城市軌道交通新型裝配式無(wú)砟軌道施工技術(shù)研究

李浩宇 王青蕊 馬瑞華

(中鐵十七局集團(tuán)有限公司 山西太原 030006)

1 引言

目前，傳統(tǒng)的城市軌道交通無(wú)砟軌道形式一般為現(xiàn)澆式整體道床結(jié)構(gòu)。現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)混凝土的澆筑工作量較大，混凝土結(jié)構(gòu)有一定的養(yǎng)生周期，施工周期較長(zhǎng)。道床鋼筋綁扎、混凝土澆筑、道床結(jié)構(gòu)養(yǎng)生等質(zhì)量與作業(yè)人員整體素質(zhì)密切相關(guān)，如操作不當(dāng)?shù)来步Y(jié)構(gòu)易出現(xiàn)開(kāi)裂、翻漿冒泥等現(xiàn)象。目前現(xiàn)澆式整體道床結(jié)構(gòu)施工技術(shù)通常采用軌排法，主要依靠人工及小型機(jī)具，施工精度受人為及環(huán)境因素影響比較大?；诖搜邪l(fā)了城市軌道交通新型裝配式無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)。

新型裝配式軌道板采用非預(yù)應(yīng)力框架結(jié)構(gòu)，如圖1所示。其軌道結(jié)構(gòu)采用標(biāo)準(zhǔn)短板通過(guò)裝配形成一定長(zhǎng)度的軌道板，通常每塊標(biāo)準(zhǔn)板板長(zhǎng)設(shè)計(jì)為2.4 m，5塊板通過(guò)板端伸出的鋼筋連接為一體，即形成長(zhǎng)12 m的軌道板，如圖2所示。由于單塊軌道板重量輕，施工運(yùn)輸方便，后期養(yǎng)護(hù)簡(jiǎn)便，需要對(duì)軌道換板維修時(shí)，解鎖已裝配的長(zhǎng)板即可完成對(duì)短板的更換調(diào)整。因此，此新型裝配式無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)對(duì)于我國(guó)城市軌道交通無(wú)砟軌道的發(fā)展具有重要的意義。

圖1 新型裝配式軌道板

圖2 由5塊軌道板裝配后形成的12 m軌道板

2 新型裝配式無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)

2.1 結(jié)構(gòu)組成

城市軌道交通新型裝配式無(wú)砟軌道主要由60 kg/m鋼軌、DTV12型扣件、預(yù)制非預(yù)應(yīng)力框架板、板間裝配結(jié)構(gòu)、后澆筑連接結(jié)構(gòu)、自密實(shí)混凝土填充層、底座等部分組成，如圖3所示。其設(shè)計(jì)新穎、理念獨(dú)特，將軌道結(jié)構(gòu)分為預(yù)制軌道板、自密實(shí)混凝土層和鋼筋混凝土回填層三部分[1]，并且在有高等減振需求時(shí)，可在自密實(shí)混凝土層下部設(shè)置橡膠或聚氨酯減振墊層。對(duì)于連續(xù)結(jié)構(gòu)的無(wú)砟軌道來(lái)說(shuō)，受溫度荷載影響明顯，危害較大。而分塊結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)避免了溫度荷載的危害，在有溫度變化時(shí)，軌道板兩端可以伸縮，釋放溫度應(yīng)力。此軌道板采用框架結(jié)構(gòu)，明顯降低了軌道板混凝土及鋼筋用量，有利于軌道板的運(yùn)輸與精調(diào)施工，降低了運(yùn)輸與精調(diào)成本。通過(guò)裝配式連接形成長(zhǎng)板單元，在軌道板裝配時(shí)可以同時(shí)設(shè)置限位結(jié)構(gòu)，方便后期更換維修?？紤]減振需求時(shí)，可選擇平板結(jié)構(gòu)，并適當(dāng)增加軌道板厚度，增加參振質(zhì)量，同時(shí)可以增加軌道板澆筑連接長(zhǎng)度，進(jìn)一步提升減振效果。

圖3 新型裝配式無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)

