北京市軌道交通昌平線高架線梯形軌枕機(jī)鋪法施工技術(shù)

黃德君,王新年,虞 雍

(中鐵一局集團(tuán)新運(yùn)工程有限公司,陜西咸陽(yáng) 712000)

1 概述

北京市軌道交通昌平線是一條連接中心城區(qū)與昌平新城的軌道交通快速客運(yùn)線路,總長(zhǎng)21.35 km,其中高架線15.4 km,在高架線上鋪設(shè)梯形軌枕累計(jì)單線長(zhǎng)12.116 km,占高架線路總長(zhǎng)的39%。國(guó)內(nèi)城市軌道交通中如此大規(guī)模使用梯形軌枕尚無(wú)前例。地鐵昌平線梯形軌枕的規(guī)格多樣、數(shù)量龐大,且大多梯形軌枕又分布在跨河、跨公路的小半徑曲線上,在冬季施工和工期緊迫的雙重壓力下,因地制宜地選擇梯形軌枕施工工法,對(duì)按期又好又快完成工程任務(wù)至關(guān)重要。

2 施工工法選擇

高架線梯形軌枕鋪設(shè)可供選擇的施工工法有2種：機(jī)鋪法和散鋪法。

(1)機(jī)鋪法

依據(jù)“軌節(jié)表”,在鋪軌基地將梯形軌枕拼裝成25 m或12.5 m軌排,用大型桁架式龍門架將梯形軌枕軌排吊裝至軌道平板車上,運(yùn)輸至施工地段后,再用鋪軌門吊吊裝軌排至施工位置。鋪軌門吊配合調(diào)整軌排位置,然后進(jìn)行架軌、立模、澆筑混凝土,最終完成梯形軌枕道床的施工。

(2)散鋪法

從鋪軌基地將施工軌料運(yùn)輸至施工現(xiàn)場(chǎng),并沿線路散布至高架橋下,再用吊車吊裝至高架橋上,按平面布置圖將梯形軌枕散開(kāi)。橋下吊車配合調(diào)整梯形軌枕位置,然后進(jìn)行扣件組裝、架軌、立模、澆筑混凝土,最終完成梯形軌枕道床施工。

昌平線梯形軌枕軌道共用6種規(guī)格長(zhǎng)度的梯形軌枕,6.15、6.05、5.9、4.9、4.8、4.7 m,數(shù)量2 092片。規(guī)劃高教園區(qū)及沙河站、科技經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院有7 km梯形軌枕連續(xù)分布,適合發(fā)揮機(jī)鋪優(yōu)勢(shì)。散鋪?zhàn)鳂I(yè)存在散鋪距離長(zhǎng),吊裝次數(shù)多,施工人員密集,安全可控性差的缺點(diǎn),故昌平線梯形軌枕施工宜采用機(jī)鋪法施工。

3 施工難點(diǎn)及控制措施

(1)軌排組裝

昌平線高架橋的梁跨跨度不一,如表1所列。梯形軌枕在設(shè)計(jì)上不允許跨梁縫。正常條件下軌排組裝為鋼軌定尺長(zhǎng)度25 m,由于梯形軌枕有6種規(guī)格,各種規(guī)格交叉布置無(wú)法與25 m鋼軌匹配組裝成軌排,如圖1所示。

表1 直線橋梁與梯形軌枕布置數(shù)量

圖1 32 m梁直線段梯形軌枕(單位：m)

由表1和圖1可知,在鋪軌基地按照25 m鋼軌組裝梯形軌枕軌排很難滿足現(xiàn)場(chǎng)施工,如強(qiáng)行拼裝,則鋼軌過(guò)長(zhǎng)且現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)還存在鋼軌余量累加。每片梯形軌枕自重達(dá)3.1 t,25 m梯形軌枕軌排質(zhì)量大,軌排吊裝、軌排就位調(diào)整都存在極大困難。

