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摘要：结合深圳地铁近几年来罗宝线隧道区间小半径曲线换轨大修项目的实施情况，从方案论证、换轨前期工作、换铺施工组织等方面介绍和分析了在地铁隧道区间组织换轨大修的主要技术要求，总结了换轨大修项目的相关经验，为地铁隧道区间大型换轨施工同类工程提供参考。
关键词：隧道区间；换轨大修；施工组织
Abstract：From aspects of the scheme argumentation, rail exchanging preparation work, construction of replacing organization, this paper introduces and analyzes the main technical requirement for rail overhaul construction organization in the metro tunnels, summed up the experience for this kind of project, and provides the reference for the similar large-scale rail overhaul, combined with the implementation situation for rail overhaul project in recent years in Shenzhen Metro Luobao Line Tunnels with small radius curve.
Key wordsmetro tunnel；rail overhaul；construction organization
中图分类号：U455.43文献标识码：A文章编号：2095-2104(2013)
1 背景概述
深圳地铁罗宝线一期工程于2004年12月28日开通至今已经超过八年时间，轨道设备老化日渐凸显。由于小半径曲线区段轮轨受力特性，较直线地段而言，小半径曲线地段外股钢轨侧面磨耗发展速度较快，成为影响钢轨寿命的关键性因素，加之深圳地铁网络化运营以后，为满足罗宝线不断攀升的客流量，行车密度也随之不断加大，导致小半径曲线区段钢轨侧磨发展更加迅速。特别是国贸~大剧院曲线半径最小为300m，该隧道区段钢轨外股在2010年侧磨率先逼近钢轨轻伤技术标准（Vm ax ≤120 km /h的正线及到发线60 kg /m钢轨的侧面磨耗的轻伤标准为14mm），为了避免钢轨磨耗继续快速发展而影响运营安全，提高设备运行可靠度，深圳地铁立即启动了换轨大修项目。在2010年—2013年期间，由于小半径钢轨侧磨严重的问题，先后对罗宝线国贸~老街、老街~大剧院、华强路~岗厦三个区间组织实施了换轨大修施工（详情见表1）。本文结合多次换轨施工实践，对施工组织技术加以分析和梳理，为地铁换轨大修同类工程提供参考。
表1 深圳地铁罗宝线2010—2013年换轨实施情况表
按2013年换轨计划，目前正在组织实施罗国上下行400m、大科上下行550m、华岗上下行1425m换轨大修项目。
2 方案论证
地铁隧道区间设备密布、作业空间狭小、作业条件恶劣，而换轨大修施工人员、机械、材料多且较为集中，同时需要多个其他设备系统的技术人员进行配合，在地铁收车停运后将近四个小时的天窗时间内必须完成各项施工作业，准时恢复线路开通条件，各种限制因素使施工作业面临诸多苦难。因此，实施换轨大修项目前，必须制定详尽的施工组织方案和应急处置方案，并召开专题讨论会加以严密论证，同时预先做好演练，确保进度、安全、质量的卡控萬无一失。
（1）需成立专门的协调小组，全面协调参与换轨施工涉及的相关部门或专业，运营公司需要参与配合的主要有以下单位：①计划部门和行车调度负责尽早给点，保证轨行区封锁施工占用时间；②信号专业负责轨道电路（如S棒线）的拆卸和恢复；③变电专业负责轨旁迷流端子的处理；④低压配电专业保证区间的照明和供电稳定；⑤接触网专业负责复核接触网导高及钢轨回流检测。
