高速铁路桥面系42号板式无砟道岔铺设施工工法

2020-05-24 10:01:38

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高速铁路桥面系 42 号板式无砟道岔铺设施工工法

工法编号:2011-24G 工字 08 号 中铁二十四局集团有限公司 吴鹤敏 杨钱峰 沈剑峰 刘宇峰 王学

1 前言

随着我国高速铁路大发展的到来,在高铁与客专线上采用了许多大号码的道 岔直接影响到线路的安全性与舒适性,同时也影响到道岔的使用寿命。高速道岔 的施工工艺也因此产生并经大量的施工实践得到发展和完善。

沪杭铁路客运专线工程是连接上海和杭州二座城市的一条铁路的快速通道, 上海至杭州铁路客运专线站前 HHZQ-1 标:正线里程 DK2+210~DK17+600, 正线长度 15.39km;春申线路所至上海南联络线 10.66km,标段内松江特大桥 主桥面两组 42 号无砟板式高速道岔是全国范围同类道岔中技术最新的两组道 岔,两组道岔均采用无砟板式结构。施工环境困难,工期紧、施工难度大、为确 保工程质量,加快施工进度,专门成立了道岔施工攻关小组,经过多次讨论和方 案比选,最终确定了 2 组 42 号无砟板式高速道岔施工技术:自下而上的道岔铺 设克服了道岔的变形、精度难以控制等难点,施工工艺方便可靠,既节约了成本 又提高了工作效率。

该工程对应的《高速铁路 CRTSII 型板式无砟轨道 42 号道岔桥上铺设技术》 于 2010 年在局集团公司科研立项,其成果达到了国内领先水平,现正在申报总 公司科技成果进步奖,现经总结经验和完善,形成本工法。

2 工法特点

2.0.1 工序清晰明了,工艺简单,便于施工; 2.0.2 采用自下而上施工模式进行道岔施工,利于道岔施工质量和精度控

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制; 2.0.3 分组专业施工,利于道岔组件提高铺设质量功效; 2.0.4 先进的安装工具及成套精密的测量控制软件利于道岔铺设功效及施

工精度控制; 2.0.5 辅助软件配合调整软件使道岔在最小的调整工作量达到精度要求。

3 适用范围

适用于高速铁路、客运专线上板式道岔的铺设。

4 工艺原理

采用“自下而上”的是施工模式对板式道岔进行一次性分层铺设,控制每 个施工阶段的施工精度,减少施工误差,确保累计误差满足最后道岔轨道精调数 值范围内。铺设中按照道岔板、水泥乳化沥青砂浆、道岔扣配件、道岔轨道初铺、 精调、焊接等不同工序,采用专业施工班组进行分组施工,提高了铺设效率,保 证了铺设质量;铺设前研制专业铺板软件,保证了道岔板铺设精度,道岔轨道初 铺选用精密的测量器具,保证了道岔钢轨初铺精度;道岔铺设采用专有工具利于 道岔工件的保护,不受损坏;铝热焊接采用进口焊剂和成熟的焊接工艺,利用先 进工具有效控制焊接质量。道岔精调采用辅助软件配合科学精密的轨道测量检测 仪器和精调工具,极大程度的确保了道岔的静态及动态调整速度和精度。

