北京市軌道交通大興線軌道工程施工組織研究

張大偉，魏寶林

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

1 工程簡介

1.1 工程概況

大興線是聯(lián)系大興新城與中心城區(qū)的快速軌道交通線,與4號線共同構(gòu)成北京市南北向的軌道交通主干線。大興線沿線主要穿過豐臺(tái)區(qū)南苑西、大興區(qū)西紅門、大興新城主城區(qū)、大興新城核心區(qū)、大興區(qū)生物醫(yī)藥基地等地區(qū)。全線新建車站11座,由北向南依次為新宮站、西紅門站、高米店北站、高米店南站、棗園站、清源路站、黃村西大街站、黃村火車站站、義和莊站、韓園子站、南兆路站。在南兆路以南設(shè)南兆路車輛段1處。我單位承擔(dān)軌道2標(biāo)施工,施工范圍：正線K13+170～K21+800、車輛段及其出入段線的軌道鋪裝、鋼軌焊接、接觸軌安裝,軌道施工具體布局如圖1所示。

圖1 大興線軌道工程2標(biāo)段施工布局

1.2 大興線軌道工程主要工程數(shù)量及重要節(jié)點(diǎn)時(shí)間

大興線軌道工程合同工期為456 d,但在施工進(jìn)展過程中,業(yè)主考慮軌道工程后續(xù)諸多工作的安排,將整個(gè)軌道工期提前近300 d,軌道施工絕對工期只有150 d,各個(gè)重要節(jié)點(diǎn)時(shí)間如表1所示。

表1 各工序節(jié)點(diǎn)時(shí)間

注：1.軌道全面開鋪時(shí)間：2009年11月1日；2.軌道到達(dá)竣工驗(yàn)收狀態(tài)：2010年4月30日

2 軌道工程施工組織

2.1 軌道工程施工組織難點(diǎn)

2.1.1 軌道工程工期緊張

150 d完成軌道工程所有工序,是在歷次地鐵軌道工程施工中不曾有過的先例,如何在節(jié)點(diǎn)內(nèi)完成各個(gè)工序,是施工組織的要點(diǎn)和難點(diǎn)。

2.1.2 軌道形式復(fù)雜多樣

大興線縱向穿越北京南部經(jīng)濟(jì)重鎮(zhèn),對環(huán)境減振降噪要求較高,軌道減振是減小地鐵列車高速運(yùn)行中對地表附近敏感點(diǎn)振動(dòng)影響的重要措施。大興線軌道減振形式分為3種,分別是：Ⅲ型減振器扣件無砟軌道、梯形軌枕無砟軌道以及鋼彈簧浮置板無砟軌道,其中Ⅲ型減振器扣件無砟軌道施工同普通無砟軌道施工,日進(jìn)度可達(dá)75～100 m,而后兩種軌道形式較普通無砟軌道無論是在基本施工工法還是在工藝質(zhì)量方面都有較大差異,梯形軌枕傳統(tǒng)日進(jìn)度指標(biāo)為25～50 m,而鋼彈簧浮置板傳統(tǒng)日進(jìn)度指標(biāo)只有5～6 m,況且兩種減振軌道工程數(shù)量占整個(gè)軌道工程較大比例(具體數(shù)量分別為2.12、2.55 km),以傳統(tǒng)施工工法根本無法實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)目標(biāo)。

2.1.3 專業(yè)交叉施工干擾

大興線在施工高峰期,各個(gè)專業(yè)均同時(shí)施工,這樣給現(xiàn)場施工組織帶來一定程度的影響,尤其是線下單位施工進(jìn)度、鋪軌作業(yè)面的交接將直接關(guān)系到軌道施工組織安排。

2.1.4 冬季施工影響正常施工組織

2009年北京遭遇50年罕見嚴(yán)寒氣候,惡劣氣候?qū)λ谢炷潦┕ぁ敉馊藛T作業(yè)都產(chǎn)生較大制約。

2.2 軌道工程施工組織安排

2.2.1 特殊減振軌道傳統(tǒng)工法改進(jìn)

