嵌入式軌道在歐洲的應(yīng)用及養(yǎng)護(hù)維修經(jīng)驗(yàn)

　　ApplicationandmaintenanceexperienceofembeddedrailtrackinEurope

　　ZHAOYue1,2,JIAOHong-lin2,JINXue-Song1,YangQiang2

　　(1.StateKeyLaboratoryofTractionPower,SouthwestJiaotongUniversity,Chengdu610031,China)

　　(2.ChengduXinzhuRoad&BridgeMachineryCo.Ltd.,Chengdu611430,China)

　　Abstract:Thedevelopmentfocusofthemoderntramtrackstructureistheembeddedrailtrack,whichiswidelyusedinEurope.Thispapersummarizesfivekindsofembeddedrailtracksystemswhicharewidelyusedintramsorsubways.Thecharacteristics,construction,engineeringcostandapplicationcasesofvariousembeddedrailtrackstructuresareexpoundedindetail,aswellasthemaintenanceandrepairtechnologyandstrategy.Thereasonablemaintenanceandrepairtechnologyandstrategyofembeddedrailtrackcanmaintainthetrackstructureconditionwell,improvetheridecomfortoftramandeffectivelyprolongtheservicelifeofcurvedrail,whichleadstogoodeconomicbenefits.Thispapersummarizestheembeddedrailtrackstructureandapplication,themaintenancetechnologyandstrategyfortheembeddedrailtrack,whichcanprovidereferenceandguidancefortheapplication,selection,designandlatermaintenanceoftheembeddedrailtrackinChina.

　　Keywords:embeddedrailtrack,trackstructure,maintenance,build-upwelding,Raillubrication

　　1.前言

　　自1881年世界上第一條有軌電車線路在德國(guó)柏林建成后，有軌電車經(jīng)歷了"興起-衰落-復(fù)興"的曲折發(fā)展之路。尤其是上世紀(jì)70年代以來(lái)，隨著汽車數(shù)量迅速增大，由汽車主導(dǎo)的道路交通模式所帶來(lái)的問(wèn)題逐漸凸顯，能源危機(jī)、環(huán)境污染、交通擁堵等問(wèn)題日趨嚴(yán)重，現(xiàn)代有軌電車以其美觀可靠、大運(yùn)量、換乘方便、編組靈活、運(yùn)行速度快、節(jié)能環(huán)保等顯著優(yōu)點(diǎn)，在世界范圍掀起了新的發(fā)展和建設(shè)熱潮。至今，全球有超過(guò)50多個(gè)國(guó)家、400多座城市成功建立并運(yùn)營(yíng)了有軌電車。

　　歐洲作為有軌電車的發(fā)源地，也是有軌電車"現(xiàn)代化"的主戰(zhàn)場(chǎng)。歐洲的城市歷史悠久、人口密集，同時(shí)經(jīng)濟(jì)和資源的約束明顯，有著適宜有軌電車發(fā)展的良好條件。目前，在德國(guó)、意大利、荷蘭、法國(guó)、波蘭等國(guó)的大中城市，現(xiàn)代有軌電車的營(yíng)業(yè)里程合計(jì)已超過(guò)5000公里，并且還在不斷增加；其中，德國(guó)以超過(guò)2500公里位居首位。

　　歐洲有軌電車線路基本采用嵌入式軌道，嵌入式軌道是將軌道結(jié)構(gòu)嵌入在地面中、軌面基本與地面平齊的一種軌道結(jié)構(gòu)，其可以實(shí)現(xiàn)有軌電車與社會(huì)車輛或者行人共享路權(quán)，車道利用率高；此

外，嵌入式軌道表面平整、美觀，與城市道路交通景觀融為一體。因此，嵌入式軌道是現(xiàn)代有軌電車軌道結(jié)構(gòu)的發(fā)展重點(diǎn)。本文就嵌入式軌道在歐洲應(yīng)用及養(yǎng)護(hù)維修經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行綜述，主要包括嵌入式軌道結(jié)構(gòu)、應(yīng)用情況、養(yǎng)護(hù)維修技術(shù)及策略等。

