摘 要 对已经成功地投入商业运营的城市快速高架单轨交通轨道系统道岔设备的安装工艺进行了较为深入的研究,提出了适合于我国国情的施工工艺。结合重庆轻轨较—新线跨座式单轨交通进口道岔设备安装工程,详细叙述隧道内道岔设备和小半径大坡度区段道岔设备的安装过程。
关键词 城市轨道交通系统 高架单轨交通轨道 道岔 安装
1 概述
遍观全球各地,已经成功地投入商业运营的城市快速轨道交通系统大致可分为3种类型:地下铁道,快速轻轨交通,高架单轨交通。高架单轨交通可分为跨座式和悬挂式两种类型。我国重庆、青岛两市的城市轨道交通规划方案中,就包括了单轨交通线路。其中重庆轻轨较—新线轨道交通线一期工程已于2005年6月18日正式开通运营。
跨座式单轨交通的轨道由轨道梁、支柱和基础3大部分组成。
大型轨道梁道岔总长约22m,由4节梁和台车组成,梁断面为工字形,梁宽0.85m,高1.42m,与台车组装成一体后高2.189m,安装在基座板的轨道上。道岔梁被特殊装置锁紧时,道岔相当于轨道梁,列车从其上通过。当列车需要转线时,锁紧装置解锁,各节道岔梁在驱动装置的驱动下,以道岔固定端的转动轴为固定点,平移不同的距离,形成过渡线并与相邻的轨道梁对接完成转辙。根据转辙过渡线的形状,单轨道岔分为关节型道岔(折线)和关节可挠型道岔(圆弧线)。wWw.11665.com
每一副道岔就是一台精密设备,换线运转转辙时的误差必须保证在3mm以内,一次转辙时间在15s以内。道岔的安装精度将直接影响行车安全及乘坐舒适性。
2 道岔设备安装工艺及施工要点
2.1 工艺流程(见图1)
2.2工艺要求
(1)严格控制支柱和基础施工,其外形尺寸允许偏差≤20mm,支柱的垂直允许偏差≤3rad,地脚螺栓位置偏差≤3mm。超出偏差范围时应及时修正。
(2)吊装道岔底板力求多点起吊,各吊点受力均匀,严禁碰撞道岔底板,以防变形。道岔底板安装水平位置(纵向和横向)允许偏差≤3mm,高程允许偏差≤2mm,允许水平误差2‰。
(3)凸台采用c40混凝土,施工应遵循混凝土结构工程施工及验收规范要求,浇灌的混凝土要振捣密实,防止过捣或欠捣,振捣频率1100次/min,凸台混凝土要求蓄水养护7d拆模后,再自然养护7d。
(4)驱动装置及道岔梁分别吊装就位后应作同步调整,道岔梁线形调整垫片厚0.1～0.5mm,并以0.1mm为一级。调整后的道岔梁曲线度允许偏差±5mm/(10m),高程允许偏差±8 8mm/(22m),水平允许偏差±7/(1000rad),梁片间高低允许偏差±2mm,转撤量允许偏差±3mm。
(5)电器元件耐压及试运转要求:控制电压为220v,加压到500v延时10min;动力电压380v加压到600v延时10min,之后加压到1500v再延时1min;试运转次数要求达到500～1000次。
2.3 施工要点
(1)搭建必要的临时设施,为施工人员提供操作场所;准备好施工用电及用水;备足施工工具、测量仪器;精确设置道岔的岔前和岔后点坐标、中线控制点及每块底板的横向控制点。
(2)基础施工除满足结构物强度和刚度外,严格控制结构物外形尺寸;钢筋笼制作按设计图下料、绑扎,确保钢筋长度、数量、弯折、布置符合施工规范。
(3)为保证道岔底板在吊装过程中不变形,采用密集式吊点,使用特制的吊具,每个吊点连接一个2t手拉葫芦,以确保底板在吊装过程中始终处于水平状态。底板是道岔梁的安装基础,因此底板的调整是整个施工过程中最为关键的一环。
底板加工制作时,要分别在底板的安装轴线方向作四个小圆孔标记,调整底板方位时,在设置好的中线控制点和横向控制点各安设1台经纬仪,以线对点,采用专制撬杆调整底板至设计位置。调整底板高程时,采用精密水准仪,多点测量,通过调节支撑脚螺栓使底板达水平高程,经精测无误后,将底板和支撑脚螺栓焊接为一体。
(4)凸台混凝土施工前要清除模板及基础表面垢物,模板下部与地面密贴,板缝间加贴双面胶带,以防漏浆。模板要高出凸台混凝土面10cm,以便蓄水养护混凝土。浇筑混凝土时,要充分考虑混凝土与钢筋的膨胀率不同,混凝土面要高出底板面3mm,且在养护期满后,把高出底板面的混凝土掏出一个v形槽,并用胶带加以密封,以此防止底板挤裂混凝土和雨水进入底板与混凝土之间。
(5)吊装驱动装置和减速机前,要在底板上画出安装位置线。吊装时使用钢丝绳配合手拉葫芦调整水平便于准确对位安装。驱动装置和减速机吊装到位后,要进行初步调整,便于道岔梁和台车安装到位,其精确位置要同道岔梁配合共同调整。
