广州地铁1号线小半径曲线减振地段轨道构型工艺改造的探究

摘要：地铁的小半径曲线历来是线路维修养护的重点和难点，其引发的钢轨磨耗对钢轨使用寿命的缩短和列车通过产生振动噪声的激增，成为现今线路维修养护工作的一大难题。本文主要介绍了小半径曲线减振地段上轨道构型的工艺改造，并对其效果进行了探讨和分析。

关键字钢轨磨耗 减振 GJ－Ⅲ型扣件 科隆蛋扣件

中图分类号：U213.4 文献标识码：A 文章编号：

广州地铁1号线作为广州市最早的一条地下铁道运营线路，从西至东横穿了广州市的中心城区地带，线路走向几乎覆盖了荔湾、海珠、越秀、天河等主要老城区，因此在1号线的建设过程中，为了照顾客流走廊，绕避严重不良地段、高层建筑、地下管线和减少工程投资，采用了较多的小半径曲线线路。同时，考虑到地铁列车运行所引起的振动会影响沿线环境，尤其是在建筑物正下方通过时，对附近居民影响很大，因此还必须以环评报告为依据，根据线路状况合理选择轨道结构的型式和结构参数，从而有效降低振动和噪声。

本文针对广州地铁1号线小半径曲线原铺设科隆蛋减振扣件地段更换为GJ-III型减振扣件的工艺改造后，对该区段的钢轨使用寿命和减振效果进行了探讨和分析。

影响小半径曲线钢轨使用寿命的主要因素

钢轨是地铁线路的主要组成部分，它承受列车车辆荷载，并传之于轨枕。车轮与钢轨产生相互间的黏着和滑动，经过长期的轮轨作用，导致钢轨产生不同程度的磨耗和损伤，主要表现为波形磨耗、侧面磨耗和垂直磨耗三种磨耗形式。钢轨磨耗直接造成钢轨的几何尺寸发生改变，有效截面减小，在钢轨磨损达《线路修理规则》规定的伤损程度时需及时更换，以保证列车的运营安全。

广州地铁1号线线路正线上下行共计长度36.846km，其中曲线半径小于等于600m的有48处，约占正线总长的39％。根据对一号线的线路设备维修情况，小半径曲线上的钢轨有98%是由于曲线上股钢轨的侧面磨耗超限而报废的。因此，钢轨侧磨是影响地铁曲线钢轨使用寿命的主要因素。

钢轨侧面磨耗现象严重，给日常维修增加了大量的工作量，增加维修成本，特别是广州地铁一号线行车密度加大，设备老化严重，钢轨磨耗日渐加剧，从而较大缩短了钢轨的使用寿命。

2.工艺改造概况

此次工艺改造的区段为广州地铁1号线体育中心站至广州东站（线路里程：K17+640m～K17+960m）和杨箕站至体育西路站（线路里程：K14+710m～K15+158m）上下行区间的小半径曲线地段，长度合计约1.5公里。

上述区段原轨道构型为科隆蛋扣件，该扣件是用橡胶把椭圆锥形内外圈硫化在一起，利用橡胶剪切变形来达到减振目的。随着一号线线路的日均运量和通过总重逐年增大，同时由于科隆蛋扣件的橡胶配方及制造工艺等原因，该区段的扣件橡胶件老化失效严重，横向刚度降低，钢轨侧面磨耗速度加快，导致减振降噪性能较大的减弱，钢轨的使用寿命缩短，从而大大增加了线路的维修养护成本和工作量。

通过对上述因素的综合考虑和论证分析，为降低线路的维修养护成本和满足减振降噪的要求，实施采用GJ－Ⅲ型扣件替换原有的科隆蛋扣件的轨道构型工艺改造。

GJ－Ⅲ型减振扣件是由轨下橡胶垫、上铁垫板、中间橡胶垫、下铁垫板和自锁装置等组成，通过设计双层非线性弹性垫板系统以降低系统刚度和提高结构阻尼来控制二次噪声与振动。GJ－Ⅲ型扣件同科隆蛋扣件一样，适用于60kg/m钢轨无碴轨道有特殊减震要求的地段，同时，GJ-Ⅲ扣件的减振指标为8dB，从减振性能上该扣件可满足本线更换地段的减振需求。

