彈性支承塊式無(wú)砟軌道精調(diào)施工質(zhì)量控制分析

方 筠 龐旭卿, 2

(1.陜西鐵路工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院， 陜西 渭南 714000；2.西安理工大學(xué) ， 西安 710048)

我國(guó)新建鐵路長(zhǎng)大隧道普遍采用無(wú)砟軌道，主要軌道結(jié)構(gòu)形式包括板式、雙塊式和彈性支承塊式三種[1]。其中，彈性支承塊式無(wú)砟軌道具有施工進(jìn)度快、抗列車(chē)沖擊和抗疲勞作用能力強(qiáng)、使用壽命長(zhǎng)、運(yùn)營(yíng)階段易維修等優(yōu)點(diǎn)。因此在我國(guó)交通工程領(lǐng)域有著極為廣闊的應(yīng)用前景[2-4]。國(guó)內(nèi)外一些學(xué)者對(duì)彈性支承塊式無(wú)砟軌道的施工技術(shù)進(jìn)行了研究，李江龍[5]以紅嶺隧道無(wú)砟軌道施工為背景，介紹了彈性支承塊式無(wú)砟軌道的工藝流程、施工方法和控制要點(diǎn)。肖春碑[6]根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，對(duì)渝懷鐵路某隧道彈性支承塊式無(wú)砟軌道施工技術(shù)進(jìn)行了總結(jié)。閆培隆[7]和高興江[8]結(jié)合工程實(shí)例，對(duì)重載鐵路隧道彈性支承塊式無(wú)砟軌道施工技術(shù)進(jìn)行了研究。本文結(jié)合新建蒙華鐵路長(zhǎng)大隧道內(nèi)彈性支承塊式無(wú)砟軌道施工，著重對(duì)無(wú)砟軌道軌排框架精調(diào)工藝進(jìn)行探討。

1 工程概況

蒙華鐵路某單線隧道長(zhǎng)1 300 m，隧道內(nèi)采用彈性支承塊式無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)示意如圖1所示。

圖1 彈性支承塊式無(wú)砟軌道橫斷面圖

其主要由混凝土道床板、彈性支承塊式軌枕(混凝土支撐塊軌枕、橡膠靴套、塊下膠墊)及配套扣件等組成。彈性支承塊式軌枕在工廠預(yù)制，裝配橡膠靴套；道床板采用分塊結(jié)構(gòu)，寬度為 2 800 mm，厚度為 393 mm，每塊道床板長(zhǎng)度一般為6.58 m，調(diào)整長(zhǎng)度可為 5～7.5 m；兩塊道床板間設(shè)置伸縮縫，伸縮縫寬度為20 mm。

隧道內(nèi)無(wú)砟軌道采用軌排框架法施工，其工藝流程為：隧道基底處理 → 底座測(cè)量放樣 → 底座底部鋼筋綁扎 → 軌排組裝 → 軌排粗調(diào) → 底座上部鋼筋綁扎 → 道床板模板安裝 → 軌排精調(diào) →道床板混凝土澆筑 → 軌排二次精調(diào) → 軌排框架拆除、清理 → 嵌縫膠灌注。

現(xiàn)場(chǎng)無(wú)砟軌道施工作業(yè)面按照以上工藝流程分成5個(gè)工作區(qū)，采用流水施工，工作區(qū)分布如圖2所示。

圖2 無(wú)砟軌道施工作區(qū)分布圖

“Ⅰ區(qū)”為鋼筋綁扎、軌排安放區(qū)，長(zhǎng)66 m，負(fù)責(zé)進(jìn)行測(cè)量放樣、鋼筋綁扎和軌排安裝；“Ⅱ區(qū)”為軌排粗調(diào)區(qū)，長(zhǎng)66 m，負(fù)責(zé)進(jìn)行軌排框架安裝及粗調(diào)作業(yè)；“Ⅲ區(qū)”為軌排精調(diào)區(qū)，長(zhǎng)66 m，負(fù)責(zé)進(jìn)行精調(diào)作業(yè)，確保每個(gè)軌枕承軌槽中心的坐標(biāo)滿足精度要求并進(jìn)行復(fù)核；“Ⅳ區(qū)”為混凝土澆筑區(qū)，長(zhǎng)66 m，負(fù)責(zé)進(jìn)行已完成軌排精調(diào)道床板的混凝土澆筑；“Ⅴ區(qū)”為拆除養(yǎng)護(hù)區(qū)，長(zhǎng)66 m，負(fù)責(zé)進(jìn)行軌道排架和混凝土模板的拆除，并對(duì)軌道板進(jìn)行灑水養(yǎng)護(hù)。

