北京市軌道交通昌平線無縫線路直鋪施工工藝

馬德勝,魏運(yùn)生,劉江濤

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

1 工程概況

北京市軌道交通昌平線設(shè)計(jì)起點(diǎn)為城南站,經(jīng)高教園站、沙河站、鞏化城站、朱辛莊站、北清路站,終點(diǎn)站為西二旗站。線路長21.35 km,其中高架線15.535 km,地下線3.01 km,地面線2.805 km。除城南站為地下站外,其余6座車站均為高架站。在朱辛莊站北側(cè)設(shè)有泗路停車場。線路在朱辛莊站與8號線延伸線換乘,在西二旗站與13號線換乘。

主要工程數(shù)量：正線高架橋短軌枕道床20.06 km；梯形軌枕道床，地下線6.02 km,地面線5.61 km；正線整體道床上道岔13組,其中交叉渡線1組,接觸軌44.7 km,焊接焊頭3 366個,應(yīng)力放散及鎖定44 km,防脫護(hù)軌9.296 km。

2 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

本線正線為1 435 mm標(biāo)準(zhǔn)軌距，采用無縫線路,除處于地震斷裂帶的線路采用普通線路外,正線其余地段均鋪設(shè)無縫線路。正線最小曲線半徑為350 m(軌距不加寬),輔助線最小曲線半徑為200 m(軌距加寬5 mm),最大坡度24.131‰。正線一般地段及輔助線段均設(shè)1/40軌底坡。正線道岔區(qū)均不設(shè)軌底坡。不同軌底坡之間需通過2～3對短軌枕實(shí)現(xiàn)軌底坡過渡。鋼軌正線、輔助線及出入線采用CHN60型鋼軌,鋼種為U71Mn熱軋軌,鋼軌定尺長度為25 m?？奂c軌枕配套使用,除道岔區(qū)外,全線共有6種扣件類型：DTⅥ2型扣件及配套短軌枕,用于地下線、U形槽結(jié)構(gòu)整體道床地段；DTⅦ2型扣件及配套短軌枕,用于高架線一般整體道床地段；地下線軌道減振器扣件及配套短軌枕,用于地下線中級減振地段；高架線減振器扣件及其配套短軌枕,用于高架線中級減振地段；彈條Ⅰ型扣件及新Ⅱ型預(yù)應(yīng)力混凝土枕,用于地面線碎石道床；WJ-2型扣件,與高架線梯形軌枕地段配套使用。正線道岔及其扣件、軌枕和道床共采用CHN60型鋼軌9號單開道岔12組,5.0 m線間距交叉渡線1組,采用無螺栓彈條彈性分開式扣件、短岔枕式整體道床。

地鐵昌平線運(yùn)行國產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)B1型車,軸重140 kN,6輛編組,直流750 V接觸軌供電,最高設(shè)計(jì)速度為100 km/h。

3 特點(diǎn)及難點(diǎn)

(1)工期緊

本工程2010年3月15日開工,2010年6月30日達(dá)到軌通,在此期間,正線要完成鋪軌單線44.912 km、鋪岔13組；停車場要完成鋪軌7.032 km、鋪岔25組等作業(yè)內(nèi)容,工期相當(dāng)緊。

(2)協(xié)調(diào)量大

軌道工程施工與土建、供電、信號及設(shè)備安裝等后續(xù)相關(guān)專業(yè)施工密不可分,工程施工過程中施工配合、協(xié)調(diào)工作量較大,因此要把與各個接口的協(xié)調(diào)、配合施工等作為施工組織管理工作的重點(diǎn)。

(3)斷點(diǎn)較多

線下單位施工進(jìn)度不一致,全線共有6處施工斷點(diǎn),斷點(diǎn)約400～1 000 m,施工斷點(diǎn)較多且重點(diǎn)在跨南北沙河地段(河流寬度250 m)和跨京包鐵路和公路地段,且高架橋一般高度在15～25 m,造成施工上料、施工組織困難。

(4)扣件配件類型多[1]

全線共有7種類型扣件及相應(yīng)軌枕,在線路上不夠集中,特別是鋼軌支撐架和模板等工機(jī)具不配套,需要來回倒運(yùn),增大勞動強(qiáng)度,且物資采購、質(zhì)量控制、檢驗(yàn)試驗(yàn)較多,造成較多困難。