（2）根据整个换轨工程项目的施工工程量及施工特点，先提前对施工现场进行详细的勘察，将待换的钢轨位置进行现场标识，充分了解现场的设备及管线分布和人防门等结构对换轨施工的影响情况，制定出相应施工防护措施。
（3）对换轨整个施工流程（如图1所示）每一个环节的重点和难点逐一进行研讨，确定解决和控制方案。主要有：①铝热焊质量确保；②长轨条的准确就位；③换铺施工当天人员卡控；④突发事故紧急处置等。
图1换轨施工工艺流程
3 换轨前期工作
深圳地铁目前暂无焊轨基地，而线下采用移动式闪光接触焊机焊接无缝线路单次使用租赁成本较高，所以目前主要采用铝热焊。用平板车将25m的标准轨运至隧道区间后再进行焊接（有焊轨基地的地铁车辆段，可以先在基地采用接触焊将标准轨焊接成100m长轨条，再用长轨运输专用车运输到换轨区域后用铝热焊焊接成整根长轨条）。
3.1运轨
（1）用地面运轨小车将25m标准轨从材料库运输到平板车摆放线（竹子林车辆段30道）两侧，用起降机装车。目前深圳地铁采用四台平板车连挂，每车次可以转运6跟25m标准轨。
（2）运送至区间换轨区域卸轨后，二次转运将新轨散布摆放于线路道床中部或水沟边上的指定位置， 紧挨钢轨两侧钻孔埋设带弯钩的膨胀螺栓，并用铁线将钢轨捆绑固定在整体道床上（如图2），以避免碰刮到运营列车造成事故。
图2钢轨固定示意图
3.2 焊轨、打磨及探伤检测
长轨条焊接前需要对焊接接头位置应初步进行划定，提前做好对位工作，应避开人防门及轨枕。每天焊轨施工完成后仍需要将为方便施工时拆除的捆绑铁线进行恢复。焊接长轨条和换轨后的长轨条联合接头焊接均采用铝热焊焊接，铝热焊接施工工艺流程如图3所示。
3.2.1焊轨及打磨
（1）端头清理。钢轨焊接前必须对钢轨端头100～150mm进行清理和端面打磨，使整个端面呈现金属光泽；
（2）端头对正。钢轨端头对正时须依次调整四个参数，即间隙、尖点、水平对正和扭转。
（3）安装磨具。调整砂模的中心线与钢轨接头的轴线在同一条直线上；检查砂模内腔，确认无脱砂、裂纹、多余的封箱泥。
（4）预热。须调整好火焰，不要将加热砂模边缘的分流塞推进入口。
（5）点火浇注。必须在30s内将焊药点燃，引火芯插入焊药中最深为25mm，当废渣停止流出，按下跑表开始计时。
（6）拆除砂模与推瘤。在浇注结束5min时，拆除砂模；在浇注结束6.5min时，可进行焊头推瘤。
（7）打磨。推瘤后立即对钢轨内外表面进行打磨。冷打磨应在浇注结束1h后进行，不能集中在某一处打磨过度，避免在短时高温的条件下产生易断裂的马氏体晶粒，并边检测边打磨直至符合质量要求。
3.2.2超声波探伤检测
用超声波探伤仪对新焊的每一个焊缝的焊接质量均进行外观检查及超声波无损探伤检测，并做好检测记录，确保焊缝检测符合TB/T1632.1-2005～TB/T1632.3-2005《钢轨焊接（通用技术条件，闪光焊接，铝热焊接）》规范要求，发现有焊接质量缺陷时，立即进行返工处理，切除重焊。新焊焊缝质量标准如下：
0°探头探伤铝热焊焊缝时，底波比正常焊缝底波低16dB及以上，或焊缝存在如下缺陷时，焊缝判废，应重新焊接：
（1)双探头探伤：
轨底角部位（20mm）:≥φ3-6dB 平底孔当量（即≥φ2.1 平底孔当量）。
其它部位： ≥φ3 平底孔当量。
（2)横波单探头探伤：
轨头和轨腰： ≥φ3 长横孔当量。
轨底： ≥φ4 竖孔当量。
轨底角（20mm）： ≥φ4-6dB 竖孔当量（即≥φ2.8平底孔当量）。
（3)铝热焊0°探头探伤： ≥φ5 长横孔当量。
（4） 焊缝中存在平面状缺陷。
（5） 缺陷当量比（1)、（2)、（3)规定的缺陷当量小，但差值在3dB内，且延伸长度大于6mm。
4换铺施工组织
换铺当天将施工作业人员分成锯轨钻孔组、轨条拆除加固组、扣件拆卸安装组、起拨钢轨组、扣件紧固组、轨道精调组、线路检查组共7个施工小组进场组织施工。换铺施工控制要点如下，无缝线路锁定施工工艺流程如图4所示。
（1）施工给点后，防护人员在施工区域两端设置防护，对换轨地段内的轨旁设备加装防护方木。
（2）现场确定更换长钢轨的起点和终点位置，将前后各50m钢轨扣件进行紧固，防止钢轨涨轨影响锯轨施工。
（3）根据标定的锯轨位置，用锯轨机将既有钢轨锯断，锯旧轨时读取始终端的轨温。
