時速160 km城市軌道交通預制板整體道床設(shè)計與施工

張 睿

(中鐵工程設(shè)計咨詢集團有限公司，北京 100055)

1 概述

北京市軌道交通新機場線(以下簡稱“新機場線”)是連接北京大興國際機場與北京市中心城區(qū)的軌道交通線路。新機場線南起大興機場站，途徑大興新城站，北至既有地鐵10號線草橋站[1-2]，線路全長約41.36 km(其中路基及高架段長約17.71 km，地下段長約23.65 km)。新機場線是我國首條設(shè)計速度達160 km/h的軌道交通線，相較于一般的地鐵線，具有行車速度高、環(huán)保要求高、下部基礎(chǔ)復雜、道床形式多樣等特點[3]。

目前，我國城市軌道交通中采用預制板整體道床的有廣州地鐵4號線(最高速度90 km/h)、深圳地鐵7號線(最高速度80 km/h)、上海地鐵18號線(最高速度80 km/h)等，其線路環(huán)境和設(shè)計速度與新機場線差異較大。因此，需要對預制板整體道床的軌道系統(tǒng)進行特殊設(shè)計。

2 普通型預制板整體道床結(jié)構(gòu)

新機場線普通型預制板整體道床設(shè)置于有較大沉降危險性的區(qū)域(包括地下段和路基段)。

2.1 結(jié)構(gòu)組成

以大興機場-大興新城區(qū)間為例，地下線道床由上至下的結(jié)構(gòu)組成為：鋼軌、彈性分開式扣件、預制軌道板(C60)、隔離層及彈性墊層、限位凹槽、自密實混凝土底座(C40)等。其軌道結(jié)構(gòu)高度為650 mm(部分地段為600 mm，通過降低自密實底座實現(xiàn))，其中自密實底座高度為202 mm(部分地段152 mm)，軌道板高度為200 mm。截面形狀見圖1。

圖1 地下線普通型預制板整體道床截面(單位：mm)

路基段道床由上至下的結(jié)構(gòu)組成為：鋼軌、彈性分開式扣件、預制軌道板(C60)、隔離層及彈性墊層、自密實混凝土(C40)、限位凹槽、混凝土底座(C40)等。其軌道結(jié)構(gòu)高度為815 mm(至路基表面)，其中混凝土底座高度為273 mm，自密實混凝土厚度為90 mm，軌道板高度為200 mm。截面形狀見圖2。

圖2 路基段普通型預制板整體道床截面(單位：mm)

2.2 地下線段普通型道床基底結(jié)構(gòu)

(1)自密實混凝土底座頂面距離設(shè)計軌頂面448 mm。自密實底座與軌道板分塊一致。

(2)軌道板尺寸為5 300 mm×2 500 mm×200 mm(長×寬×高)，采用雙向先張預應力體系。板與板之間設(shè)置寬100 mm的板縫。

(3)軌道板下預制限位凸臺。自密實底座采用雙凹槽方案，凹槽尺寸為1 000 mm×700 mm×112 mm(長×寬×深)。兩凹槽中心間距為3.2 m。限位凸臺上粘貼彈性墊層。自密實混凝土底座和軌道板之間設(shè)置4 mm厚的隔離層。

(4)自密實底座于每2塊軌道板對應長度設(shè)置寬20 mm的伸縮縫(伸縮縫材料為聚乙烯泡沫塑料板)，并在伸縮縫頂面及兩側(cè)采用有機硅酮填縫。

(5)曲線超高在自密實混凝土底座上實現(xiàn)，采取降低內(nèi)軌、抬高外軌的方式。

(6)在自密實混凝土底座外側(cè)二次澆筑雙側(cè)水溝，水溝寬200 mm，水溝中心線距離線路中心線1 600 mm，溝底距離設(shè)計軌頂面560 mm。

2.3 路基段普通型道床基底結(jié)構(gòu)

(1)混凝土底座的頂面距離設(shè)計軌頂面563 mm。底座與軌道板分塊一致。

(2)軌道板尺寸為5 300 mm×2 500 mm×200 mm(長×寬×高)，采用雙向先張預應力體系。板與板之間設(shè)置寬136 mm或138 mm的板縫。

(3)軌道板下鋪設(shè)自密實混凝土，設(shè)計厚度為90 mm，長和寬與軌道板對齊。

(4)自密實混凝土和混凝土底座采用限位凹槽的方式進行限位，每塊軌道板下設(shè)兩個凹槽，凹槽尺寸為1 000 mm×700 mm×100 mm(長×寬×深)。兩凹槽中心間距為3.2 m。限位凹槽周圍設(shè)置彈性墊層。自密實混凝土和軌道板之間設(shè)置4 mm厚的隔離層。

