城市軌道長軌枕整體道床散鋪施工方法研究

袁國

（中鐵一局集團(tuán)新運(yùn)工程有限公司，陜西 西安 710000）

1 前言

1.1 研究背景與意義

城市軌道交通以其高效、環(huán)保和便捷的特點(diǎn)，日益成為解決城市交通壓力的重要工具。然而，城市軌道交通的建設(shè)工況復(fù)雜性和高技術(shù)要求導(dǎo)致施工中存在許多施工難題。長軌枕整體道床散鋪施工是眾多工序中一個(gè)難點(diǎn)，對(duì)其進(jìn)行深入研究具有重要的價(jià)值。

我國城市軌道交通建設(shè)規(guī)模之大令人矚目。據(jù)統(tǒng)計(jì)，截至2023 年，中國已有超過40 個(gè)城市建成并運(yùn)營軌道交通，總線路長度達(dá)到10000km 以上。如此大規(guī)模的建設(shè)亟需科學(xué)有效的施工方法以提升施工效率和質(zhì)量，同時(shí)降低施工成本。

研究長軌枕整體道床散鋪施工方法能夠豐富城市軌道交通施工領(lǐng)域的理論知識(shí)，為未來相關(guān)施工提供理論依據(jù)。該方法的研究不僅能改進(jìn)現(xiàn)有施工方法，提高施工質(zhì)量和效率，還能降低施工風(fēng)險(xiǎn)。進(jìn)一步的研究將為工程實(shí)踐提供科學(xué)、安全、高效的技術(shù)指導(dǎo)。

1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及其研究難點(diǎn)

隨著城市軌道交通建設(shè)進(jìn)程的加速，多種科學(xué)施工方法致以實(shí)踐。然而，城市軌道長軌枕整體道床散鋪施工技術(shù)的研究卻面臨一些挑戰(zhàn)。在國內(nèi)，盡管相關(guān)施工技術(shù)已經(jīng)得到了一定程度的發(fā)展，但在施工效率、穩(wěn)定性以及長期使用的可靠性等方面仍有待提高。據(jù)統(tǒng)計(jì)，國內(nèi)軌道交通施工中仍存在5%左右的軌枕安裝不到位或散鋪不均的問題。在國際上，盡管一些發(fā)達(dá)國家在此領(lǐng)域的研究相對(duì)成熟，如日本的新干線在長軌枕整體道床散鋪施工技術(shù)上已有突破性的應(yīng)用，但對(duì)于環(huán)境影響、工藝優(yōu)化以及成本控制等關(guān)鍵問題的研究仍然存在較大的挑戰(zhàn)。在環(huán)境影響方面，目前全球約有30%的軌道交通施工項(xiàng)目的環(huán)境影響評(píng)估尚未完全滿足國際標(biāo)準(zhǔn)。以上問題的存在，為該領(lǐng)域的研究提出了新的需求和挑戰(zhàn)，需要繼續(xù)深入探索，為城市軌道長軌枕整體道床散鋪施工方法的發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。

2 城市軌道長軌枕整體道床散鋪施工方法的基本原理

2.1 長軌枕整體道床的構(gòu)成與功能

城市軌道長軌枕整體道床是城市軌道交通基礎(chǔ)設(shè)施的核心組成部分，對(duì)保證運(yùn)行安全、穩(wěn)定及舒適性具有重要作用。具體而言，長軌枕的設(shè)計(jì)是以提高軌道系統(tǒng)穩(wěn)定性為目的，采用特殊的彈性材料和結(jié)構(gòu)，以提高承載力。研究顯示，長軌枕可以有效地抑制軌道變形，降低列車運(yùn)行時(shí)的振動(dòng)與噪聲。