道岔梁应分节吊装就位,注意吊装顺序,吊装时使用手拉葫芦配合。
(6)道岔梁是今后运营车辆的承重和走行轨道,必须保证安装完成后的道岔梁直线状态平直,曲线状态圆顺。
道岔梁的线形和位置调整通过锁定槽实现。锁定槽及滑片的精确位置由调整垫片完成。调整垫片厚0.1～0.5mm,并以0.1mm为一级。
(7)控制基础采用c40素混凝土,立模时要注意内模尺寸及位置,预留孔一定要安装到位并固定牢固,防止浇灌混凝土时产生位移。
控制箱吊放到控制基础上后,控制箱上预埋件要安放到预留孔内,然后浇灌混凝土,使控制箱安装稳定。
(8)安装电缆槽及敷设电缆线。
电缆槽分为两种:钢筋混凝土电缆槽和不锈钢电缆槽。钢筋混凝土电缆槽截面尺寸为17cm×15cm,安装在地面上,连接在控制箱与道岔电机之间。不锈钢电缆槽安装在道岔梁侧面,连接在道岔梁与道岔梁之间。
敷设电缆线前,明确每一种电缆线的型号及走向,并作好标识。动力电缆和控制电缆分开设置。放线过程中严禁强行拉扯电缆线,严禁挤压电缆线。电缆线出电缆沟处要用pvc管作好保护,放线完成后,用胶带将电缆线固定。
3 工程实例
3.1 工程概况
重庆轻轨较—新线是国内第一条跨座式单轨交通线路,是国家确定的西部开发十大基础设施项目之一。较—新线一期工程中13为进口关节型及关节可挠型道岔设备安装工程,共有引进日本设计制造的9副道岔,其中5副是关节型道岔,4副是关节可挠型道岔。9副道岔分别安装在较场口车站、动物园车站和新山村车站。解放碑隧道内的较场口车站区间安装1副关节型道岔和1副关节可挠型道岔,组成一条渡线用于轻轨客车运行转线;高架桥式的动物园车站区间安装3副关节可挠型道岔和1副关节型道岔,组成3条渡线,用于轻轨客车出入车库和运行转线;高架桥式的新山村车站区间安装3副关节型道岔,组成2条渡线用于轻轨客车运行转线和出入车库。
3.2 道岔安装
3.2.1 隧道内道岔设备的安装
重庆轻轨较—新线需要在较场口车站道岔区安装的2副道岔,位于解放碑隧道内1300m处,先期架设的pc轨道梁线路进入隧道以后两条线路分洞设置,线路之间不能铺设运输轨道。已架设的pc梁线路上最大纵坡6%,最小曲线半径100m,最大横坡12%。线路中心限界1 57m,pc轨道梁边沿距站台只有1m余。由于重庆地铁一号线在道岔安装位置的下部通过,上部又是较场口闹市区,因此设计的隧道高度上下都受到限制,每一副道岔安装位置可利用的平面仅长25m、宽6 5m,最大可利用的空间高度6 8m,安装区其它位置都是已竣工的构筑物和设施。
因其位置特殊,是本次安装工程的重点和难点。
(1)道岔设备的运输
日本的羽田公司在隧道内进行过道岔设备的安装,但他们的隧道只长500m,并且隧道内的两条线路间距很宽,还几乎是平直线路,道岔安装时pc轨道梁还没有架设,道岔梁运入隧道内的安装现场,是采用在两条线路之间的地面上铺设轨道进行运输,运输到位后的安装现场空间较宽敞,利于设置吊装机具设备。而较场口道岔区2副道岔,需要从隧道外运输到安装现场的设备部件,有基础基座预埋件1箱,钢制基座板14件(最大的1件5.8m×2.0m),驱动装置减速机、电机、控制柜、附件箱共计17箱,道岔梁组件8件(最大件长7.1m,底宽1.8m,高2.6m,重11.5t)。
为此我们设计制作了1台长7.1m、宽2.4m的运输车。
该运输车设前后承重轮2组,每组4个φ560mm×170mm实心橡胶轮,两侧设置刚性导向架和稳定架,安装8个φ450mm×120mm实心橡胶车轮做导向轮和稳定轮。采用实心橡胶轮,是为了防止运输车在转弯时被卡死,防止运输车在运行时损伤已经安装竣工的轨道梁表面。为减小运输车在转弯时承重轮对整车的横向作用力,车轮联结采取同轴不同速的方式,使车轮在转弯时具有不同的线速度,同时可以减小整车的纵向阻力。承重轮、导向轮和稳定轮的前后轮距为3. 2m,导向轮和稳定轮在平直段线路与pc梁之间的总间隙为25mm,满足运输车在通过12%横坡时的倾斜状态下车轮同pc梁稳定面和导向面能正常运行。
运输车设计荷载14t,满足运输最大单件(重11 5t)货物需要。运输车不设动力,只设置挂钩装置,采用现有的pc梁工程车为外动力。推运道岔梁大件时用2台pc梁工程车,推运其它小件设备时用1台pc梁工程车。