(5)梯形軌枕施工困難[2]

梯形軌枕自重較大、工藝精度要求高、類型較多,曲線難調(diào)鋼軌,增加了施工的難度。

(6)施工斷點(diǎn)焊軌

采用K92和AMS60兩種移動閃光焊機(jī)。為保障焊軌進(jìn)度,將成型線路焊接完成后,最后進(jìn)行施工斷點(diǎn)地段的焊軌,應(yīng)力放散時插入短軌進(jìn)行合龍口和鋼軌焊接,為實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場閃光焊接時的頂鍛量,需要將長軌條撥成曲線再施焊。

4 方案及工法

根據(jù)工程特點(diǎn)及工期要求,因全線線下施工進(jìn)度不一,施工時只能是成型一段、交接一段、施工一段,采取跳躍式施工,最后將斷點(diǎn)合龍。

(1)施工方案

①高架線梯形軌枕道床施工。用汽車和吊車配合,將25 m鋼軌、梯形軌枕、扣件、鋼筋等軌道材料及施工機(jī)具直接吊放至橋面,采用“散鋪架軌法”施工工法,完成架軌、調(diào)軌、澆筑整體道床混凝土等工序。鋼軌架設(shè)、精調(diào)時采用吊車配合作業(yè),吊車、汽車不能到達(dá)的施工地段,在高架橋上利用鋪軌門吊吊裝運(yùn)輸鋼軌、軌枕。

②焊軌[3]。采用移動式閃光焊機(jī)工地焊接,長軌應(yīng)力放散采用“連入法”施工。

③道岔施工。道岔采用提前預(yù)鋪,支墩法澆筑混凝土,即先用鋼軌支撐架架立道岔后先打支墩,待支墩強(qiáng)度達(dá)到要求后,將鋼軌支撐架拆掉后再立模澆筑混凝土道床。

(2)施工工法

①高架線采用“散鋪架軌法”,整體道床道岔采用“散鋪架軌法”提前預(yù)鋪組織施工。

②車站配線采用“散鋪架軌法”進(jìn)行施工。

③車輛段碎石道床采用人工鋪軌,人工配合小型起拔道機(jī)和搗固機(jī)進(jìn)行上砟整道。

④地下線施工采用機(jī)鋪法,先在鋪軌基地采用25 m待焊軌組裝成軌排并運(yùn)輸?shù)阶鳂I(yè)面附近,采用鋪軌門吊將軌排吊運(yùn)至施工作業(yè)面進(jìn)行架軌。道床混凝土采用商品混凝土,混凝土攪拌車運(yùn)輸,利用平板車運(yùn)送混凝土料斗,并用鋪軌門吊配合的方法進(jìn)行現(xiàn)場道床混凝土澆筑。

5 質(zhì)量控制

施工的關(guān)鍵工序有:基標(biāo)測設(shè)、軌枕布設(shè)、鋼筋安裝、軌道線路精調(diào)、混凝土澆筑、碎石道床搗固、鋼軌焊接及檢測、無縫線路應(yīng)力放散及鎖定,其質(zhì)量控制如下。

(1)基標(biāo)測設(shè)

施工復(fù)測、基標(biāo)測設(shè)是軌道鋪設(shè)的基準(zhǔn),尤其是基標(biāo)測設(shè)的精度將直接影響軌道鋪設(shè)的施工質(zhì)量。如何保證線路復(fù)測和基標(biāo)測設(shè)的精確度,滿足施工需要,是軌道鋪設(shè)工程施工的重點(diǎn)?？刂苹鶚?biāo)精度要求:方向允許誤差為6″；高程允許誤差為±2 mm；直線段距離允許誤差為1/5 000，曲線段距離允許誤差1/10 000。加密基標(biāo)精度要求:方向?yàn)椤? mm；高程允許誤差為±2 mm；直線段距離允許誤差為±5 mm，曲線段距離允許誤差為±3 mm。