5 施工工艺流程及操作要点 5.1 施工工艺流程

图 5.1 一次性铺设客专线(07)006 42 号道岔施工工艺

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板场预制道岔板 道岔板进场验收

桥面验收合格 底座板施工 道岔板初铺

道岔进场验收 道岔工件、配件入库

扣配件发料 汽车吊、辅助平板

道岔板精调

合格后封边

水泥沥青砂浆灌注

道岔板复测及验收

合格

道岔扣配件散料至板面

吊装道岔至道岔板落槽

道岔板数据录入 测量放样 GRP 点 设置三向精调装置 现场、设计参数核对 模板、扣压装置安装

计算道岔工件吊点

尖轨滑床板安装

道岔轨道初步安装

图纸、电动扳手、轨距尺

电子道尺、塞尺 方尺、支矩尺 50 米弦线器

夹具、安装 砂模安装

封箱

钢轨预热

钳锅安装

钳锅安装

点火浇筑

拆模、推瘤

打磨不合格

接头再打磨

初调道岔线性、框架 轨检小车施工模式采样

轨检小车采集数据 专业软件分析、报表

现场调整 道岔数据再次采集

合格 道岔铝热焊接

接头打磨 探伤结果合格

接头探伤、记录

道岔接头临时连接

人员对照了 解道岔线性

EXCEL 辅助生 成关键线性图表

人、机、料准备 轨端干燥、除锈去污

探伤结果不合格, 轨头切除重新焊接

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联调联试暨动态检测精调

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5.2 主要技术参数

客专线(07)006 42 号板式高速道岔下部结构均采用混凝土板式结构,每

组道岔共计混凝土轨道板 57 块,每块板均为独有结构类型;道岔全长 157.2m,

前长 60.573m、后长 96.627m、辙叉角度 1°21′50.23″,线型为缓和曲线(半

径 10119m)+圆曲线(半径 4100m)+缓和曲线(半径∞)的复合曲线,、道岔

位于桥上,距离地面相对高度 17m 左右,轨道结构高度 690mm。

60,573

157,2

96,627

A=500 L=37.735M

L=42.991M

A=450 L=56.195M

1:42

R=10119M R=R4=140100M0M R=R4=140100M0M 1°21′50.23″ R=inl

图 5.2.1 客专线(07)006 42 号道岔线型图

道岔直向通过列车的容许速度为 350km/h,道岔曲股通过列车容许速度为 160km/h。

无砟轨道自上而下由以下部分组成:道岔、扣件、道岔板(Ⅱ型)、底座和 找平层,设计结构形式见下图。

图 5.2.2 轨道断面结构

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5.3 操作要点

5.3.1 道岔板铺设 1、主要施工流程

在合格的底座板基底上,粗铺道岔板,对道岔板进行初步的控制测量,待粗 铺合格后再用事先设置好的 GRP 点对道岔板进行测量控制和精确定位(精调), 精调合格后要先对道岔板上的钉孔位置进行符合性测量,然后灌注水泥乳化沥青 砂浆,等水泥乳化沥青砂浆达到规定强度后再拆除道岔板的调节系统。 2、铺设要求

1) 道岔板应遵循“专业化、机械化、标准化”原则,即组织专业施工队伍, 采用专用机械设备按铺设作业指导书进行标准化施工。

2) 道岔板铺设应在底座板施工完毕且工程质量验收合格的基础上进行。 3) 道岔板铺设前,应具有道岔板铺设图、道岔板铺设技术条件以及相应的 作业指导文件和施工组织计划。 4) 道岔板铺设作业前应进行施工作业培训。 5) 特殊工序作业人员须经过相应的作业培训并持有相应的作业资格证书 (主要是测量作业人员、起重作业人员、水泥乳化沥青砂浆灌注人员等)。 3、铺板方法 1)、施工准备 (1) 准备并熟悉相关施工、设计文件以及无砟道岔相关规范、规程、技术 条件等。

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(2) 编制详细的施工组织设计,细化各工序质量控制方法及标准,编制作 业指导书。

(3) 就接口工程施工顺序、施工便道、施工场地、运输与吊卸、与有关单 位做好沟通、协调,划分施工界面,明确各自的工作内容和配合事宜。

(4) 按照有关程序和规范要求,对桥面系工程施工质量、无砟轨道精测量 网、沉降变形观测与评估等事项进行检查和确认。

(5) 开展对道岔板施工各工序操作人员的岗前培训,测量、道岔板初铺与 精调、装卸、运输等特殊工种人员需持证上岗。

2)、测量控制网复测 测量人员对 CPⅢ点、CP II 点及辅助点、二等水准基点及测量成果进行复核。 3)、道岔板根据 GPR 点铺设 道岔板粗定位时 GRP 点的放样数据,根据板长及板缝数据按图 5.3.1-1 的 示意图进行 GRP 点的放样工作,弹出墨线进行道岔板的初铺。

