城市地铁轨道工程质量问题分析与预防措施

0　引言

地铁轨道工程若存在质量问题，将对地铁轨道交通整体建设及运行质量产生直接影响，而实际上在轨道交通建设与运行期间，很容易受到人为因素、外部因素等的影响出现多种质量问题。为保证地铁轨道交通更可靠、稳定地运行，需要采取有效措施预防各类质量问题。

1　城市地铁轨道工程常见的质量问题

1.1　地铁轨道不平顺

地铁轨道不平顺指的是轨道几何形位多项基本要素（比如轨道左右水平、轨距、轨道前后高低、轨道方向、轨底坡等）因受到轨轮相互作用影响而和设计点位有所偏差[1]。在地铁日常维护保养过程中，常会检测及管理轨道不平顺指标，包括三角坑、水平、左/ 右高低、左/右轨向、轨距等。地铁轨道不平顺劣化存在不确定性、异质性以及记忆性等普遍特征。其中，异质性指的是在不同空间位置分布的轨道区段其不平顺状态因受到设计建造因素、环境因素、管理因素以及运输组织因素等影响可出现不尽相同的劣化规律。会对不平顺状态其劣化异质性产生影响的因素主要有一种，其一是设计类因素，包括曲线半径、竖曲线数量、坡度、道床类型、钢轨型号等；其二是建筑类因素，包括钢轨接头方式、钢轨铺设质量、钢轨生产厂家等；其三是运用类因素，包括钢轨使用寿命、累计通过总重、外部环境因素等；其四是检修类因素，包括钢轨检查作业、钢轨维修作业、其他设备检查与维修等。不确定性如图1 所示，其中横坐标轴为轨道线路使用时间，而纵坐标轴为轨道不平顺状态劣化等级，图1 当中设不平顺状态有4 个等级，等级越高就代表轨道有越差的不平顺质量状态。t_A、t_B指的是相邻的两次轨道不平顺状态检测日期，在异质性因素干扰下，t_A 到t_B有4 种可能的状态劣化过程，也就是path ① /path ② /path ③ /path ④。记忆性指的是相同空间位置下所分布的轨道其不平顺状态在维修前后有着相似的状态劣化曲线，主要原因是特定空间位置下的轨道可对其质量状态产生影响的特异性因素一般在短时间之内没有大幅变化，所以维修前后的劣化过程比较相似。

图1 地铁轨道不平顺状态劣化不确定性

1.1.1　静态不平顺

在无行车环境下，对轨道塑性变形予以反映的轨道不平顺状态就是轨道静态不平顺。在地铁运维管理过程中，常会通过轨检仪、弦绳、轨距尺等工具予以检测。因为轨枕以及钢轨都有一定高度，如果轨枕底道碴没有完全捣实或者处于悬空状态，虽然在未承受列车荷载情况下暂时不会出现空吊板、暗坑等质量问题，但一旦受到列车荷载作用影响，就会使轨枕以及钢轨逐渐下沉，由此对行车安全带来严重威胁。所以轨道静态不平顺并不能对列车运行期间真实的轨道状态予以反映，所以容易在运维管理中埋下一定安全隐患。因此，在轨道养护维护过程中，运营单位常会针对静态不平顺指标设置一定允许偏差管理值。

1.1.2　动态不平顺

在有行车环境下对轨道塑性变形和弹性变形整体情况予以反映的轨道不平顺状态也就是轨道动态不平顺，在城市地铁轨道工程日常运维保养中，常会通过轨检车开展检测工作。和静态不平顺相比，轨道动态不平顺可相对真实地反映出列车运行过程中的轨道状态，在轨道质量评价中属于关键依据。在通过轨检车检测轨道动态不平顺状态之后，运营单位往往会结合检测结果，从局部不平顺、整体不平顺两个层面评价及管理轨道线路不平顺状态。

（1）局部不平顺的评价。在地铁轨道交通运维管理中评价轨道动态局部不平顺状态时，多会在测量基础上判断左右轨向、左右高低、轨距、三角坑、水平等轨道不平顺指标的具体幅值大小是否比企业规定标准管理值偏高，并在一定长度区间内统计线路各级超限峰值数量，随后通过加权扣分法对轨道线路质量予以评价。当前地铁运营单位均会在管理文件当中对轨道动态局部不平顺指标设置允许偏差管理值，像某城市的地铁工务维修规则当中就在速度不超过80 km/h 条件下，基于不同的超限等级设置了动态局部不平顺管理值，具体如表1。

