上海地鐵一號線北廷伸無縫線路施工難點的攻關摘要：上海市軌道一號線北延伸是我國第一條城幣高架公路一體化輕軌交通線，在城市軌道高架橋上建立焊軌基地現場焊接長鋼軌，我國尚屬首次。本文針對高架橋的施工條件，介紹了上海軌道一號線北延伸高架橋焊接長鋼軌、軌條運輸的施工方案，以及小半徑、大坡道地段長軌車的運行安全措施。關鍵詞：焊軌基地 無縫線路 安全措施1 工程概況 一號線北延伸自地鐵一號線“上海火車站站”北端折返線至寶山“泰和路站”北端約400m處，全長約12.5km。 本工程由地下段和高架段兩部分組成，其中地下段又由盾構段、暗埋段和敞開段組成，共長約4200m;高架段又由“一體化高架”和一般地鐵高架兩段組成，共長約8300m。高架橋是上海市共和新路高架工程的一部分，“一體化高架”段共長5456m，其地面以上共有兩層:上層為馬路，下層為軌道交通。地下段和高架段的軌道，其道床結構均不相同。 本工程線路平面共有曲線科處，曲線總長占線路總長的38.34%，最小曲線半徑Rmin=400m。線路縱斷面最大坡度為30%, 且該段地道有部分處在R=600m的曲線上，故該處的當量坡度達31.17‰，全線各地段設計坡度差較大，最大處達40.9‰，呈凹型。 本工程上、卜行間最小線間距為3.7m，較既有的營運線小0.3m。 按設計，本工程全線鋪設60kg/m軌無縫線路，其焊接長度上下行共計24.76km、現場焊接聯合接頭約280個。2施工難點及解決方案2.1關于“焊接基地”問題 當鋼軌焊接確定為“接觸焊為主、氣壓焊為輔”的技術方案后，首先要解決的是“焊接基地”問題。 此前，我們曾經承接了上海地鐵一、二、三、五號線既有無縫線路的鋪設任務。一、三、五號線的長軌焊接都是在鐵路專門的焊接車間焊軌流水線上進行的、實行工廠化生產，其焊接工藝、作業程序控制和產品檢驗，均嚴格執行鐵道部行業標準，焊后的成品長軌，由專用的長軌列車通過鐵路轉運至地鐵現場換裝站，再換裝到由軌道平車改造的運軌車組，運送至工地。二號線我們僅承擔鋪設任務，長軌焊接由工程局自行組織。由于二號線無法與鐵路連接，所以，他們曾在洞口(地面)設置了簡易焊軌場地，但其焊接工藝、作業程序控制均達不到“標準”要求。 本工程是為一號線延伸段，但由于一號線已投人正常營運，在工程施工期間，不可能與運營線連接，因此也不可能利用一號線轉運長軌，且本工程均處在地下和高架上，與地面無從連接。因此，需在高架橋上選擇適當位置建立“焊軌基地”。以下就建立焊軌基地應解決的具體問題進行闡述。2.1.1基本要求 前提是焊接工藝、作業程序控制和產品檢驗結果，均應執行鐵道部行業標準，為此確定: 采用工廠固定接觸焊的基本工藝流程和設備配置，其設備的自動化控制程度、流水線滾道的技術標準均應不低于工廠固定接觸焊的同等水平。限于現場實際供電能力及場地條件，正火熱處理改用還原性，火焰加熱方式;焊后細磨以平磨機取代進口的精磨機床。也限于場地條件，縮短流水線長度，以運軌車組取代成品軌承軌臺，焊后長軌直接縱向裝車，因此也可取消橫向裝車所需的起重設備。2.1.2選址 本工程基地選址在泰和路站北端，其符合以下條件: (1)流水線(含取代承軌臺的運軌車組)設置在平直線上。 (2)有供焊接使用的外接電源，且該電源距焊機較近，能保證焊接時電源參數的穩定。 (3)基本上可以由北向南單向運卸長軌，只有一次性設置基地，無須進行流水線焊方向的調整。 (4)流水線焊接短軌存軌臺工位所處高架橋下兩側有道路和場地，可供短軌供應進行吊裝之用。2.13工藝流程 在保證基本工藝流程的前提下，為縮短流水線長度，其工位設置較工廠流水線有所調整，即短軌的配軌、鋸切、軌端除銹打磨(前打磨)合并為一個工位;焊后細磨和探傷檢查合并為一個工位。 調整后的工位設置如圖1:
2.1.4主要設備 (1)流水線輥道 由若干個鋼架輥筒墩臺組成，每個墩臺用螺栓固定在線路鋼軌上。墩臺間距2.5m,輥筒面高度與鋼軌調直機工作臺面取平，輥筒平面與線路軌面平行，且輥道中心線與線路中心線一致。 輥筒有主動輥和從動輥兩種，其墩臺支架結構也不相同，每隔4-5個從動輥設置一個主動輥，以保證長軌均勻受力。 (2)焊接 采用K-900懸掛式接觸焊機，在焊接工位處搭建焊機懸掛支架，并在其側位搭建安裝焊機控制設備的工棚。 (3)鋼軌調直機 設計一臺直接置于線路鋼軌上，并能前后移動的250t移動式鋼軌調直機，其工作平臺面高度為1060mm(線路軌面以上)。 (4)電源 基地附近有一處400kVA變配電站，本有多家施工單位共用，改寬到變壓器的容量限制，為保證焊參數穩定，在輸出總線的終端，設置分路器。在每天的焊接時段內，切斷其它分路連接，實行對焊機全額單供: 基地流水線各工位及照明等其它用電(包括流水線輥道)，另設90kW移動式發電站專供。 (5)運軌車組 由若干24t軌道車平板車組成。其數量取決于長軌的焊接長度，而焊接長度又取決于線路平、縱斷面條件及牽引動力。 運軌車組作為運、卸作業使用時，要達到如下要求: ①相同的制動時間、緩解時間，相同的制動壓力，管路無泄漏。由于多輛(當焊接長度為250m時，需20輛車)連接，軌道車制動用量嚴重不足，故在車組的端部另設0.9m3/min變壓機和相應的儲風缸，連接軌道車風管，納人到制動系統中。 ②在車組的中部，設置長軌鎖定裝置，固定每根長軌，使在運行中，長軌不橫移，不串動。 車組的平板兩側設置單軌輥道，作為卸軌輥道。輥筒間距為每輛平車長度的1/2，即輥筒安裝在平車長的1/4和3/4處。 運行車組作為承軌臺使用時，還要達到如下要求: ①由于平車組輥道面高度(線路軌面以上)為948mm，較流水線輥道面高度低112mm，且流水線輥道處在線路中心，而平車組輥道設在平車兩側，為此需在平車組與流水線之間設一過渡車或設若干過渡輥道支架，以保證長軌裝車過程中高度與方向上的過渡。 ②長軌在流水線上移動是由主動輥驅動，而平車組上的輥道無主動輥，當長軌大部分進入平車組上后，流水線上的主動輥驅動已不足以使長軌繼續向前移動，為此在平車組的端部需裝一部1.0t的卷揚機，其鋼繩容量為100m，這樣，即使焊接長度為250m時，也可使長軌牽引到位。2.15執行標準和其它技術要求 全面執行:TB/T1632-91《鋼軌焊接接頭技術條件》，《鐵道部鋼軌接觸焊生產管理辦法》，《上海鐵路局鋼軌探傷工藝標準》，《上海鐵路局焊軌段質量管理條例實施細則》。 對長軌焊接生產全過程實施質量管理、控制、考核、處理。現場焊軌基地與工廠車間的條件有較大區別，為保證焊接質量，在全面執行上述標準的基礎上，又補充規定了幾點技術要求: (1)關于流水線輥道。 工廠車間的流水線輥道是經過嚴格測量，保證是同一條直線和同一個水平面。焊接基地在選址時，已經選在平、直線上，或選在坡度不大的同一坡度上。