縱觀整個(gè)軌道工程分部特點(diǎn),正線部分特殊減振軌道占有較大比例,可采取的方案有兩種,一是采用原有的人工散鋪法(預(yù)鋪),另一種則是機(jī)械鋪設(shè)法。前者適用于工期相對較長,且在作業(yè)面附近有可利用的吊裝豎井或通道，對于分布在韓天區(qū)間梯形軌枕以及義黃盾構(gòu)區(qū)間的鋼彈簧浮置板,作業(yè)面前后無任何可利用的豎井通道,況且工程量較大,若采用人工散鋪法進(jìn)行鋪設(shè),梯形軌枕需要60 d,而浮置板則需要工期265 d,顯然無法滿足工期的需要，只能采用第二種方案——機(jī)械鋪設(shè)法。所謂機(jī)械鋪設(shè)法,即在鋪軌基地內(nèi)人工組裝梯形軌枕軌排或浮置板鋼筋籠軌排,通過龍門架吊裝,再通過軌道車運(yùn)輸、鋪軌門吊吊裝等環(huán)節(jié)完成鋪設(shè),最后通過軌道車運(yùn)輸商品混凝土完成軌道澆筑。

工法實(shí)施前,需根據(jù)隧道斷面尺寸對原有鋪軌小門吊的跨度進(jìn)行改裝,改裝后的小門吊應(yīng)在吊裝高度、凈跨度方面需滿足梯形軌枕軌排或浮置板鋼筋籠軌排的尺寸及自重荷載要求。

工法實(shí)施后使得梯形軌枕軌道日進(jìn)度指標(biāo)到達(dá)75 m/d,鋼彈簧浮置板軌道日進(jìn)度指標(biāo)達(dá)到50 m/d,進(jìn)度指標(biāo)分別提高至原指標(biāo)的3倍和10倍,確保了節(jié)點(diǎn)工期的實(shí)現(xiàn)。圖2為改進(jìn)工法后鋪設(shè)的浮置板和梯形軌枕道床。

圖2 改進(jìn)工法后浮置板和梯形軌枕道床鋪設(shè)

2.2.2 鋪軌基地設(shè)置

(1)增設(shè)鋪軌基地

本標(biāo)段合同中分別在車輛段U形槽以及義和莊站附近設(shè)置鋪軌基地各1處,通過沿線調(diào)查認(rèn)為，在韓園子增設(shè)1處鋼彈簧浮置板散鋪基地,提前完成韓園子站前后960 m的枕式浮置板的軌道鋪設(shè)施工,工法采用人工散鋪法,同時(shí)根據(jù)施工需要提前建議業(yè)主在韓園子站北段預(yù)留材料吊裝井,確保散鋪用料順利下洞。散鋪過程中改變了原有的鋼筋籠洞內(nèi)直接綁扎方式,根據(jù)鋼筋籠不同斷面的形狀特點(diǎn),將30 m鋼筋籠分解成若干鋼筋籠單元片,通過地表組裝鋼筋籠單元片,再通過吊車把綁扎成品單元片調(diào)運(yùn)至洞內(nèi),最后洞內(nèi)安裝單元片來完成整個(gè)鋼筋籠的綁扎,通過施工方法的改進(jìn)使得散鋪工法進(jìn)度指標(biāo)提高至30 m/d。歷時(shí)30 d完成960 m浮置板鋪設(shè)施工,消除了南北2處鋪軌基地之間制約點(diǎn),為進(jìn)一步有效組織施工提供了更多的路線途徑。

