深圳地鐵6號(hào)線裝配式軌道設(shè)計(jì)與施工技術(shù)

周昌盛 劉錦輝 周華龍 劉宇航

文章以深圳地鐵6號(hào)線高架段區(qū)間軌道設(shè)計(jì)施工為工程背景，系統(tǒng)總結(jié)了預(yù)制隔振墊浮置板軌道、預(yù)制橡膠支座浮置板軌道及預(yù)制鋼彈簧浮置板軌道等三種不同裝配式軌道的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和施工工藝，并基于理論研究與試驗(yàn)測(cè)試等手段獲得了預(yù)制板板長(zhǎng)、板厚、隔振器剛度以及道床剛度過(guò)渡段的關(guān)鍵參數(shù)，提出了后續(xù)裝配式軌道施工的優(yōu)化建議。

地鐵; 軌道; 裝配式; 預(yù)制板; 道床方案

U231.2?? A

[定稿日期]2021-07-17

[作者簡(jiǎn)介]周昌盛（1993～），男，碩士，工程師，從事城市軌道交通軌道專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)與研究工作。

軌道作為地鐵列車(chē)的運(yùn)行基礎(chǔ)，在引導(dǎo)列車(chē)安全穩(wěn)定運(yùn)行的同時(shí)也承受著來(lái)自列車(chē)車(chē)輪所帶來(lái)的巨大外部荷載，進(jìn)而影響底部路基或橋隧的穩(wěn)定性[1]。傳統(tǒng)的地鐵軌道建設(shè)采用現(xiàn)澆混凝土整體道床方案，即利用扣件將軌枕和鋼軌組裝成軌排，然后架設(shè)軌排、調(diào)整軌道幾何狀態(tài)，最后澆筑混凝土成型，該方案存在諸多不足，例如：難以控制現(xiàn)澆道床澆筑質(zhì)量和軌道鋪設(shè)精度，現(xiàn)澆道床裂紋較多且難以避免;線路運(yùn)營(yíng)后期出現(xiàn)道床病害時(shí)整治困難，并極易影響線路正常運(yùn)營(yíng)[2-4]。

目前，常用于高鐵的預(yù)制板軌道設(shè)計(jì)方案也逐漸應(yīng)用于城市軌道交通建設(shè)中，該方案利用工廠預(yù)制軌道板，施工現(xiàn)場(chǎng)拼裝預(yù)制軌道板的方法完成軌道鋪設(shè)，具有施工效率高、工程質(zhì)量好、可維修性強(qiáng)、施工現(xiàn)場(chǎng)整潔美觀等優(yōu)點(diǎn)[5-7]。

本文依托已開(kāi)通試運(yùn)行的深圳地鐵6號(hào)線工程，首先系統(tǒng)介紹了預(yù)制隔振墊浮置板軌道、預(yù)制橡膠支座浮置板軌道及預(yù)制鋼彈簧浮置板軌道三種裝配式軌道的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案;其次，結(jié)合方案的技術(shù)特點(diǎn)研究總結(jié)了預(yù)制板尺寸、限位結(jié)構(gòu)、隔振器剛度及剛度過(guò)渡方案等;最后，通過(guò)對(duì)裝配式軌道關(guān)鍵技術(shù)的分析提出優(yōu)化后的施工工藝流程。研究成果可為地鐵軌道工程系統(tǒng)研究、設(shè)計(jì)、施工等提供借鑒。

1 工程概況

深圳地鐵6號(hào)線全長(zhǎng)37.626 km，最高設(shè)計(jì)時(shí)速100 km/h，采用6輛A型車(chē)編組，其中正線選用60 kg/m的重型鋼軌、扣件采用DT-III型常（?。┳枇奂?，區(qū)間焊接成無(wú)縫線路，采用CPIII精確測(cè)量技術(shù)鋪軌。