　　2.嵌入式軌道結(jié)構(gòu)及應(yīng)用

　　目前，應(yīng)用于有軌電車及地鐵線路的嵌入式軌道系統(tǒng)主要分為以下五類[1]。

　　2.1軌枕式嵌入式軌道

　　如圖1所示，軌枕式嵌入式軌道中，鋼軌由離散的軌枕支撐，鋼軌通過(guò)扣件直接固定在軌枕上（如圖1(a)），再進(jìn)行混凝土澆筑、鋪裝層施工，完成后如圖1(b)所示。軌枕式嵌入式軌道的軌道厚度相對(duì)較大，約為600mm。軌枕式嵌入式軌道中采用扣件對(duì)鋼軌進(jìn)行固定，是一種離散支撐的軌道結(jié)構(gòu)，其扣件間距為600mm或750mm，扣件支撐剛度大于45MN/m。離散鋼軌支撐之間鋼軌下方的填充材料對(duì)軌道整體剛度非常重要，如果沒(méi)有合適地填充會(huì)形成離散的較硬支撐點(diǎn)，可能會(huì)加速軌道波磨的發(fā)生，不利于延長(zhǎng)鋼軌的使用壽命、減少軌道養(yǎng)護(hù)維修工作量。

　　軌枕式嵌入式軌道的工程造價(jià)如表1所示，工程造價(jià)適中。軌枕式嵌入式軌道的施工不受氣候條件限制，施工速度相對(duì)較慢，施工速度小于54米/每天。目前，軌枕式嵌入式軌道的主要應(yīng)用案例有法國(guó)、意大利、荷蘭大多數(shù)的有軌電車軌道線路、西班牙Euskotren-Bilbao鐵路線路、Tenerife地鐵線路、比利時(shí)Brussels有軌電車線路、Antwerp有軌電車線路等。

圖1(a)

 圖1(b)

圖1 軌枕式嵌入式軌道
表1軌枕式嵌入式軌道的工程造價(jià)

供應(yīng)	軌道元件	150
	混凝土	160
	60 kg鋼軌	100
安裝	180
總花費(fèi)（歐元/lm）單線軌道	590

 

　　2.2拉桿式嵌入式軌道

　　如圖2所示，拉桿式嵌入式軌道中，鋼軌由現(xiàn)場(chǎng)澆筑的混凝土支撐層支撐，鋼軌通過(guò)扣件直接固定在混凝土支撐層上，再通過(guò)混凝土澆筑軌道固定層、表層。拉桿式嵌入式軌道未使用軌枕，降低了軌道固定混凝土層的厚度，軌道厚度較軌枕式嵌入式軌道有所降低，軌道結(jié)構(gòu)總高度約為500mm。該軌道結(jié)構(gòu)的鋼軌軌距由軌距拉桿進(jìn)行控制，軌距拉桿埋入地面下方，接近地面，易在道路完成施工后引起路面龜裂。拉桿式嵌入式軌道采用扣件對(duì)鋼軌進(jìn)行固定，扣件間距為1000mm或3000mm，扣件支撐剛度大于25MN/m；拉桿式嵌入式軌道在離散的鋼軌支撐之間鋼軌下方的填充了一種非收縮性的灌漿材料以保持軌道沿鋼軌縱向的連續(xù)支撐，但在扣件附近仍可能會(huì)引起局部的剛度增大，沿鋼軌縱向存在一定的彈性分布不均勻。
 

圖2拉桿式嵌入式軌道
 

　　拉桿式嵌入式軌道的工程造價(jià)如表2所示，拉桿式嵌入式軌道的軌道元件價(jià)格較軌枕式嵌入式軌道稍高，拉桿式嵌入式軌道的安裝費(fèi)用較軌枕式嵌入式軌道顯著提高，工程總造價(jià)相對(duì)較高。

表2拉桿式嵌入式軌道的工程造價(jià)
 

　　拉桿式嵌入式軌道的施工不受氣候條件限制，但澆筑非收縮灌漿材料時(shí)需注意寒冷天氣及雨天；拉桿式嵌入式軌道混凝土層全現(xiàn)場(chǎng)澆筑時(shí)，施工速度較慢，施工速度小于36米/每天，若拉桿式嵌入式軌道施工時(shí)采用預(yù)制的混凝土臺(tái)、混凝土塊支撐、調(diào)整鋼軌，可以顯著提高拉桿式嵌入式軌道的施工速度。目前，拉桿式嵌入式軌道的主要應(yīng)用案例有德國(guó)和羅馬（意大利）大多數(shù)的有軌電車軌道線路、西班牙Barcelona有軌電車線路、比利時(shí)Antwerp有軌電車線路等。