（4）既有钢轨锯断后，立即组织松开钢轨扣件，将既有钢轨拨出承轨槽，并在线路外侧固定好，并用人工将新轨条拨入承轨槽中。
（5）新轨拨入承轨槽后，在轨底加垫滚筒，让长轨条架空自由伸缩，放散钢轨应力，同时调整长轨条轨端位置，预留好临时轨缝。
（6）根据实测数据，现场轨温如能满足设计锁定轨温要求，可直接采用滚筒法放散钢轨温度应力。如果施工现场轨温高于设计规定的锁定轨温范围，必须采用喷雾器用水喷淋钢轨的办法降低钢轨温度，直至符合锁定轨温要求。
（7）在钢轨自由伸缩一段时间后，由质检员不间断测量当时的钢轨实测温度，当轨温符合设计锁定轨温后，立即快速取出轨底滚筒让钢轨落入承轨槽中，由质检员记录好钢轨起、终点落槽时间及起、终点落槽时的实测轨温。
（8）组织人员进行扣件紧固（含更换失效扣件），完成钢轨锁定。长轨条锁定技术要求：实际锁定轨温或换算锁定轨温必须在设计锁定轨温范围内，相邻两长轨条锁定轨温差不得大于5℃，左右股长轨条的锁定轨温差不得大于3℃，且曲线外股锁定轨温不得高于内股。锁定轨温与锁定日期应列入竣工资料。
（9）钢轨锁定后，进行轨道状态检查，整修超限位置并进行精调，使轨道几何尺寸符合规范要求。
（10）采用急救夹板将长轨条两端接头与既有线钢轨连接好。因长轨条两端需预留铝热焊接所需的轨缝为25mm，为确保行车平稳度，采用在轨缝上加垫一块18mm的短轨片，防止出现大轨缝影响行车安全。
（11）各配合专业回检和恢复设备后，安排电客车空载压道，考虑安全因素，第二天以不超45km/h的速度限速通行地铁列车。
（12）换轨后第二晚请点采用铝热焊接方式进行新旧轨联合接头焊接，恢复正线无缝线路后，可按设计速度开通线路。
5结语
深圳地铁运营维修部门已成功组织了多次地铁隧道区间换轨大修施工，積累了大量实践数据和经验，并在持续优化施工工艺流程，已逐渐摸索出较为成熟的施工技术。同时一直致力于小半径曲线减磨措施、建立合理的换轨大修计划、与承包商签订框架协议等方面促进换轨大修项目实施更加经济和顺利。深圳地铁换轨大修施工方面的分析，对国内其他城市地铁轨道运营维护具有借鉴意义。
参考文献
[1]中华人民共和国铁道部.铁路线路维修规则[S].北京：中国铁道出版社，2006
[2]中华人民共和国铁道部.钢轨探伤管理规则[S].北京：中国铁道出版社，2006
关键词：隧道区间；换轨大修；施工组织
Abstract：From aspects of the scheme argumentation, rail exchanging preparation work, construction of replacing organization, this paper introduces and analyzes the main technical requirement for rail overhaul construction organization in the metro tunnels, summed up the experience for this kind of project, and provides the reference for the similar large-scale rail overhaul, combined with the implementation situation for rail overhaul project in recent years in Shenzhen Metro Luobao Line Tunnels with small radius curve.
Key wordsmetro tunnel；rail overhaul；construction organization
中图分类号：U455.43文献标识码：A文章编号：2095-2104(2013)
1 背景概述