該線高架段長(zhǎng)24.616 km（約占線路全長(zhǎng)的2/3），橋梁型式以輕質(zhì)U型梁結(jié)構(gòu)為主。高架段沿線附近存在著大量的生活服務(wù)區(qū)及待開(kāi)發(fā)區(qū)。為了降低深圳地鐵6號(hào)線對(duì)沿線建構(gòu)筑物的噪聲影響，設(shè)計(jì)在高架段選用了減振性能較好的浮置板軌道：預(yù)制隔振墊浮置板軌道、預(yù)制橡膠支座浮置板軌道以及預(yù)制鋼彈簧浮置板軌道。

2 預(yù)制隔振墊浮置板道床

2.1 方案介紹

預(yù)制隔振墊浮置板軌道分為直線段和曲線段，直線段為標(biāo)準(zhǔn)軌道結(jié)構(gòu)，高度650 mm，如圖1（a）所示，曲線段則是在直線段底座中進(jìn)行超高設(shè)計(jì)，如圖1（b）所示。軌道結(jié)構(gòu)組成自上而下可分為：鋼軌、扣件、預(yù)制軌道板、隔振墊及自密實(shí)混凝土底座。

2.2 關(guān)鍵參數(shù)研究

2.2.1 預(yù)制軌道板長(zhǎng)度

預(yù)制軌道板作為高標(biāo)準(zhǔn)化的工廠預(yù)制產(chǎn)品，從方便生產(chǎn)、鋪設(shè)的角度出發(fā)，采用“以直代曲”的方案實(shí)現(xiàn)曲線段的預(yù)制板軌道施工，即：預(yù)制軌道板1/3處中心與線路中心對(duì)齊，通過(guò)扣件的橫向調(diào)節(jié)完成曲線軌道施工。

然而在工程實(shí)際中，若曲線地段的預(yù)制軌道板長(zhǎng)度過(guò)長(zhǎng)，板端扣件的橫向調(diào)節(jié)量將更多地用于調(diào)整軌道初始狀態(tài)，會(huì)導(dǎo)致運(yùn)營(yíng)后期扣件橫向調(diào)節(jié)量不足;若過(guò)短，則會(huì)造成整個(gè)軌道結(jié)構(gòu)整體性的降低進(jìn)而影響其施工效率;此外，地鐵線路具有曲線多、曲線半徑小的特點(diǎn)，因此分析預(yù)制軌道板長(zhǎng)度對(duì)整個(gè)軌道工程的影響，提出合理的預(yù)制軌道板長(zhǎng)度尤為重要。本線扣件的軌距調(diào)整量為-16～+28 mm，3.5 m和4.7 m長(zhǎng)預(yù)制軌道板的承軌臺(tái)在不同曲線半徑下的偏移量（扣件調(diào)整需求量）如表1和表2所示，由表可知，3.5 m長(zhǎng)預(yù)制軌道板適用于曲線半徑小于500 m的區(qū)段，其它區(qū)段可以結(jié)合每跨梁的長(zhǎng)度采用3.5 m、4.1 m及4.7 m長(zhǎng)的預(yù)制軌道板組合以保證板端與梁端平齊。

2.2.2 預(yù)制軌道板厚度

預(yù)制隔振墊浮置板軌道是一種常用的道床減振方案，其特點(diǎn)在于隔振墊剛度相同條件下，道床的減振性能與其軌道板厚度成正比。但需要注意的是，軌道板厚度同時(shí)也受設(shè)計(jì)界限和橋梁承載能力影響，因此需要在滿(mǎn)足二者條件的前提下合理選取預(yù)制軌道板厚度。

本線采用了230 mm及260 mm兩種厚度的預(yù)制軌道板，經(jīng)過(guò)檢算，兩種厚度的預(yù)制軌道板對(duì)應(yīng)的行車(chē)安全性、平穩(wěn)性指標(biāo)均滿(mǎn)足規(guī)范要求，減振效果分別能達(dá)到11.35 dB和12.15 dB，為提高道床減振效果的冗余量，預(yù)制軌道板厚度取260 mm。