　　2.3混合嵌入式軌道

　　如圖3所示，混合嵌入式軌道中，鋼軌通過(guò)離散的扣件直接固定在軌道板上，且在混凝土澆筑軌道固定層、表層時(shí)預(yù)留承軌槽，在承軌槽中、鋼軌及扣件周圍澆筑彈性體以提供彈性。這種軌道結(jié)構(gòu)既使用扣件、又使用彈性體，因而稱作混合嵌入式軌道?；旌锨度胧杰壍赖能壍篮穸认鄬?duì)較低，軌道結(jié)構(gòu)總高度約為400mm。由于承軌槽的存在，混合嵌入式軌道在進(jìn)行換軌時(shí)可以不用破壞道路表面就將鋼軌進(jìn)行去除、更換，但承軌槽的尺寸也對(duì)鋼軌焊接操作有一定限制，需要每隔一段長(zhǎng)度預(yù)留一個(gè)焊軌操作空間。混合嵌入式軌道采用扣件對(duì)鋼軌進(jìn)行固定，扣件間距為900mm，扣件支撐剛度低至15MN/m，混合嵌入式軌道是一種連續(xù)支撐的軌道結(jié)構(gòu)，但在鋼軌固定點(diǎn)也會(huì)產(chǎn)生一定的剛度較大點(diǎn)。

　　混合嵌入式軌道的工程造價(jià)如表3所示，工程造價(jià)適中，與軌枕式嵌入式軌道基本類似。目前，混合嵌入式軌道的主要應(yīng)用案例有比利時(shí)Antwerp有軌電車線路等。

圖3混合嵌入式軌道

表3混合嵌入式軌道的工程造價(jià)
 

 

　　2.4現(xiàn)澆型嵌入式軌道

　　如圖4所示，現(xiàn)澆型嵌入式軌道是將鋼軌放置在預(yù)制軌道板的承軌槽中，由現(xiàn)場(chǎng)攪拌、澆筑的高分子阻尼材料在承軌槽中來(lái)鎖固鋼軌、提供軌道彈性。現(xiàn)澆型嵌入式軌道的軌道厚度相對(duì)較低，軌道結(jié)構(gòu)總高度約為400mm。與混合嵌入式軌道類似，現(xiàn)澆型嵌入式軌道也可以不用破壞道路表面就將鋼軌進(jìn)行去除、更換，但需要預(yù)留焊軌操作空間。

　　現(xiàn)澆型嵌入式軌道中，不采用扣件對(duì)鋼軌進(jìn)行鎖固，而是通過(guò)混凝土軌道板承軌槽中澆筑的高分子阻尼材料對(duì)鋼軌進(jìn)行連續(xù)鎖固，其等效的扣件支撐剛度較低，低至25MN/m?，F(xiàn)澆型嵌入式軌道是一種連續(xù)支撐的軌道結(jié)構(gòu)，但在承軌槽內(nèi)安裝墊板的位置也會(huì)引起局部較硬，軌道彈性沿著鋼軌方向稍有不均勻。

　　現(xiàn)澆型嵌入式軌道的工程造價(jià)如表4所示，工程造價(jià)較高，其中軌道元件造價(jià)、安裝費(fèi)用較高。現(xiàn)澆型嵌入式軌道的施工時(shí)，澆筑的液態(tài)彈性體不能經(jīng)受雨天、寒冷的天氣，施工速度相對(duì)較快，施工速度小于144米/每天。目前，現(xiàn)澆型嵌入式軌道的主要應(yīng)用案例有英國(guó)大部分有軌電車線路、西班牙Valencia有軌電車線路等。
 

圖4現(xiàn)澆型嵌入式軌道

表4現(xiàn)澆型嵌入式軌道的工程造價(jià)

供應(yīng)	軌道元件	300
	混凝土	160
	60 kg鋼軌	100
安裝	280
總花費(fèi)（歐元/lm）單線軌道	840

 

