北京地鐵7號(hào)線北京西站既有結(jié)構(gòu)無(wú)枕式整體道床設(shè)計(jì)

馮 健

(中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司，北京 100055)

北京地鐵7號(hào)線北京西站既有結(jié)構(gòu)無(wú)枕式整體道床設(shè)計(jì)

馮 健

(中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司，北京 100055)

無(wú)枕式整體道床是地鐵工程建設(shè)中的一種特殊軌道結(jié)構(gòu)形式，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)高、施工難度大。結(jié)合北京地鐵7號(hào)線北京西站既有結(jié)構(gòu)的工程特點(diǎn)，詳細(xì)介紹無(wú)枕式整體道床設(shè)計(jì)方案，并提出了相關(guān)的施工方法、注意事項(xiàng)。

北京地鐵7號(hào)線 整體道床 無(wú)枕式

1 概述

北京地鐵7號(hào)線起點(diǎn)位于北京最大的鐵路交通樞紐—北京西站，以地下線方式敷設(shè)，線路全長(zhǎng)23.65 km，終點(diǎn)為焦化廠站。北京西站及其兩端區(qū)間矩形隧道結(jié)構(gòu)是在上世紀(jì)90年代國(guó)鐵北京西客站建設(shè)時(shí)設(shè)置的預(yù)留結(jié)構(gòu)，起止里程K0+177.6～K1+026.168，長(zhǎng)度約為850 m，其中南段區(qū)間矩形隧道位于半徑300 m的曲線上。當(dāng)時(shí)根據(jù)北京地鐵1、2號(hào)線3.5 m高的鼓型車限界設(shè)計(jì)的隧道凈空高度為4 400 mm，而目前7號(hào)線的車輛選型為標(biāo)準(zhǔn)B型車，車輛高為3 800 mm，設(shè)備限界為3 927 mm，按照地下線標(biāo)準(zhǔn)軌道結(jié)構(gòu)高度560 mm計(jì)算，所需隧道結(jié)構(gòu)凈空最小高度為4 587 mm，出現(xiàn)“小洞跑大車”問(wèn)題。

2 既有結(jié)構(gòu)分析

針對(duì)北京西站既有結(jié)構(gòu)的工程情況，可選的解決方案大致有以下三種。

方案一：本線改用非標(biāo)準(zhǔn)B型車。

方案二：將既有隧道結(jié)構(gòu)底板進(jìn)行改造，滿足軌道結(jié)構(gòu)高度要求。

方案三：將軌道結(jié)構(gòu)高度降低，滿足限界要求。

方案一是將標(biāo)準(zhǔn)B型車進(jìn)行改造，降低車輛高度，滿足限界要求，但成本較高，且車輛類型不統(tǒng)一，不利于北京地鐵線網(wǎng)的運(yùn)營(yíng)和管理；方案二改造北京西站既有隧道結(jié)構(gòu)，但實(shí)施有難度，存在一定的風(fēng)險(xiǎn)；方案三軌道施工難度較大，軌道結(jié)構(gòu)安全性存在一定的安全隱患，對(duì)運(yùn)營(yíng)養(yǎng)護(hù)維修造成較大的影響。

通過(guò)以上方案分析，軌道專業(yè)建議按照方案二進(jìn)行實(shí)施，對(duì)既有隧道結(jié)構(gòu)底板進(jìn)行改造，滿足標(biāo)準(zhǔn)軌道結(jié)構(gòu)所需的高度要求。結(jié)構(gòu)專業(yè)反饋，既有結(jié)構(gòu)上方為國(guó)鐵北京西客站站房和鐵路，改造風(fēng)險(xiǎn)大。最終在征求各方意見(jiàn)以后，軌道專業(yè)按照降低軌道結(jié)構(gòu)高度的方法實(shí)施，但是結(jié)構(gòu)專業(yè)也需要采取一定的改造措施，滿足軌道結(jié)構(gòu)最低的高度要求。