從現(xiàn)場(chǎng)施工工藝流程可以看出，軌排框架的使用貫穿了整個(gè)工作區(qū)，軌排調(diào)整分為粗調(diào)和精調(diào)兩個(gè)階段，其中，軌排精調(diào)是最終確保無(wú)砟軌道平順度的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

2 軌排粗調(diào)

軌排粗調(diào)預(yù)先在軌排框架上設(shè)定軌距和軌底坡兩大幾何參數(shù)。軌排框架主要由工具軌、橫梁及超高調(diào)整系統(tǒng)、豎向支撐及中線水平調(diào)整系統(tǒng)、縱向模板系統(tǒng)四部分組成，單組框架長(zhǎng)6.6 m，由2根6.6 m工具軌、6塊2.2 m長(zhǎng)模板和3組橫梁及支撐系統(tǒng)組成，軌排框架與軌枕組裝模式如圖3所示。

圖3 軌排組裝及精調(diào)順序示意圖

3 軌排精調(diào)

軌排粗調(diào)完成后方可進(jìn)行精調(diào)作業(yè)。軌排精調(diào)通過(guò)軌道檢測(cè)小車(chē)配合高精度全站儀和螺桿調(diào)節(jié)器對(duì)軌排進(jìn)行方向、高低、水平調(diào)整，按照與粗調(diào)相同的原則進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整過(guò)程中軌排兩側(cè)起升應(yīng)同時(shí)進(jìn)行。在精調(diào)作業(yè)中，測(cè)站距離宜設(shè)定在20～80 m長(zhǎng)度范圍，一般采用60 m,此時(shí)采集數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度較高。搭接測(cè)量段和順接段的長(zhǎng)度宜在6.25 ～20.0 m之間，一般采用10.0 m[10]，具體長(zhǎng)度需要根據(jù)設(shè)站距離、兩次測(cè)量偏差數(shù)據(jù)進(jìn)行比較確定。在搭接測(cè)量過(guò)程中，測(cè)站位置、數(shù)據(jù)記錄以及數(shù)據(jù)分析非常關(guān)鍵，需要加以綜合考慮。

3.1 精調(diào)步驟

(1)設(shè)定全站儀坐標(biāo)

全站儀采用自由設(shè)站，應(yīng)盡量靠近軌道中線，并宜設(shè)于相鄰兩對(duì)CPⅢ控制點(diǎn)中間位置。通過(guò)觀測(cè)隧道隧道邊墻上的前后4對(duì)CPⅢ控制點(diǎn)，自動(dòng)平差、計(jì)算、確定全站儀坐標(biāo)位置。前后兩次設(shè)站至少重疊觀測(cè)2對(duì)CPⅢ控制點(diǎn)，設(shè)置精度應(yīng)滿足相關(guān)規(guī)定。

(2)采集軌道數(shù)據(jù)

全站儀設(shè)站完畢后與現(xiàn)場(chǎng)組裝好的軌檢小車(chē)通過(guò)電臺(tái)聯(lián)通，全站儀精確照準(zhǔn)軌檢小車(chē)頂端棱鏡，小車(chē)往全站儀端推行，全站儀即可測(cè)量軌道絕對(duì)位置。

(3)反饋軌排信息

全站儀將采集的數(shù)據(jù)通過(guò)通信端口傳遞給軌檢小車(chē)，軌檢小車(chē)?yán)门涮总浖邮沼^測(cè)數(shù)據(jù)，確定軌道狀態(tài)并將計(jì)算所得的中線偏差、超高偏差等數(shù)據(jù)反饋給軌檢小車(chē)電腦端，用以指導(dǎo)軌排精確調(diào)整。

(4)調(diào)整軌排中線

根據(jù)軌檢小車(chē)電腦的中線偏差值，采用雙頭調(diào)節(jié)扳手，旋轉(zhuǎn)軌排框架的軌向鎖定器調(diào)整軌道中線，一次調(diào)整2組，兩側(cè)需同時(shí)進(jìn)行。