表1　某城市地铁轨道动态局部不平顺管理值

（v_max ≤ 80 km/h）

$$S=\displaystyle\sum_{i=1}^{4}\displaystyle\sum_{j=1}^{7}K_iT_jC_{ij}$$

式中，i €{1，2，3，4}—— 不同的超限等级；K_i—— 不同超限等级下的扣分数；j—— 各个轨道不平顺指标；T_j—— 各轨道不平顺指标对应加权系数；C_ij——各轨道不平顺指标对应不同级别的超限数量。结合该城市地铁公共维修规则，确定评价结果当中S 在0~50 属于状态优良，在51~300 属于状态合格，在300 以上属于状态失格。

（2）整体不平顺评价。在对地铁轨道某一区段进行整体不平顺评价期间，需要每间隔两个月通过轨检车检测轨道左右高低、左右轨向、三角坑、轨距以及水平等轨道几何参数，随后按照一定距离设置一个轨道单元，并对各单元轨道质量指数TQI 予以评价。轨道区段之内的平顺性和TQI 值密切相关，TQI 值越大就代表轨道具有越差的平顺性和越大的波动性。

1.2　线路质量病害

城市地铁轨道工程常见的线路质量病害主要包括：

（1）扣件病害。这类病害主要包括螺旋道钉缺乏扭力、扣件T 型螺栓出现松动情况使得扣压力有所欠缺、铁垫板歪斜、铁垫板吊板、扣件组装当中没有按照规定设置橡胶垫板或者所放置的垫板位置歪斜、混凝土污染、钢轨和扣件以及道床当中的金属和周边有关专业电气存在搭接问题等。导致此病害的成因是多方面的，主要包括：①组装轨排过程中或者在焊头部位拆卸螺旋道钉之后没有按照螺旋道钉的扭力设计参数进行有效紧固；②焊轨还有放散锁定之后没有紧固T 型螺栓；③浇筑道床之前没有按规定方正轨枕，或者在轨枕方正过程中没有按规定紧固螺栓，由此引发歪斜或者吊板问题；④浇筑道床之前没有在扣件上方全面的覆盖或直接未覆盖塑料袋；⑤浇筑道床之前未充分检查确定是否有金属件外露情况，导致后期有关专业施工中出现异常搭接问题。

（2）道床病害。此类病害主要包括道床及轨枕混凝土出现离缝问题、道床开裂、道床水沟错台而且水沟排水畅通性不足、道床有大面积水、伸缩缝未保持顺直状、道床面存在麻面以及凹凸不平情况、道床钢筋的搭接长度不符合规定、伸缩缝模板未均匀地涂刷沥青、焊接饱满度不佳等。出现上述病害的原因主要有：①轨枕浇筑过程中没有对轨枕下方进行有效的振捣或者轨枕受到污染，导致出现离缝问题；②道床混凝土在发生水化热反应期间，未及时、到位地进行养护，使得混凝土出现伸缩裂缝或者结构缝部位出现沉降情况；③支立水沟模板过程中没有严格按照规定有效地进行紧固，或者是在长时间使用模板期间出现变形问题；④道床浇筑过程中道床面的坡度不符合设计要求；⑤伸缩缝板未进行有效固定，在浇筑混凝土的时候有所偏差；⑥道床面未及时收面，而且抹面施工中存在死角；⑦道床钢筋未按照规定控制好焊接长度，导致长度有所欠缺，同时排流端子的高度存在不一致问题，另外涂刷沥青操作不规范导致涂刷不均匀。

（3）线路几何尺寸病害。这类病害主要是轨面标高、短枕轨底坡等尺寸不符合设计要求，导致此类病害的原因一方面是隧道出现了沉降情况，另一方面是短枕轨底坡施工中需要依赖于轨支架，施工难度比较大，很难有效控制。

（4）无缝线路病害。主要是应力未有效放散，或者是焊头外观存在质量问题。出现这类病害的原因，一方面是应力放散不符合钢轨内零应力要求，导致应力逐渐集中；另一方面是焊头未进行有效的打磨处理。

1.3　道岔病害

道岔病害主要体现在三方面：

（1）道岔钢轨部位存在病害，主要有接轨竖切未充分密切、鱼尾板的螺栓没有按规定加垫圈、滑板床未充分密贴且调整中选用的是非标垫板、在顶铁不靠情况下以非标件调整。导致出现这类病害，一方面是道岔钢轨尖轨运行期间在散料以及运输的时候因受到压力出现上拱或者侧弯等情况；另一方面是长枕道岔滑床板未有效密贴导致尖轨钢轨出现上翘情况，抑或铁垫板在生产环节就有较大误差。

（2）轨缝病害，主要是辅助线、缓冲区以及岔内存在缝线，而且路轨缝隙有大有小。导致此病害的原因主要是道岔钢轨在拼装过程中未到位地调整结构框架，也可能是由于环境温差过大而引发此类病害。