2.2.3 隔振墊剛度

預(yù)制隔振墊浮置板道床中的隔振墊剛度同時(shí)也影響著減振性能，剛度越低，減振性能越好，但隔振墊的剛度也不宜太低，這將會(huì)造成鋼軌、道床的動(dòng)態(tài)位移過(guò)大。因此，在滿(mǎn)足線路《環(huán)評(píng)報(bào)告》減振要求的同時(shí)，應(yīng)盡可能降低鋼軌動(dòng)態(tài)位移以提高行車(chē)安全性及平穩(wěn)性。基于理論分析、數(shù)值仿真及現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果，該線隔振墊剛度最終選用0.019 N/mm3。

2.2.4 自密實(shí)混凝土性能

相對(duì)于高鐵軌道施工，地鐵軌道施工具有空間狹小、商混材料不連續(xù)施工的缺點(diǎn)，另外地鐵軌道用自密實(shí)混凝土在保證其減振性、高絕緣性和流動(dòng)性良好前提下還須克服運(yùn)輸距離長(zhǎng)、長(zhǎng)時(shí)間振動(dòng)后不出現(xiàn)離析的難題。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，總結(jié)出地鐵用自密實(shí)混凝土指標(biāo)要求詳見(jiàn)表3。

2.2.5 過(guò)渡方案

為實(shí)現(xiàn)軌道剛度在不同等級(jí)減振軌道間平穩(wěn)過(guò)渡，需在不同等級(jí)減振軌道間設(shè)置剛度過(guò)渡段，通過(guò)動(dòng)力學(xué)仿真分析，過(guò)渡方案包括：銜接一般減振道床時(shí)，設(shè)置三級(jí)過(guò)渡段，即一般減振道床→0.046±0.005 N/mm3隔振墊→0.030±0.003 N/mm3隔振墊→一般段（0.019±0.003 N/mm3隔振墊）;銜接中等減振道床時(shí)，設(shè)置兩級(jí)過(guò)渡段，即中等減振道床→0.030±0.003 N/mm3隔振墊→一般段（0.019±0.003 N/mm3隔振墊）。

2.2.6 限位方案

目前應(yīng)用成熟的限位方案包括凹凸槽限位、板端凸臺(tái)限位及灌注孔限位，從優(yōu)化受力，方便施工、運(yùn)營(yíng)、維護(hù)及易于拆卸、裝配的角度出發(fā)，該線采用灌注孔限位;此外，考慮橋上

溫度荷載、制動(dòng)荷載等載荷對(duì)限位凸臺(tái)混凝土、鋼筋應(yīng)力的影響，確定了限位凸臺(tái)直徑取340 mm（含緩沖墊層），限位凸臺(tái)布置示意如圖2所示。

2.3 施工工藝流程

預(yù)制隔振墊浮置板軌道的主要施工流程包括：①預(yù)制板粗鋪放樣;②梁面鑿毛及清洗;③軌排鋪架機(jī)走形軌鋪設(shè);④自密實(shí)混凝土填充層鋼筋的綁扎;⑤預(yù)制板運(yùn)輸;⑥預(yù)制板鋪設(shè);⑦預(yù)制板精調(diào);⑧模板安裝及調(diào)整;⑨復(fù)測(cè)檢查;⑩自密實(shí)混凝土填充層及凸臺(tái)灌注;B11模板拆除;B12軌道板復(fù)測(cè);B13混凝土養(yǎng)護(hù);B14鋼軌及扣件安裝。工藝流程如圖3所示。

3 預(yù)制橡膠支座浮置板道床

3.1 方案介紹

預(yù)制橡膠支座浮置板軌道結(jié)構(gòu)如圖4所示，其結(jié)構(gòu)組成自上而下分別為：鋼軌、扣件、預(yù)制軌道板、橡膠支座、水平定位銷(xiāo)及普通混凝土底座，直線段與曲線段的設(shè)置與前述一致。

