摘要重點論述城市軌道交通工程鋼軌用扣件的性能、技術(shù)參數(shù)及設(shè)計要求，分析目前我國城市軌道交通中主要鋼軌扣件的使用情況及需要研究的問題。

關(guān)鍵詞城市軌道交通鋼軌扣件減振軌距水平調(diào)整量道床 鋼軌扣件的作用是保持鋼軌的正確位置，防止鋼軌縱橫向位移，提供一定的軌道彈性，并將鋼軌所受的力傳遞給軌下基礎(chǔ)。 1 主要性能 1)有足夠的強度和耐久性 城市軌道交通運營時間長、行車密度高、維修條件差，要求鋼軌扣件必須具有足夠的強度和耐久性，以確保行車安全。 2)有一定的軌距和水平調(diào)整性能 城市軌道交通多采用整體道床結(jié)構(gòu)，線路曲線半徑小，鋼軌存在磨耗。這就要求扣件應(yīng)具有一定的軌距、水平調(diào)整性能，以解決曲線鋼軌磨耗和結(jié)構(gòu)的不均勻沉降及施工誤差所造成的軌距、鋼軌水平超限。 3)有良好的絕緣性能 城市軌道交通一般均利用走行軌作為回流軌，這就要求扣件必須具備良好的絕緣性能，防止電流通過扣件泄漏，造成結(jié)構(gòu)鋼筋和市政管線的電腐蝕。 4)有良好的減振彈性 城市軌道交通穿行于居民區(qū)內(nèi)，對減振降噪的環(huán)保要求很高，鋼軌扣件必須具有良好的減振性能，衰減軌道振動，降低噪聲傳播。 5)有一定的通用互換性 扣件結(jié)構(gòu)應(yīng)力求簡單，零部件少，具有一定的通用互換性，造價低，施工和維修方便。 2 設(shè)計參數(shù) 確定城市軌道交通鋼軌扣件的設(shè)計參數(shù)必須考慮其相關(guān)工程的情況:線路敷設(shè)方式、線路技術(shù)參數(shù)、行車速度、車輛軸重及鋼軌類型等?？奂闹饕O(shè)計參數(shù)包括:扣壓力、防爬阻力、節(jié)點剛度、耐疲勞性能、軌距及水平調(diào)整量、絕緣性能等。一般可通過下列方式，確定其設(shè)計參數(shù)。 2.1 扣壓力及防爬阻力 扣件的扣壓力和防爬阻力是一對共生參數(shù)，靜態(tài)防爬阻力等于扣壓力乘以綜合摩擦系數(shù)。 扣件的扣壓力的大小是確保鋼軌穩(wěn)定的關(guān)鍵，它與車輛的軸重、速度及是否采用無縫線路及軌下墊層的性能有關(guān)。當(dāng)車輛軸重大、速度較高，采用一般線路時，要求鋼軌扣件的扣壓力就大;軸重輕、速度低，采用無縫線路時，扣壓力可以小一些?？蹓毫Φ拇笮?yīng)保證在扣件的使用周期里，當(dāng)列車制動時，鋼軌不發(fā)生永久性位移。對于城市輕軌，一般軸重低于160kN，速度不超過100km/h，故對扣件扣壓力的要求不是很高，理論計算及實踐證明，單一扣壓件的扣壓力在6~8kN是可以滿足要求的。值得注意的是:過大的扣壓力并不是有利的，這將導(dǎo)致軌下彈性墊層的初始壓縮量增大，損失減振彈性。 2.2 扣件節(jié)點剛度 扣件的節(jié)點剛度是考查扣件彈性的指標(biāo)，包括靜剛度值、動剛度值及動靜比，均需通過室內(nèi)試驗確定?？奂瓜蜢o剛度值是取扣件壓縮變形曲線某一段的割線斜率來確定的，一般20~40kN/mm比較合適;動剛度值是扣件的重要指標(biāo)，表明扣件在動荷載作用下的彈性，即減振性能;設(shè)計扣件動靜比應(yīng)控制在1.4以下。 2.3 軌距及水平調(diào)整性能 考慮城市景觀及運營維修的方便，城市軌道交通地下線、高架線多采用整體道床，在施工、運營中結(jié)構(gòu)均會有施工誤差，產(chǎn)生不均勻的沉降。同時，也會因輪軌互相作用使軌距及鋼軌水平發(fā)生變化而超限。 