（3）道床病害。此类病害是道床存在大面积积水或者是转辙机坑当中有积水。出现此类病害一方面是道床面坡度不符合设计要求，另一方面是转辙机坑道床面实际坡度不达标，或者是转辙机坑直接连通道床水沟。

2　城市地铁轨道工程质量问题预防措施

2.1　地铁轨道不平顺的预防措施

2.1.1　要对轨道不平顺情况加强检查管理

其一，要进行日常检查，即通过日常巡视检查了解轨道不平顺状态和具体的变化规律，一旦轨道存在异常不平顺问题可及时发现，并综合多项因素判断线路薄弱之处以及病害地段。

其二，要加强定期检查，具体是按照一定周期，通过多项检查工具及活动充分了解轨道不平顺状态和具体变化规律，相关检查结果能够为后续维修计划的制定提供可靠参考。在运维管理期间，相关单位会在标准规范当中确定轨道不平顺状态定期检查内容、工具、频率等，像北京地铁要求在静态不平顺检查中，每季度都要通过轨距尺对水平及轨距进行测量，同时通过10 m 弦对轨向以及高低进行测量；而针对动态不平顺，则要求每两个月都要通过轨检车检测轨道不平顺指标。

2.1.2　加强维修与保养

对于轨道不平顺状态，要采取多项维护保养措施，包括：

（1）临时补修，即为确保列车运行安全，对不平顺指标幅值高于临时补修管理阈值相应位置进行临时维修。

（2）经常保养，即为使轨道质量长期保持均衡状态，对轨道不平顺状态采取预防性、经常性维修措施。通常会在检查轨道不平顺状态前后进行保养维修活动，针对整体道床都会通过改道作业、起道作业等维修形式调整轨道不平顺状态，而针对碎石道床，除了可采取上述维修方式，还可通过拨道作业对不平顺状态予以调整。

（3）综合维修，具体是在轨道保持良好运行状态情况下，按照一定周期，有目的性地采取多项维修措施改善轨道不平顺情况。通常需要结合轨道不平顺状态评定结果进行综合维修计划的制定，还可通过综合维修车、大型养路机械、小型保护机械等工具对轨道不平顺情况进行适当调整。

2.2　线路质量病害预防措施

其一，为有效防控扣件病害，需要在地铁运营之前全面地进行沿线检查工作，保证施工中扣件组装合格、枕轨无歪斜、道床金属件和扣件无搭接，并且混凝土浇筑施工质量合格，混凝土结构也没有污染问题。其二，为有效预防及控制道床病害，要在运营管理过程中做好道床养护工作，注意适时洒水，还要通过水平仪对轨面标高进行准确、严格地测量，另外要检查道床浇筑抹面施工质量，尤其要检查伸缩缝板、钢轨正下方、轨支架等部位，保证排流端子和伸缩缝板两者间距达标，并要经查验确保沥青伸缩缝板表面涂刷均匀。其三，为防止线路几何尺寸病害，要经全面检查保证轨支架没有变形问题，还要通过电子测评仪对轨底坡进行检查，而且要对联络通道还有进出车站部位的轨面标高进行定期测量，若发现有沉降情况，要及时反馈至有关专业进行注浆处理。其四，为防止无缝线路病害，要严格检查焊头外观质量，保证经过精细打磨。运维期间，要按照有关规定及方案进行应力放散，合理选定放散轨温，做好观测与记录。

2.3　道岔病害预防措施

首先，要对道岔钢轨进行全面检查，保证其没有受到轴向应力影响出现横向或竖向弯曲情况，在调整道岔几何尺寸过程中严禁应用非标件。其次，要对有缝线路、缓冲区还有倒岔区当中的轨缝进行严格检查，保证符合相关规范与标准。地面以及地下线路所预留轨缝都应达到有关规范。最后，要对道岔道床面坡度进行严格检查，确定其为人字坡，保证道床面的宽度和坡度相适宜，同时经检查确定转辙基坑的基底标高还有坡度都符合要求。

3　结语

在城市地铁轨道工程建设及运营期间，经常存在地铁轨道不平顺问题，而且线路以及道岔常会出现多种质量问题，威胁地铁车辆运行的安全性及稳定性。对此，需要城市地铁轨道交通相关管理部门在地铁运营期间做好轨道工程的检查与维护保养工作，及时发现质量问题，并采取有效的预防及控制措施，有效提升轨道工程质量。

文章来源：

原文名称：城市地铁轨道工程质量问题分析与预防措施

作者信息：张文彬 贵阳市城市轨道交通运营有限公司

期刊信息：交通科技与管理. 2023,4(17)