針對(duì)上述困難，現(xiàn)場(chǎng)施工采用12.5 m工具軌將2片梯形軌枕組裝成梯形軌枕軌排。無(wú)論梯形軌枕如何布置，保證12.5 m工具軌上只組裝2片梯形軌枕。昌平線梯形軌枕扣件為WJ-2型扣件，每個(gè)扣件的扣壓力為4 kN,組裝12.5 m梯形軌枕軌排時(shí)保證至少有6對(duì)扣件對(duì)稱連接梯形軌枕和鋼軌。軌排吊裝吊點(diǎn)放在梯形軌枕方鋼上,水平吊裝。軌排拼裝前編制軌節(jié)表,軌節(jié)表中主要需確定梯形軌枕位置與鋼軌的關(guān)系,確保軌排就位時(shí)2組軌排的鋼軌不存在重合現(xiàn)象即可,否則會(huì)增加不必要的拆卸扣件工作。圖2為2片12.5 m軌排布設(shè)時(shí)的示意圖。

圖2 2片12.5 m軌排布設(shè)示意(單位：m)

(2)小半徑曲線上的定位

昌平線梯形軌枕有65%鋪設(shè)在曲線、豎曲線上,曲線最小半徑R=380 m,豎曲線半徑R=5 000 m。梯形軌枕為廠制,自身剛度大,在曲線上布置時(shí)必然導(dǎo)致梯形軌枕不圓順,最終影響軌道幾何尺寸的調(diào)整,特別在小曲線半徑上梯形軌枕的精調(diào)直接影響到施工功效和施工質(zhì)量,是梯形軌枕施工制約點(diǎn)。

針對(duì)上述難點(diǎn),在梯形軌枕精調(diào)當(dāng)中采用增加鋼軌支撐架(每片梯形軌枕兩端和中間都架設(shè)鋼軌支撐架),通過(guò)調(diào)整梯形軌枕板,再調(diào)整扣件的方式能高效、優(yōu)質(zhì)地完成曲線地段梯形軌枕的定位。拼裝梯形軌枕軌排時(shí)，根據(jù)設(shè)計(jì)的平面布置圖,在梯形軌枕間加木楔子保證梯形軌枕間距,梯形軌枕定位前用墨線將中心線位置彈出,就位時(shí)用鋪軌門吊保證梯形軌枕板中心線大致與彈出墨線重合。就位后用較密集鋼軌支撐架粗調(diào)曲線圓順性,再通過(guò)調(diào)整扣件,最終保證軌道的幾何尺寸。

(3)車站梯形軌枕施工

北京地鐵昌平線在高教園沙河車站、沙河車站和鞏華城車站設(shè)置梯形軌枕道床,3座車站左右線梯形軌枕道床單線累計(jì)724.2 m。軌道安裝時(shí),土建單位站臺(tái)板已經(jīng)施工完畢,土建站臺(tái)板至線路中線設(shè)計(jì)距離為1.5 m,而鋪軌門吊最小運(yùn)行限界是距離線路中心線1.6 m,導(dǎo)致在車站難以機(jī)鋪。為保證梯形軌枕機(jī)鋪的順利進(jìn)行,對(duì)站臺(tái)處施工的鋪軌門吊進(jìn)行了改裝,具體方法是將鋪軌門吊靠近站臺(tái)側(cè)梁臂進(jìn)行改裝處理,將“直線”形臂改裝成“凹”形臂,讓“凹”形臂的缺口處正好對(duì)準(zhǔn)站臺(tái)外沿,在既不影響鋪軌門吊正常運(yùn)作的情況下,又能避開(kāi)站臺(tái),從而保證了施工進(jìn)度。改裝后的鋪軌門吊如圖3、圖4所示。

圖3 鋪軌門吊凹形臂改裝示意

圖4 鋪軌門吊改裝后的“凹形”臂

(4)L形臺(tái)座排水處理

據(jù)計(jì)圖紙,梯形軌枕直線段L形臺(tái)座的最大厚度僅為96 mm,小半徑曲線地段的內(nèi)側(cè)L形臺(tái)座處最小厚度僅為53 mm。由于土建單位橋梁施工存在誤差,L形臺(tái)座的厚度不一。在L形臺(tái)座厚度較小且存在變化的情況下,既要保證在橋梁泄水孔處的排水通道，又要保證梯形軌枕L形臺(tái)座的施工質(zhì)量,是施工的又一難點(diǎn)和重點(diǎn)。

圖5 PVC管鋼筋支架示意(單位：mm)