輥道支架在制造時，要求嚴格做到等高;支架安裝前，須對線路進行整理，方向取直，高低取平;支架安裝時，應取一股鋼軌為基準安裝、固定。 對焊接頭外觀質量影響最大的是在焊接工位，因此，焊接時，整條長軌應處在平直線上，流水線改變高度和方向的過度段，應設在“焊接長度”以外的地段。 (2)關干接頭焊接及正火后的冷卻速率。 在室外，高架橋上焊接，受自然氣候條件影響，焊頭的冷卻形態和冷卻速度都是不相同的。而冷卻速度關系焊接質量，焊后或正火后高溫焊頭，直接暴露在雨中或冬天的強冷風中，將導致焊縫的冷脆性傾向。 鋼軌的形狀使其頭部、腰部和底部的冷卻速度是不均勻的。PD3軌在焊頭溫度處在t8/5范圍內時，其冷卻速度>49C/s，是不允許的，為此規定，焊后或正火后，焊頭溫度在t8/5范圍內，其冷卻速控制在2.090/s左右。 (3)關于其它工作作業時對焊頭溫度的要求。 除控制焊頭的冷卻速率外，還要求: ①正火時的起始溫度不高于400℃，終了溫度為850-900℃。 ②鋼軌調查時的焊頭溫度不低于500℃。 ③焊頭溫度在200℃及以上時，不得淋水、強制冷卻。 (4)為達到控制冷卻速率和各工位對焊頭溫度的要求，在各工位之間的輥道線上，按不同要求設置“封閉通道”、“遮擋通道”等設施，并輔以作業效率控制。2.2關千現場鋪設施工 長軌鋪設采用“分段鋪設、交叉放散、線上連焊、統一換算”的施工方法。這一方法在地鐵一號線施工時創造，在二、三、五號線施工中完善，并在鐵路滬寧線超長無縫線路施工中推廣應用。 根據本工程特點，確定上述施工方法的作業流程如圖2。 2.2.1長軌條的運、卸前已述及，長軌條的運、卸，采用軌道車平車組，該車組同時也作為焊軌流水線的“承軌臺”使用。 根據本工程的線路條件，確定焊接長度為200m,需24t平車16輛，每輛車的用途及編組如圖3。上述擋板車的前端裝有0.9m3/min,空壓機及儲風缸、10.1t卷揚機和柴油發電機組。 根據線路條件和上述車輛編組，通過牽引計算及制動安全計算，確定: 長軌裝載額定數量8根，常用數量6根; 牽引軌道車400HP(四軸)和290HP(兩軸〕各一臺，雙機牽引。2.2.2焊接和鋪設 現場聯合接頭焊接采用移動式氣壓焊，分線下和線上連焊兩種。基本上以1000m作為單元長度，線下焊接5根4頭。 鋪設以換軌小車機械鋪設為主，并鋪以部分手工作業。基本上每鋪設1000m，在線上連焊一次，并交叉放散和鎖定一次，依次連續。2.3施工組織和施工安全措施2.3.1施工組織特點 (1)進度計劃銜接 焊接進度:設計生產能力4-5接頭/小時，日作業時間9小時，設計日產長軌3對6根; 裝車進度:一車/日，3對6根/車; 卸車進度:一次舊,3對6根/次，即（600rn/次); 每日焊接短軌( 25m)數:48根; 焊接流水線短軌最大存放量:60根； 短軌供應:第一次60根，以后每日1次，每次48根。 (2)行車組織特點 本工程泰和路站以南全線。僅漢水路站和長江路站北端各設一組單渡線。 由于焊接基地設在泰和路站北端上行線上，所以下行線長江路站呼蘭路站泰和路站區段的卸軌作業，必須組織運軌車組重車“推進運行”。其它區段均可“牽引運行”。但空車返回，全線均須“推進運行”。 本工程在長江路站北端的上行線設有一股存車線，本作為地鐵運行車輛存放之用，原有效長僅為227.9m。現按3.4m線間距計算，設置臨時警沖標，使有效長擴大為238.7m，以作為長軌車組臨時存放和軌道車轉線之用。