　　2.5預(yù)澆型嵌入式軌道

　　如圖5所示，預(yù)澆型嵌入式軌道是將預(yù)制的高分子阻尼材料條粘貼在鋼軌兩側(cè)放置組成彈性軌條，通過(guò)工裝固定并調(diào)整軌條，再現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行混凝土軌道板的澆筑。預(yù)澆型嵌入式軌道的軌道厚度相對(duì)較低，軌道結(jié)構(gòu)總高度約為400mm。預(yù)澆型嵌入式軌道，澆筑后也存在承軌槽，軌道結(jié)構(gòu)在進(jìn)行換軌時(shí)可以不用破壞道路表面就將鋼軌進(jìn)行去除、更換。

　　預(yù)澆型嵌入式軌道中，不采用扣件對(duì)鋼軌進(jìn)行鎖固，而是通過(guò)預(yù)制高分子阻尼條的形狀、預(yù)制高分子阻尼條和軌道板間的摩擦力對(duì)鋼軌進(jìn)行鎖固；預(yù)澆型嵌入式軌道是一種沿縱向完全連續(xù)支撐的軌道結(jié)構(gòu)，其等效扣件支撐剛度較低，低至15MN/m。

　　預(yù)澆型嵌入式軌道的工程造價(jià)如表5所示，工程造價(jià)適中，與混合嵌入軌道、軌枕式嵌入式軌道基本類似。預(yù)澆型嵌入式軌道的施工不受氣候條件的影響，施工速度相對(duì)較快，施工速度小于144米/每天。目前，現(xiàn)澆型嵌入式軌道的主要應(yīng)用案例有比利時(shí)Brussels有軌電車線路、Ghent有軌電車線路、希臘Ahens有軌電車線路和西班牙Madrid地鐵線路等。

圖5(a)  圖5(b)圖5(c)
圖5預(yù)澆型嵌入式軌道

表5現(xiàn)澆型嵌入式軌道的工程造價(jià)
 

供應(yīng)

軌道元件

170

 

	混凝土	120
	60 kg鋼軌	100
安裝	150
總花費(fèi)（歐元/lm）單線軌道	540

 

　　馬德里地鐵應(yīng)用的預(yù)澆型嵌入式軌道，如圖6所示，地鐵車輛運(yùn)行速度達(dá)到100km/h，預(yù)澆型嵌入式軌道服役情況良好，鋼軌表面狀態(tài)良好，且乘坐明顯感覺(jué)有較好的降噪效果。

　　3.嵌入式軌道維護(hù)保養(yǎng)技術(shù)及策略

　　歐洲嵌入式軌道服役情況良好、鋼軌表面狀態(tài)良好，這與運(yùn)營(yíng)公司有計(jì)劃地對(duì)嵌入式軌道實(shí)施

圖6 馬德里地鐵線路中的預(yù)澆型嵌入式軌道

各項(xiàng)維護(hù)保養(yǎng)工作密不可分。表6為歐洲嵌入式軌道的維護(hù)保養(yǎng)工作及策略[2]。嵌入式軌道維護(hù)保養(yǎng)的對(duì)象主要有鋼軌、軌距、道岔、道岔兼路口、道床、軌枕、排水系統(tǒng)、軌道上種植的植物、瀝青路面、磚石路面和混凝土板路面等。

　　表6中將各維護(hù)保養(yǎng)工作分為三類：安全性、費(fèi)用-效果比最佳、舒適性/環(huán)境；其中，劃分為"安全性"的維護(hù)保養(yǎng)措施是涉及到車輛運(yùn)行安全性、進(jìn)而需要對(duì)軌道進(jìn)行的維護(hù)保養(yǎng)措施；劃分為"費(fèi)用-效果比最佳"的維護(hù)保養(yǎng)措施是花費(fèi)合理費(fèi)用就能達(dá)到較好效果的維護(hù)保養(yǎng)措施；劃分為"舒適性/環(huán)境"的維護(hù)保養(yǎng)措施是出于對(duì)環(huán)境保護(hù)、保障乘客乘坐舒適性而采取的維護(hù)保養(yǎng)措施。