控制基標(biāo)采用銅質(zhì)可調(diào)螺釘,鋪軌基標(biāo)埋設(shè)時,首先應(yīng)按設(shè)計(jì)要求將底板鑿毛,以增加基標(biāo)與底板的粘結(jié)力?；鶚?biāo)應(yīng)埋設(shè)牢固,檢測基標(biāo)滿足各項(xiàng)限差要求后及時固定,控制基標(biāo)進(jìn)行永久固定?；鶚?biāo)做好后,需要經(jīng)過復(fù)測后才能將基標(biāo)成果下發(fā)?？刂苹鶚?biāo)制作要求：直線一般120 m一個,曲線60 m一個,曲線五大樁、變坡點(diǎn),道岔、伸縮調(diào)節(jié)器等處均要設(shè)置。加密基標(biāo)直線6 m一個,曲線5 m一個。

(2)扣件、軌枕布設(shè)及質(zhì)量控制

全線扣件類型繁多,必須按照里程位置卡控,需在鋪軌綜合圖中標(biāo)明扣件類型分布、接觸軌布置,特別是道岔彎頭處的加長枕需要按照接觸軌道岔圖布置,并標(biāo)明接觸軌膨脹接頭加長枕的數(shù)量變化，鋼軌復(fù)合膠墊和橡膠墊里程位置,不同軌枕里程位置,道岔伸縮調(diào)節(jié)器、道岔位置、無縫線路、有縫線路分界點(diǎn)里程位置。道岔檢測嚴(yán)格按照道岔檢查表尺寸檢查,個別枕木間距最大允許范圍在550～650 mm均在施工圖上明細(xì)標(biāo)出。

(3)鋼筋安裝及質(zhì)量控制

梯形軌枕鋼筋網(wǎng)對橋梁梁面精度要求和箍筋高度要求高[2],如果橋梁高程偏差超過20 mm,需要調(diào)線調(diào)坡處理,否則底座鋼筋保護(hù)層厚度受影響,特別是遇到梁端部高程比梁跨中間低60 mm以上的施工地段。措施是線路調(diào)線調(diào)坡處理,需要根據(jù)實(shí)測高程進(jìn)行箍筋高度調(diào)整,或者讓線下施工單位采取鑿梁措施。箍筋高度調(diào)高尺寸和梁跨位置要一一對應(yīng)。梯形枕下道床厚度不宜小于150 mm,否則橋梁施工誤差較大,影響施工進(jìn)度,昌平線為96 mm。梯形軌枕鋼筋綁扎時需要注意梯形枕下不能有個別突出的鋼筋,側(cè)面鋼筋應(yīng)和軌枕保證在允許范圍內(nèi),否則易頂碎塑料泡沫。解決方案是在綁扎鋼筋時劃分好道床塊,根據(jù)梯形枕長度將鋼筋位置用墨線彈出,標(biāo)示在橋梁上,鋼筋綁扎后,在鋼筋高程上細(xì)線繃緊,比較方便地查處個別的高點(diǎn),鋼筋高度的控制采用提前測量梁面高程,調(diào)整鋼筋高度的方法處理。

(4)軌道線路精調(diào)

線路精調(diào)時根據(jù)基標(biāo)成果表,基標(biāo)成果資料是左線左股右線右股的鋼軌高程,用L形道尺測量,基標(biāo)中心線在線路中心線,距離鋼軌內(nèi)側(cè)717.5 mm,L形道尺橫向刻度控制線路中線,豎向刻度控制軌道高程,超高在L形道尺一側(cè),用直尺刻度測量。先調(diào)水平,后調(diào)軌距；先調(diào)基標(biāo)部位；后調(diào)基標(biāo)之間；先粗后精,反復(fù)調(diào)整。經(jīng)過精調(diào)后,其精度必須符合無砟軌道鋪設(shè)完成后精度要求。軌道線路精調(diào)重點(diǎn)檢查以下內(nèi)容：軌距偏差為+2、-1 mm,變化率不得大于1‰。軌頂水平及高程：以左線左股右線右股為準(zhǔn),按設(shè)計(jì)高程允許偏差為±1 mm,左右股鋼軌頂面水平允許偏差為1 mm,在延長18 m的距離范圍內(nèi)不得有大于1 mm的三角坑。軌道中心線：距基標(biāo)中心線允許偏差為±2 mm。軌道方向：直線用10 m弦量,最大矢度不得大于1 mm。軌頂高低差：用10 m弦量不應(yīng)大于1 mm。鋼軌接頭：軌面、軌頭內(nèi)側(cè)應(yīng)平(直)順,允許偏差為±0.5 mm。枕木間距允許誤差為±10 mm,枕木需要方正。

