城市地鐵盾構(gòu)段斜基底面鋼彈簧浮置板軌道施工技術(shù)

張倉(cāng)海

摘要:經(jīng)過(guò)借鑒德國(guó)和其它一些國(guó)家的地鐵減振軌道結(jié)構(gòu)的經(jīng)驗(yàn),提高我國(guó)地鐵建設(shè)和地下結(jié)構(gòu)減振降噪能力,國(guó)內(nèi)首次在深圳地鐵一號(hào)線使用了斜基面——曲線基底不完全超高的浮置板減振軌道結(jié)構(gòu)。文章論述了斜基面鋼彈簧浮置板結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、技術(shù)參數(shù)、施工工藝、施工要點(diǎn)、施工難點(diǎn)等問(wèn)題,旨在為城市地鐵建設(shè)提供參考。

關(guān)鍵詞:城市地鐵;鋼彈簧浮置板;斜基面;施工控制;軌道施工

中圖分類號(hào):U455

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

文章編號(hào):1009-2374(2009)18-0146-04

地鐵的建設(shè)穿越了市區(qū)的繁華商業(yè)區(qū)及居民區(qū)。除了滿足地鐵基本的運(yùn)營(yíng)要求外,還應(yīng)考慮到其在建成后將會(huì)給市民的工作、生活帶來(lái)負(fù)面的影響。針對(duì)這類情況,在國(guó)內(nèi)根據(jù)工程特點(diǎn)采取相應(yīng)的減振降噪措施——采用彈性短軌枕式整體道床、橡膠浮置板道床、Vanguard扣件道床、鋼彈簧浮置板道床等,盡可能的減少地鐵在運(yùn)營(yíng)過(guò)程中給人們帶來(lái)的干擾。通過(guò)在深圳、北京、廣州、上海等國(guó)內(nèi)主要城市的設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)的探索,驗(yàn)證了鋼彈簧浮置板軌道減振結(jié)構(gòu)的減振優(yōu)越性但還是有些美中不足。2006年深圳地鐵一號(hào)線大膽提出了斜基面——曲線基底不完全超高的新型鋼彈簧浮置板軌道減振結(jié)構(gòu)方式。2007年國(guó)內(nèi)首段基底不完全超高浮置板軌道結(jié)構(gòu)開(kāi)始實(shí)施了,歷時(shí)60天。施工過(guò)程中,為做到技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理,確保工程質(zhì)量,施工過(guò)程中對(duì)這個(gè)工藝新、技術(shù)新、控制難的斜基面浮置板道床進(jìn)行監(jiān)控,以保證工程始終處于受控狀態(tài)。

一、斜基面鋼彈簧浮置板的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

金屬(鋼)彈簧隔振器式浮置板道床從上至下由以下幾部分組成:鋼軌及扣件、隔振器、浮置板、塑料隔離層、斜基面基礎(chǔ)砼。結(jié)構(gòu)段面如圖1所示:

斜基礎(chǔ)砼浮置板軌道結(jié)構(gòu)采用無(wú)枕式現(xiàn)澆結(jié)構(gòu),排水由普通道床的邊側(cè)排水改為中心排水和面排水相結(jié)合的形式。該型式浮置板結(jié)構(gòu)由鋼筋砼板和支撐它的隔振系統(tǒng)組成,形成質(zhì)量-彈簧體系,來(lái)減弱傳遞到隧道結(jié)構(gòu)的振動(dòng)力和振動(dòng)加速度,減振效果約20～25dB。浮置板上頂面與鋼軌頂面平齊,并通預(yù)留承軌槽來(lái)實(shí)現(xiàn)增加浮置板質(zhì)量的目的。其最明顯的特點(diǎn)就是浮置板基礎(chǔ)面是跟曲線軌道超高有關(guān)系的有角度的傾斜面,而浮置板也是不規(guī)則的多面體。每塊板重約124～150噸不等,根據(jù)板長(zhǎng)確定。

(一)斜基面浮置板軌道結(jié)構(gòu)鋼軌

1.浮置板軌道結(jié)構(gòu)鋼軌采用U75V高碳微釩(PD3)60kg/m鋼軌,標(biāo)準(zhǔn)軌長(zhǎng)度為25米,鋼軌斷面截面形式尺寸符合標(biāo)準(zhǔn),允許偏差見(jiàn)表1:

