡胶套靴与道床之间存在间隙；橡胶套靴高度方 向外露；短轨枕空吊（ 短轨枕四边破裂）；轨高差与道床 面坡 度 不 匹 配； 轨 枕 间 距 不 均 匀； 弹 性 短 轨 枕 翻 浆 冒泥。
       经初步分析，造成武汉地铁 1 号线弹性短轨枕线 路状况差的原因如下：
       1）  现场施工质量差， 在铺设弹性短轨枕的过程 中，轨枕摆放有误差。  焊接钢轨时，钢轨拖动后弹性短 轨枕的位置未调整到位，造成短轨枕偏离设计位置，出 现扭转、错位、高低不一等问题，使施工完成的轨道状 态难以达到设计预期的标准，影响轨道的减振效果及 稳定状态。
       2）  在运营过程中扣件橡胶垫老化，露天环境下道 床长期浸水，引起弹性短轨枕空吊［3］ ，导致轨道减振 效果不稳定，空吊严重时甚至导致弹性垫板失效，轨枕 的冲击碰撞使道床振动放大［4］ ，进而出现轨枕破裂等现象（ 见图 1）。

       3）  短轨枕坑内套靴与坑壁之间出现很大缝隙的 问题，主要为施工程序不当导致，在混凝土强度尚未达 到可以承受较大扰动的情况下，即进行轨道状态的调 整工作，攒动与拨动钢轨等， 导致轨枕块强力挤压坑 壁，从而引起坑壁变形，出现缝隙（ 见图 2）。

       4）  缝隙的出现，不仅会影响轨道的稳定，不利轨 距的保持，而且为灰尘杂物以及雨雪水的进入敞开了 通道，行 车 时 会 出 现 比 较 严 重 的 翻 浆 冒 泥 现 象 （ 见 图 3），翻浆冒泥的频繁出现，恶化了弹性套靴、块下胶 垫的工作环境，严重影响了轨道的减振效果。

4     现场变形测试分析
4.1  钢轨的变形分析
       改造路段、对比路段钢轨动态变形的平均值分别 列在表 1、2 中，当变形值为负值时，对于垂直方向的变 形表示向下，对于横向或扭转变形则表示水平向外（ 轨 距增加），计算的轨头横向变形也列在表中。

       改造路段平均车速为 55.1  kmIh，钢轨的净垂直变 形平均值为 1.86  mm， 最大轨头横向 变 形 平 均 值 为 0.22  mm，钢轨的扭转变形平均值为 0.88  mm；对比路 段平均车速为 63.0  kmIh，钢轨的净垂直变形平均值为 1.11  mm，最大轨头横向变形平均值为 0.13  mm，钢轨 的扭转变形平均值为 0.21  mm。
       在表 1 中，曲上股钢轨相对于道床基础在外侧的 垂直变形为 3.23  mm，在内侧的垂直变形为 1.91  mm， 外侧钢轨处于外翻状态，外侧钢轨的平均垂直变形为 2.57  mm。  改造路段的钢轨变形及轨道几何尺寸变化 较大，轨道几何状态不稳定。

4.2  轨枕的变形分析
       对轨道状态较差的头道街站至黄浦路上行线区间 段（ 改造路段） 进行了现场测试，具体里程为 K0 +772； 对比测试地点选择在轨道状态较好的循礼门站至友谊 路上行线区间段（ 对比路段）， 具体里程为 K5  +260。 主要测试在列车正常运行条件下，2 个测试点钢轨和轨 枕的动态变形。
       改造路段平均车速为 55.1  kmIh，轨枕相对于道床基础的垂向变形为 1.46  mm，横向变形为 0.42  mm，轨 枕的扭转变形角度为 0.21°（ 轨枕向外翻转），其中曲 上股变形比较大，轨枕相对于道床基础的垂向变形为 2.17  mm，轨枕的横向变形为 0.91  mm，轨枕的扭转角 度为 0.40°（ 见表 3）。

       对比路段平均车速为 63.0  kmIh，轨枕相对于道床 基础的垂直变形为 0.71  mm，横向变形为 0.03  mm，轨 枕的扭转角度为 0.03°（ 轨枕向外翻转）。  可以看出，对 比路段的轨枕垂向变形基本比较稳定，曲上股的垂向变 形为 0.65 mm，曲下股的垂向变形为 0.76 mm（见表 4）。

5   弹性短轨枕维修方案
       弹性短轨枕轨道具有较好的噪声和振动衰减特 性，弥补了无昨轨道弹性不足的缺陷，制造成本低，减 振效果好。  但其存在橡胶套靴及微孔垫板维修更换不 方便、需要进行长寿命设计的问题，造成经济成本大幅 度提高；弹性短轨枕道床如施工不当，对轨道初期几何 形位有影响，施工精度要求较高；雨水或脏物进入橡胶 套靴内部时可能对结构性能或寿命产生不利影响。  按 照施工条件及病害情况，提出以下 3 种弹性短轨枕轨 道维修方案。
 

5.1  更换工艺
       当发现短轨枕破损严重、预埋套管失效、橡胶套靴 严重损坏等病害，导致不能保持钢轨几何状态时，应及 时局部更换弹性短轨枕。
       1）  首先将待换的弹性短轨枕两侧在一定长度范围内（?:30  m） 的扣件松开，使该范围的钢轨处于自由 状态。
       2）  在待更换的弹性短轨枕两侧各用起道器将钢轨连同待更换支承块抬高，进行更换。  作业轨温范围小于锁定轨温 5  ℃。
       3）  将待换支承块从钢轨一侧抽出道床。
       4）  取下枕下橡胶垫板，检查原橡胶垫板性能，根 据具体情况确定是否需要更换。
       5）  将同型号的弹性支承块放回原位。  如由于尺寸误差，放入困难时可重新抬出， 对侧面进行适当打 磨，直至恢复正确状态。
       6）  移除起道器，将钢轨放回原位置。
       7）  安装扣件，恢复轨道几何状态。