軌距調(diào)整量主要是解決施工誤差和鋼軌側(cè)磨而致軌距超限的問題，故要求負的調(diào)整量要大。考慮城市軌道交通工務(wù)大修周期長，日常維修條件差，要求扣件的軌距調(diào)整量比國鐵的大，整體道床扣件軌距調(diào)整量一般可設(shè)計為+8、-12mm。 結(jié)構(gòu)的沉降絕大部分是在結(jié)構(gòu)設(shè)計時考慮并采取措施，但小量的變化仍需鋼軌扣件來調(diào)整。就目前的結(jié)構(gòu)及軌道施工技術(shù)，對地下線要求鋼軌扣件有20~30mm的水平調(diào)整量。水平調(diào)整量的大小與地質(zhì)情況密切相關(guān)，在不良地質(zhì)條件下，需要扣件有大的水平調(diào)整量。對于高架線，要求鋼軌扣件有30~40mm水平調(diào)整量，主要解決由于相鄰橋墩的沉降差落值及梁的收縮徐變而引起的梁面上拱。 2.4 絕緣性能 城市軌道交通對鋼軌扣件的絕緣性能要求很高，一方面是走行軌作為供電回流軌的要求，另一方面是移動閉塞信號的要求?？奂^緣性能不好，長此以往，除導(dǎo)致大量電流泄漏、浪費電能外，還會因雜散電流而腐蝕結(jié)構(gòu)鋼筋和市政管線。 在城市軌道設(shè)計中，供電、信號等專業(yè)對鋼軌扣件的絕緣性能都會提出具體要求。就目前的材料技術(shù)，達到這些要求是完全可行的。通?？奂械膯蝹€絕緣部件常態(tài)絕緣電阻均可以達到108Ω以上，能滿足對扣件的絕緣要求。 2.5 耐久性能 扣件的耐久性是通過疲勞試驗來驗證的，疲勞試驗?zāi)茯炞C扣件抵抗重復(fù)荷載的性能，我國通常是取小半徑曲線上的扣件所受的最大荷載來進行試驗的。設(shè)計扣件時，要依據(jù)地鐵實測小半徑200m曲線地段扣件所受的力，并參照國內(nèi)外同類扣件的設(shè)計荷載。要求組裝扣件疲勞荷載一般取豎向50kN，橫向30kN，能承受300萬次疲勞荷載的循環(huán)試驗，各部件不損壞。 3 設(shè)計要求 城市軌道交通鋼軌扣件從結(jié)構(gòu)型式上大致分為兩種:一種是帶鐵墊板的彈性分開式扣件，用于整體道床和地面線木枕碎石道床，另一種是不帶鐵墊板的彈性不分開式扣件，用于地面線和高架線砼枕碎石道床，一般采用國鐵扣件。 從扣壓件型式上分也有兩種:一種是有螺栓的彈條扣件，用于高架線、地面線和地下線的整體道床，可以根據(jù)無縫線路對扣件扣壓力的要求適時調(diào)整;另一種是無螺栓彈條扣件，多用于地下線整體道床和地面線碎石道床。 從輪軌橫向力的承受形式上分有兩種:一種是靠傳遞給軌枕擋肩承受，一種是靠扣件鐵墊板與軌枕間的水平摩擦力和螺旋道釘承受。前一種是傳統(tǒng)的構(gòu)造形式，扣件結(jié)構(gòu)較安全，但限制了鋼軌水平調(diào)整量;后一種目前采用較多，要求扣件鐵墊板與軌下基礎(chǔ)必須有可靠的連接，避免螺旋道釘彎曲應(yīng)力過大而折斷，這就必須控制好鐵墊板下的墊層彈性及厚度。 設(shè)計鋼軌扣件應(yīng)首先從與之相關(guān)的工程特點及車輛技術(shù)條件入手，研究線路平面條件和車輛相關(guān)參數(shù)，并對相似工程的鋼軌扣件使用情況調(diào)研，由此初步確定扣件的整體結(jié)構(gòu)型式和設(shè)計參數(shù)，進而對各部件進行詳細設(shè)計，并加工試制，驗證其工藝可行性，再對各部件進行室內(nèi)整裝試驗，驗證其可靠性，最終完成設(shè)計。 4 使用情況 1965年北京城建設(shè)計研究總院承擔(dān)了我國第一條地下鐵道鋼軌扣件的研究設(shè)計，經(jīng)過了近40年的研究設(shè)計、探索，逐步形成了適用于各種線路敷設(shè)方式、門類齊全的城市軌道交通鋼軌扣件系列，滿足了我國城市軌道交通發(fā)展的需要，見圖1~圖4及表1。