2.表面質(zhì)量。(1)軋制后的鋼軌應(yīng)盡量避免彎曲。經(jīng)矯直后鋼軌應(yīng)正直,不得有波浪彎曲和硬彎。鋼軌均勻彎曲不得超過(guò)鋼軌全長(zhǎng)的0.5%. 鋼軌全長(zhǎng)扭轉(zhuǎn)不得超過(guò)鋼軌全長(zhǎng)的1‰ 。(2)軌底應(yīng)平整,其中間較兩邊不得凹入,若有凸出,不得超過(guò)0.5mm 。鋼軌兩端在與接頭夾板相接觸處如有凸出部分應(yīng)予清除。(3)鋼軌表面不得有裂紋、線紋、折疊和橫向劃痕。允許有深度不超過(guò)0.5mm的結(jié)疤、壓痕、碰傷和縱向軋痕。鋼軌端面和螺栓孔表面不得有縮孔殘余、分層、裂紋,其邊緣上的毛刺應(yīng)予清除。鋼軌截?cái)鄷r(shí),應(yīng)采用鋸切工藝以避免鋼軌端面出現(xiàn)微裂紋。(4)鋼軌螺栓孔及軌頭下顎處應(yīng)預(yù)倒棱,尺寸為0.8～1.5mm,倒角約45°。(5)鋼軌必須經(jīng)過(guò)探傷后才能使用;探傷由有資質(zhì)的試驗(yàn)單位進(jìn)行。

(二)浮置板軌道結(jié)構(gòu)接頭夾板

1.浮置板段鋼軌接頭夾板的型號(hào)、尺寸符合標(biāo)準(zhǔn),各部位允許偏差:沖頭方向的螺栓孔尺寸±0.5mm,每個(gè)螺栓孔到第一螺栓孔的距離在高度方向的位置±1.0mm,高度±0.5mm,腰部厚度±0.8mm,長(zhǎng)度±3.5mm,工作面凹凸±0.5mm。

2.表面質(zhì)量。接頭夾板表面不允許有裂紋、折迭、汽泡和結(jié)疤,夾板頭部鋼軌一側(cè)不得有突出部分,在斷面上不應(yīng)有分層和縮孔的痕跡;上下工作面靠軌腰凸出部分螺栓孔邊緣不允許有毛刺;缺陷不得進(jìn)行填充和焊補(bǔ)。

(三)浮置板軌道結(jié)構(gòu)DTⅥ2型扣件

彈條外觀:彈條表面不得有裂紋,不得有影響操作或有礙組裝的毛刺,由成型工具造成的壓痕應(yīng)平滑,無(wú)尖銳的刻痕。彈條小圓弧部分不得出現(xiàn)明顯折痕,用φ16mm的圓柱往小圓弧內(nèi)側(cè)任意位置靠,所靠位置均與圓柱相切,如圖3所示:

(四)浮置板

浮置板板由板上鋼筋、隔振器、C40砼組成,如圖4所示:

(五)浮置板軌道結(jié)構(gòu)鋼彈簧隔振器

鋼彈簧隔振器由隔而固廠家提供全國(guó)獨(dú)家生產(chǎn),如圖5所示:

(六)浮置板軌道結(jié)構(gòu)塑料隔離層

隔離層采用聚苯乙烯材料主要是分離隔斷作用,確?；A(chǔ)砼與板上砼在浮置板頂升過(guò)程中能夠分離,如圖6所示:

(七)斜基礎(chǔ)砼

由鋼筋和C40砼組成,如圖7所示:

二、技術(shù)參數(shù)

(一)板的技術(shù)參數(shù)要求

在參考《地下鐵道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》、《鐵路軌道施工規(guī)范》的基礎(chǔ)上,結(jié)合在廣州地鐵一號(hào)線軌道工程、深圳地鐵一號(hào)線一期工程施工過(guò)程中研究開(kāi)發(fā)的《地鐵浮置板道床施工工法》和已通過(guò)部級(jí)鑒定的《地鐵浮置板道床施工技術(shù)》,以及北京地鐵十三號(hào)線的施工經(jīng)驗(yàn)制定的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)如下:

浮置板施工容許誤差:

1.浮置板長(zhǎng)、寬度、厚度:±2mm。

2.浮置板基礎(chǔ)砼(墊層)的標(biāo)高:+2mm,0mm。

3.浮置板隔振器外套筒安裝:+1mm,0mm。

4.浮置板排水管安裝:直徑+1mm,0mm;深度 +2mm。

5.縱向剪力鉸預(yù)埋螺栓位置:+0.5mm。

6.外觀要求:線條順直,棱角分明,表面光滑,無(wú)掉碴缺角,內(nèi)實(shí)外美。

除滿足上述誤差標(biāo)準(zhǔn)外,浮置板道床施工完成后感觀應(yīng)目視平順,板塊間的板縫均勻,相鄰兩塊板頂面標(biāo)高一致。

(二)浮置板軌道的技術(shù)參數(shù)要求

浮置板道床施工完成后,軌道應(yīng)根據(jù)鋪軌基標(biāo)進(jìn)行軌道狀態(tài)調(diào)整,采用相對(duì)式接頭,直線段允許相錯(cuò)量為20 mm,曲線段允許相錯(cuò)量為規(guī)定的鋼軌縮短量之半加15 mm。軌道鋼軌調(diào)整精度應(yīng)符合下列規(guī)定:

1. 軌道中心線:距基標(biāo)中心線允許偏差為±2mm。

2. 軌道方向:直線方向:直線段用10米弦量,允許偏差為1mm,曲線段用20米弦量正矢允許偏差也應(yīng)在規(guī)范允許范圍之內(nèi)。

3. 軌頂高程及水平:高程允許偏差為±1mm,左右股鋼軌頂面水平允許偏差為1mm,在延長(zhǎng)18m的距離范圍之內(nèi)應(yīng)無(wú)大于1mm的三角坑。

4. 軌頂高低差:用10米弦量不應(yīng)大于1mm。

5. 軌距:允許偏差為(+2,-1)mm,變化率不應(yīng)大于1‰。

6. 軌底坡按1/40設(shè)置。

7. 軌縫允許偏差為(+1,0)mm。

8. 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。

三、施工工藝

現(xiàn)澆無(wú)枕式鋼彈簧浮置板道床施工過(guò)程工藝。施工順序流程如下:

線路復(fù)測(cè)與基標(biāo)測(cè)設(shè)→鋼彈簧浮置板地段隧道底板清理(馬蹄形斷面與明挖段基底需對(duì)基底鑿毛)→鋪設(shè)基礎(chǔ)砼鋼筋網(wǎng)→泵送基礎(chǔ)砼與水溝施工→鋪設(shè)隔離薄膜→浮置板底層鋼筋的鋪設(shè)→隔振器外套筒安裝與軌排架設(shè)→軌排(粗調(diào))→制安中層、面層鋼筋網(wǎng)及迷流鋼筋→軌道精調(diào)道床立?！≈冒宓来不炷翝沧ⅰB(yǎng)生及拆?！≈冒屙斏鹉z密封條安裝→質(zhì)量檢查。

四、施工要點(diǎn)

1.浮置板道床軌道施工的軌長(zhǎng)、軌縫、曲線超高、混凝土標(biāo)號(hào)均應(yīng)符合設(shè)計(jì)規(guī)定。

2.鋪設(shè)浮置板結(jié)構(gòu)鋼筋網(wǎng),縱橫向鋼筋按要求綁扎搭接,防迷流按要求焊接,并用萬(wàn)能表進(jìn)行電路測(cè)試,每一根縱向鋼筋的電阻值應(yīng)不大于計(jì)算電阻值。

3.基標(biāo)埋設(shè)應(yīng)牢固,精度符合要求,對(duì)于有疑問(wèn)或松動(dòng)的基標(biāo)嚴(yán)禁使用;施工中注意保護(hù)基標(biāo),如發(fā)現(xiàn)基標(biāo)損壞,應(yīng)組織進(jìn)行復(fù)測(cè)修正,在重新測(cè)量復(fù)核前嚴(yán)禁使用松動(dòng)的基標(biāo),以保證施工的精度。

4.道尺使用前應(yīng)校正,精度允許偏差為(+0.5,0)mm,嚴(yán)禁使用未經(jīng)校正的道尺。

5.在施工浮置板基礎(chǔ)砼及側(cè)墻鋪設(shè)隔離層薄膜時(shí),薄膜接縫處采用膠帶粘接。要求接縫應(yīng)粘接牢固,不開(kāi)膠、不露漿。鋪設(shè)接縫應(yīng)讓開(kāi)隔振器底座范圍,保證基礎(chǔ)平整。工作人員在其上施工作業(yè)時(shí),必須輕拿輕放,防止損壞。

6.鋼筋位置應(yīng)畫線定位,嚴(yán)格按圖紙要求綁扎,不得錯(cuò)綁、漏綁;在隔振器外套管周圍綁扎鋼筋時(shí),要避免移動(dòng)隔振器外套筒。

7.安裝模板前要復(fù)查道床標(biāo)高及軌道中心線位置,以確?，F(xiàn)澆浮置板模板安裝正確、牢固,允許偏差為:位置±5mm,垂直度2mm;施工中嚴(yán)禁發(fā)生跑、漲模現(xiàn)象?；炷量箟涸嚰糁媒M數(shù)應(yīng)足夠評(píng)定其強(qiáng)度。

