地鐵軌道結(jié)構(gòu)澆筑自密實(shí)混凝土的施工技術(shù)研究

溫榮琦

摘要：簡(jiǎn)述了自密實(shí)混凝土的性能和用途，闡述了自密實(shí)混凝土的配制、運(yùn)輸和澆筑技術(shù)以及自密實(shí)混凝土施工要點(diǎn)，進(jìn)行了地鐵軌道受力分析，通過(guò)地鐵工程實(shí)例驗(yàn)證了本文所述自密實(shí)混凝土的施工技術(shù)提高了軌道抗壓強(qiáng)度，滿足了地鐵列車提高運(yùn)行速度的需要。

關(guān)鍵詞：地鐵軌道；自密實(shí)混凝土；澆筑施工；技術(shù)研究

0? ?引言

軌道交通在大城市發(fā)展迅速，其優(yōu)點(diǎn)是節(jié)省土地空間、縮短交通時(shí)間、減少環(huán)境污染和提高乘客流量[1]。然而，目前的地鐵工程通常使用整體式現(xiàn)澆道床，存在施工強(qiáng)度大、施工場(chǎng)地小、安全風(fēng)險(xiǎn)高以及后續(xù)維護(hù)困難等缺點(diǎn)。

近年我國(guó)開發(fā)出一種在城市軌道交通工程中自密實(shí)混凝土澆筑施工技術(shù)，具有中國(guó)知識(shí)產(chǎn)權(quán)[2]。與國(guó)外軌道板技術(shù)相比，我國(guó)開發(fā)的第三類板件采用自密實(shí)混凝土，而不是CA（水泥瀝青）砂漿，與最初的技術(shù)相比，降低了施工過(guò)程中對(duì)環(huán)境溫度的要求[3]。本文在實(shí)踐中以地鐵工程施工技術(shù)為基礎(chǔ)，對(duì)地鐵軌道結(jié)構(gòu)中采取的自密實(shí)混凝土的施工技術(shù)要點(diǎn)進(jìn)行了闡述。

1? ?自密實(shí)混凝土性能和用途

自密實(shí)混凝土是具有高流動(dòng)性、均勻性和穩(wěn)定性，澆筑時(shí)無(wú)需外力振搗，能夠在自身重力作用下流動(dòng)和密實(shí)的混凝土。自密實(shí)混凝土用于地鐵軌道板與底座板（道床）之間的填充層，具有支撐、限位、調(diào)整軌道板標(biāo)高等功能。根據(jù)地鐵板式無(wú)砟軌道的實(shí)際需求，確定自密實(shí)混凝土配比。自密實(shí)混凝土的性能、環(huán)境控制指標(biāo)以及施工過(guò)程的損失值，應(yīng)通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定。

2? ?自密實(shí)混凝土配制運(yùn)輸澆筑技術(shù)

2.1? ?自密實(shí)混凝土配制

為了滿足地鐵軌道特定的強(qiáng)度和耐久性要求，選擇適宜的方案進(jìn)行自密實(shí)混凝土配制，如提高填充率、減少堿含量和氯離子含量[4]。在進(jìn)行配比試驗(yàn)時(shí)，必須進(jìn)行減水劑和水泥的調(diào)整試驗(yàn)，攪拌后的混凝土不得析水和泌漿。為防止混凝土固化過(guò)程中的析出現(xiàn)象，應(yīng)添加足量的分散劑，并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)操作距離和使用要求，相應(yīng)調(diào)整固化的具體時(shí)間。

在達(dá)到上述要求后，在地鐵施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行工藝性澆筑試驗(yàn)，并根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果調(diào)整混凝土配比。在確定混凝土比例時(shí)，應(yīng)使用絕對(duì)體積法進(jìn)行設(shè)計(jì)或計(jì)算，以確?；炷恋某煞诌_(dá)到最佳配比狀態(tài)[5]。在研究混凝土組成材料配比的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步研究其與添加劑和用水量之間的關(guān)系，最終形成合格的自密實(shí)混凝土。自密實(shí)混凝土配比參考值如表1所示，自密實(shí)混凝土主要性能指標(biāo)如表2所示。

2.2? ?自密實(shí)混凝土運(yùn)輸

自密實(shí)混凝土拌合后，由混凝土攪拌運(yùn)輸車運(yùn)輸?shù)降罔F施工現(xiàn)場(chǎng)的下料口。在運(yùn)輸過(guò)程中，應(yīng)采取措施保持（或降低）溫度和濕度。使用直徑為300mm鋼管制成的管道，將自密實(shí)混凝土從地面垂直輸送到地下，然后水平輸送到作業(yè)面，此過(guò)程盡可能避免泵送。