图 5.3.1-1 道岔板粗定位放样示意图

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图 5.3.1-2 道岔板定位用 GRP 点

4、道岔板精调 1)精调硬件设备准备

图 5.3.1-3 道岔板吊钩位置

图 5.3.1-4 松下 CF-19 便携式电脑图

图 5.3.1-5 徕卡 2003 高精度测量机器人

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图 5.3.1-6 前视点预制调板基座图

图 5.3.1-7 后视点强制对中大三角架

图 5.3.1-8 置镜点强制对中大三角架

2)道岔板软件系统 道岔板精调系统

图 5.3.1-9 三向精调器

图 5.3.1-10 道岔板调板系统

3)数据参数

图 5.3.1-11 道岔板检测系统

需要数据参数有:线路设计要素、道岔设计参数、道岔板定位孔坐标、外业

精调控制点数据等。

4)道岔板精调作业

利用每块道岔板上四个角的螺栓孔作为测量的基准,在精调前先进行作为基

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准测量用的道岔板螺栓孔与轨道设计参数坐标的转换。 由于道岔板的承轨台的位置和螺栓孔的位置是一次成型的,所以测量时必须

对轨道板进行纵向、横向、竖向的三项调整。

图 5.3.1-12 后视点棱镜

图 5.3.1-13 道岔板精调作业

考虑到道岔板的顺接问题,当测量站点变换的时候,需要对上一块调整完成

的轨道进行搭接处理,保持道岔板的平顺性。

道岔板精调精度必须严格按照板式道岔轨道板精调要求。

从施工现场层面来看,精确测量的主要工作内容包括:底座混凝土模板放样

数据的计算和现场放样,底座混凝土施工完成的断面复核,道岔板基准网的放样,

粗铺前轨道设标网与轨道基准网测量评估,精调数据的计算,精调结果的评估,

灌浆后的轨道几何检测。现场测量的核心设备是全站仪及精调测量系统。测量技

术的关键是对这两种设备的熟练使用。测量工作的数据处理围绕着专用软件 PVP

布板软件进行,数据流程如下:

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图 5.3.1-14 据流程图

5、道岔板水泥沥青砂浆灌注 1)道岔板的水泥乳化沥青砂浆灌注与轨道板的乳化沥青砂浆灌注略有不同,

由于大多数的道岔板呈多边形,故道岔板的封边一律用水泥砂浆进行封边,板缝 处的封边与轨道板一致。

图 5.3.1-15 道岔板侧封边

图 5.3.1-16 道岔板中间封边

2)道岔板精调、压紧、板底清洁、板四周封边等工作合格完成后才进行水

泥乳化沥青砂浆的灌注。

3)水泥乳化沥青砂浆灌注前对底座板及道岔板底进行润湿处理,但不可有

积水。

4)水泥乳化沥青砂浆灌注应饱满、无空洞,砂浆灌注时为了使砂浆灌注饱

满,灌注孔内的砂浆表面距离道岔板底部要介于 300~340mm 之间。

5)在水泥乳化沥青砂浆轻度凝固时将灌注孔和观测孔内多余的乳化沥青砂

浆用勺子挖除至板面下 150mm 后,用一根 S 形钢筋从灌注孔插至砂浆中,以利

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于补孔混凝土与砂浆间的连结,S 型钢筋设计与轨道板相同。 6)水泥乳化沥青砂浆的最小抗压强度达到 0.5MPa 后可以拆除精调器,灌

浆 24 小时后方可拆除轨道板上面的扣压装置,最小抗压强度达到 3MPa 后方可 承重。

7)道岔叉心往岔跟处的道岔板宽度较大,因此需要在道岔板的宽度位置增 加扣压装置,防止道岔板在灌注乳化沥青砂浆期间上浮(如下图)。

(1)当轨枕根数≤6 根时,设置 2 个横向下压装置。

图 5.3.1-17 横向扣压装置

(2)当轨枕根数≥7 根时,设置 4 个横向下压装置。 6、道岔板复测及验收

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道岔板灌浆结束后需要进行道岔板复测,复测的步骤如下:

1)用 CPIII 进行自由设站;

2)测量道岔板上各定位坐标;

