[分享]地铁轨道施工常见问题及解决方案
1 概述
轨道是列车运行的基础，它直接承载列车并引导列车运行。地铁轨道施工竣工完成验收俗称“轨通”,是地铁工程施工阶段的一个里程碑。国内外地铁铺轨施工多由铁路工程单位完成，高水平施工工艺为少数单位和个人掌握，不利于国内地铁的发展。而轨道施工质量的好坏和工期进度的控制，直接影响整个地铁工程，具有重大的经济意义和社会意义。因此，作者在从事大量设计工作的基础上，结合工程实例，总结施工经验，撰写本文，为行业内提供参考，同时为保证地铁工程整体质量和工期要求提供保障。
2 常见问题分析及解决方案
本文试列举轨道施工中几个常见问题，并针对具体问题提出相应解决方案。
2.1 辅助铺轨基地的设置
工程工期随着工程进展不断发生变化，其中最常见的是铺轨工期被压缩，这时往往要在原设计的铺轨筹划基础上调整方案。尽可能多增加铺轨作业面能最直接解决这一问题，因此，需要在合适地点增设辅助铺轨基地。
一般地，铺轨基地设置于车辆段和停车场，利用其便利的场地条件集中进行轨料储备、堆放，组装轨排、焊接长轨条等需要较大面积的作业，而辅助铺轨基地的设置则更加灵活。若工程含有高架区间，辅助铺轨基地应尽量设置在高架区间部分。若全部为地下线,辅助铺轨基地一般选择在明挖车站或埋深较浅的明挖区间，位置可选择在本线的中部，也可选择在工程起点或终点。辅助铺轨基地所处位置应场地平整，具备设置吊装孔和龙门吊条件，周边道路能通行运输物资车辆，具备连接市政电网和水网条件。辅助铺轨基地长度一般不小于200 m，困难时不小于150 m；宽度一般不小于25 m，困难时不小于20 m。辅助铺轨基地应尽量布置为规则的长方形。受场地和其他条件的制约,辅助铺轨基地一般包含以下几部分：生产办公区、25 m钢轨堆放场、轨枕堆放场、配件堆放场、钢筋堆放及加工区、轨排组装区、材料棚、龙门吊和生活区等。
由于受吊装孔尺寸的限制，辅助铺轨基地一般配合短轨排运输法施工工艺。在辅助铺轨基地内通过龙门吊将组装好的轨排投放到吊装孔，在洞内再用“炮车”将轨排运送至待铺设的地段。辅助铺轨基地布置图如图1、图2和图3所示。
图1 辅助铺轨基地平面布置图
图2 辅助铺轨基地
图3 轨排堆放场和吊装孔
深圳地铁5号线初步设计时设计了4处铺轨基地，分别位于前海湾站、塘朗车辆段、上水径停车场和百鸽笼站。施工图设计时由于工期调整，需要增设铺轨基地，因此选择了宝安中心站后明挖区间、坂田站和黄贝站作为辅助铺轨基地，辅助铺轨基地根据自身场地大小合理布置材料堆放场及轨排组装场，不设置钢轨焊接区。
2.2 钢轨焊接
2.2.1 钢轨的牌号和性能
地铁工程正线一般采用60 kg/m钢轨。按照牌号，目前我国60 kg/m钢轨有3 种规格，即U71Mn、U75V和U76NbRE。其中U76NbRE微合金钢轨由于硬度较高，一般应用于国铁重载铁路，地铁工程不采用。U71Mn热轧轨与U75V热轧轨与车轮硬度匹配关系较好，且价格适中，广泛应用于地铁工程中。
2.2.2 钢轨焊接
目前我国钢轨焊接主要有3种方式，即接触焊、气压焊和铝热焊。接触焊的基本原理是利用电流通过某一电阻时所产生的热量熔接焊件，再经顶锻以达焊接目的。接触焊法，焊接质量好，效率高，世界各国普遍采用，也是我国地铁工程采用最多的焊接方式。图4为洞内接触焊焊轨作业现场。
图4 洞内接触焊焊轨施工
气压焊的热源多采用氧-乙炔火焰。其焊接原理是：将被焊金属构件的焊接端加热到熔化状态或塑性状态时，在顶锻力的作用下，相互焊接的金属端面的熔体或塑体的原子之间，相互扩散渗透再结晶，在2个相互焊接的金属面之间，形成新的结晶，使两金属构件融结成一体。
我国依据气压焊原理研制成功了小型化轻便型的气压焊机，即小型移动式气压焊机，由于其具有设备简单、体型小、重量轻、移动操作方便等特点，多用于焊接长钢轨联合接头和线路运营后换轨时的焊接。地铁运营维护部门多备有此设备。
铝热焊是利用焊剂中的铝在高温条件下与氧有较强的化学亲合力，它从重金属的氧化物中夺取氧，使重金属还原，同时释放热量，使金属熔成铁水，浇铸施焊而成。
由于铝热焊施工条件较差，焊接接头质量不易保证，极限强度仅达到母材的70%，焊轨施工时一般不采用。
根据实验资料，焊接长钢轨的各种焊法，其焊接接头的质量，以母材为100%作比较，结果如表1所示。
表1 各种焊接方法焊接接头质量比较（单位：%）
2.2.3 续建工程与既有工程钢轨焊接
