城市轨道中弹性支撑块的维修及更换

杨国增

摘要：在我国城市铁路轨道中弹性支撑块有着十分广泛的应用，但是受到诸多因素的影响，弹性支撑块无砟轨道在运营过程中容易出现一些问题。由于城市轨道中对于弹性支撑块的更新和维护研究较少，本文基于津滨轻轨地铁9号线通过仿真模型对不同环境下支撑块更新维护的技术参数进行了相关计算，并根据研究进行了城市轨道弹性支撑块的更新维护，希望对我国城市轨道维护有指导意义。

关键字：城市轨道；弹性支撑块；弹性支撑块无砟轨道；维修；更换

由于弹性支撑块无砟轨道良好的减振降噪性能，其在我国城市轨道中有着十分广泛的应用。但是在运营过程中，受到施工质量、后期维护不到位、列车荷载等因素的影响，弹性支撑块很容易出现破损或者失效问题，例如弹性支撑块轨下的橡胶套靴长时间处于运动状态下，因为其不可避免地会出现磨损。当前，我国城市轨道中弹性支撑块的维护和更换先例较少，为了更好地保证城市轨道的安全运营以及延长城市轨道的服役年限，本文以津滨轻轨地铁9号线为例，对弹性支撑块的维护和更换方法进行了一定研究，仅供参考。

1维护和更换弹性支撑块仿真计算

1.1津滨轻轨地铁9号线背景介绍

津滨轻轨地铁9号线属于天津市的重要轨道线路之一，其运营历史近20年，津滨轻轨无砟轨道示意图以及其承轨台结构布置图如图1和图2所示。由于长时间的运营过程，弹性支撑块系统存在程度不一的各种损坏问题，甚至出现弹性支撑块失效问题。随着时间的累加，对弹性支撑块进行维护和更换显得愈加重要，其对于轨道结构的稳定和延长使用年限有着十分重要的意义[1]。

图2津滨轻轨无砟轨道承轨台结构布置图

1.2有限元计算模型

津滨轻轨地铁9号线弹性支撑块无砟轨道结构主要分为混凝土承轨台、弹性支撑块系统、钢轨以及扣件系统，其在构建设计时设定轨道温度范围为27±3℃。本文通过有限元软件Ansys构建了仿真计算模型，其中，考虑钢轨的重力，忽略扣件的纵向阻力，并将钢轨视作一个二维二节点弹性梁单元，将弹性支撑块系统和扣件系统进行串联并将其视为轨下非线性弹簧[2]；在钢轨向下作用过程中，弹性支撑块系统和扣件系统垂直刚度相加后即可得到轨下非线性弹簧的刚度；在钢轨向上作用的过程中，弹性支撑块系统难免和混凝土道床发生摩擦，但是该过程忽略不计，那么轨下非线性弹簧产生的阻力最大值即支撑块系统重力0.9KN；轨下非线性弹簧提供的力和位移曲线关系如图3所示。

图4有限元仿真计算模型示意图

1.4分析

根据模拟模型计算结果，我们可以发现：

在不同环境背景下，随着轨道温度的变化，轨道扣件松开的最优长度值也发生了变化，而且轨道温度越低，轨道扣件松开后的长度值越高[3]。轨道扣件松开的最优长度可以确保钢轨在扣件松开后长度值减少但是不会出现抬轨带动两侧支撑块系统的情况，抬轨力和钢轨正、负弯矩升高，弹性支撑块出现上浮但是轨下橡胶套靴不会发生损坏。在维护和更换弹性支撑块时，如果扣件松开后钢轨长度值在L1范围内那么扣件不受约束。如果轨道作业温度超过了设计锁定轨温，轨道内部形成温度压力，钢轨将保持弯曲状态，如果在垂直方向出现非线性弯曲那么轨道状态很难保持稳定。为了保证轨道的稳定状态，作业轨道温度应低于32℃。