3)对道岔板铺设精度进行评估,制定道岔板调整计划。

道岔板复测主要设备

表 5.3.1-1 道岔板复测主要设备表

序号 1 2 3 4 5 6

设备 莱卡 2003

三角架 球棱镜 球棱镜套筒 CPIII 目标棱镜 气象量测仪器

数量 1台 1架 6-8 只 6-8 只 6-8 只 1台

用途 对各个棱镜的坐标测量

架设全站仪 反射目标 安置棱镜

全站仪自由设站边角交会目标 测量温度,气象改正

对复测精度误差大于 2mm 的道岔板进行揭板返工处理。

5.3.2 道岔轨道工件吊装

1、吊装设备选型、吊装方案确定

1)吊装设备选型条件

根据现场调研情况及厂家提供的道岔图纸、设计道岔位置,现场环境、从吊

装设备选型考虑需要如下参考条件:

(1)原地面至桥梁上道岔板高差。

(2)道岔工件的长度、重量。

(3)吊机站立位置选定并确定站定位置与设计位置道岔工件的角度。

(4)桥梁上电气化立杆位置影响对吊装的影响程度,在道岔段范围内先不安

装电气化立柱。

2、道岔最重构件的吊装

根据参考条件可以确定设备的选型、吊装工具的选定、道岔工件吊点布置。

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要认真现场的勘察,从吊机的停机位置、吊机大臂最大伸长量、最困难条件

下的吊机起吊重量进行选择初步选定,配备辅助车辆,平板车。

表 5.3.2-1 对吊装 42 号道岔主选的 200 吨吊机主要技术参数

最大起重能力/作业半径:

200 吨/3 米

主臂:

12.4 吨/67.8 米

主臂延伸臂:

9.2 吨/33 米

外回转半径:

11.05 米

对应 2 台 200t 吊机最大起重量可达 400t,但根据现场因素的限制,需要进

行计算,计算以最困难条件进行。

图 5.3.2-1 双机抬吊

图 5.3.2-2 双机抬吊 42 号道岔岔心

根据大臂伸长量查相关参数表得出单个吊机可得出最大起重量,必须满足

42 号道岔最重工件辙叉部分的起重要求。

3、现场吊装计划安排

表 5.3.2-2 吊装设备需求及主要配件表

序号 1 2 3 4

设备名称 200T 吊机

吊装带 卸扣及绳卡

对讲机

单位 台 根 个 台

数量 2

10 根 若干 6台

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表 5.3.2-3 劳动力投入表

序号 1 2 3 4

4、吊装流程

工种 起重指挥 起重工 吊车司机 现场协调

单位 人 人 人 人

数量 3 24 4 4

备注 地面/桥面 地面/桥面 2 人后备

吊机定位→汽车平板就位→道岔工件安装吊带→吊机起吊→落槽→进入下

一工件吊装。

5、吊点布置

道岔工件吊点布置要避免受力不均的现象产生,不得弯曲、翻转。吊点布置

时要按均衡布置为原则,工件两端缩进 4m 为两端的第一个吊点,其余吊点按照

4m 均匀布置,岔心两端吊点缩进 1m 布置,在可动心位置多布置一个吊点。

1)叉心吊点布置

图 5.3.2-3 叉心吊点布置图

2)基本轨吊点布置

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图 5.3.2-4 基本轨吊点布置图

当起吊基本轨时起吊点间距不得大于 5m,起吊点距端头距离不大于 4m。 3)吊卸要求: (1)可动心轨辙叉组件起吊时,要特别注意轨下垫板不要拆卸,可作为临 时存放的垫楞使用。 (2)钢轨组件起吊时要特别注意防止翻转。 (3)吊装时每个工件应按照前后顺序进行吊装,确保吊装时不产生费时, 费工。 (4)吊装带布置应根据技术要求进行吊点布置,确保钢轨桡度处于最小范 围内。 (5)吊机指挥需协调好地面与桥面两个位置人员的动作,确保吊卸的安全、 质量、效率。 5.3.3 道岔轨道精调作业 1、主要施工流程 在初铺完成的道岔板上,对道岔轨道进行轨检小车采集数据,待专业分析软 件将采集的数据分析生成报表后对道岔轨道进行现场调整,现场调整根据专业软 件分析报表严格进行,调整完成后再次采集道岔轨道数据,多次采集调整直至符 合规范要求。

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2、铺设要求 1) 准备并熟悉相关施工、设计文件以及无砟道岔相关规范、规程、技术条