2.3.2主要施工安全措施2.3.2.1行車安全 (1)無論是重車或空車的“推進運行”，均需在列車運行方向端部(即運軌車組尾部)設專人“引導運行”，為確保行車安全，在車組尾部設置“列車簡易制動閥”，由引導人員控制。 (2)制定每日的運行計劃，定時、定時段、定運行方向，將計劃提報業主單位，并請協商其它各施工單位按時清理線路上的障礙物和人員。 (3)列車運行前，專派單機在預定行車線路上預運行，以查看線路狀態，并予告各施工單位撤離。 (4)技術人員會同司機.制訂當日行車區段內的行車方案，要明確當日的限速地點和速度、長大坡度闖坡的加速地點、下坡的制動方案、高坡卸軌的零速度起動方案等。2.3.2.2卸軌作業安全 (1)列車在運行狀態時，車上的軌條必須全部鎖定。卸軌作業開始前，才允許醉鎖。 (2)高坡地段，向上坡方向動車卸軌付，軌條不能全部撥上輥道，需視坡度大小，尾端3-8個車。當所卸軌條頭部落地舌，才能將尾部軌條全部撥上輥道。 (3)在坡道上卸軌、輔機不得熄火，對位時，主機不得使用大閘，必要時，可適當控制車組低速“抱閘溜車”，避免因主機制動引起長軌串溜。3結束語 2003年1月27日，上海地鐵一號線北延伸無縫線路安全、優質地鋪設成功.圓滿完成了施工任務。 這次施工是在由地下直接轉人高架的線路上進行的，所有的施工設備以及軌料均需由公路運輸并吊裝到高架橋上。我們首次在這樣的條件下進行施工，使我們獲得了新的施工經驗。 我們建立了一套新的無縫線路施工方案。這套方案既達到了行業標準所規定的技術要求，也解決了由各種施工條件限制所帶來難點。安全、優質的結果說明這套技術方案行之有效。事實上，這套方案已經在鐵路鷹廈線、外福線無縫線路施工中推廣使用。 這次施工，鍛煉了我們施工隊伍，提高了使用基本技術靈活應用于不同施工條件的能力，增強施工隊伍的業務素質。
2.1.4主要設備 (1)流水線輥道 由若干個鋼架輥筒墩臺組成，每個墩臺用螺栓固定在線路鋼軌上。墩臺間距2.5m,輥筒面高度與鋼軌調直機工作臺面取平，輥筒平面與線路軌面平行，且輥道中心線與線路中心線一致。 輥筒有主動輥和從動輥兩種，其墩臺支架結構也不相同，每隔4-5個從動輥設置一個主動輥，以保證長軌均勻受力。 (2)焊接 采用K-900懸掛式接觸焊機，在焊接工位處搭建焊機懸掛支架，并在其側位搭建安裝焊機控制設備的工棚。 (3)鋼軌調直機 設計一臺直接置于線路鋼軌上，并能前后移動的250t移動式鋼軌調直機，其工作平臺面高度為1060mm(線路軌面以上)。 (4)電源 基地附近有一處400kVA變配電站，本有多家施工單位共用，改寬到變壓器的容量限制，為保證焊參數穩定，在輸出總線的終端，設置分路器。在每天的焊接時段內，切斷其它分路連接，實行對焊機全額單供: 基地流水線各工位及照明等其它用電(包括流水線輥道)，另設90kW移動式發電站專供。 (5)運軌車組 由若干24t軌道車平板車組成。其數量取決于長軌的焊接長度，而焊接長度又取決于線路平、縱斷面條件及牽引動力。 運軌車組作為運、卸作業使用時，要達到如下要求: ①相同的制動時間、緩解時間，相同的制動壓力，管路無泄漏。由于多輛(當焊接長度為250m時，需20輛車)連接，軌道車制動用量嚴重不足，故在車組的端部另設0.9m3/min變壓機和相應的儲風缸，連接軌道車風管，納人到制動系統中。 ②在車組的中部，設置長軌鎖定裝置，固定每根長軌，使在運行中，長軌不橫移，不串動。 車組的平板兩側設置單軌輥道，作為卸軌輥道。輥筒間距為每輛平車長度的1/2，即輥筒安裝在平車長的1/4和3/4處。 運行車組作為承軌臺使用時，還要達到如下要求: ①由于平車組輥道面高度(線路軌面以上)為948mm，較流水線輥道面高度低112mm，且流水線輥道處在線路中心，而平車組輥道設在平車兩側，為此需在平車組與流水線之間設一過渡車或設若干過渡輥道支架，以保證長軌裝車過程中高度與方向上的過渡。 ②長軌在流水線上移動是由主動輥驅動，而平車組上的輥道無主動輥，當長軌大部分進入平車組上后，流水線上的主動輥驅動已不足以使長軌繼續向前移動，為此在平車組的端部需裝一部1.0t的卷揚機，其鋼繩容量為100m，這樣，即使焊接長度為250m時，也可使長軌牽引到位。2.15執行標準和其它技術要求 全面執行:TB/T1632-91《鋼軌焊接接頭技術條件》，《鐵道部鋼軌接觸焊生產管理辦法》，《上海鐵路局鋼軌探傷工藝標準》，《上海鐵路局焊軌段質量管理條例實施細則》。 對長軌焊接生產全過程實施質量管理、控制、考核、處理。現場焊軌基地與工廠車間的條件有較大區別，為保證焊接質量，在全面執行上述標準的基礎上，又補充規定了幾點技術要求: (1)關于流水線輥道。 工廠車間的流水線輥道是經過嚴格測量，保證是同一條直線和同一個水平面。焊接基地在選址時，已經選在平、直線上，或選在坡度不大的同一坡度上。輥道支架在制造時，要求嚴格做到等高;支架安裝前，須對線路進行整理，方向取直，高低取平;支架安裝時，應取一股鋼軌為基準安裝、固定。 對焊接頭外觀質量影響最大的是在焊接工位，因此，焊接時，整條長軌應處在平直線上，流水線改變高度和方向的過度段，應設在“焊接長度”以外的地段。 (2)關干接頭焊接及正火后的冷卻速率。 在室外，高架橋上焊接，受自然氣候條件影響，焊頭的冷卻形態和冷卻速度都是不相同的。而冷卻速度關系焊接質量，焊后或正火后高溫焊頭，直接暴露在雨中或冬天的強冷風中，將導致焊縫的冷脆性傾向。 鋼軌的形狀使其頭部、腰部和底部的冷卻速度是不均勻的。PD3軌在焊頭溫度處在t8/5范圍內時，其冷卻速度>49C/s，是不允許的，為此規定，焊后或正火后，焊頭溫度在t8/5范圍內，其冷卻速控制在2.090/s左右。 (3)關于其它工作作業時對焊頭溫度的要求。 除控制焊頭的冷卻速率外，還要求: ①正火時的起始溫度不高于400℃，終了溫度為850-900℃。 ②鋼軌調查時的焊頭溫度不低于500℃。 ③焊頭溫度在200℃及以上時，不得淋水、強制冷卻。 (4)為達到控制冷卻速率和各工位對焊頭溫度的要求，在各工位之間的輥道線上，按不同要求設置“封閉通道”、“遮擋通道”等設施，并輔以作業效率控制。2.2關千現場鋪設施工 長軌鋪設采用“分段鋪設、交叉放散、線上連焊、統一換算”的施工方法。這一方法在地鐵一號線施工時創造，在二、三、五號線施工中完善，并在鐵路滬寧線超長無縫線路施工中推廣應用。 根據本工程特點，確定上述施工方法的作業流程如圖2。 2.2.1長軌條的運、卸前已述及，長軌條的運、卸，采用軌道車平車組，該車組同時也作為焊軌流水線的“承軌臺”使用。 根據本工程的線路條件，確定焊接長度為200m,需24t平車16輛，每輛車的用途及編組如圖3。上述擋板車的前端裝有0.9m3/min,空壓機及儲風缸、10.1t卷揚機和柴油發電機組。 