(5)調(diào)整軌排標(biāo)高

根據(jù)軌檢小車(chē)電腦端的超高偏差值，采用六角螺帽扳手，緩慢旋轉(zhuǎn)軌排框架豎向螺桿，調(diào)整軌道水平、超高。調(diào)整完成后，檢查螺桿的受力狀態(tài)，若未受力則需擰緊調(diào)整附近的螺桿。調(diào)整螺桿時(shí)，應(yīng)把控好高度，一般允許上調(diào)，但盡量不下調(diào)。

(6)固定軌排

軌排第一遍精調(diào)后，偏差應(yīng)控制在1 mm以內(nèi)，用夾頭夾板連接相鄰軌排，夾板扣件扭力矩應(yīng)滿足相關(guān)要求。接頭處宜平順、不得有錯(cuò)牙或錯(cuò)臺(tái)。軌排精調(diào)完畢后，應(yīng)安裝固定裝置，防止?jié)仓炷習(xí)r軌排橫移或上浮，并采集數(shù)據(jù)作為最終精調(diào)值。

(7)澆筑道床板混凝土

軌排精調(diào)、固定并驗(yàn)收合格后，方可逐段澆筑道床板混凝土。若環(huán)境溫度變化超過(guò)15 ℃、或精調(diào)后軌道放置時(shí)間偏長(zhǎng)，軌排框架必須重新檢查并調(diào)整。道床板混凝土采用人工收面，抹面過(guò)程中需嚴(yán)格控制道床道床板表面高度，其高程應(yīng)低于橡膠套靴帽檐底部2 mm。

3.2 精調(diào)方法

3.2.1同一設(shè)站區(qū)間精調(diào)

在一個(gè)設(shè)站區(qū)間內(nèi)，相鄰兩個(gè)軌排框架的精調(diào)順序?yàn)椋?→3→1→2→3→2→3→4→5→3→4→6→4→5→6→5→6(編號(hào)如圖3所示)，精調(diào)基本原則如下：

(1)確保兩組軌排框架處鄰近的兩個(gè)支柱點(diǎn)經(jīng)過(guò)連續(xù)兩次或以上的精調(diào)。

(2)確保在單個(gè)軌排框架上的3個(gè)支柱點(diǎn)是連續(xù)精調(diào)。

(3)確保軌排框架每?jī)蓚€(gè)支柱點(diǎn)都連續(xù)進(jìn)行過(guò)精調(diào)[11]。

3.2.2相鄰兩個(gè)設(shè)站區(qū)間精調(diào)

兩個(gè)設(shè)站點(diǎn)間距為60 m，精調(diào)區(qū)間為20～80 m，每?jī)蓚€(gè)設(shè)站點(diǎn)之間留有10 m的順接段，設(shè)站測(cè)量平面如圖4所示。

圖4 設(shè)站測(cè)量平面示意圖(m)

軌排精調(diào)順接過(guò)渡方法：

(1)相鄰兩個(gè)測(cè)站的4對(duì)CPⅢ控制點(diǎn)不完全相同，使得兩測(cè)站全站儀設(shè)站測(cè)量平差的精度也有所不同，因此，在相鄰兩個(gè)測(cè)站對(duì)過(guò)渡段同一個(gè)軌排框架的3個(gè)支柱點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量時(shí)，兩次測(cè)得的軌道狀態(tài)數(shù)據(jù)有偏差，不同CPⅢ控制點(diǎn)測(cè)設(shè)示意如圖5所示。

圖5 不同CPⅢ控制點(diǎn)測(cè)設(shè)示意圖

(2)由于全站儀在不同設(shè)站點(diǎn)測(cè)量相同點(diǎn)位時(shí)得到的數(shù)據(jù)有偏差，因此，需對(duì)順接段后的測(cè)點(diǎn)進(jìn)行順接過(guò)渡處理。

(3)應(yīng)根據(jù)兩設(shè)站點(diǎn)測(cè)量同測(cè)點(diǎn)的絕對(duì)偏差值大小來(lái)確定順接過(guò)渡段長(zhǎng)度，偏差量越大，則過(guò)渡段的長(zhǎng)度就越長(zhǎng)。在測(cè)量過(guò)程中，嚴(yán)格檢查CPⅢ控制點(diǎn)精度、全站儀設(shè)站精度和軌檢小車(chē)測(cè)量精度，當(dāng)三者全部符合規(guī)范要求時(shí)，相鄰兩設(shè)站點(diǎn)對(duì)同測(cè)點(diǎn)的測(cè)量偏差值應(yīng)滿足中線不超過(guò)0.5 mm、高程不超過(guò)2 mm的要求。