(5)混凝土底座在現(xiàn)場構(gòu)筑，于每2塊軌道板對應長度設(shè)置寬度為20 mm的伸縮縫(伸縮縫材料為聚乙烯泡沫塑料板)，并在伸縮縫頂面及兩側(cè)用有機硅酮填縫。

(6)曲線超高在混凝土底座上實現(xiàn)，采取抬高外軌的方式。

3 減振墊浮置板道床(預制板式)

3.1 結(jié)構(gòu)組成

新機場線的減振墊浮置板道床(預制板式)主要設(shè)置在大興新城-草橋區(qū)間，其他區(qū)間和車站亦有少量設(shè)置(為環(huán)評單位要求的減振地段)。斷面形狀為矩形(明挖)及圓形(盾構(gòu))。軌道系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成如下：鋼軌、彈性分開式扣件、預制軌道板(C60)、隔離層及彈性墊層、自密實混凝土(C40)、限位凹槽、隔振墊、混凝土底座(C40)等。

對于矩形隧道，軌道結(jié)構(gòu)高度為890 mm，其中混凝土底座高度為275 mm，隔振墊厚度為27 mm，自密實混凝土厚度為90 mm，軌道板高度為200 mm。對于圓形隧道，軌道結(jié)構(gòu)高度為1 000 mm，其中混凝土底座高度為435 mm，隔振墊厚度為27 mm，自密實混凝土厚度為90 mm，軌道板高度為200 mm。兩種斷面類型的隧道截面形狀見圖3、圖4。

圖3 矩形隧道減振墊浮置板整體道床截面(單位：mm)

圖4 圓形隧道減振墊浮置板整體道床截面(單位：mm)

3.2 基底結(jié)構(gòu)

(1)混凝土底座頂面距離設(shè)計軌頂面565 mm(兩種斷面隧道相同)。底座與軌道板分塊一致。

(2)軌道板尺寸為5 300 mm×2 500 mm×200 mm(長×寬×高)，采用雙向先張預應力體系。板與板之間設(shè)置寬100 mm的板縫。

(3)軌道板下鋪設(shè)自密實混凝土，設(shè)計厚度為90 mm，長和寬與軌道板對齊。

(4)自密實混凝土和混凝土底座采用限位凹槽的方式進行限位，每塊軌道板下設(shè)兩個凹槽，凹槽尺寸為1 000 mm×700 mm×100 mm(長×寬×深)，兩凹槽中心間距為3.6 m。限位凹槽周圍設(shè)置彈性墊層。自密實混凝土和混凝土底座之間設(shè)置4 mm厚的隔離層(土工布)。

(5)底座頂面及限位凹槽底面鋪設(shè)橡膠隔振墊，厚度為27 mm，剛度為0.03 N/mm2，減振效果為-8 dB。減振區(qū)段兩端分別設(shè)長81 m的過渡段(分為三級過渡，每級長約27 m，通過5塊板實現(xiàn))。

(6)混凝土底座在現(xiàn)場澆筑并分段設(shè)置，于每2塊軌道板對應長度設(shè)置寬度為20 mm的伸縮縫(充填材料為聚乙烯泡沫塑料板)，并在伸縮縫頂面及兩側(cè)用有機硅酮填縫。

(7)曲線超高在混凝土底座上實現(xiàn)，采取降低內(nèi)軌、抬高外軌的方式。

4 施工流程

對于地下線普通型預制板整體道床，可將自密實混凝土與底座施工合二為一，即在測量放樣后直接綁扎自密實混凝土底座鋼筋并設(shè)置限位凹槽；而對于路基段普通型預制板整體道床，則需要將底座和自密實混凝土分開施工。

地下線減振墊浮置板道床(預制板式)的施工流程與路基段普通型預制板整體道床大體相同，只是在底座及凹槽施工和自密實混凝土鋼筋綁扎之間增加了橡膠隔振墊安裝的步驟。

三種預制板整體道床的施工流程見圖5。

圖5 三種預制板整體道床施工流程

5 施工工藝

5.1 預應力軌道板

預制軌道板(及板下限位凸臺)在工廠預制，采用雙向先張預應力體系，以“矩陣單元法”的方式生產(chǎn)。

單塊預制軌道板的尺寸為5 300 mm×2 500 mm×200 mm(長×寬×高)，板下限位凸臺的尺寸為700 mm×400 mm×100 mm(長×寬×高)。