8.防迷流鋼筋焊接采用雙面焊,注意焊縫飽滿焊縫寬度不小于0.8d;高度不得小于0.3d且>6mm;同時(shí)施焊時(shí)采取臨時(shí)的防護(hù)措施(在焊接處塑料薄膜上鋪設(shè)臨時(shí)石棉板),以保證焊接飛濺物不燒穿下面的鋪設(shè)隔離層,從而保護(hù)墊層砼上面的隔離層。

9.注意成品的保護(hù);鋼筋的保護(hù)層滿足設(shè)計(jì)要求,不得小于30mm,不得踩踏。

10.安裝隔振器位置的砼表面一定要平整,平整度要求為±2mm/m2,不滿足要求的必須進(jìn)行打磨處理。注意基礎(chǔ)用硅膠等物密封。

11.模板清理要干凈、安裝要牢固、模板安裝后必需要涂脫模劑且均勻以確保外觀質(zhì)量。

12.浮置板頂升時(shí)注意頂升方向,同時(shí)注意避免頂升過(guò)程中由于高度不均勻引起板內(nèi)產(chǎn)生彎矩與剪力,防止板與板之間的剪力鉸受力變形。

13.注意浮置板砼施工完成后檢查線性變化標(biāo)高線以及套筒周圍砼超出時(shí)應(yīng)進(jìn)行打磨。

14.混凝土泵啟動(dòng)后,注意潤(rùn)管檢查,確認(rèn)混凝土泵和輸送管內(nèi)無(wú)異物后再泵送混凝土,隨澆注進(jìn)程拆下的泵管須立即清理集中堆放。

五、施工難點(diǎn)

斜基面基礎(chǔ)砼不完全超高鋼彈簧浮置板施工難點(diǎn)在于斜基礎(chǔ)砼施工與由于結(jié)構(gòu)變形引起的斷面調(diào)整。

(一)斜基鋼彈簧浮置板基礎(chǔ)施工

斜基面浮置板施工重點(diǎn)在于平整度控制,要求在隔振器位置直徑500mm范圍內(nèi)應(yīng)保證表面平整,其平整度≤1.5mm,垂向公差0～5mm。

隧道測(cè)量認(rèn)定合格后,對(duì)隧道基底各種雜物進(jìn)行清理(馬蹄形和明挖斷面鑿毛孔位1m2不得少于1000個(gè);深度不小于2～8mm);做到表面無(wú)積水和堆積雜物;然后安裝隔振器下方斜基礎(chǔ)局部配筋,施作斜基礎(chǔ)砼與水溝。隧道中心處的矩形縱向排水溝的縱向坡度與線路坡度一致。

1.浮置板斜基礎(chǔ)砼施工控制點(diǎn)在以控制基標(biāo)為基準(zhǔn)點(diǎn)的基礎(chǔ)上,結(jié)合斜基面鋼彈簧浮置板基礎(chǔ)砼施工曲線帶超高性質(zhì)的施工特點(diǎn),綜合考慮對(duì)浮置板斜基礎(chǔ)砼的平面位置進(jìn)行實(shí)地放大樣;沿線路縱向放出水溝、左右股浮置板隔振器軸線,以及在結(jié)構(gòu)上標(biāo)記斜基礎(chǔ)砼的標(biāo)高施工線。其平面位置,主要考慮控制基礎(chǔ)內(nèi)設(shè)置的縱向排水溝中心線,水平標(biāo)高以控制斜基礎(chǔ)砼頂面為主,特別是縱向隔振器位置軸線上標(biāo)高。浮置板斜基礎(chǔ)砼控制平面如圖8所示:

2.斜基礎(chǔ)鋼筋采用洞外制作洞內(nèi)綁扎,制作好的鋼筋通過(guò)汽車吊裝入平板軌道車運(yùn)至浮置板斜基礎(chǔ)施工區(qū)段,然后再通過(guò)小龍門吊運(yùn)輸布放。

3.斜基礎(chǔ)砼一次施工長(zhǎng)度以90～120m為宜,利用放大樣三條軸線與鋼釘方法配合高精度水準(zhǔn)儀測(cè)量控制砼面,側(cè)面采用上述結(jié)構(gòu)標(biāo)高施工標(biāo)記控制。全部澆注完成后,收光抹面不少于2次,抹面時(shí)采用拉弦線控制。在浮置板施工之前再統(tǒng)一復(fù)測(cè),高出誤差范圍的應(yīng)予以打磨;低出部分應(yīng)采用高強(qiáng)沙漿補(bǔ)足;大面平整無(wú)翹曲。