2.2 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

城市軌道交通新型裝配式無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)先進(jìn)、構(gòu)成合理，特點(diǎn)突出，有利于提高其施工性和維護(hù)性。主要表現(xiàn)在單元軌道板通過(guò)底面兩排“門(mén)”型鋼筋與帶鋼筋網(wǎng)片的自密實(shí)混凝土層連接，形成復(fù)合結(jié)構(gòu)[2]。可有效控制軌道板離縫和填充層開(kāi)裂等現(xiàn)象，還可起到彌補(bǔ)線下施工誤差的作用，提高了軌道質(zhì)量。此外，單元軌道板外形尺寸更加合理，單元軌道板為框架板，底座設(shè)中心明溝時(shí)，便于檢修，并可降低軌道結(jié)構(gòu)高度；由于單元軌道板長(zhǎng)度短，能夠更好地適應(yīng)線路條件，便于運(yùn)輸和施工；形成長(zhǎng)板后，通過(guò)植筋與下部基礎(chǔ)連接，現(xiàn)澆混凝土，可以起縱橫向限位作用。而且長(zhǎng)軌道板具有更大的軌下質(zhì)量，軌道平順性和穩(wěn)定性顯著提高，在減振地段減振效果得到改善。

3 施工關(guān)鍵技術(shù)

城市軌道交通新型裝配式無(wú)砟軌道鋪設(shè)施工工序?yàn)?施工準(zhǔn)備→線下沉降評(píng)估→軌道精測(cè)網(wǎng)測(cè)設(shè)→隧道基底清理→底座板施工→隔離層鋪設(shè)→鋼筋網(wǎng)安裝→軌道板布設(shè)→軌道板軌排組裝→軌道板軌排粗調(diào)→軌道板縱向連接→軌道板精調(diào)→自密實(shí)混凝土模板安裝→防上浮和側(cè)移裝置安裝→自密實(shí)混凝土灌注→混凝土養(yǎng)護(hù)。

3.1 施工準(zhǔn)備

城市軌道交通新型裝配式無(wú)砟軌道施工前，要評(píng)估隧道土建工程(盾構(gòu)區(qū)間)沉降觀測(cè)情況是否符合規(guī)范要求。對(duì)于評(píng)估結(jié)果符合軌道鋪設(shè)標(biāo)準(zhǔn)的，即可開(kāi)始軌道工程施工。利用區(qū)間測(cè)量控制網(wǎng)測(cè)設(shè)軌道精密控制網(wǎng)，軌道精密控制網(wǎng)一般間隔60 m，成對(duì)布置于盾構(gòu)區(qū)間兩側(cè)管片上。在軌道工程施工前，要組織軌道精密控制網(wǎng)的測(cè)評(píng)，合格后即可進(jìn)行后續(xù)施工。

3.2 底座板施工

軌道底座施工前要徹底清理已安裝好的隧道盾構(gòu)管片，確保無(wú)殘?jiān)⒎e水等。根據(jù)測(cè)設(shè)合格的軌道精密控制網(wǎng)，采用配套儀器放樣管片上底座邊線，并用顏色顯著的涂料畫(huà)出底座邊線，底座模板按畫(huà)出的邊線進(jìn)行布置。按施工圖紙要求放置底座鋼筋網(wǎng)片，其各類(lèi)輔助鋼筋也要符合施工要求。按照隧道管片上已畫(huà)出的模板邊線，對(duì)模板進(jìn)行精確組裝。模板安置時(shí)要牢固可靠，兩塊模板接縫處要處理妥當(dāng)，避免漿液流出，報(bào)檢合格后灌注混凝土。澆筑混凝土前再次清理其范圍內(nèi)的雜物，并對(duì)隧道內(nèi)管片進(jìn)行適量灑水濕潤(rùn)，并再次檢查確認(rèn)模板、鋼筋的位置狀態(tài)，滿足設(shè)計(jì)要求后方可進(jìn)行混凝土施工[3]?；炷翝仓褂帽盟头绞?，底座應(yīng)振搗密實(shí)，表面應(yīng)抹平，施工中應(yīng)嚴(yán)格控制底座標(biāo)高[4-5]。底座混凝土施工完成后，要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件采取相應(yīng)的養(yǎng)護(hù)措施，通常不少于7 d。

3.3 隔離層鋪設(shè)