5.2 底座及凹槽施工

底座及凹槽的施工流程為：基底植筋→CPⅢ測量放樣→安裝鋼筋網(wǎng)片→安裝底座及凹槽模板→澆筑底座混凝土→混凝土養(yǎng)護→伸縮縫填筑[4]。

(1)基底處理

在預制板整體道床范圍內(nèi)，隧道底板上需要植入錨固深度為110 mm的YG2型M16×245膨脹螺栓，道床內(nèi)鋼筋應與露出結(jié)構(gòu)底板的膨脹螺栓綁扎，沿線路方向按1.2 m/6個進行設(shè)置(沿線路中線對稱布置)。

(2)底座及限位凹槽施工

底座基礎(chǔ)鋼筋為CRB550級冷軋鋼筋，也可采用HRB400級熱軋螺紋鋼筋(現(xiàn)場焊接)。應在焊接網(wǎng)下部網(wǎng)片處放置保護層墊塊(最低數(shù)量為4個/m2)，并確保保護層厚度滿足相關(guān)設(shè)計要求[5]。在曲線超高及緩和曲線地段，應針對超高值相應調(diào)整兩側(cè)的構(gòu)造及立筋尺寸。

(3)底座混凝土澆筑

在完成模板及全部所需鋼筋的安裝后(底座混凝土澆筑之前)，需對其幾何尺寸及高程進行檢查。澆筑時，應注意限位凹槽處不得有過振或漏振等現(xiàn)象發(fā)生。在澆筑過程中，應重點控制混凝土面的高程及平整度。在混凝土強度達到5 MPa后，方可拆除模具；底座混凝土應分區(qū)連續(xù)澆筑，不得出現(xiàn)中斷。

(4)伸縮縫填筑

嵌縫材料為聚苯乙烯，伸縮縫頂面和兩側(cè)填充材料為有機硅酮[6]。底座板伸縮縫的縫槽應保持干燥、潔凈，其表面應平整、連續(xù)，無起皮、剝落現(xiàn)象。聚苯乙烯泡沫塑料應牢固地粘合在縫壁上，嵌填密實且沒有氣泡。

(5)橡膠隔振墊鋪設(shè)

在底座板頂面及限位凹槽底面鋪設(shè)橡膠隔振墊，厚度為27 mm，剛度為0.03 N/mm2。減振區(qū)段兩端分別設(shè)長81 m的過渡段(分為三級過渡，每級長約27 m；由內(nèi)到外，每級剛度為0.06 N/mm2、0.09 N/mm2、0.12 N/mm2)。

5.3 軌道板安裝

(1) 自密實混凝土鋼筋綁扎

在安裝軌道板之前，需要對自密實混凝土層的鋼筋網(wǎng)進行綁扎與置放，并設(shè)置保護層墊塊(確保保護層厚度滿足設(shè)計要求)。為了使縱向鋼筋在軌道板門型筋內(nèi)側(cè)處固定，需采用絕緣卡。

對于地下線普通型預制板整體道床，在其曲線超高及緩和曲線地段，應針對每個超高值相應調(diào)整兩側(cè)的構(gòu)造及立筋尺寸，并設(shè)置限位凹槽，配筋亦需架設(shè)在限位凹槽處。

(2)鋪前準備

根據(jù)施工的需要，將軌道板預先運輸至鋪軌基地。在裝卸車時，需考慮軌道板的鋪設(shè)順序，避免后續(xù)鋪設(shè)時出現(xiàn)二次倒板。軌道板應平整有序地堆放，并以方木支墊[7]。

軌道板運輸?shù)轿缓?，需要對底座板及隔離層表面進行清理。粗鋪前需精確放線，保證粗鋪時軌道板中心線與線路中心線的偏差不大于10 mm。此時，需要預先將支撐墊木放置在底座表面上，其位置為軌道板兩側(cè)端頭處。

(3)軌道板粗鋪

在鋪軌機的運作下，將軌道板吊運至鋪設(shè)位置，再通過人工及粗鋪專用設(shè)備進行初步調(diào)整，使軌道板的橫向偏差不大于5 mm，縱向偏差不大于10 mm，高程偏差不大于5 mm。粗鋪時，應注意軌道板的放置方向，即軌道板接地端子應位于線路外側(cè)。完成粗鋪調(diào)整后，將精調(diào)設(shè)備安裝于軌道板預埋套筒處，撤出支撐墊木，再對軌道板進行精調(diào)。