昌平線梯形軌枕地段橋梁泄水孔處采用預(yù)埋PVC管的形式保證橋梁系統(tǒng)的排水,預(yù)埋3根直徑為50 mmPVC管,PVC管連續(xù)并排布置,要求PVC管下地面距離梁面50 mm。PVC管設(shè)置在L形臺(tái)座中,PVC管的定位和PVC管的架立是制約PVC管的預(yù)埋效果是否能滿足排水要求的關(guān)鍵。施工加工了專門固定PVC管鋼筋支架,如圖5所示。從而保證了PVC管定位的精確性。PVC管鋼筋支架與L形臺(tái)座主筋平行布置,確保不與主筋相碰,安裝時(shí)用沖擊鉆在橋面上打深度不超過(guò)60 mm的孔,然后將PVC管架在支架上,用扎絲將PVC管固定在支架上并用膠帶封堵PVC管

端,既能保證混凝土澆筑時(shí)PVC管不會(huì)受混凝土流動(dòng)性的影響，也不會(huì)使PVC管斷裂或進(jìn)灰,從而保證了梁面排水的順暢。

(5)接觸軌混凝土底座的埋設(shè)

地鐵昌平線采用鋼鋁復(fù)合接觸軌供電,接觸軌與道床一體化安裝,即將絕緣子安裝在預(yù)埋道床里的混凝土底座上,再將鋼鋁復(fù)合接觸軌安裝在絕緣子上最終形成與道床一體化的供電系統(tǒng)。高架橋梯形軌枕地段采用接觸軌支墩的辦法以滿足接觸軌安裝的需求,如圖6所示。接觸軌支墩為廠家預(yù)制,獨(dú)立安裝。由于供電系統(tǒng)對(duì)接觸軌安裝的精度很高,故梯形軌枕地段接觸軌支墩的預(yù)埋精度直接制約接觸軌安裝精度。如何保證高架線梯形軌枕地段接觸軌支墩的預(yù)埋精度是高架線梯形軌枕施工質(zhì)量卡控關(guān)鍵。

為保證梯形軌枕地段接觸軌支墩預(yù)埋達(dá)到設(shè)計(jì)要求,地鐵昌平線在施工高架線梯形軌枕地段特制作了“接觸軌支墩定位吊架”如圖6所示,保證接觸軌支墩的預(yù)埋精度,為后期接觸軌安裝奠定了基礎(chǔ)。

圖6 接觸軌混凝土底座定位吊架示意

4 機(jī)鋪法優(yōu)越性分析

(1)吊裝量減少

若采用散鋪法施工需吊裝梯形軌枕2 092次,且需要租賃大型吊裝設(shè)備,采取的安全防護(hù)措施相應(yīng)增加。昌平線采用機(jī)鋪法,且基地靠近梯形軌枕分布地段,合理利用機(jī)鋪基地和機(jī)械化施工的機(jī)動(dòng)能力是采用機(jī)鋪法的根本,在基地合理利用大型桁架式門吊吊裝組裝后的軌排,吊裝次數(shù)明顯下降。

(2)有利流水作業(yè)

機(jī)鋪法將梯形軌枕施工從軌排組裝、軌排運(yùn)輸、現(xiàn)場(chǎng)架軌等一系列關(guān)鍵工序合理的分開(kāi),各部分施工人員只從事其中一項(xiàng)工序,強(qiáng)化專業(yè)化,便于管理,質(zhì)量更高。與散鋪法相比機(jī)鋪法施工避免了全面開(kāi)花的局面,并減少大量施工機(jī)具和人員的投入。安全可控性相應(yīng)提高。

(3)施工進(jìn)度快

機(jī)鋪法日平均進(jìn)度能達(dá)到75 m/d,而散鋪法日平均進(jìn)度僅為50 m/d,施工進(jìn)度顯著加快。

5 結(jié)語(yǔ)

梯形軌枕在昌平線上的大量運(yùn)用,檢驗(yàn)了國(guó)內(nèi)的施工技術(shù)水平,同時(shí)也為今后梯形軌枕軌道在城市軌道交通的推廣應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。本文通過(guò)對(duì)昌平線梯形軌枕的實(shí)際運(yùn)用積累了寶貴的施工經(jīng)驗(yàn),為后續(xù)梯形軌枕軌道施工提供一種可作為借鑒的施工工法。

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