根據線路條件和上述車輛編組，通過牽引計算及制動安全計算，確定: 長軌裝載額定數量8根，常用數量6根; 牽引軌道車400HP(四軸)和290HP(兩軸〕各一臺，雙機牽引。2.2.2焊接和鋪設 現場聯合接頭焊接采用移動式氣壓焊，分線下和線上連焊兩種。基本上以1000m作為單元長度，線下焊接5根4頭。 鋪設以換軌小車機械鋪設為主，并鋪以部分手工作業。基本上每鋪設1000m，在線上連焊一次，并交叉放散和鎖定一次，依次連續。2.3施工組織和施工安全措施2.3.1施工組織特點 (1)進度計劃銜接 焊接進度:設計生產能力4-5接頭/小時，日作業時間9小時，設計日產長軌3對6根; 裝車進度:一車/日，3對6根/車; 卸車進度:一次舊,3對6根/次，即（600rn/次); 每日焊接短軌( 25m)數:48根; 焊接流水線短軌最大存放量:60根； 短軌供應:第一次60根，以后每日1次，每次48根。 (2)行車組織特點 本工程泰和路站以南全線。僅漢水路站和長江路站北端各設一組單渡線。 由于焊接基地設在泰和路站北端上行線上，所以下行線長江路站呼蘭路站泰和路站區段的卸軌作業，必須組織運軌車組重車“推進運行”。其它區段均可“牽引運行”。但空車返回，全線均須“推進運行”。 本工程在長江路站北端的上行線設有一股存車線，本作為地鐵運行車輛存放之用，原有效長僅為227.9m。現按3.4m線間距計算，設置臨時警沖標，使有效長擴大為238.7m，以作為長軌車組臨時存放和軌道車轉線之用。2.3.2主要施工安全措施2.3.2.1行車安全 (1)無論是重車或空車的“推進運行”，均需在列車運行方向端部(即運軌車組尾部)設專人“引導運行”，為確保行車安全，在車組尾部設置“列車簡易制動閥”，由引導人員控制。 (2)制定每日的運行計劃，定時、定時段、定運行方向，將計劃提報業主單位，并請協商其它各施工單位按時清理線路上的障礙物和人員。 (3)列車運行前，專派單機在預定行車線路上預運行，以查看線路狀態，并予告各施工單位撤離。 (4)技術人員會同司機.制訂當日行車區段內的行車方案，要明確當日的限速地點和速度、長大坡度闖坡的加速地點、下坡的制動方案、高坡卸軌的零速度起動方案等。2.3.2.2卸軌作業安全 (1)列車在運行狀態時，車上的軌條必須全部鎖定。卸軌作業開始前，才允許醉鎖。 (2)高坡地段，向上坡方向動車卸軌付，軌條不能全部撥上輥道，需視坡度大小，尾端3-8個車。當所卸軌條頭部落地舌，才能將尾部軌條全部撥上輥道。 (3)在坡道上卸軌、輔機不得熄火，對位時，主機不得使用大閘，必要時，可適當控制車組低速“抱閘溜車”，避免因主機制動引起長軌串溜。3結束語 2003年1月27日，上海地鐵一號線北延伸無縫線路安全、優質地鋪設成功.圓滿完成了施工任務。 這次施工是在由地下直接轉人高架的線路上進行的，所有的施工設備以及軌料均需由公路運輸并吊裝到高架橋上。我們首次在這樣的條件下進行施工，使我們獲得了新的施工經驗。 我們建立了一套新的無縫線路施工方案。這套方案既達到了行業標準所規定的技術要求，也解決了由各種施工條件限制所帶來難點。安全、優質的結果說明這套技術方案行之有效。事實上，這套方案已經在鐵路鷹廈線、外福線無縫線路施工中推廣使用。 這次施工，鍛煉了我們施工隊伍，提高了使用基本技術靈活應用于不同施工條件的能力，增強施工隊伍的業務素質。