在新機場線的施工中，引進了自適應輪胎式鋪軌機和混凝土罐車的配合施工，平均鋪設(shè)能力可達到70～80 m/d；新設(shè)備的使用降低了混凝土的倒運頻率，提高了施工效率。

5.4 軌道板精調(diào)

軌道板精調(diào)的流程為：輸入設(shè)計值數(shù)據(jù)→架設(shè)全站儀并校準→安放棱鏡架→精調(diào)固定[8]。后續(xù)需對數(shù)據(jù)進行記錄和復核。

在新機場線的施工中，采用3D精調(diào)器和Leica TS30快速精調(diào)系統(tǒng)對軌道板進行精調(diào)。精調(diào)開始前，需要對粗鋪結(jié)果進行檢查。精調(diào)過程中，要特別注意過渡段的搭接，確保線形平順。

精調(diào)完成后，需對已完成精調(diào)的軌道板進行防護，并設(shè)置跨線通道，防范對軌道板的踩踏或撞擊等行為。如果環(huán)境產(chǎn)生較大溫差變化或放置時間較久，則有必要進行二次調(diào)校。

5.5 自密實混凝土灌注

(1) 模板支護

首先應清理軌道板下的灰塵及其他雜物，依照規(guī)定進行側(cè)面模板和端頭模板的支設(shè)。模板應設(shè)置排氣孔道，采用彈性密封條密封側(cè)面模板和端頭模板。模板安裝完成后，應滿足以下要求：灌注過程中無漏漿現(xiàn)象，拆模后無“爛根”現(xiàn)象。

(2)灌注

應確保底座頂面及隔離層上無積水、灰塵、污垢等；軌道板應以薄膜覆蓋，避免軌道板在灌注過程中受到污染。同時對底座施工質(zhì)量、軌道板精調(diào)結(jié)果、自密實混凝土層厚度進行復測。應使用專門的壓緊裝置固定，并在曲線超高及緩和曲線地段配備防側(cè)移固定裝置[9]。

灌注前，須先制作混凝土試樣(至少3組)，并測定溫度、坍落度、含氣量、泌水率等相關(guān)參數(shù)，符合相關(guān)施工規(guī)范后方可灌注[10]。

灌注過程中，應安排專門的工程師實時監(jiān)查，采用持續(xù)緩慢攪拌的方式注入，以免引發(fā)假凝從而喪失流動性。當注入量接近一半時，注入速度應進一步降低。可通過軌道板2個觀察孔及模板四角排氣孔觀察板下的自密實混凝土流動情況，當自密實混凝土漿面全部越過軌道板面時，應及時關(guān)閉灌注料斗閥門[11]。

自密實混凝土的攪拌時間不宜超過150 min。灌注單塊軌道板混凝土的過程應連續(xù)進行(單塊灌注時間宜為6～12 min)。

灌注完成后，應再次確認起立位置，將灌注口和四角排氣孔處的多余混凝土清除掉，并檢查混凝土有無漏出現(xiàn)象，并及時緊密覆蓋住混凝土的暴露面(用篷布、塑料布等)，防止表面水分蒸發(fā)。

(3) 養(yǎng)護與拆模

待自密實混凝土初凝完成后，應及時涂刷養(yǎng)護液并進行覆蓋養(yǎng)護(14 d是最低的養(yǎng)護時間)。當自密實混凝土強度達到10 MPa且拆模行為不會導致表面及棱角受損時，方可將3D精調(diào)器、壓緊裝置及四周模板拆除[12]。拆模按立模的相反順序進行，當模板與自密實混凝土脫離后，方可將模板完全拆卸[13]。

拆模之后，待自密實混凝土強度值達到設(shè)計值后，軌道板方可承受全部設(shè)計荷載。此時，結(jié)束對自密實混凝土的養(yǎng)護[14-15]。

6 結(jié)束語

新機場線是中國第一條設(shè)計速度達160 km/h的地鐵線，被譽為“北京市軌道交通建設(shè)的里程碑”并于2019年9月底正式開通運營。該線擁有穩(wěn)定、良好的軌道結(jié)構(gòu)，快速、平穩(wěn)的行駛狀態(tài)，安全、先進的運行水平，是對地下線普通型預制板整體道床、路基段普通型預制板整體道床和地下線減振墊浮置板道床設(shè)計和施工的充分肯定。