2维护和更换弹性支撑块施工实践

2.1作业准备

首先，施工单位应制定相对完善的维护和更换弹性支撑块施工方案，并进行施工申请。其次，在施工申请得到批准后，维修单位应做好材料设备准备工作，包括支撑块、齿条式起道机、关宁扳手、枕木、长木板以及其他常用材料机具。第三，组织人员，弹性支撑块的维护和更换工作由10人左右完成，其中包括工长1名，安全防护人员2名，支撑块搬运和扣件拆装人员6-7名，钢轨探伤人员2名。

2.2作业流程

（1）确认材料机具是否到位。根据指令将轨道车开到指定位置，作业人员进行材料机具的搬运；工长指挥轨道车撤撤离；作业人员打开照明设施并进行弹性支撑块的搬运。

（2）进行轨道温度的测量，并进行扣件松卸。结合轨道具体温度确定扣件松开长短，本次实践轨温为28℃，因此将待更换支撑块两侧20m以内的扣件松开，为了保证钢轨拉应力保持平稳，扣件松开长度为18m左右。

（3）移除磨损或者失效的弹性支撑块。用压机手把起道机放在离待更换弹性支撑块2孔距离，抬起钢轨并移除磨损或者失效的弹性支撑块，并垫入木滑板；松开扣件，在起道机两侧置入枕木进行稳固，松开起道机进行弹性支撑块的撤离。

（4）对套靴进行清理。移除旧的弹性支撑块后，作业人员应注意检查套靴胶垫，清除套靴内部的杂质，例如小石子等；检查待更换的弹性支撑块的侧面和地面，清除灰尘并在侧面涂抹润滑油。

（5）进行新弹性支撑块的安装。通过木滑板把新弹性支撑块从钢轨拖入到套靴上面，进行螺栓安装，在螺栓上固定绳子，2名作业人员抬起弹性支撑块，移除滑板并精准到位，确保套靴没有发生改变后将弹性支撑块缓缓置入套靴。借助起道机抬起钢轨，移除枕木，确认轨下没有杂物后通过起道机落下钢轨，将弹性支撑块充分压入槽内。

（6）安装扣件，恢复线路运营。安装扣件，调整轨道间距后重新加紧扣件；工长指挥轨道车进行地面碾压，确保新的弹性支撑块充分和套靴内的微孔胶垫贴合。

（7）钢轨探伤，检查质量。探伤人员进行木材探伤，工长应仔细检查线路水平、轨道间距以及高低，确保施工符合作业标准后进行作业现场的清理工作[4]。

2.3注销施工

工长指挥轨道车返回登记处，并进行施工注销，注销结束后指挥轨道车返回车辆基地。作业人员在完成作业后应返回工区进行实践总结。

综上所述，本文基于津滨轻轨地铁9号线进行了弹性支撑块维护和更换的研究，通过研究发现：随着作业轨道温度降低，扣件松开长度值不断加大；为了确保轨道稳定状态，作业轨温应低于32℃。通过本文津滨轻轨地铁9号线的研究和实践，希望可以为我国城市轨道弹性支撑块的维护和更换有指导意义。

参考文献

[1]林红松,赵坪锐,刘学毅.弹性支承块式无砟轨道无缝线路更换支承块系统的力学分析[J].铁道建筑,2008(10):104-106.

[2]谢旭.黔桂线定水坝隧道内无砟轨道病害成因及整治研究[D].西南交通大学,2015.

[3]陈江.弹性支承块式无砟轨道支承块空吊影响及整治研究[D].西南交通大学,2015.

[4]周泉,冯琦.城市轨道中更换弹性支承块的研究与实践[A].中国土木工程学会城市轨道交通技术工作委员会、世界轨道交通发展研究会.2015中国（天津）区域轨道交通发展及装备关键技术论坛暨第24届地铁学术交流会论文集[C].中国土木工程学会城市轨道交通技术工作委员会、世界轨道交通发展研究会:,2015:6.