(5)混凝土道床澆筑及質(zhì)量控制

混凝土澆筑時嚴(yán)把質(zhì)量關(guān),首先應(yīng)防止線路幾何尺寸的變化。因?yàn)椴捎娩撥壷渭芊ㄊ┕せ炷恋来?直線每隔3 m、曲線每隔2.5 m安裝1套支撐架,支撐架的斜支撐撐在預(yù)埋筋上,當(dāng)混凝土澆筑時容易碰到鋼軌支架,容易出現(xiàn)線路方向幾何尺寸的變化,因此在混凝土澆筑后初凝前加一道施工工序,檢查軌道幾何尺寸,以便進(jìn)行調(diào)整。

混凝土道床澆筑防止裂紋產(chǎn)生更應(yīng)重視?；炷恋来伯a(chǎn)生裂紋有3種,一種在軌枕四角呈現(xiàn)八字形裂紋,另一種是環(huán)繞混凝土支墩的裂紋,第三種是沿軌枕邊緣一側(cè)或兩側(cè)垂直鋼軌橫向裂紋。主要原因是混凝土道床比較特殊,沿著鋼軌條狀分布,混凝土道床結(jié)構(gòu)高度一般為260～360 mm,道床寬度800 mm,屬于小體積混凝土施工。又由于軌枕為預(yù)制混凝土構(gòu)件,混凝土道床澆筑時,軌枕吸水較為嚴(yán)重,這是第一種和第二種裂紋產(chǎn)生的主要原因,采取防止對策是混凝土支墩澆水濕潤和道床澆筑后及時灑水養(yǎng)生。第三種裂紋主要原因是鋼軌的熱脹冷縮引起,以CHN60型鋼軌為例,ΔPt=EFαΔt=248×77.45×1=19.2 kN,即鋼軌軌溫相差1 ℃,所產(chǎn)生的溫度力為19.2 kN。因而道床產(chǎn)生的裂紋數(shù)量和寬度與混凝土道床澆筑時的軌溫差有關(guān),在夏季施工時,晝夜軌溫溫差超過15 ℃,根本無法抑制道床裂紋的產(chǎn)生,甚至混凝土澆筑強(qiáng)度上來后,裂紋仍然發(fā)展。解決方法是混凝土澆筑前灑水降低鋼軌溫度和灑水澆支墩,減少軌溫差(覆蓋一層防燃棉,灑水使之濕潤,降低軌溫溫差),道床達(dá)到一定強(qiáng)度后松扣件和魚尾板,鋼軌之間預(yù)留軌縫,使鋼軌能夠伸縮。

(6)碎石道床阻力控制

根據(jù)設(shè)計(jì)要求,一次性鋪設(shè)無縫線路對碎石道床每根軌枕縱向阻力應(yīng)達(dá)到每枕10 kN,橫向阻力達(dá)到每枕8 kN。昌平線沿線處于沉降地帶,各區(qū)段沉降不均勻,且不穩(wěn)定,這需要不斷進(jìn)行補(bǔ)道砟和進(jìn)行搗固,以滿足無縫線路道床縱橫向阻力達(dá)到要求。無縫線路在應(yīng)力放散前用大型搗固機(jī)進(jìn)行搗固,道床的密實(shí)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求。地下線(或高架線)整體道床與地面線碎石道床之間設(shè)置彈性過渡段,過渡段長度設(shè)為20 m,通過道砟下部設(shè)鋼筋混凝土板,道砟厚度漸變的方式實(shí)現(xiàn)彈性過渡。

鋼筋混凝土板混凝土強(qiáng)度等級為C30,厚200 mm。軌枕下碎石道床厚度由250 mm過渡到450 mm。鋼筋混凝土板下設(shè)厚度100 mm的C15素混凝土墊層,墊層邊比鋼筋混凝土板寬出100 mm。此段兩側(cè)安裝擋砟墻,增加其道床橫向阻力。