在隔離層鋪設(shè)前，要檢測(cè)底座混凝土強(qiáng)度，確保其滿足要求后便可鋪設(shè)隔離層[6]。根據(jù)隧道底座形式鋪設(shè)隔離層土工布，由于底座中間有排水溝，土工布在鋪設(shè)時(shí)應(yīng)分別在排水溝兩側(cè)進(jìn)行，內(nèi)側(cè)應(yīng)與自密實(shí)混凝土對(duì)齊，外側(cè)宜寬出自密實(shí)混凝土5 cm左右，待自密實(shí)混凝土外側(cè)模板拆除后切除寬出部分。對(duì)于隔離層土工布的裁剪利用自主研發(fā)的電熱剪刀裝置，裁剪效果良好，裁剪質(zhì)量有保證，方便快捷。此工裝已獲國(guó)家發(fā)明專(zhuān)利授權(quán)(專(zhuān)利號(hào)ZL201410357813.6)[7]。土工布隔離層按施工要求鋪設(shè)完成并檢測(cè)合格后，采用自主研制的臨時(shí)壓緊裝置將土工布?jí)壕o，以防錯(cuò)位。該裝置壓緊效果良好，重復(fù)利用率高。此工裝已獲國(guó)家實(shí)用新型專(zhuān)利授權(quán)(專(zhuān)利號(hào)ZL201420413593.X)[8]。

3.4 鋼筋網(wǎng)片安裝

根據(jù)隧道底座形式定制相應(yīng)的自密實(shí)混凝土鋼筋網(wǎng)片，在底座中心排水溝兩側(cè)分別鋪設(shè)綁扎有支撐墊塊的、預(yù)制的鋼筋網(wǎng)片，其鋪設(shè)空間位置要滿足施工要求。

3.5 軌道板運(yùn)輸

新型裝配式框架板通過(guò)后置式隨車(chē)起重機(jī)進(jìn)行運(yùn)輸，運(yùn)輸至存板場(chǎng)后采用立式存放。為確保軌道板在運(yùn)輸過(guò)程中板垛的穩(wěn)定，不溜滑晃動(dòng)，板間采用2根與軌道板同等寬度的15×15 cm的方木支墊，并且在運(yùn)輸行駛過(guò)程當(dāng)中，汽車(chē)要保持勻速，嚴(yán)禁急轉(zhuǎn)彎。

3.6 軌道板鋪設(shè)

根據(jù)布設(shè)合格的軌道精密控制網(wǎng)及配套設(shè)備測(cè)設(shè)出每塊軌道板的位置，并做好標(biāo)志。在兩側(cè)的盾構(gòu)管片上標(biāo)出標(biāo)高線，以便提高軌道板的初次鋪設(shè)精度。軌道板在工作井處，利用龍門(mén)吊配合專(zhuān)用吊具垂直吊運(yùn)至隧道進(jìn)口或出口處，吊裝前應(yīng)仔細(xì)檢查起吊設(shè)備的狀態(tài)，合格后方可進(jìn)行吊裝。軌道板在盾構(gòu)區(qū)間內(nèi)采用跨線龍門(mén)吊及專(zhuān)用吊具吊運(yùn)至鋪設(shè)作業(yè)面進(jìn)行鋪設(shè)。軌道板粗鋪前應(yīng)查對(duì)好軌道板型號(hào)及表觀質(zhì)量，并將軌道板表面清理干凈。按事先測(cè)設(shè)的軌道板位置安放于隔離層上，軌道板的中線(預(yù)制時(shí)已標(biāo)志)要與底座上的線路中線點(diǎn)重合。在鋪設(shè)時(shí)，軌道板放置在提前擺好的支撐墊木上，墊木高度宜低于自密實(shí)混凝土厚度1 cm，以便施工時(shí)容易取出。軌道板粗鋪結(jié)束后，將25 m新軌鋪于上面，并用扣件與軌道板連接，每個(gè)扣件的扣緊狀態(tài)應(yīng)一致。最后，在每?jī)蓧K軌道板間(間隔為4個(gè)軌枕間距)架設(shè)支撐橫梁用于調(diào)整軌道板空間位置。

3.7 軌道板粗調(diào)及縱向連接

利用底座板上測(cè)設(shè)的中線點(diǎn)、盾構(gòu)管片上標(biāo)注的標(biāo)高點(diǎn)以及預(yù)制軌道板上的中線點(diǎn)，通過(guò)調(diào)節(jié)支撐橫梁的螺桿絲杠來(lái)調(diào)整軌道板空間位置，使其基本位于設(shè)計(jì)位置。粗調(diào)的中線誤差不大于10 mm，水平誤差不大于5 mm。粗調(diào)完成后，將5塊軌道板板端伸出的鋼筋用連接套筒連接，并用自主研制的專(zhuān)用工具鎖緊，使每一聯(lián)(5塊)軌道板形成一個(gè)整體，如圖4所示。

圖4 軌道板縱連

3.8 軌道板精調(diào)