深圳地铁罗宝线一期工程于2004年12月28日开通至今已经超过八年时间，轨道设备老化日渐凸显。由于小半径曲线区段轮轨受力特性，较直线地段而言，小半径曲线地段外股钢轨侧面磨耗发展速度较快，成为影响钢轨寿命的关键性因素，加之深圳地铁网络化运营以后，为满足罗宝线不断攀升的客流量，行车密度也随之不断加大，导致小半径曲线区段钢轨侧磨发展更加迅速。特别是国贸~大剧院曲线半径最小为300m，该隧道区段钢轨外股在2010年侧磨率先逼近钢轨轻伤技术标准（Vm ax ≤120 km /h的正线及到发线60 kg /m钢轨的侧面磨耗的轻伤标准为14mm），为了避免钢轨磨耗继续快速发展而影响运营安全，提高设备运行可靠度，深圳地铁立即启动了换轨大修项目。在2010年—2013年期间，由于小半径钢轨侧磨严重的问题，先后对罗宝线国贸~老街、老街~大剧院、华强路~岗厦三个区间组织实施了换轨大修施工（详情见表1）。本文结合多次换轨施工实践，对施工组织技术加以分析和梳理，为地铁换轨大修同类工程提供参考。
表1 深圳地铁罗宝线2010—2013年换轨实施情况表
按2013年换轨计划，目前正在组织实施罗国上下行400m、大科上下行550m、华岗上下行1425m换轨大修项目。
2 方案论证
地铁隧道区间设备密布、作业空间狭小、作业条件恶劣，而换轨大修施工人员、机械、材料多且较为集中，同时需要多个其他设备系统的技术人员进行配合，在地铁收车停运后将近四个小时的天窗时间内必须完成各项施工作业，准时恢复线路开通条件，各种限制因素使施工作业面临诸多苦难。因此，实施换轨大修项目前，必须制定详尽的施工组织方案和应急处置方案，并召开专题讨论会加以严密论证，同时预先做好演练，确保进度、安全、质量的卡控萬无一失。
（1）需成立专门的协调小组，全面协调参与换轨施工涉及的相关部门或专业，运营公司需要参与配合的主要有以下单位：①计划部门和行车调度负责尽早给点，保证轨行区封锁施工占用时间；②信号专业负责轨道电路（如S棒线）的拆卸和恢复；③变电专业负责轨旁迷流端子的处理；④低压配电专业保证区间的照明和供电稳定；⑤接触网专业负责复核接触网导高及钢轨回流检测。
（2）根据整个换轨工程项目的施工工程量及施工特点，先提前对施工现场进行详细的勘察，将待换的钢轨位置进行现场标识，充分了解现场的设备及管线分布和人防门等结构对换轨施工的影响情况，制定出相应施工防护措施。
（3）对换轨整个施工流程（如图1所示）每一个环节的重点和难点逐一进行研讨，确定解决和控制方案。主要有：①铝热焊质量确保；②长轨条的准确就位；③换铺施工当天人员卡控；④突发事故紧急处置等。
图1换轨施工工艺流程
3 换轨前期工作
深圳地铁目前暂无焊轨基地，而线下采用移动式闪光接触焊机焊接无缝线路单次使用租赁成本较高，所以目前主要采用铝热焊。用平板车将25m的标准轨运至隧道区间后再进行焊接（有焊轨基地的地铁车辆段，可以先在基地采用接触焊将标准轨焊接成100m长轨条，再用长轨运输专用车运输到换轨区域后用铝热焊焊接成整根长轨条）。
3.1运轨
（1）用地面运轨小车将25m标准轨从材料库运输到平板车摆放线（竹子林车辆段30道）两侧，用起降机装车。目前深圳地铁采用四台平板车连挂，每车次可以转运6跟25m标准轨。
（2）运送至区间换轨区域卸轨后，二次转运将新轨散布摆放于线路道床中部或水沟边上的指定位置， 紧挨钢轨两侧钻孔埋设带弯钩的膨胀螺栓，并用铁线将钢轨捆绑固定在整体道床上（如图2），以避免碰刮到运营列车造成事故。
图2钢轨固定示意图
3.2 焊轨、打磨及探伤检测
长轨条焊接前需要对焊接接头位置应初步进行划定，提前做好对位工作，应避开人防门及轨枕。每天焊轨施工完成后仍需要将为方便施工时拆除的捆绑铁线进行恢复。焊接长轨条和换轨后的长轨条联合接头焊接均采用铝热焊焊接，铝热焊接施工工艺流程如图3所示。
3.2.1焊轨及打磨
（1）端头清理。钢轨焊接前必须对钢轨端头100～150mm进行清理和端面打磨，使整个端面呈现金属光泽；
（2）端头对正。钢轨端头对正时须依次调整四个参数，即间隙、尖点、水平对正和扭转。
（3）安装磨具。调整砂模的中心线与钢轨接头的轴线在同一条直线上；检查砂模内腔，确认无脱砂、裂纹、多余的封箱泥。
（4）预热。须调整好火焰，不要将加热砂模边缘的分流塞推进入口。
（5）点火浇注。必须在30s内将焊药点燃，引火芯插入焊药中最深为25mm，当废渣停止流出，按下跑表开始计时。
（6）拆除砂模与推瘤。在浇注结束5min时，拆除砂模；在浇注结束6.5min时，可进行焊头推瘤。