(2)優(yōu)化鋪軌基地設(shè)置

①義和莊鋪軌基地優(yōu)化

義和莊鋪軌基地位于義和莊站南端,基地內(nèi)在左右線上方分別預(yù)留軌排井,前后距離105 m,軌排井中心橫向間距15 m,若將2處軌排井通過直線形式單獨(dú)設(shè)置龍門架走行基礎(chǔ),則走行線基礎(chǔ)受到地形所限,同時(shí)走行線長度只能設(shè)置70 m,更重要的是設(shè)置完畢后,左右線相對獨(dú)立,龍門架作業(yè)時(shí)不能實(shí)現(xiàn)左右線資源相互調(diào)配,4臺(tái)龍門架功效大大降低；若通過1條大半徑曲線將2處軌排串聯(lián)起來,則可避免上述不利環(huán)節(jié),通過現(xiàn)場地形測量、放線,優(yōu)化設(shè)置后的鋪軌基地如圖3(b)所示,2處軌排井通過1條1 200 m半徑的曲線串聯(lián)起來,形成了軌排井聯(lián)合作業(yè),實(shí)現(xiàn)了左右線資源互補(bǔ),同時(shí)減少1臺(tái)龍門架的機(jī)械成本,具體如圖3所示。

圖3 優(yōu)化前后鋪軌門吊走行線路(單位：m)

②南兆路鋪軌基地位置調(diào)整

經(jīng)過對標(biāo)段全線調(diào)查,若南兆路鋪軌基地設(shè)在車輛段“U”形槽,建成后魏永路管線改移會(huì)嚴(yán)重制約基地鋪軌,所以需對基地進(jìn)行調(diào)整。經(jīng)調(diào)查可將鋪軌基地向北遷至天宮院站南端,基地建成后可向韓園子站方向組織軌道鋪設(shè),鋪至韓園子站浮置板后調(diào)頭折返鋪軌,屆時(shí)魏永路制約點(diǎn)早已消除,進(jìn)而完成管段內(nèi)鋪軌任務(wù),如圖4所示。實(shí)踐證明基地調(diào)整后將鋪軌工期足足提前2個(gè)月。

圖4 改移前后南兆路鋪軌基地

2.2.3 工序組織安排

(1)正線軌道工程工序組織

①預(yù)鋪項(xiàng)目實(shí)施

影響正常軌道鋪設(shè)的關(guān)鍵點(diǎn)分別是：韓園子站前后的枕式鋼彈簧浮置板、黃村西大街道岔群、義和莊站單渡線以及天宮院站道岔,針對上述控制點(diǎn)采取傳統(tǒng)的人工預(yù)鋪法,在正常鋪軌到達(dá)前完成上述作業(yè)。預(yù)鋪開始時(shí)間需根據(jù)計(jì)劃鋪軌到達(dá)時(shí)間組織實(shí)施。分別利用車站附近的盾構(gòu)井、下料口等完成軌料進(jìn)洞,通過人工架軌、軌道精調(diào)等環(huán)節(jié)使得軌道達(dá)到精度要求,最后通過混凝土泵送完成道床澆筑。

②正常鋪軌組織

根據(jù)前期線路調(diào)查情況、軌道形式分布以及具體工程數(shù)量合理安排各個(gè)鋪軌基地的具體鋪軌范圍以及鋪軌方向,圖5為兩個(gè)鋪軌基地的鋪軌范圍以及鋪軌方向,①、②表示各個(gè)鋪軌基地的實(shí)際先后鋪軌順序,箭頭表示鋪軌方向。

圖5 鋪軌基地鋪軌范圍及方向

③鋼軌焊接及接觸軌安裝

鋼軌焊接應(yīng)在鋪軌單方向內(nèi)所有道床混凝土施工完成后進(jìn)行,鋼軌焊接采用進(jìn)口鋼軌焊接設(shè)備K922型焊機(jī),焊機(jī)下線前應(yīng)完成鋼軌焊頭形式試驗(yàn),以確定焊軌過程中的各個(gè)參數(shù),之后下線進(jìn)行焊接作業(yè),通過除銹、焊接、焊頭正火熱處理、2輪冷粗磨、淋水、精磨、探傷等環(huán)節(jié)完成鋼軌焊接工序(圖6)。

圖6 鋼軌焊接工序組織(單位：m)

待軌道靜態(tài)幾何尺寸滿足要求后開始接觸軌安裝工作,通過軌料散布、絕緣支座安裝、人工架軌、防護(hù)罩安裝、膨脹接頭安裝、端部彎頭安裝、電連接板安裝等環(huán)節(jié)完成接觸軌安裝,其中膨脹接頭安裝應(yīng)考慮安裝環(huán)境溫度預(yù)留膨脹接頭伸縮量。