5.2  吊空及维护工艺
       弹性短轨枕出现空吊时，应根据吊空量及时进行维护，以改善轨道的不稳定状态。
       1）  吊空量：5  mm。  采取在铁垫板下加调高垫板 的方法处理：松开扣件；将弹性短轨枕压入道床；加垫 铁垫板下调高垫板；安装扣件，恢复轨道几何状态。
       2）  吊空量：5 ～7  mm。  采取在轨下和铁垫板下加 调高垫板的方法处理，轨下调高垫板最大调高为2  mm： 松开扣件；将弹性短轨枕压入道床； 铁垫板下调高垫 板、轨下调高垫板；安装扣件，恢复轨道几何状态。
       3）  吊空量：7 ～20  mm。  采取在轨下和铁垫板下 加调高垫板并加长双头螺柱的方法处理，轨下调高垫 板最大调高为 2  mm， 铁垫板下调高垫板最大调高为 18  mm。  双头螺柱的加长长度，可根据现场需要的调高 量确定，最大可加长 13  mm：松开扣 件；将弹性短轨枕 压入道床；更换加长型的双头螺柱； 加垫轨下调高垫 板、铁垫板 下 加 调 高 垫 板； 安 装 扣 件， 恢 复 轨 道 几 何 状态［5叫 。
 

5.3  轨道减振方式改造
       当线路状态持续恶化，需大面积更换弹性短轨枕 时，建议进行弹性短轨枕整治，以改变轨道线路的减振 方式，从而根治本问题。  一般采用其他类型减振扣件 代替原本的道床减振方式。  以下介绍使用 GJ  III型 双层非线性扣件 +普通短枕的轨道结构代替原弹性短 轨枕 +WJ  2 扣件形式的施工方法。
       使用 GJ  III型双层非线性扣件更换弹性短轨枕 及 WJ  2 扣件。  先对一股钢轨进行改造，松开接头夹 板，上紧改造单元的扣件系统（ WJ  2 扣件），另一股钢 轨保持不变。  “ 隔三换一” 拔出既有短轨枕，轨底垫上支撑 木 块［6叫 。  此 时， 套 靴 留 在 坑 内， 抬 升 高 度 在 250  mm左右，取出弹性套靴。  在抬起的短轨枕下垫上 支撑薄钢板，松开待更换轨枕上的扣件，取出旧轨枕和 WJ  2 扣件。
       用 GJ  III型扣件把专用短轨枕和钢轨连接起来， 将专用短轨枕放入轨枕坑内，调节短轨枕位置，尽量保 证短轨枕居于轨枕坑中间，其余未改造单元的扣件按 照原来安装顺序重新安装复位，必要时可借助撬杠使 钢轨落槽。
       根据另一股钢轨的正常状态，调整改造单元所在 钢轨的轨道状态，调节钢轨位置（ 轨距、轨高、轨底坡）， 以满足轨道几何要求，用模形定位块预定位并保证短 轨枕四边间隙均匀（ 锤击定位模块不可用力过猛，以防 调整好的轨道状态遭到破坏）。
       整体道床采用树脂砂浆灌注，为加强短轨枕与既 有道床的连接强度，在填充树脂砂浆前，需用冲击钻在 既有道床坑内壁及四周进行凿毛处理（ 凿毛深度不小 于 10  mm） ，并用棉纱、吸尘器等工具将轨枕槽内杂物 清理干净。  在道床坑内采用植筋胶植入螺纹钢筋，并 将植入的钢筋与新轨枕底部的道床钢筋网焊接起来。
       将拌制好的树脂砂浆从一侧倒入轨枕坑内，使其 从轨枕一侧流入另一侧，便于排除短轨枕基坑四周内 的空气，并与原道床面平齐，道床坑内填充树脂砂浆初 凝后，在轨枕四周的道床顶面涂抹环氧树脂封闭层作 为防水处理。
       为便于新浇注填充浆料养生，在浆料达到适当强 度后，拆除锚固螺栓及扣件弹条，使新更换的短轨枕处 在不受钢轨及扣件牵制的自由状态。  按作业先后顺 序，在每个改造单元灌浆 1 h 后拆除 GJ  III型扣件（ 先 拆锚固系统，再拆弹条）。  待填充材料养护充分后安装 GJ  III型扣件。
       由于双层非线性减振扣件较既有 WJ  2 型扣件结 构高 30  mm左右，为了避免曲线段轨枕安装后，出现轨 枕顶面低于既有道床顶面的“ 凹陷” 从而引起积水的现 象，应在灌注树脂砂浆之前做好开槽等预留排水措施。

6   结语
       目前已成功完成头道街站至黄浦路上行线区间 段，共计 2 589 m轨道状态恶劣地段的弹性短轨枕轨道 改造工作，改造路段轨道状态良好，已顺利投入使用。

收稿日期： 2016 12 14 修回日期： 2017 04 17
第一作者： 易勇，男，助理工程师，从事城市轨道交通线路运营管理 工作，297311168@qq.com