3 地鐵建設(shè)中同類工程問(wèn)題處理方案

在國(guó)內(nèi)地鐵工程建設(shè)中，曾遇到類似需要降低軌道結(jié)構(gòu)高度為車輛運(yùn)行提供更多空間的工程先例。

上海市軌道交通11號(hào)線北段工程支線國(guó)際賽車場(chǎng)地下區(qū)間為已建成區(qū)間矩形隧道，2006年1月發(fā)現(xiàn)該段隧道結(jié)構(gòu)發(fā)生了變形，出現(xiàn)不同程度的沉降和隆起，經(jīng)測(cè)量最大下沉約為190 mm，最大隆起約108 mm，嚴(yán)重侵限，造成建筑限界不能滿足設(shè)計(jì)要求。為尋求解決方案，項(xiàng)目公司和相關(guān)單位組織召開(kāi)了幾次討論會(huì)，經(jīng)軌道專業(yè)內(nèi)部方案討論，提出該地段整體道床采用特殊設(shè)計(jì)的現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)形式，取消預(yù)制混凝土長(zhǎng)軌枕，直接在道床澆筑前將扣件套管和接觸軌支架的聯(lián)接件預(yù)埋在道床內(nèi)，使變形后的洞體仍能滿足行車限界的要求。施工前，要求結(jié)構(gòu)專業(yè)對(duì)侵限地段進(jìn)行改造，滿足軌道最低結(jié)構(gòu)高度440 mm的要求。竣工開(kāi)通運(yùn)營(yíng)以來(lái)，該段軌道結(jié)構(gòu)使用狀況良好。

此外，天津地鐵1號(hào)線下穿子牙河地段隧道結(jié)構(gòu)施工過(guò)程中，由于下部土體發(fā)生液化，隧道洞體局部產(chǎn)生下沉，最大沉降量超過(guò)300 mm，也是采用上述方式，將沉降地段兩段的軌道結(jié)構(gòu)高度從560 mm減小到370 mm，使變形后的洞體仍能滿足行車限界的要求。

4 理論分析下的軌道結(jié)構(gòu)高度

限界設(shè)計(jì)的隧道凈空高度為4 400 mm，北京7號(hào)線的車輛選型為標(biāo)準(zhǔn)B型車，車輛高3 800 mm，設(shè)備限界為3 927 mm，根據(jù)《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50157—2003)第4.1.5條建筑限界和設(shè)備限界之間的間隙困難條件下不得小于100 mm的規(guī)定，考慮建筑限界和設(shè)備限界之間的間隙為103 mm，因此軌道結(jié)構(gòu)高度最大只能設(shè)為370 mm(4 400-3 927-103=370 mm)。

5 整體道床結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及其關(guān)鍵點(diǎn)

北京西站及其兩端區(qū)間既有矩形隧道結(jié)構(gòu)的道床采用類似上海地鐵11號(hào)線、天津地鐵1號(hào)線子沉降段的無(wú)枕式整體道床方案，見(jiàn)圖1。

圖1 無(wú)枕式整體道床結(jié)構(gòu)橫斷面(單位：mm)

根據(jù)既有結(jié)構(gòu)測(cè)量結(jié)果，在與線路、限界、結(jié)構(gòu)等專業(yè)協(xié)商后，確定預(yù)留軌道結(jié)構(gòu)高度由標(biāo)準(zhǔn)的560 mm壓縮至330 mm，道床厚度也由300 mm左右減至110 mm。

5.1 鋼軌和扣件

直線地段采用60 kg/m鋼軌，材質(zhì)為U71Mn，小半徑曲線地段采用全長(zhǎng)U71Mn淬火鋼軌。普通地段采用ZX-3型扣件，減振地段采用LORD扣件，均按1 840對(duì)/km鋪設(shè)。

5.2 道床

提高混凝土強(qiáng)度等級(jí)，采用C40混凝土。布置單層φ14 mm道床鋼筋，鋼筋等級(jí)為HRB400。鋼筋間距進(jìn)行加密處理，以加強(qiáng)道床結(jié)構(gòu)的整體性，防止道床混凝土減薄后，在列車動(dòng)載作用下產(chǎn)生裂縫。

5.3 聯(lián)結(jié)鋼筋

結(jié)構(gòu)底板需植入φ14 mm豎向聯(lián)結(jié)鋼筋，以加強(qiáng)道床與結(jié)構(gòu)的聯(lián)接，避免道床重量太輕，發(fā)生與結(jié)構(gòu)底板剝離。植筋膠必須采用A級(jí)膠，鋼筋位置以線路中心線為基準(zhǔn)線確定，一般橫向每排設(shè)置9根，縱向間距為300 mm，植入深度為150 mm，外露長(zhǎng)度70 mm，鋼筋鉤平行于線路。