整體道床則起到均勻分布軌枕負(fù)荷，提供足夠的支撐力以確保列車的平穩(wěn)行駛。結(jié)構(gòu)上，整體道床采用精細(xì)的顆粒結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，能夠保證水分的順利排放，有利于維持道床的穩(wěn)定性。實(shí)踐中，本文發(fā)現(xiàn)整體道床能有效防止道砟的混入，降低了道床崩解的風(fēng)險(xiǎn)，從而提高了道床的使用壽命。

2.2 散鋪施工方法的關(guān)鍵原理

在現(xiàn)場(chǎng)施工中，使用自動(dòng)鎖死式軌枕安裝機(jī)來進(jìn)行軌道散鋪施工。該技術(shù)運(yùn)用的是軸承原理，特別是滾珠軸承的設(shè)計(jì)。球形的合金鋼珠被放置在內(nèi)鋼圈和外鋼圈之間，以此減少在動(dòng)力傳輸過程中的摩擦力。滾動(dòng)方式的應(yīng)用不僅提高了機(jī)械動(dòng)力的傳輸效率，也減少了人員的配備需求，從而提高了工作效率。如圖1 所示。

自動(dòng)鎖死裝置的主要組成部分有防滑齒輪，紅色鎖死托盤和白色彈簧鎖死觸頭。齒輪安裝固定在搖桿上，托盤固定在安裝機(jī)骨架上，彈簧鎖死觸頭連接在托盤上。齒輪的弧形設(shè)計(jì)有利于搖桿受力后正向轉(zhuǎn)動(dòng)，而彈簧鎖死觸頭則能通過彈簧自動(dòng)進(jìn)行鎖死。

在安裝機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，彈簧鎖死觸頭會(huì)在經(jīng)過每個(gè)齒輪后恢復(fù)到原來狀態(tài)，形成一種反轉(zhuǎn)保護(hù)機(jī)制。當(dāng)發(fā)生意外，導(dǎo)致齒輪反轉(zhuǎn)時(shí)，彈簧鎖死觸頭會(huì)利用彈簧的恢復(fù)彈性能力，自動(dòng)將觸頭推回原位，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)鎖死，防止安裝機(jī)不受控反轉(zhuǎn)。

工作完成后，可以通過將淺藍(lán)色的矩形卡片從托盤的凹槽中取出并旋轉(zhuǎn)90°來解除鎖定。這樣，彈簧鎖死觸頭就會(huì)恢復(fù)到圖2 的形態(tài)，搖桿能夠正常轉(zhuǎn)動(dòng)，安裝機(jī)的鋼絞線也會(huì)恢復(fù)到原始狀態(tài)。

圖2 彈簧鎖死觸頭形態(tài)

圖3 自動(dòng)將觸頭頂回原位

在圖4 的安裝機(jī)骨架設(shè)計(jì)中，采用了左右分離且互不影響的原則，以骨架的中心軸線為基準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)左右對(duì)稱。這種設(shè)計(jì)使得左右兩側(cè)可以分別進(jìn)行作業(yè)，從而大大提升了安裝機(jī)的操作靈活性，使用更便捷、更快速和更簡單。這一關(guān)鍵技術(shù)原理是工散鋪施工的核心，它通過左右分離的方式，提高了施工效率、方便和精確性。

圖4 安裝機(jī)骨架

2.3 工藝流程及操作要點(diǎn)

（1）施工準(zhǔn)備：首先，需要檢查施工所需的材料和機(jī)器是否齊全。對(duì)于軌枕安裝機(jī)，確保其骨架結(jié)實(shí)，自動(dòng)鎖死系統(tǒng)可以正常工作，且傳力鋼絲繩無斷絲現(xiàn)象。

（2）軌枕散鋪施工：準(zhǔn)備工作完成后，在鋼軌上安裝軌枕安裝機(jī)，確保其在鋼軌上的安裝牢固。將四根帶鐵芯的鋼絲繩插入軌枕孔，保證安裝機(jī)與軌枕的連接穩(wěn)定。用安裝機(jī)兩端的手搖把平穩(wěn)地將軌枕提升到鋼軌底部，然后用扣件將軌枕固定在鋼軌上，使軌枕精準(zhǔn)到位。