3.3 精調(diào)案例

本文以蒙華鐵路岳陽(yáng)至吉安段楊樹(shù)嶺單線隧道為例，說(shuō)明順接過(guò)渡段高程偏差值的調(diào)整方法。

(1)第一次精調(diào)時(shí)，在站點(diǎn)1處，所有軌排支柱點(diǎn)均需調(diào)整到0.1 mm左右，站點(diǎn)1處測(cè)設(shè)示意如圖6所示。

圖6 站點(diǎn)1處測(cè)設(shè)示意圖

(2)站點(diǎn)1處調(diào)整完成后，將全站儀轉(zhuǎn)到站點(diǎn) 2處進(jìn)行設(shè)站，同時(shí)測(cè)量順接段的3個(gè)軌排支柱點(diǎn)。站點(diǎn)2處測(cè)設(shè)示意如圖7所示，假設(shè)其測(cè)量值約為2.1 mm。

圖7 站點(diǎn)2處測(cè)設(shè)示意圖

(3)順接段設(shè)置3個(gè)調(diào)整點(diǎn)，即一榀6.6 m的軌排框架。當(dāng)站點(diǎn)2測(cè)量的順接段高程偏差值≤2 mm時(shí)，不需要調(diào)整；當(dāng)站點(diǎn)2測(cè)量的順接段高程偏差值>2 mm時(shí)，需先檢查站點(diǎn)1和站點(diǎn)2的全站儀設(shè)站精度，若設(shè)站精度沒(méi)有問(wèn)題，則需對(duì)CPⅢ控制點(diǎn)進(jìn)行復(fù)測(cè)，確認(rèn)CPⅢ控制點(diǎn)精度滿足要求。

(4)過(guò)渡段從順接段后的第一個(gè)軌排框架開(kāi)始，依次比上一個(gè)軌排框架偏差0.5 mm，直到最后支柱點(diǎn)測(cè)量絕對(duì)偏差約為0[12]。

單線鐵路小斷面長(zhǎng)大隧道無(wú)砟軌道施工主要存在施工設(shè)備吊轉(zhuǎn)困難、光線差影響軌排框架安裝精度及模板清潔度、溫度氣壓變化造成全站儀數(shù)值修正、動(dòng)靜態(tài)施工相互干擾大等問(wèn)題。蒙華鐵路楊樹(shù)嶺隧道施工嚴(yán)格依照5區(qū)段流水作業(yè)，重視施工細(xì)節(jié)，彈性支承塊式無(wú)砟軌道在軌排精調(diào)區(qū)進(jìn)行軌排精調(diào)作業(yè)，精調(diào)時(shí)間由初期的平均5 h減少至平均4 h，精調(diào)后的軌排幾何形位均滿足規(guī)范要求。

4 結(jié)論

本文以蒙華鐵路彈性支承塊式無(wú)砟軌道施工為背景，通過(guò)對(duì)長(zhǎng)大隧道內(nèi)彈性支承塊無(wú)砟軌道軌排精調(diào)工藝及質(zhì)量進(jìn)行分析研究，確保了精調(diào)質(zhì)量，提升了精調(diào)速度，主要研究結(jié)論如下：

(1)單線斷面長(zhǎng)大隧道無(wú)砟軌道若采用排框架法施工，可將施工區(qū)段可分為5個(gè)工作區(qū)進(jìn)行軌排布設(shè)。

(2)軌排精調(diào)作業(yè)中，相鄰兩組軌排框架的每?jī)蓚€(gè)支柱點(diǎn)要進(jìn)行兩次連續(xù)精調(diào)。

(3)軌排精調(diào)作業(yè)中，相同軌排框架上的每3個(gè)支柱點(diǎn)要連續(xù)續(xù)精調(diào)。

(4)軌排精調(diào)作業(yè)中，換站測(cè)量需設(shè)置10 m過(guò)渡段，兩設(shè)站點(diǎn)測(cè)量相同軌排框架3個(gè)支柱點(diǎn)的絕對(duì)偏差值要求中線不超過(guò)0.5 mm，高程不超過(guò)2 mm。