(7)鋼軌焊接質(zhì)量控制

全線采用U71Mn熱軋軌,在短軌鋪設(shè)施工中采用待焊軌進(jìn)行鋪設(shè),鋼軌連接采用無孔夾板；在短軌鋪設(shè)后的區(qū)段內(nèi)進(jìn)行焊軌施工并形成無縫線路。移動式閃光焊軌車在經(jīng)過工藝試驗(yàn),確定焊接參數(shù)后,即可進(jìn)行鋼軌的焊接。焊軌前,必須按《鋼軌焊接》(TB/T1632—2005)中的有關(guān)規(guī)定進(jìn)行型式試驗(yàn),以確定焊機(jī)工藝參數(shù)。一經(jīng)確定的參數(shù)不得隨意改動,檢驗(yàn)合格后方可施焊。每焊500個鋼軌接頭,應(yīng)做周期性檢驗(yàn),合格后方可繼續(xù)施焊。

焊接后長軌條應(yīng)進(jìn)行矯直和打磨,打磨后的焊接接頭應(yīng)保證焊縫兩側(cè)各500 mm范圍內(nèi)軌頭軌頂面及作用面的直線度為：軌頂面及工作邊0.3 mm/m；軌底凸出量不得超過1 mm；母材打磨深度不大于0.5 mm。

(8)應(yīng)力放散及鎖定

施工中無縫線路應(yīng)力放散及鎖定是無縫線路施工的重要環(huán)節(jié),根據(jù)昌平線的設(shè)計(jì)和施工特點(diǎn),為保證無縫線路應(yīng)力放散的質(zhì)量,制定以下措施。

無縫道岔的處理：采用凍結(jié)接頭,既便于維修,又能滿足無縫道岔的要求,正線其余地段均鋪設(shè)無縫線路。為便于工務(wù)維修部門更換道岔,道岔直股鋼軌接頭、道岔與兩端區(qū)間接頭(直股)、尖軌跟端(直股)、錳鋼轍叉兩端接頭(直股)采用凍結(jié)。道岔側(cè)股采用普通接頭,高架線道岔兩端設(shè)置單向伸縮調(diào)節(jié)器,伸縮調(diào)節(jié)器尖軌一端與道岔凍結(jié),基本軌一端與區(qū)間線路焊接。應(yīng)力放散前務(wù)必在鎖定軌溫時將道岔應(yīng)力放散,并將接頭凍結(jié)。

利用大滾筒減少摩阻力：應(yīng)力放散中,長軌條、扣配件、鐵墊板之間摩擦力直接影響長軌條的自由伸縮,特別在曲線地段。因?yàn)椴骄€扣件形式較多,采取了大滾筒的方案,鋼軌被架上滾筒后,其與扣配件不接觸,并在曲線上加強(qiáng)撞軌,這樣能使長軌條充分放散應(yīng)力,而且均勻。

線路鎖定方法：線路鎖定時,拉伸端的鋼軌直接鎖定50 m,扣配件全部上齊擰緊,中間各施工地段采用隔二緊一的方法進(jìn)行,這樣既能保證長軌條鎖定軌溫不變,又能使整個軌條的鎖定軌溫均勻,特別是在升溫時進(jìn)行鎖定,組織不好,方法不對有可能造成線路鎖定的失敗(鋼軌升溫后,軌條變長有可能在沒有及時鎖定地段拱起,造成應(yīng)力不均勻或者鋼軌無法落槽,導(dǎo)致線路鎖定失敗)。

6 結(jié)語

昌平線的軌道工程由于施工工期緊、減振技術(shù)應(yīng)用廣、工藝精度要求高、環(huán)境制約因素多等特點(diǎn),因而施工組織的難度大,但軌道安裝專業(yè)能夠按照節(jié)點(diǎn)工期進(jìn)行,這與各專業(yè)的密切配合、業(yè)主的較強(qiáng)協(xié)調(diào)能力、軌道專業(yè)科學(xué)的組織是分不開的。參與全線的軌道結(jié)構(gòu)施工有以下建議和體會。

(1)線路扣件形式太多,不便于施工和線路維修,也給運(yùn)營階段的備用軌料增加困難,今后應(yīng)簡化。

(2)梯形軌枕地段道床結(jié)構(gòu)高度至少應(yīng)>550 mm,這樣便于梯形軌枕道床施工,若道床結(jié)構(gòu)高度太低,即使橋梁專業(yè)對預(yù)應(yīng)力梁的高程也難以控制。

(3)無縫道岔內(nèi)的鋼軌接頭盡量不要焊接,采用凍結(jié)接頭較好,既能滿足強(qiáng)度要求,又方便維修和更換。

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