采用測(cè)設(shè)的軌道精密控制網(wǎng)，通過(guò)配套儀器設(shè)備來(lái)精密調(diào)整軌道的空間位置。精調(diào)前，對(duì)測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行檢校，確認(rèn)無(wú)誤后方可開(kāi)始精調(diào)[9]。精調(diào)時(shí)，通過(guò)調(diào)整支撐絲桿和防側(cè)移裝置，精確調(diào)整軌道的平面及高程，使其處于誤差允許范圍值以內(nèi)。軌道板精調(diào)結(jié)束后，應(yīng)放置防護(hù)標(biāo)志，防止人員踩踏。對(duì)已精調(diào)好而又未澆筑自密實(shí)混凝土長(zhǎng)時(shí)間放置的軌道板，或其它原因可能造成軌道板空間位置發(fā)生改變時(shí)，要重新進(jìn)行精調(diào)測(cè)量，直至其精度滿足要求后，才可進(jìn)行自密實(shí)混凝土灌注施工。

3.9 自密實(shí)混凝土側(cè)模、防上浮裝置安裝

精調(diào)完成后，安裝自密實(shí)混凝土內(nèi)側(cè)模板。內(nèi)側(cè)模板采用自主研發(fā)的內(nèi)模，該內(nèi)?？赏耆苜N于底座板和軌道板間，防止自密實(shí)混凝土灌注過(guò)程中漏漿。自密實(shí)混凝土外側(cè)模板則用鋼模制成，并貼有模板布，外模板高度宜高于軌道板底面3～5 cm。外側(cè)模板安裝時(shí)應(yīng)密貼軌道板側(cè)面，并支撐牢固，防止自密實(shí)混凝土層出現(xiàn)外凸或內(nèi)陷。而且要避免碰撞軌道的支撐系統(tǒng)，以免破壞精調(diào)成果，影響施工精度。自密實(shí)混凝土側(cè)模安裝完成后，要對(duì)軌道再次進(jìn)行復(fù)測(cè)，以防止模板安裝過(guò)程中影響軌道的精度。為了避免軌道板精調(diào)后受到外部擾動(dòng)和自密實(shí)混凝土灌注時(shí)軌道板上浮或側(cè)移超限，軌道板精調(diào)定位后應(yīng)及時(shí)安裝軌道板限位裝置。

3.10 自密實(shí)混凝土灌注

自密實(shí)混凝土灌注前要確認(rèn)軌道板幾何形位滿足施工要求，檢查頂緊工裝的受力情況是否滿足要求，確定封邊模具安裝安全可靠。檢測(cè)混凝土的拌合物溫度、坍落擴(kuò)展度、T500、泌水率和含氣量[10]。當(dāng)拌合物性能指標(biāo)符合要求時(shí)方可灌注。采用軌道運(yùn)輸車(chē)將自密實(shí)混凝土料斗運(yùn)送至已完成的施工段落，用跨線小型龍門(mén)吊運(yùn)輸至灌注現(xiàn)場(chǎng)。自密實(shí)混凝土灌注需采用漏斗進(jìn)行，由每?jī)陕?lián)板端的后澆帶處灌入，在另一端的后澆帶處觀察[11]。當(dāng)自密實(shí)混凝土灌注至一端的端板處時(shí)，應(yīng)降低灌注速度，直至充滿軌道板下空隙后澆筑完成。自密實(shí)混凝土施工完成后應(yīng)及時(shí)保濕養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)時(shí)間不得少于14 d[12]。

4 結(jié)論

新型裝配式無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)由我國(guó)自主研發(fā)，能夠滿足我國(guó)城市軌道交通工程的遠(yuǎn)期輸送能力要求。其裝配式框架軌道板預(yù)制標(biāo)準(zhǔn)化、進(jìn)度可控化，并且環(huán)境影響小，提升了軌道交通的施工工藝水準(zhǔn)和軌道工程施工的機(jī)械化水平，提高了工程文明施工質(zhì)量。并且，此軌道結(jié)構(gòu)能夠保證列車(chē)運(yùn)行安全、平穩(wěn)，旅客乘坐舒適，而且結(jié)構(gòu)構(gòu)造簡(jiǎn)單、施工方便、維修少，部件結(jié)構(gòu)通用性和互換性強(qiáng)，是城市軌道交通軌道結(jié)構(gòu)發(fā)展的趨勢(shì)，具有廣闊的發(fā)展前景。