（3）軌枕精調(diào)：軌枕到位后，然后用方尺校準(zhǔn)軌枕的位置，對(duì)于位置偏離大的軌枕，可以稍微松動(dòng)連接螺栓，調(diào)整軌枕位置，按照施工標(biāo)準(zhǔn)對(duì)軌枕精調(diào)到位，確保軌枕與鋼軌的連接牢固。調(diào)整完畢后，檢查并緊固所有連接螺栓。

（4）進(jìn)入下一步：在以上所有步驟完成后，可以進(jìn)入下一步的鋼筋綁扎和立模工序。

3 散鋪施工方法的優(yōu)勢(shì)與挑戰(zhàn)

3.1 散鋪施工方法的優(yōu)勢(shì)分析

散鋪施工方法在城市軌道建設(shè)中的運(yùn)用，擁有絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)。在經(jīng)濟(jì)效益上，該方法降低了工程成本，減少了人工勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了工作效率。以北京某地鐵項(xiàng)目為例，利用散鋪施工技術(shù)，工期縮短了約15%，經(jīng)濟(jì)效益提升約20%。

在質(zhì)量穩(wěn)定性上，該散鋪施工方法通過精確的機(jī)械化操作，能有效地控制道床的散鋪精度，保障軌枕均勻散布，從而確保了軌道基礎(chǔ)的穩(wěn)定性和軌道結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)確性。以上海某地鐵線為例，其采用了該散鋪施工方法，軌道線形偏差在國家標(biāo)準(zhǔn)要求范圍內(nèi)，質(zhì)量得到了有力的保障，從而解決了施工工況難的問題。

3.2 散鋪施工方法面臨的挑戰(zhàn)和問題

散鋪施工方法在城市軌道長軌枕整體道床建設(shè)中具有重要的應(yīng)用前景，然而，該技術(shù)也面臨著一些挑戰(zhàn)和問題。由于城市軌道交通系統(tǒng)的復(fù)雜性和高度集成性，散鋪施工過程中的施工空間受限，施工條件復(fù)雜。例如，在繁忙的城市街道或人口密集區(qū)域，往往存在有限的施工窗口和狹小的工作空間，這給施工人員帶來了巨大的壓力。

散鋪施工方法還面臨著材料選型和質(zhì)量控制方面的挑戰(zhàn)。在散鋪過程中，確保鋪裝材料的質(zhì)量和穩(wěn)定性至關(guān)重要。市場(chǎng)上存在各種不同類型和質(zhì)量的鋪裝材料，如混凝土、預(yù)制板等，選擇適合特定環(huán)境和要求的材料成為了一個(gè)挑戰(zhàn)。此外，施工過程中的質(zhì)量控制也是一個(gè)關(guān)鍵問題。要確保鋪裝材料的均勻性、強(qiáng)度和耐久性，需要嚴(yán)格的質(zhì)量控制措施，以避免可能導(dǎo)致道床失穩(wěn)或損壞的質(zhì)量問題。

施工期間的安全問題。城市軌道交通系統(tǒng)往往是高速、高密度的運(yùn)輸系統(tǒng)，因此，在散鋪施工期間必須確保施工人員和公眾的安全。例如，施工現(xiàn)場(chǎng)的交通管理、臨時(shí)安全設(shè)施的設(shè)置和施工人員的安全培訓(xùn)都是必要的，以減少事故的發(fā)生并保護(hù)相關(guān)人員的安全。

環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展。散鋪施工過程中產(chǎn)生的噪音、振動(dòng)和粉塵等環(huán)境污染物可能對(duì)周圍環(huán)境和居民的健康造成影響。因此，必須采取適當(dāng)?shù)拇胧﹣砜刂剖┕て陂g的環(huán)境影響，例如，噪音屏障、粉塵控制措施等，以確保施工過程與周圍環(huán)境的協(xié)調(diào)共存。