(2) 隧道内道岔安装的其它设备准备
根据作业现场的有效施工空间,设计制作了3台龙门吊,有效地解决了解放碑隧道内较场口车站的道岔安装。2台主龙门吊,每台起重量7t,跨度4m,支腿净空高度5.7m,主梁上移动小车最大横移量3m;另1台为安装底板时为实现纵横向换向的龙门吊,其起重量3t,跨度6.3m,支腿净空高度3.5m。每台主龙门吊上设置2台5t×6m手拉葫芦做横移设备,设置2台5t×6m手拉葫芦做垂直移动设备,龙门吊支腿上设置滚轮装置,铺设43kg/m钢轨及钢支墩,人力推运龙门吊纵向移动。
龙门吊采用型钢构件,螺栓拼装结构,荷载与自重比6 .5∶1,适宜于当前的隧道狭窄安装空间。龙门吊在现场组装完成后,进行了1.25倍荷载静载试验。使用情况良好。
(3)安装道岔基座板
安装道岔基座板,是道岔安装关键性的工序,安装质量的优劣将直接影响下一步的道岔梁及台车的安装调试,影响道岔设备最终的安装质量和运行使用。
每一副道岔有7件基座板,道岔基座板主体是厚25mm的钢板,钢板上预留有多个φ200的混凝土浇筑孔。最大件基座板外形尺寸为9m×4m;基座板出厂时,道岔运行轨道、运行限位挡块、附件等都已安装调试完毕,调整的余地极小。这就对基座板现场安装的精度提出了特别高的要求。
使用全站仪,用极座标放样法放出道岔安装中心线控制点,然后依据控制点,再布放出纵向和横向中心线调整检测控制点。作业中严格按规程操作仪器,尽最大可能减小因人为因素造成的对中误差和标定误差;方向观测采用盘左放样盘右检测,两次观测误差均控制在4"之内,以减小测角误差;观测边长进行加乘常数改正来获得实际距离,以减小测距误差。使用经纬仪和精密水准仪依据检测点控制检验基座板安装的调整精度。为了防止厚度只有25mm、并且加工有较多φ200混凝土浇筑孔的基座板吊装时变形,我们利用基座板上的锚固螺栓孔和混凝土浇筑孔,加工专用吊环螺杆吊具,利用其中的4～8个吊装点,使用起重臂40m的50t汽车起重机,配以适当长度的钢丝绳并保证15°左右的起吊角度,减小斜向拉力,配合手拉葫芦和水准仪调整吊装水平,使用专用调整工具配螺旋千斤顶调整基座板中心和水平。
(4)安装道岔驱动装置减速机、道岔梁
道岔驱动装置减速机、道岔梁的吊装安装是道岔安装的最重要工序,每一副道岔由4节道岔梁组装成一副精密道岔设备,道岔梁的装配间隙0.1mm。使用槽钢制作道岔梁方框型专用吊装卡具,保证道岔梁吊装可靠平稳。
吊装道岔梁组装成一体后,配合驱动装置减速机进行精确的中心调整。使用两个磁力座式百分表调整主驱动电机与减速机的同轴度误差在0.3mm内。
道岔机械设备调整合格后,安装电气设备,布线、接线。
电气设备安装完毕,检查确认无误后进行单机电动调试运转。
单机电动调试合格,进行同信号系统的联动调试以及同其他专业接口进行联动调试。
3.2.2 小半径、大坡度区段道岔设备的安装
我们在前后车辆之间设计了滑移过桥,并在车辆及起吊设备上设置了双制动,使道岔设备的安装安全顺利地通过了pc梁线路上6%的纵坡、12%的横坡、100m的小曲线半径等困难地段。较大重量的道岔梁设备运输时,用4台5t手拉葫芦和钢丝绳绑扎固定,用2台pc梁工程车推运道岔梁到达安装现场。推运过程要缓慢平稳行进,特别是通过12%大横坡时更要平稳缓行。道岔梁卸车、安装就位时,2台龙门吊连接成一体。安装设备垂直升降时用3台水准仪测控水平高程。用人工推移龙门吊,龙门吊移动到位加塞木楔防止定位后的滑动。
4 应用效果
中铁十一局重庆轻轨项目部按照上述施工工艺,采用自行设计制造的专用胶轮运输车和3台龙门吊,顺利地完成了较场口道岔设备的安全就位安装。
重庆轻轨较—新线一期工程13包进口关节型及关节可挠型道岔设备安装工程,提前3个月完成了6副道岔的安装施工任务,取得了较好的经济效益和社会效益,成为国内第一家成功掌握进口关节型及关节可挠型道岔设备的安装技术的单位,为指导今后相关设备的安装施工积累了宝贵的经验。
重庆轻轨较—新线跨座式pc轨道梁综合施工技术成果,于2004年4月28日通过了由重庆市科委组织的专家鉴定,与会专家一致认为,该成果具国际先进水平。
参考文献
1 孙 章，何宗华，徐金祥.城市轨道交通概论.北京：中国铁道出版社，1998
2 大谷直.沖繩都市モノレ一ルと1000形車兩の概要.rollingstock&machinery，2003（1）