续建工程设计时一般采用与既有工程相同型式的钢轨（包括质量与牌号），但采购的厂家与既有工程不一定一致，即便一致也存在着时间和批次上的不同，因此钢轨的材质虽然属于同一型式也不完全相同，这就给钢轨焊接带来难题。
材质不同的2根钢轨通过接触焊或气压焊，焊接接头质量难以保证。且接触焊需要的操作时间长、空间大，若既有工程已开通运营，一般不具备接触焊条件；移动式气压焊虽具备焊轨操作空间，但若既有工程已开通运营，地铁工程“天窗”时间较短，无法满足时间上的要求，再考虑其焊接原理，若在此处采用气压焊，容易造成潜在病害，形成隐患。
针对城市轨道交通工程续建部分与既有线的钢轨焊接问题，铝热焊表现出了十分突出的优势。它工艺简单，适合流动作业，高效、快速的焊接流程尤其适用于“天窗”时间较短的城市轨道交通工程。
铝热焊焊接接头质量受人为因素影响较大，在工艺装备上和整个焊接过程中，技术参数、操作要求及步骤等均应严格把握，以确保焊接接头质量达到设计要求。
铝热焊焊接工艺的主要注意事项如下：
（1）砂型应在200 ℃恒温下保温2 h，干燥后方可使用。砂型、坩埚烘干后应妥善保存，不得被油、水、浊气污染。
（2）氧气瓶、石油液化气或乙炔瓶的布置应距施焊点5 m以上；烘烤坩埚时应离所有气瓶5 m以上。
（3）加热时氧气工作压力为0.6 ～ 0.7 MPa，液化石油气工作压力为0.04 ～ 0.05 MPa，氧气流量为3 000 L/h，焰芯长度为10 ～ 12 mm。
深圳地铁1号线续建工程起自一期工程的终点世界之窗站，终至深圳机场站，目前首通段（世界之窗站至深大站）已开通运营，续建工程与一期工程的4个钢轨接头，拟在续建工程全部完工后采用铝热焊焊接。
2.3 立柱式检查坑轨道施工方案
立柱式检查坑整体道床是车辆段及停车场最常见的一种道床型式，为了满足车辆检修工艺的要求，立柱一般布置为横向净距1.2 m，纵向中心距1.4 m的矩阵。立柱式检查坑整体道床一般采用50 kg/m钢轨、DJK5 -1型弹性分开式扣件，由于受立柱尺寸的限制,轨道结构不采用短轨枕，扣件套管直接浇注在立柱内。
立柱式整体道床布置图如图5、图6所示。
图5 立柱式整体道床示意图（单位：mm）
图6 立柱式整体道床实景图
根据习惯的标段划分原则，立柱一般属于土建承包商负责，而扣件套管的钉孔距公差为±1 mm，施工精度要求极高，施工过程中存在土建承包商一次浇注立柱混凝土且未按要求埋设套管的情况，造成返工，带来经济损失和不良的社会影响。
结合近年来成功的施工经验，立柱式检查坑整体道床一般采用架轨法施工。架轨法施工是一种自上而下的施工工艺，能将轨道施工误差一定程度上消除在整体道床的混凝土施工中，进而提高轨道施工精度，保证整个铺轨作业的顺利进行。架轨法施工主要施工工序有轨排架设、扣配件安装及调整、立柱钢筋调整、立柱模板安装及固定、轨道几何形位精调及轨排固定、立柱混凝土浇筑及养护、模板拆除。
在架轨施工之前，需要与土建承包商做好沟通协调工作，即将轨面以下500 mm（视情况可调整）部分的混凝土浇筑移交给轨道承包商，土建承包商负责立柱钢筋的制安及-0.5 m（轨面标高视为0）以下部分的混凝土浇筑。工程分界如图7所示。
图7 轨道承包商与土建承包商接口分界
架轨法施工先将扣件固定在轨排上再将扣件套管浇注在立柱内，可最大限度地消除施工误差。施工时应注意与土建承包商的沟通协调，做好界面划分、场地交接及施工配合。扣件套管位置与立柱钢筋有冲突时需移动钢筋的，应取得土建设计及监理的同意。
某市地铁1号线车辆段库内立柱式整体道床施工时，采用预埋套管的方式，结果施工精度无法满足轨道安装的要求，造成凿除立柱上部结构，重新施工，影响了工程工期，带来了经济损失和不良的社会影响。上海地铁11号线赛车场车辆段库内立柱式整体道床采用架轨法施工，施工精度高、进度快、质量好，获得了业内专家和业主的好评。
3 结论
轨道承包商在施工过程中发现问题时，要在第一时间将问题上报到相关管理部门，协同设计单位、监理单位及业主等共同协商解决，以确保整个地铁工程的顺利实施。本文列举了在实际铺轨施工过程中发生过的一些问题，并针对具体问题提出了作者的一些粗浅见解，可供轨道设计单位及施工单位参考：
（1）辅助铺轨基地应在考虑总工期要求的前提下合理设置；
（2）钢轨材质不同时焊接宜采用铝热焊；
（3）库内立柱式轨道应采用架轨法施工以保证施工精度。
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