件等。 2) 编制详细的施工组织设计,细化各工序质量控制方法及标准,编制作业

指导书。 3) 就接口工程施工顺序、施工便道、施工场地、道岔运输与吊卸、道岔工

电联调、跨区间无缝线路施工等事宜与有关单位做好沟通、协调,划分施工界面, 明确各自的工作内容和配合事宜。

4) 按照有关程序和规范要求,对线下工程施工质量、无砟轨道精测网、沉 降变形观测与评估等事项进行检查和确认,办理相关交接手续。

5)开展对道岔施工各工序操作人员的岗前培训,测量、道岔组装与精调、 焊接、装卸、运输等特殊工种人员需持证上岗。 3、铺设方法

道岔精调前准备 道岔测量所需要素如下: 1)CPIII 控制点是进行测量的基础 通常以 60m 为间隔在线路两侧设置 CPIII 控制点,两组 42 号道岔因为在桥 梁上 CPIII 控制点得设置在桥梁挡砟墙上。 2)选择成熟的测量设备是进行测量的关键。 3)平面定测 完成道岔及前后 100m 过渡段的平面定测工作。 控制点应接入大地坐标系统,每个控制点至少需要叠加三次,确保数据的科

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学、准确。 4)高程定测 两组 42 号道岔位于桥面上,高程定测尤为重要,高程定测需要定期观测维

护复核,确保数据的科学、准确。 5)道岔测量基准轨确定

4、铺设、精调措施 1)调整前准备 在正式精调测量及施工之前,首先要完成对道岔轨道的检查和准备,以保证

后续测量结果的真实性和可靠性。对附着道岔钢轨、扣件、道岔板的尘土、污垢 等需要清除完毕。检查尖轨、心轨与基本轨、翼轨以及顶铁的密贴程度,对不达 标的进行调整,要检查道岔扣件的密贴情况,确保数据采集的真实性和可靠性。 对道岔钢轨使用快速接头对钢轨接头进行临时连接,确保道岔精调数据采集的正 确。

图 5.3.3-1 顶铁密贴部位

图 5.3.3-2 采用钉闭器将岔心部分顶紧

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图 5.3.3-4 快速接头

图 5.3.3-5 快速接头连接钢轨接头

2)安博格轨检小车施工模式调整道岔

道岔精调开始前,采用安博格小车以施工模式对整组道岔进行检测,检查初

铺完成、整组道岔的几何状态,对异常点及突变点进行调整。

3)道岔线性数据采集

采用安博格小车对道岔及前后 50m 轨道线性数据使用采集模式进行采集。

采集数据结果至少反映里程、轨距、水平、绝对高程、高低、方向,其中高低和

方向应包括 30m 及 300 米波长。

4)专业软件分析

道岔线性良好、超差点少时,可直接判定道岔线性的调整量;否则用软件计

算调整量。调整量计算应遵循“先保证直股,再兼顾曲股;转辙器及辙叉区少动,

两端线路顺接”的原则。使用专业软件对安博格小车数据进行分析,计算需要调

整点位和调整量,并以表格形式输送。

5)调整方案确定

通过安博格小车对道岔数据进行采集后,通过专用软件生成静态测量数据报

表。

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采集数据使用专业软件生成道岔线性表。 统计表内反映了道岔数据采集后,道岔在平面、高程所需要调整的数据量, 高程与平面最大、最小、平均调整量都在表内体现,对技术人员分析调整数据有 着极大的帮助。 技术人员可将数据采用 EXCEL 软件进行数据处理,便于施工人员对精调道

表 5.3.3-4 轨检车数据(轨道几何参数)

表 5.3.3-5 轨道精调调整量统计表

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岔有更加直观的认识。(如下图)

6) 现场调整

图 5.3.3-6 EXCEL 电子表格生成图表

(1)现场调整按“先方向、后水平;先直股、后曲股;先整体、后局部”的

原则。

①道岔方向的调整:

以直股为基准调整道岔方向。直线尖轨工作边的直线度,密贴段每米不大于

0.3mm,全长不大于 2.0mm。曲线尖轨圆顺平滑无硬弯。可动心轨辙叉,直股

工作边直线度为 0.3mm/1m,全长(可动心轨尖端前 500mm 至弹性可弯中心后

500mm)直线度为 2.0mm,心轨尖端前后各 1m 范围内不允许抗线。可动心轨

辙叉,曲股工作边曲线段应圆顺,不允许出现硬弯。

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②道岔的高低、水平的调整: 首先保证垫板坐实坐平,滑床板处无空吊板的现象,如果达不到标准,采用 特殊的备用胶垫更换标准的胶垫,特殊胶垫有 4mm,4.5mm,5.5mm 三种规 格。 道岔的高低水平通过备用调高垫板来调整,初始状态的调高垫板为 2 块 2mm 厚的调高垫板,备用的调高垫板为各种规格的 1mm 和 3mm,通过调整 调高垫板的规格使道岔高低水平差满足技术标准要求。

图 5.3.3-7 调整垫片

③轨距、支距的调整: 检查轨距方向,如有不适,通过调整轨距块(3 种规格)、偏心锥和缓冲调 距块相结合的方法可以得到满足,确认合适后以 300~350Nm 扭矩拧紧垫板螺 栓,固定垫板。

图 5.3.3-8 偏心锥

图 5.3.3-9 轨距块

调整时应以直基本轨一侧为基准,按照先调支距再调轨距的步骤进行,使尖

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轨跟端起始固定位置支距、尖轨跟端支距和导曲线支距允许偏差符合设计要求。 ④密贴的调整: 在尖轨三个牵引点处用撬棍或钩锁器使直、曲尖轨分别与曲、直基本轨密贴,

检查直、曲尖轨第一牵引点后整个密贴段的密贴情况,检验标准 1mm;满足要 求后,检查直、曲尖轨第一牵引点前与曲、直基本轨密贴,检验标准 0.5mm。

在心轨第一牵引点处用撬棍或钩锁器使心轨与翼轨密贴,用撬棍使第二牵引 点心轨至规定动程,检查心轨第一牵引点处密贴,检验标准 1mm;满足要求后, 检查心轨尖端至第一牵引点密贴,检验标准 0.5mm。

通过增减顶铁调整片,调整尖轨、心轨顶铁间隙,并同时与调整轨距、支距 相结合,确保尖轨与基本轨密贴,可动心轨在轨头切削范围内应分别与两翼轨密 贴、开通侧股时,叉跟尖轨尖端与短心轨密贴。

⑤间隙的调整: a.结合道岔高低、水平的调整,使尖轨或可动心轨轨底应与台板间隙不超标。 b. 在 锁 定 轨 温 的 情 况 下 , 应 保 证 限 位 器 子 母 块 居 中 , 间 距 允 许 偏 差 为 ± 0.5mm。 c.轨撑的顶面应与翼轨轨头下颚密贴。 d.通过调整扣件使尖轨跟端支距、趾跟端开口、护轨轮缘槽宽度、查照间隔 满足要求。 e.滚轮的调整:参照文件《滚轮调整指导》。 (2)根据安博格小车测量数据和分析计算,在道岔直基本轨以外中线不在 调整的两个点位的钢轨外侧安装 30m 或以上钢弦线,使用 15cm 钢板尺对每根 岔枕处的外方矢距进行检查并记录,对偏差超过 1mm 的点位通过更换偏心锥的

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方式予以调整,并用调高垫片调整水平超限处所,且相邻岔枕间不超过 1mm; 之后根据设计轨距调整直尖轨,连续的 9 根岔枕间轨距偏差不得超过 1mm。

(3)检查并调整曲尖轨的密贴,对于曲尖轨不密贴的,一是调整尖轨跟段 钢轨扣件,二是调整转辙机拉杆,满足尖轨与顶铁间隙不大于 0.5mm;之后根 据设计轨距检查曲基本轨,相同方法检查和调整直尖轨与顶铁间隙。

(4)按 10m 搭接区,沿直基本轨外侧向岔后方向检查和调整道岔直股方向 及轨距、水平,岔心调整方法与尖轨相同;并用支矩尺检查和调整曲股方向,调 整范围包括道岔及前后过渡段。

(5)经过上述检查之后,再次用安博格小车检查道岔线性,道岔线性有明 显改观后,利用更换调高垫片的方法检查道岔水平及高低,必要时使用电子水准

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