3.2 關(guān)鍵技術(shù)研究

3.2.1 隔振器剛度

預(yù)制橡膠支座浮置板道床與前述預(yù)制隔振墊浮置板道床原理基本相同，減振性能與剛度成反比。另外，此種減振軌道為不連續(xù)的單元板式結(jié)構(gòu)，板端剛度宜大于板中剛度以削弱列車(chē)經(jīng)過(guò)板端時(shí)引發(fā)的預(yù)制板翹曲趨勢(shì)。鑒于此，結(jié)合理論分析和試驗(yàn)，對(duì)橡膠支座剛度及預(yù)制板內(nèi)剛度的布置進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，最終確定了三種（3.5 m、4.1 m及4.7 m）長(zhǎng)預(yù)制軌道板橡膠支座總剛度分別為68 kN/mm、80 kN/mm、88 kN/mm，同時(shí)在設(shè)計(jì)中需要注意板端橡膠支座剛度要大于板中橡膠支座剛度。

3.2.2 過(guò)渡方案

由于道床類(lèi)型（普通整體軌道、隔振墊浮置板軌道、鋼彈簧浮置板軌道）的不同，預(yù)制橡膠支座浮置板軌道銜接時(shí)的處理方式也大為不同。當(dāng)?shù)来差?lèi)型為普通整體軌道時(shí)，一般會(huì)在預(yù)制橡膠支座隔振器浮置板軌道范圍內(nèi)設(shè)置6塊4.1 m長(zhǎng)軌道板的剛度過(guò)渡段，其中前三塊板每塊板的總剛度為90 kN/mm，后三塊板每塊板的總剛度為100 kN/mm;當(dāng)?shù)来差?lèi)型為隔振墊浮置板軌道時(shí)，由于二者總體剛度相差不大，故不需要設(shè)置剛度過(guò)渡段;當(dāng)?shù)来差?lèi)型為鋼彈簧浮置板軌道時(shí)，剛度過(guò)渡段設(shè)置在鋼彈簧地段。

3.2.3 限位方案

預(yù)制橡膠支座浮置板為點(diǎn)支撐道床，為方便施工并結(jié)合預(yù)制板配筋分布，采用板端矩形凸臺(tái)限位方案。結(jié)合建模分析檢算，確定凸臺(tái)尺寸為460 mm（長(zhǎng)）×330 mm（寬），并配以90 mm圓弧倒角處理，凸臺(tái)混凝土與預(yù)制板間設(shè)置緩沖材料。

3.3 施工工藝流程

預(yù)制橡膠支座浮置板道床的主要施工流程包括：①預(yù)制板基底放樣;②梁面鑿毛及清洗;③軌排鋪架機(jī)走形軌鋪設(shè);④基底鋼筋綁扎;⑤基底模板安裝;⑥基底混凝土施工;⑦混凝土養(yǎng)護(hù);⑧基底高程和平整度檢測(cè);⑨浮置板放樣;⑩安裝限位柱、橡膠彈簧及調(diào)高墊板;B11預(yù)制板運(yùn)輸;B12預(yù)制板鋪設(shè);B13鋼軌、扣件安裝及精調(diào);B14澆筑限位凸臺(tái);B15板底檢查、安裝密封條。

預(yù)制橡膠支座浮置板道床詳細(xì)的施工工藝流程見(jiàn)圖5。

4 預(yù)制鋼彈簧浮置板道床

4.1 方案介紹

預(yù)制鋼彈簧浮置板軌道結(jié)構(gòu)如圖6所示，其結(jié)構(gòu)組成自上而下分別為：鋼軌、扣件、預(yù)制軌道板、鋼彈簧隔振器、水平定位銷(xiāo)及RPC高強(qiáng)混凝土底座，直線段與曲線段的設(shè)置與前述一致。

4.2 關(guān)鍵技術(shù)研究

4.2.1 隔振器剛度

預(yù)制鋼彈簧浮置板軌道與前述預(yù)制橡膠支座浮置板軌道一樣，均采用點(diǎn)支撐道床減振系統(tǒng)，所不同的是鋼彈簧隔振器的剛度與橡膠支座相比要低，因此可獲得更好的減振效果。此外，為進(jìn)一步加強(qiáng)板間的結(jié)構(gòu)整體性，一般會(huì)在鋼彈簧浮置板端部設(shè)置剪力絞，其可通過(guò)降低鋼軌、道床動(dòng)態(tài)位移的效方式使列車(chē)具有良好的行車(chē)安全性及平穩(wěn)性。