延长钢轨使用寿命的可行性分析

GJ－Ⅲ型扣件的一大优势是其轨距调整量为-23mm～+19mm，远远超过了科隆蛋扣件的轨距调整量（-16mm～+4mm），在大多情况下GJ－Ⅲ型扣件可依靠其自身的构造性能来实现轨道几何尺寸的调整，这个优势对于减少日常维护工作量和成本节约有着重要作用。

由于在一号线最初施工时，没有考虑到科隆蛋扣件的轨距调整方法是利用铁垫板内外的调换来进行的，导致现场的科隆蛋扣件内外无序地交错排列，造成无法利用铁垫板调边的方式来调整轨距，轨距调整量无法体现设计要求及实际维修需要，实际可调整量为-14 mm～+2mm。根据现今地铁线路设备的维修技术标准，线路轨道静态几何尺寸的轨距偏差量不得大于+6mm（以两股钢轨之间的标准距离1435mm为准），钢轨侧磨不得超过14mm。因此，随着小半径曲线上股钢轨的侧磨增大，轨距也相应增大，而受轨距调整量限制，科隆蛋扣件的上股钢轨侧磨达到10mm的时候不得不进行更换。而使用GJ-Ⅲ扣件，由于该扣件的轨距调整量较大，使得上股钢轨得以充分利用（侧磨达到14mm才需更换）。

根据现今广州地铁1号线的列车运行密度和小半径曲线钢轨侧面磨耗数据统计，该改造区段的上股钢轨侧磨速率约为0.35mm/月。根据以上所述，使用科隆蛋扣件时，钢轨在使用28个月后就需更换，而使用GJ-Ⅲ扣件，钢轨的使用寿命能够延长到40个月。因此，使用GJ-Ⅲ扣件的钢轨使用寿命较科隆蛋扣件的增加了12个月，大大延长了钢轨的更换周期。

减振效果分析

轨道交通投入运营后存在着诸多问题，其中市民反映最为强烈和集中的是轨道交通所产生的振动和噪声问题。为了检测出改造前后实际减振效果，我们对该区段在正常运营状态下道床和隧道壁的振动状况进行了测试，结果及分析如下：

从表中两种扣件的道床及隧道壁的Z振级对比中可以看出，道床在GJ-III型扣件的垂向Z振级比科隆蛋扣件的降低了5.4dB，横向Z振级降低12.3dB。隧道壁垂向的Z振级GJ-III型扣件比科隆蛋扣件降低14.1dB，横向降低4.1dB。GJ-III型扣件垂向Z振级(VLz)最大平均值为64.3dB，科隆蛋扣件垂向Z振级(VLz)最大平均值为73.6dB，科隆蛋扣件的测试结果已超过了《城市区域环境振动标准》（“居民、文教区”昼间标准70dB、夜间标准67dB)的要求。

从测试结果中可以看出，GJ-Ⅲ扣件对于地铁运营的减振降噪方面有明显的效果，达到了预期目的。

结语

广州地铁1号线小半径曲线减振地段的轨道构型工艺改造，对延长钢轨使用寿命和减振降噪效果达到了较好的实际效果。根据现今对该段线路的维修养护情况来看，维修工作量较改造前大为减少，维修保养成本得到了降低。该技术已成功推广于广州地铁五号线。

当然，对小半径曲线的钢轨养护还涉及到多方面的因素，包括合理设置曲线要素, 定期对轨面涂油等。因此，做好小半径曲线的养护维修工作，减少曲线钢轨磨耗并尽可能延长钢轨的使用寿命，采取积极的减振降噪措施，对减少工程投资，降低环境噪声污染，提高城市轨道交通的运营和服务水平具有十分重要的意义。

参考文献：

【1】GB50157-2003，地铁设计规范.北京: 中国计划出版社,2003．

【2】张艳平等. 城市轨道交通振动和噪声的控制.中国铁路, 2000

【3】铁运[2006]146号，铁路线路修理规则. 北京：中国铁道出版社,2012

【4】吴耀庭.铁路曲线及其养护.北京：中国铁道出版社,2011

作者简介：黄尤炜（1987-），广东惠州人，土木工程专业，助理工程师