　　表6中軌道潤(rùn)滑、鋼軌補(bǔ)焊在歐洲嵌入式軌道線路應(yīng)用非常廣泛，但目前在國(guó)內(nèi)有軌電車嵌入式軌道線路中應(yīng)用很少，下文3.1節(jié)、3.2節(jié)對(duì)軌道潤(rùn)滑、鋼軌補(bǔ)焊進(jìn)行介紹。

　　3.1軌道潤(rùn)滑

　　歐洲的嵌入式軌道線路上通常會(huì)設(shè)置曲線線路軌道潤(rùn)滑裝置，如圖7所示，該裝置設(shè)置在進(jìn)入曲線前的直線段當(dāng)中，通過(guò)感應(yīng)裝置判斷列車是否即將進(jìn)入曲線，若即將進(jìn)入曲線，則利用軌道下方嵌入的軌道潤(rùn)滑裝置、鋼軌軌頭上開(kāi)設(shè)的小孔將潤(rùn)滑油噴涂至鋼軌軌距角處進(jìn)行潤(rùn)滑。

　　曲線線路軌道潤(rùn)滑可以有效提高有軌電車在曲線線路的通過(guò)性能，減小鋼軌磨耗，降低嘯叫噪聲出現(xiàn)的可能性。

圖7 線路潤(rùn)滑裝置
 

　　1.1鋼軌補(bǔ)焊

　　鋼軌補(bǔ)焊是針對(duì)小半徑曲線鋼軌側(cè)磨后造成軌距加寬后的軌道維護(hù)措施，可以較好地恢復(fù)軌道正常軌距，保證行車安全性，且可以有效地延長(zhǎng)曲線鋼軌的使用壽命，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益。鋼軌補(bǔ)焊是直接將焊料焊在鋼軌磨耗區(qū)域，鋼軌補(bǔ)焊步驟如圖8所示[3]：

　　1.準(zhǔn)備補(bǔ)焊設(shè)備（圖8(a)）；

　　1.進(jìn)行鋼軌補(bǔ)焊（圖8(b)）；

　　1.補(bǔ)焊后進(jìn)行鋼軌打磨（圖8(c)）；

　　1.打磨后利用鋼軌廓形模板進(jìn)行測(cè)試，允許誤差為±1mm（圖8(d)）。

表6嵌入式軌道維護(hù)保養(yǎng)內(nèi)容分類^[2]

對(duì)象	原因	措施	頻率/特征	分類
鋼軌	小半徑曲線	潤(rùn)滑-軌道固定位置	連續(xù)地	舒適性/環(huán)境
	曲線嘯叫	潤(rùn)滑-軌道固定位置	連續(xù)地	舒適性/環(huán)境
	鋼軌波磨 鋼軌缺陷	鋼軌、鋼軌接頭打磨和修整	目視檢查后； 超過(guò)軌距限值	費(fèi)用-效果比最佳
	斷軌	使用鋼軌連接板； 降速或中斷運(yùn)營(yíng)到斷軌修復(fù)	目視檢查后； 司機(jī)反饋	安全性
軌距	軌距變窄	鋼軌、鋼軌接頭打磨和修整	達(dá)到安全限值	舒適性/環(huán)境
			達(dá)到干預(yù)限值	費(fèi)用-效果比最佳
			達(dá)到警惕限值	安全性
	軌距加寬	補(bǔ)焊或換軌	達(dá)到安全限值	舒適性/環(huán)境
			達(dá)到干預(yù)限值	費(fèi)用-效果比最佳
			達(dá)到警惕限值	安全性
道岔	預(yù)防性維護(hù)	移動(dòng)潤(rùn)滑	清洗后	費(fèi)用-效果比最佳
	預(yù)防性維護(hù)	清洗和點(diǎn)機(jī)制的潤(rùn)滑	冬天前和冬天后	費(fèi)用-效果比最佳
道岔& 路口	鋼軌波磨 鋼軌缺陷	鋼軌、鋼軌接頭打磨和修整	目視檢查后； 超過(guò)軌距限值	費(fèi)用-效果比最佳
道床	不能保證有足夠的抗縱向、橫向爬行能力	搗實(shí)	目視檢查后	費(fèi)用-效果比最佳