通過(guò)分析檢算，鋼彈簧隔振器剛度取6.9 kN/mm時(shí)，相比普通道床的減振效果能夠達(dá)到14.5 dB，滿(mǎn)足環(huán)評(píng)減振要求，且鋼軌、道床的動(dòng)態(tài)位移分別不超過(guò)4 mm、3 mm。

4.2.2 過(guò)渡方案

預(yù)制鋼彈簧浮置板軌道的剛度過(guò)渡段一般設(shè)置在鋼彈簧浮置板軌道范圍內(nèi)，設(shè)置方式為加密隔振器及增大過(guò)渡段隔振器剛度。以特殊減振軌道過(guò)渡至高等減振軌道為例，給出了剛度過(guò)渡方案為：加密預(yù)制板（一塊）+普通預(yù)制版（一塊），過(guò)渡段中隔振器剛度增至7.35 kN/mm。仿真分析表明過(guò)渡段內(nèi)列車(chē)安全性及平穩(wěn)性指標(biāo)均滿(mǎn)足規(guī)范要求。

4.2.3 限位方案

板與板之間處設(shè)置剪力絞之外，還在板端通過(guò)后澆混凝土設(shè)置限位凹槽，進(jìn)一步加強(qiáng)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，提升安全儲(chǔ)備。

4.3 施工工藝流程

預(yù)制鋼彈簧浮置板道床的主要施工流程包括：①基底檢測(cè)及梁面處理;②基底施工;③軌道板鋪設(shè)及調(diào)整;④鋼軌、扣件及剪力絞安裝;⑤浮置板頂升及精調(diào);⑥板底檢查、安裝密封條;⑦限位凸臺(tái)施工。

預(yù)制鋼彈簧浮置板道床詳細(xì)的施工工藝流程見(jiàn)圖7。

5 總結(jié)與建議

本文依托已完成軌通的深圳地鐵6號(hào)線工程，系統(tǒng)介紹了應(yīng)用于高架段的預(yù)制隔振墊浮置板軌道、預(yù)制橡膠支座浮置板軌道及預(yù)制鋼彈簧浮置板軌道三種裝配式軌道的結(jié)構(gòu)方案、主要施工步驟與工藝流程，基于理論研究及試驗(yàn)測(cè)試等方法，研究獲得了預(yù)制板尺寸、限位方案、隔振器剛度及剛度過(guò)渡方案。

相比傳統(tǒng)現(xiàn)澆整體道床，裝配式軌道具有工廠化預(yù)制、現(xiàn)場(chǎng)裝配，精細(xì)化施工管理，易于運(yùn)營(yíng)維護(hù)的優(yōu)點(diǎn)，降低了施工現(xiàn)場(chǎng)工作量，提高了施工效率及軌道鋪設(shè)精度，增強(qiáng)了運(yùn)營(yíng)期間道床的可維護(hù)性。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)裝配式軌道施工過(guò)程中存在的問(wèn)題，總結(jié)了以下改進(jìn)措施：

（1）宜采用輪式鋪軌車(chē)進(jìn)行軌道板的鋪設(shè)，以提高運(yùn)輸、施工的靈活性，并避免在高架梁、隧道管片上打孔，影響橋梁結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度。

（2）若采用接觸網(wǎng)供電，應(yīng)盡量將軌道板寬度控制在2.2～2.3 m，為隧道內(nèi)軌道板鋪設(shè)預(yù)留較好的條件。

（3）自密實(shí)混凝土性能受運(yùn)輸距離的影響較大，鋪軌基地下料口至鋪軌作業(yè)面的最遠(yuǎn)距離不宜超過(guò)3 km，建議預(yù)留盾構(gòu)井及區(qū)間風(fēng)井等作為預(yù)制板、自密實(shí)混凝土的輔助下料口，待軌道施工完成后再封堵，以提升預(yù)制板道床的施工進(jìn)度。

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