(2)車輛段軌道工程工序組織

南兆路車輛段占地面積約為22萬m2,其中軌道線路分布于整個(gè)車輛段,共分為出入段線、試車線、庫外線路、停車庫、檢修庫、工務(wù)料庫、鏇洗庫以及卸車線等部分。鋪軌累計(jì)長度12 800 m,其中庫外鋪軌6 900 m、整體道床5 900 m、道岔40組、鋪砟16 000 m2。車輛段總體鋪軌方向應(yīng)遵循橫向從邊到邊的原則,即盡量減少已完軌道對后續(xù)鋪軌的影響；縱向遵循庫內(nèi)線整體道床以及庫外線碎石線路分別作業(yè)的原則。庫外線碎石線路鋪設(shè)應(yīng)是先道岔定位,而后連接岔間股道,再通過補(bǔ)砟起道、道砟搗固、撥道整理等環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)線路穩(wěn)定。具體操作環(huán)節(jié)如下：第1次補(bǔ)砟→搗固、穩(wěn)定2次→第2次補(bǔ)砟→搗固、穩(wěn)定1次→第3次補(bǔ)砟、搗固、穩(wěn)定第4次補(bǔ)砟、搗固、穩(wěn)定→加強(qiáng)搗固→軌道整理。

2.2.4 冬季低溫應(yīng)對措施

大興線建設(shè)經(jīng)歷了北京50年罕見寒冷氣候,軌道施工如何在寒冷氣候的條件下正常組織生產(chǎn)是直接關(guān)系到節(jié)點(diǎn)工期的關(guān)鍵。

(1)混凝土冬季施工措施

根據(jù)混凝土冬季施工規(guī)程,室外平均溫度連續(xù)5 d低于5 ℃就應(yīng)采取冬季施工保溫措施,標(biāo)段內(nèi)冬季施工項(xiàng)目主要分布為在車輛段露天部分，如：U形槽、車庫內(nèi)整體道床、焊軌線等；正線冬季施工項(xiàng)目主要分布在韓園子浮置板道床、天宮院車站前后500 m范圍,根據(jù)施工區(qū)域戶外實(shí)測氣溫并結(jié)合大興區(qū)具體天氣預(yù)報(bào)對混凝土采取必要的保溫措施,確?；炷潦┕べ|(zhì)量,所用冬季施工措施均用暖棚法。通過搭設(shè)棚架、覆蓋保溫材料、內(nèi)置電熱設(shè)備,澆筑后每隔6 h對養(yǎng)護(hù)溫度進(jìn)行實(shí)際測量,實(shí)際溫度均在10°左右,根據(jù)冬季施工規(guī)范此溫度內(nèi)養(yǎng)護(hù)天數(shù)不小于6 d。

(2)施工作業(yè)環(huán)境改善

鋪軌基地內(nèi)地表作業(yè)溫度較低,為了地表浮置板鋼筋籠綁扎不受影響,在基地內(nèi)搭建暖棚,工人作業(yè)環(huán)境得到改善,確保了低溫條件下地表作業(yè)不停歇。

2.2.5 資源配置

根據(jù)鋪軌基地具體鋪軌任務(wù)量、工法使用、不同工序的需要統(tǒng)籌配置人力、機(jī)具資源,限于篇幅,僅以普通機(jī)械鋪軌為例,具體見表2。

表2 機(jī)械鋪軌資源配置(單班作業(yè)人員機(jī)具配置)

3 結(jié)語

大興線軌道工程歷時(shí)150 d全部完成,并質(zhì)量驗(yàn)收合格率100%,在地鐵軌道建設(shè)史中未曾有過先例,本文全面分析大興線軌道工程特點(diǎn),詳盡闡述施工組織對促進(jìn)工程進(jìn)展的重要作用,可為高效、優(yōu)質(zhì)建設(shè)城市軌道交通提供參考依據(jù)。

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