	污染	道砟篩選	目視檢查后； 司機(jī)反饋	費(fèi)用-效果比最佳
軌枕	破損	更換	目視檢查后；	安全性
排水系統(tǒng)	失效	清洗，更新	失效時(shí)	安全性
軌道種植植物		修剪，除雜草	目視檢查后	費(fèi)用-效果比最佳
瀝青路面	裂紋、缺口、凹陷、凸起、瀝青流失等	去除，重鋪	目視檢查后	費(fèi)用-效果比最佳
磚石路面	磚石傾斜、突出、凹陷	去除，重鋪或 替換為瀝青路面	目視檢查后	費(fèi)用-效果比最佳
混凝土板路面	板傾斜、下沉、移動(dòng)、松動(dòng)等	去除，重鋪或 臨時(shí)替換為瀝青路面	目視檢查后	費(fèi)用-效果比最佳

 

　　鋼軌補(bǔ)焊具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：

　?。?）最多可在鋼軌上補(bǔ)焊8~10次；

　?。?）補(bǔ)焊后的鋼軌壽命依賴于曲線半徑、速度；

　　（3）對(duì)于小半徑曲線嵌入式軌道，每一次補(bǔ)焊的鋼軌壽命約3~4年；

　?。?）補(bǔ)焊速度約為15~20m/每晚/每工班。

　　對(duì)于不同拉伸強(qiáng)度的鋼軌，鋼軌補(bǔ)焊操作有一定的差異。對(duì)于鋼軌拉伸強(qiáng)度<=700N/mm2的鋼軌，鋼軌補(bǔ)焊操作沒(méi)有問(wèn)題，材料操作安全；對(duì)于鋼軌拉伸強(qiáng)度>=900N/mm2的鋼軌，電弧焊首次點(diǎn)火時(shí)預(yù)加熱是必要的（至400℃），該溫度必須在整個(gè)點(diǎn)火階段保持，但施工現(xiàn)場(chǎng)的條件將會(huì)給這一條件帶來(lái)困難，如天氣、有軌電車/汽車交通、測(cè)量?jī)x器操作面等；對(duì)于特殊材料的鋼軌，如錳鋼，只有匹配的焊料才能完成焊接，焊接操作部位需要進(jìn)行冷卻（如干冰）。

圖8(a)


圖8(b)


圖8(a)


圖8(b)
 

　　4.結(jié)論

　　本文綜述了5類目前應(yīng)用于有軌電車或地鐵的嵌入式軌道系統(tǒng)，對(duì)各種軌道結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)、施工、工程造價(jià)及應(yīng)用案例等進(jìn)行了詳細(xì)闡述。采取合理的維護(hù)保養(yǎng)技術(shù)及策略可以較好地保持軌道結(jié)構(gòu)狀態(tài)及鋼軌表面狀態(tài)，有效地提高乘坐舒適性、降低列車通過(guò)時(shí)的噪聲。軌道潤(rùn)滑措施可以提高有軌電車在小半徑曲線線路的通過(guò)性能，減小鋼軌磨耗，降低嘯叫噪聲出現(xiàn)的可能性；鋼軌補(bǔ)焊措施可以較好地恢復(fù)軌道正常軌距，保證行車安全性，且可以有效地延長(zhǎng)曲線鋼軌的使用壽命，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益。

　　本文綜述的嵌入式軌道結(jié)構(gòu)及應(yīng)用、維護(hù)保養(yǎng)技術(shù)及策略為嵌入式軌道在我國(guó)的應(yīng)用、選型、設(shè)計(jì)及后期的養(yǎng)護(hù)維修提供參考及指導(dǎo)。

　　參考文獻(xiàn)

　　[1]QuietCityTransport-Subject6-Consolidation-ActionPlans-Dissemination.2009

　　[2]CEEresearchprogram:URBANTRACK.SP6:Technicalconsolidationreportonallvalidationresults(Chapter2).2006-2010.

　　[3]CEEresearchprogram:URBANTRACK.SP2:Costeffectivetrackmaintenance,renewal&refurbishmentmethods.2006-2010.

　　作者信息

　　趙悅，西南交通大學(xué)牽引動(dòng)力實(shí)驗(yàn)室，博士

　　焦洪林，成都市新筑路橋機(jī)械股份有限公司，工程師

　　金學(xué)松，西南交通大學(xué)，教授

　　楊強(qiáng)，成都市新筑路橋機(jī)械股份有限公司，助理工程師
 

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