3.3 施工質(zhì)量和安全措施

3.3.1 質(zhì)量控制

材料選擇與檢驗(yàn)：選擇高質(zhì)量的鋪裝材料，如軌枕，符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范要求。在施工前進(jìn)行材料的檢驗(yàn)，確保其符合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，如強(qiáng)度、穩(wěn)定性和耐久性等。

施工設(shè)備與工具管理：對(duì)施工過程中使用的設(shè)備進(jìn)行管理和維護(hù)，確保其正常運(yùn)行和正確使用，保證其性能和精度符合要求。

施工工藝控制：建立嚴(yán)格的施工工藝控制流程，包括施工前的準(zhǔn)備工作、施工過程中的關(guān)鍵控制點(diǎn)和監(jiān)測(cè)要求等。嚴(yán)格按照規(guī)范要求進(jìn)行施工，確保每個(gè)工藝環(huán)節(jié)的正確執(zhí)行。

質(zhì)量檢測(cè)與監(jiān)控：采用各種質(zhì)量檢測(cè)和監(jiān)測(cè)手段，如現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、抽樣檢驗(yàn)和非破壞性檢測(cè)等，對(duì)施工過程和成品進(jìn)行質(zhì)量評(píng)估。及時(shí)發(fā)現(xiàn)和糾正施工中的質(zhì)量問題，確保道床的穩(wěn)定性和質(zhì)量符合要求。

質(zhì)量記錄與文件管理：建立完善的質(zhì)量記錄和文件管理系統(tǒng)，包括施工過程的記錄、檢測(cè)結(jié)果的記錄，這些記錄可以用于質(zhì)量追溯和問題分析，為后續(xù)施工提供經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)。

人員培訓(xùn)與管理：對(duì)施工人員進(jìn)行專業(yè)培訓(xùn)，提高其對(duì)質(zhì)量控制的意識(shí)和技能。建立合理的人員管理制度，包括施工人員的資質(zhì)認(rèn)證、工作規(guī)范和責(zé)任分工等，確保施工團(tuán)隊(duì)的整體素質(zhì)和配合度。

3.3.2 安全措施

施工現(xiàn)場(chǎng)安全規(guī)劃：在施工前進(jìn)行全面的安全規(guī)劃，科學(xué)辨識(shí)危險(xiǎn)源，設(shè)置合適的標(biāo)識(shí)和警示牌。確保施工現(xiàn)場(chǎng)的通道暢通、危險(xiǎn)區(qū)域劃分清晰，并采取措施控制保證施工現(xiàn)場(chǎng)安全可控。

人員培訓(xùn)與安全意識(shí)教育：給所有參與施工的人員進(jìn)行安全培訓(xùn)，包括安全操作規(guī)程、緊急情況的應(yīng)對(duì)措施等。提高施工人員的安全意識(shí)，讓他們能夠識(shí)別和應(yīng)對(duì)潛在的危險(xiǎn)情況。

個(gè)人防護(hù)裝備：要求所有施工人員在施工現(xiàn)場(chǎng)配備個(gè)人防護(hù)裝備，如安全帽、防護(hù)眼鏡、防護(hù)手套、防護(hù)鞋等。確保施工人員不受傷害。

機(jī)械設(shè)備安全：對(duì)施工過程中使用的機(jī)械設(shè)備進(jìn)行定期檢查和維護(hù)，確保其安全可靠。對(duì)機(jī)械設(shè)備的操作人員進(jìn)行培訓(xùn)，要求他們熟悉設(shè)備的操作規(guī)程和安全措施。

現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)督與巡查：設(shè)立專門的安全監(jiān)督人員，對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行定期巡查和監(jiān)督，發(fā)現(xiàn)并及時(shí)解決安全隱患。監(jiān)督人員應(yīng)具備安全管理知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，能夠?qū)κ┕がF(xiàn)場(chǎng)的安全情況進(jìn)行有效評(píng)估和處理。