5 需進一步研究的問題 近年來，我國城市軌道交通發(fā)展迅速，對軌道技術(shù)的要求也越來越高，隨著我國工程設(shè)計市場的開放及與國外軌道技術(shù)的交流，促進了鋼軌扣件技術(shù)的發(fā)展。目前，需著重研究以下課題。 5.1 扣件結(jié)構(gòu)及統(tǒng)一性的研究 扣件結(jié)構(gòu)的統(tǒng)一性無疑會對加工訂貨和運營設(shè)備的維護管理帶來很大的方便。 目前，國內(nèi)同一條地鐵線上同時存在多種扣件結(jié)構(gòu)，分別適用于地下線、高架線及地面線，車場線及庫內(nèi)又各自不同，給設(shè)備的管理帶來一定麻煩。運營部門要求扣件結(jié)構(gòu)統(tǒng)一的呼聲較高，設(shè)計部門對此也十分重視。對于高架線和地下線，通過與相關(guān)專業(yè)的緊密配合，調(diào)整扣件設(shè)計參數(shù)，有可能統(tǒng)一;對于地面線和車場線，可以統(tǒng)一用一種扣件，使一條線的扣件種類大大減少，為設(shè)備管理提供方便。 5.2 減振彈性的研究 通過扣件的減振降噪，可在一定程度上降低軌道振動和噪聲，且工程投資遠低于其他減振措施的投資。 對減振彈性的研究側(cè)重于兩個方面，一是從改變扣件的結(jié)構(gòu)設(shè)計入手，采用黏結(jié)鐵墊板的結(jié)構(gòu)，利用減振材料將上、下鐵墊板黏結(jié)，這樣可有效過濾軌道振動，研究的重點是黏結(jié)材料的減振性能及耐久性。二是尋求探索新的減振材料，如熱塑性彈性體材料的研究應(yīng)用。新材料的研究重點是改善傳統(tǒng)的橡膠減振材料的動靜比、材料的回收翻新使用、提高材料的耐久性等，這有利于環(huán)保。 通過研究，單靠扣件即能將振動降低12dB，可以達到彈性套靴整體道床的減振效果。 5.3 扣件與軌枕連接技術(shù)的研究 現(xiàn)在的軌道交通中，扣件與軌枕的連接多采用預(yù)埋套管和螺旋道釘?shù)姆绞?，連接時將道釘按規(guī)定的扭緊力矩擰進套管。這種方式存在兩個問題:一是隨著車軸荷載的反復(fù)作用，螺旋道釘有松弛的現(xiàn)象，導(dǎo)致摩擦力抵抗橫向力的能力降低，螺旋道釘受彎而折斷失效;二是由于兩種材料的部件生產(chǎn)制造、公差配合困難，使套管螺扣受力極不均勻，容易產(chǎn)生螺扣破損而使連接失效。要進一步研究螺旋道釘?shù)恼駝泳彌_和防松措施，研究兩部件螺紋的配合關(guān)系，確保有效連接。 5.4 扣件防銹技術(shù)的研究 城市軌道交通鋼軌扣件的防銹尤為重要，一方面是延長其使用壽命，另一方面是整潔、美觀的要求。傳統(tǒng)防銹技術(shù)包括浸油、噴漆、渡鋅，均不是長效的防銹措施。目前，最新防銹技術(shù)為達克羅表面涂覆和多元氣體共滲防銹，但在軌道交通領(lǐng)域的使用效果尚無定論。今后應(yīng)著重研究彈條及螺旋道釘?shù)姆冷P技術(shù)，徹底解決因銹蝕而折斷失效的問題。 我國不同時期研究與設(shè)計使用的鋼軌扣件系列，適應(yīng)了城市軌道交通的迅速發(fā)展，滿足了建設(shè)需要，保證了行車安全。目前，國際軌道技術(shù)發(fā)展很快，應(yīng)結(jié)合我國情況，解決好目前存在的問題，研究出高新技術(shù)扣件，使我國鋼軌扣件技術(shù)再上新臺階。