5.4 排水

既有結(jié)構(gòu)段道床混凝土厚度相對(duì)較小，若排水不利，道床會(huì)長(zhǎng)期積水，在列車動(dòng)載作用下，會(huì)加劇對(duì)道床的損害，影響軌道結(jié)構(gòu)的安全穩(wěn)定性，這也是設(shè)計(jì)中的難點(diǎn)之一。綜合考慮以上因素，以既有結(jié)構(gòu)表面為排水溝，排水溝縱坡與線路縱坡一致。為避免水通過(guò)水溝與隧道側(cè)壁的縫隙滲入道床底部，在排水溝與道床側(cè)銜接處均涂刷防水材料，防水材料選用彈性防水材料——聚合物水泥防水砂漿，這種材料在水溝與隧道側(cè)壁之間存在微小縫隙時(shí)，能有效阻止水的滲入。

5.5 接觸軌

本工程采用1 500 V接觸軌的供電方式，普通地段采用接觸軌與走行軌合架的方式，考慮到既有結(jié)構(gòu)段道床混凝土較薄，既有結(jié)構(gòu)段采用膨脹螺栓將絕緣支撐的底座直接固定在整體道床上，位置統(tǒng)一安裝在曲線外側(cè)。

6 整體道床施工工藝

6.1 基底處理

無(wú)枕式整體道床施工前，應(yīng)對(duì)基底進(jìn)行密集鑿毛，并用高壓水或高壓風(fēng)沖洗底板。為避免其他地段的污水污染，在端部筑堰排污，做到施工段內(nèi)無(wú)積水、無(wú)廢渣。

6.2 鋪軌

無(wú)枕式整體道床施工方法采用“散鋪架軌法”進(jìn)行施工。首先將鋼軌用鋼軌支撐架固定好，并進(jìn)行粗調(diào)。然后按設(shè)計(jì)要求組裝扣件，安裝扣件及預(yù)埋套管，要求兩股鋼軌上扣件中心線與線路中線垂直安裝，距離允許偏差≤10 mm，預(yù)埋套管底部中心歪斜不超過(guò)2 mm。

6.3 鋼筋布置

鋼筋網(wǎng)在基地集中加工，施工現(xiàn)場(chǎng)綁扎焊接。施工時(shí)確?；炷帘Ｗo(hù)層厚度不小于30 mm，嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行焊接，每段道床塊兩端的第一根橫向鋼筋為50 mm×8 mm的扁鋼，并保證扁鋼與所有縱向鋼筋焊接，保證各縱向鋼筋的電氣連續(xù)。

6.4 混凝土澆筑

模板立完后按設(shè)計(jì)和規(guī)范的要求對(duì)軌道幾何狀態(tài)進(jìn)行粗調(diào)、細(xì)調(diào)、精調(diào)，合格后，再進(jìn)行混凝土澆筑?；炷翝仓r(shí)采用插入式振搗棒振搗，嚴(yán)禁振搗器觸及鋼軌支撐架及模板。為防止扣件歪斜，承軌臺(tái)下方范圍內(nèi)的混凝土應(yīng)保證平整，這也是施工中的難點(diǎn)之一，后期抹面處理中應(yīng)予以特別重視。

7 結(jié)束語(yǔ)

總體來(lái)講，無(wú)枕式整體道床在城市軌道交通建設(shè)中屬于一種特殊軌道結(jié)構(gòu)，是為了解決隧道空間不滿足限界要求時(shí)的一種特殊做法。通過(guò)北京地鐵7號(hào)線無(wú)枕式整體道床的研究分析，為該軌道結(jié)構(gòu)在國(guó)內(nèi)其他城市軌道交通工程中的應(yīng)用提供了借鑒。

[1] 北京城建設(shè)計(jì)研究總院.GB50157—2003地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2003

[2] 中華人民共和國(guó)鐵道部.TB10082—2005鐵路軌道設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國(guó)鐵道出版社，2003

[3] 北京城建設(shè)計(jì)研究總院.GB50299—2003地下鐵道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范[S].北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2003

[4] 中國(guó)人民共和國(guó)建設(shè)部.GB50010—2010混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2002

[5] 高智峰，朱勇堅(jiān).北京市軌道交通昌平線高架橋無(wú)枕式整體道床施工技術(shù)[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2011(1)：88-93

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FENG Jian

2013-12-06

馮 健(1983—)，男，2004年畢業(yè)于西南交通大學(xué)土木工程專業(yè)，工學(xué)學(xué)士，工程師。

1672-7479(2014)01-0105-02

U231+.1； U213.2+41

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