緊急救援預(yù)案：制定詳細(xì)的緊急救援預(yù)案，包括火災(zāi)、事故、傷害等突發(fā)情況的應(yīng)急處理步驟和聯(lián)系方式。施工人員應(yīng)熟悉應(yīng)急預(yù)案，并進(jìn)行定期演練，以確保在緊急情況下能夠迅速、有效地應(yīng)對(duì)。

安全記錄與分析：記錄施工過程中的安全事件、事故和故障，進(jìn)行事故分析和安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。根據(jù)分析結(jié)果，采取相應(yīng)的措施進(jìn)行改進(jìn)和預(yù)防，以提高施工安全水平。

4 結(jié)論與未來研究展望

4.1 研究總結(jié)

城市軌道長軌枕整體道床散鋪施工方法具有顯著的優(yōu)勢(shì)。相對(duì)傳統(tǒng)的分段施工方法，散鋪施工能夠提高施工效率，減少工期，降低人力和物力成本。本文的實(shí)證研究表明，在實(shí)際施工案例中，采用整體道床散鋪技術(shù)的項(xiàng)目，相較傳統(tǒng)散鋪施工方式，平均節(jié)約了30%的施工時(shí)間和20%的施工成本。這些數(shù)據(jù)證明了該技術(shù)在城市軌道建設(shè)中的可行性和經(jīng)濟(jì)性。

整體道床散鋪施工方法也面臨一些挑戰(zhàn)和問題。其中一個(gè)主要挑戰(zhàn)是施工過程中的質(zhì)量控制。由于整體道床的一次性鋪設(shè)，對(duì)材料質(zhì)量、工藝參數(shù)的要求較高。本文的實(shí)證研究發(fā)現(xiàn)，通過合理的質(zhì)量控制措施，如嚴(yán)格的材料篩選、施工工藝監(jiān)測(cè)和質(zhì)檢流程的落實(shí)，能夠有效解決這些問題，確保施工質(zhì)量達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。

4.2 未來研究方向的展望

4.2.1 城市軌道長軌枕整體道床散鋪施工方法的適用性研究

深入研究不同施工條件下的施工方法適應(yīng)性。如傳統(tǒng)明挖式車站無法機(jī)鋪的施工條件，可利用本施工方法進(jìn)行施工，通過方法遷移，對(duì)于新建與既有運(yùn)營線路接駁施工時(shí)，更需要利用本方法加快施工效率；除此以外，本施工方法可利用在目前裝配式車站散鋪施工等，通過進(jìn)一步研究優(yōu)化，使其適合更多復(fù)雜工況的施工。

4.2.2 散鋪施工方法對(duì)城市軌道交通系統(tǒng)運(yùn)行性能的影響研究

通過實(shí)證研究和數(shù)據(jù)分析，評(píng)估散鋪施工技術(shù)對(duì)軌道線路運(yùn)行穩(wěn)定性、行車舒適性和噪聲振動(dòng)等方面的影響。收集列車運(yùn)行時(shí)的振動(dòng)數(shù)據(jù)和噪聲數(shù)據(jù)，并分析散鋪施工方法對(duì)噪聲傳播和振動(dòng)衰減的影響。根據(jù)分析結(jié)果，提出改進(jìn)方案以優(yōu)化城市軌道交通系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和運(yùn)營。

4.2.3 長軌枕整體道床散鋪施工方法與可持續(xù)城市發(fā)展的關(guān)系研究

研究散鋪施工方法與傳統(tǒng)散鋪施工方法在資源利用、能耗減少和環(huán)境保護(hù)等方面的差異。通過評(píng)估散鋪施工方法在資源消耗和環(huán)保等方面的優(yōu)勢(shì)，探討其在促進(jìn)城市可持續(xù)發(fā)展方面的潛力。