（7）打磨。推瘤后立即对钢轨内外表面进行打磨。冷打磨应在浇注结束1h后进行，不能集中在某一处打磨过度，避免在短时高温的条件下产生易断裂的马氏体晶粒，并边检测边打磨直至符合质量要求。
3.2.2超声波探伤检测
用超声波探伤仪对新焊的每一个焊缝的焊接质量均进行外观检查及超声波无损探伤检测，并做好检测记录，确保焊缝检测符合TB/T1632.1-2005～TB/T1632.3-2005《钢轨焊接（通用技术条件，闪光焊接，铝热焊接）》规范要求，发现有焊接质量缺陷时，立即进行返工处理，切除重焊。新焊焊缝质量标准如下：
0°探头探伤铝热焊焊缝时，底波比正常焊缝底波低16dB及以上，或焊缝存在如下缺陷时，焊缝判废，应重新焊接：
（1)双探头探伤：
轨底角部位（20mm）:≥φ3-6dB 平底孔当量（即≥φ2.1 平底孔当量）。
其它部位： ≥φ3 平底孔当量。
（2)横波单探头探伤：
轨头和轨腰： ≥φ3 长横孔当量。
轨底： ≥φ4 竖孔当量。
轨底角（20mm）： ≥φ4-6dB 竖孔当量（即≥φ2.8平底孔当量）。
（3)铝热焊0°探头探伤： ≥φ5 长横孔当量。
（4） 焊缝中存在平面状缺陷。
（5） 缺陷当量比（1)、（2)、（3)规定的缺陷当量小，但差值在3dB内，且延伸长度大于6mm。
4换铺施工组织
换铺当天将施工作业人员分成锯轨钻孔组、轨条拆除加固组、扣件拆卸安装组、起拨钢轨组、扣件紧固组、轨道精调组、线路检查组共7个施工小组进场组织施工。换铺施工控制要点如下，无缝线路锁定施工工艺流程如图4所示。
（1）施工给点后，防护人员在施工区域两端设置防护，对换轨地段内的轨旁设备加装防护方木。
（2）现场确定更换长钢轨的起点和终点位置，将前后各50m钢轨扣件进行紧固，防止钢轨涨轨影响锯轨施工。
（3）根据标定的锯轨位置，用锯轨机将既有钢轨锯断，锯旧轨时读取始终端的轨温。
（4）既有钢轨锯断后，立即组织松开钢轨扣件，将既有钢轨拨出承轨槽，并在线路外侧固定好，并用人工将新轨条拨入承轨槽中。
（5）新轨拨入承轨槽后，在轨底加垫滚筒，让长轨条架空自由伸缩，放散钢轨应力，同时调整长轨条轨端位置，预留好临时轨缝。
（6）根据实测数据，现场轨温如能满足设计锁定轨温要求，可直接采用滚筒法放散钢轨温度应力。如果施工现场轨温高于设计规定的锁定轨温范围，必须采用喷雾器用水喷淋钢轨的办法降低钢轨温度，直至符合锁定轨温要求。
（7）在钢轨自由伸缩一段时间后，由质检员不间断测量当时的钢轨实测温度，当轨温符合设计锁定轨温后，立即快速取出轨底滚筒让钢轨落入承轨槽中，由质检员记录好钢轨起、终点落槽时间及起、终点落槽时的实测轨温。
（8）组织人员进行扣件紧固（含更换失效扣件），完成钢轨锁定。长轨条锁定技术要求：实际锁定轨温或换算锁定轨温必须在设计锁定轨温范围内，相邻两长轨条锁定轨温差不得大于5℃，左右股长轨条的锁定轨温差不得大于3℃，且曲线外股锁定轨温不得高于内股。锁定轨温与锁定日期应列入竣工资料。
（9）钢轨锁定后，进行轨道状态检查，整修超限位置并进行精调，使轨道几何尺寸符合规范要求。
（10）采用急救夹板将长轨条两端接头与既有线钢轨连接好。因长轨条两端需预留铝热焊接所需的轨缝为25mm，为确保行车平稳度，采用在轨缝上加垫一块18mm的短轨片，防止出现大轨缝影响行车安全。
（11）各配合专业回检和恢复设备后，安排电客车空载压道，考虑安全因素，第二天以不超45km/h的速度限速通行地铁列车。
（12）换轨后第二晚请点采用铝热焊接方式进行新旧轨联合接头焊接，恢复正线无缝线路后，可按设计速度开通线路。
5结语
深圳地铁运营维修部门已成功组织了多次地铁隧道区间换轨大修施工，積累了大量实践数据和经验，并在持续优化施工工艺流程，已逐渐摸索出较为成熟的施工技术。同时一直致力于小半径曲线减磨措施、建立合理的换轨大修计划、与承包商签订框架协议等方面促进换轨大修项目实施更加经济和顺利。深圳地铁换轨大修施工方面的分析，对国内其他城市地铁轨道运营维护具有借鉴意义。
参考文献
[1]中华人民共和国铁道部.铁路线路维修规则[S].北京：中国铁道出版社，2006
[2]中华人民共和国铁道部.钢轨探伤管理规则[S].北京：中国铁道出版社，2006