4.為了保證隔振器外套筒施工精準(zhǔn);保證其在浮置板中能充分發(fā)揮隔振器自身功能性。斜基礎(chǔ)施工后隔振器安裝前,先用水準(zhǔn)儀對(duì)斜基面復(fù)測(cè);然后用全站儀初放樣定位并彈以墨線標(biāo)記;再對(duì)隔振器位置標(biāo)高復(fù)測(cè)、打磨或補(bǔ)足、準(zhǔn)確定位。隔振器位置在直徑500mm范圍內(nèi)應(yīng)保證表面平整,其平整度≤1.5mm,垂向公差0～5mm。

5.斜基面砼澆注完成通過(guò)監(jiān)督單位認(rèn)證后鋪設(shè)隔離層,隔離薄膜采用較厚的聚乙烯塑料薄膜,薄膜接縫處采用膠帶粘接。斜基砼施工順序(以盾構(gòu)段為例,馬蹄形與明挖段需要對(duì)基底鑿毛)如圖9所示:

6.為了保證道床排水的暢通,整體道床與浮置板道床排水通過(guò)在斷面變換處設(shè)置橫向水溝過(guò)渡。

(二)鋼彈簧浮置板由于結(jié)構(gòu)變形引起的斷面調(diào)整

由于我國(guó)處于基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的高峰時(shí)代,從目前來(lái)看我國(guó)地鐵行業(yè)普遍處于高風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài),共同特點(diǎn)就是建設(shè)周期短、建設(shè)速度快,行業(yè)界簡(jiǎn)稱“短平快”項(xiàng)目。在這樣的時(shí)代和建設(shè)背景下,必然出現(xiàn)了有些不合理現(xiàn)象,給施工帶來(lái)了較大的安全、技術(shù)風(fēng)險(xiǎn),同時(shí)也增加了施工的難度。普遍存大工后沉降,和結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定現(xiàn)象。在浮置板施工中就因?yàn)楣ず蟛环€(wěn)定的沉降與變形,而設(shè)計(jì)出圖從初步到施工實(shí)施一般很早就做完了,時(shí)間差距拉開(kāi)很大和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況往往有較大出入;尤其是軌道工程。為了滿足現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際施工需求避免再次出圖引起的窩工現(xiàn)象,也引出了施工中的斷面調(diào)整。斷面調(diào)整通常是在工作聯(lián)系單被設(shè)計(jì)各方確認(rèn)后才開(kāi)始的。浮置板中存在的斷面調(diào)整主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面:一是結(jié)構(gòu)上下沉降;二是結(jié)構(gòu)的橫向變形;兩個(gè)方面表現(xiàn)出最明顯的問(wèn)題就是變形后會(huì)導(dǎo)致局部鋼筋外漏,局部鋼筋保護(hù)層太厚。

如圖10所示不難看出,可以通過(guò)正反三角函數(shù)順利的求出RL1與RL2弧長(zhǎng)(∠1=arccos(L1/R),∠2=arccos(L3/R),∠3=∠2-∠1,RL1=∠3x(2∏R/360),RL2計(jì)算方法同RL1),然后比較在等H=740的情況下兩段弧長(zhǎng)不相等,也就說(shuō)明了在圓內(nèi)由于管片的上下沉浮會(huì)導(dǎo)致原設(shè)計(jì)的RL1與RL2出現(xiàn)長(zhǎng)度差,也就出現(xiàn)了鋼筋保護(hù)層太厚與外露的情況,所以在施工浮置板時(shí)出現(xiàn)了斷面調(diào)整,也就是鋼筋的伸縮長(zhǎng)度的調(diào)整,以致于不出現(xiàn)結(jié)構(gòu)施工中的鋼筋外露太長(zhǎng)或鋼筋保護(hù)層太大影響結(jié)構(gòu)的力學(xué)特性、可告性。

六、結(jié)語(yǔ)

盾構(gòu)斜基底(基礎(chǔ)砼不完全超高)浮置板在國(guó)內(nèi)地鐵尚屬首次施工,其質(zhì)量減振體系合理、可靠,施工全過(guò)程可控,符合設(shè)計(jì)及環(huán)評(píng)驗(yàn)收要求,通過(guò)首通段試運(yùn)營(yíng)論證各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)標(biāo)率100%,為以后城市地下軌道減振積累了一定的經(jīng)驗(yàn)。

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