應(yīng)計(jì)算自密實(shí)混凝土從開始混合到混合結(jié)束的時(shí)間，該過(guò)程通常不應(yīng)超過(guò)60min。在使用混凝土攪拌運(yùn)輸車運(yùn)輸時(shí)，罐體應(yīng)保持低速運(yùn)轉(zhuǎn)，在輸送自密實(shí)混凝土之前進(jìn)行20～30s高速旋轉(zhuǎn)。在將其運(yùn)輸?shù)降罔F施工現(xiàn)場(chǎng)的地面時(shí)，測(cè)量其含氣量應(yīng)≥3%，塌落擴(kuò)展度為650～700mm，T50擴(kuò)展時(shí)間為3～4s，溫度為5～30℃。應(yīng)使用特定類型的施工車進(jìn)行自密實(shí)混凝土的地下運(yùn)輸，該施工車應(yīng)滿足地下雙向運(yùn)輸功能。施工現(xiàn)場(chǎng)的雙向運(yùn)輸施工車如圖1所示。

2.3? ?自密實(shí)混凝土澆筑

當(dāng)施工車處于施工位置時(shí)，必須將自密實(shí)混凝土拌合20～30s，然后才可進(jìn)行澆筑。在自密實(shí)混凝土灌入管道之前，要驗(yàn)證其是否因延時(shí)產(chǎn)生積水，若有積水必須立即清除干凈，還要進(jìn)行氣體含量測(cè)試，以滿足其性能指標(biāo)。在自密實(shí)混凝土灌入管道后，其流量應(yīng)控制在0.14～0.23m3/min之間。

地鐵一般采用CRTS Ⅲ型板式無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)，其軌道板與自密實(shí)混凝土形成復(fù)合板。一個(gè)軌道板位置的自密實(shí)混凝土用量應(yīng)控制在1.4m3，所用時(shí)間應(yīng)控制在6～10min。如果流速過(guò)快，容易導(dǎo)致軌道堵塞；如果流速太慢，容易導(dǎo)致流量不足。

每個(gè)軌道板位置的自密實(shí)混凝土應(yīng)在一個(gè)灌入口一次性填充，而不是填充兩次。當(dāng)自密實(shí)混凝土從所有排氣管冒出時(shí)，即可停止?jié)仓?。在混凝土澆筑后重載3h內(nèi)，不得拆除防滲漏管道和監(jiān)測(cè)管道。

3? ?自密實(shí)混凝土施工要點(diǎn)

3.1? ?控制混凝土性能指標(biāo)

作為軌道板與底座板之間的填充層，自密實(shí)混凝土層的面積大、厚度小、流動(dòng)距離長(zhǎng)，且與底座板的凹槽緊密結(jié)合。自密實(shí)混凝土的坍落擴(kuò)展度應(yīng)控制在合理范圍內(nèi)。一般情況下，其入口位置為630～680mm。

在裝載自密實(shí)混凝土之前，應(yīng)檢查塌落擴(kuò)展度、T50擴(kuò)展時(shí)間、含氣量和傾斜度。只有檢查合格后，才可進(jìn)行裝載。在澆筑混凝土?xí)r，其溫度必須控制在5～30℃之間，與運(yùn)輸車罐體的溫差不得超過(guò)15℃。夏季應(yīng)采取降溫措施，冬季環(huán)境溫度較低時(shí)應(yīng)采取保溫措施。應(yīng)觀察細(xì)分區(qū)域中未檢測(cè)到的環(huán)境溫度，如果溫度低于5℃，必須停止施工。

在軌道板裝配施工過(guò)程中，為了確保混凝土均勻，混凝土流動(dòng)的時(shí)間不得超過(guò)7s，為了保證混凝土強(qiáng)度和外觀質(zhì)量，氣體含量不得低于3%，也不得超過(guò)6%。

3.2? ?嚴(yán)控澆筑流程

當(dāng)混凝土運(yùn)輸車到達(dá)施工現(xiàn)場(chǎng)時(shí)，必須在卸載之前以20～30s/min的速度旋轉(zhuǎn)其罐體?？紤]到相關(guān)車輛的運(yùn)輸特性和自密實(shí)混凝土強(qiáng)大的流動(dòng)性，長(zhǎng)時(shí)間旋轉(zhuǎn)的部分混凝土流動(dòng)總量可能偏大，因此建議棄除混凝土料頭，并仔細(xì)觀察混凝土是否在滲出或完全沉降，如果有滲出現(xiàn)象，禁止進(jìn)入澆筑模具。

在澆筑施工過(guò)程中應(yīng)密切監(jiān)測(cè)混凝土流速，這對(duì)澆筑結(jié)果至關(guān)重要。每罐自密實(shí)混凝土的輸送時(shí)間控制在7～15min，不要太快，也不要太慢。混凝土從自動(dòng)攪拌到澆筑結(jié)束的時(shí)間應(yīng)控制在120min之內(nèi)。當(dāng)時(shí)間超過(guò)120min時(shí)，應(yīng)檢查混凝土情況。如果混凝土是合格的，則可以繼續(xù)入模。如果不合格，必須棄除。自密實(shí)混凝土澆筑的每個(gè)軌道板，應(yīng)沿著一個(gè)方向澆筑，不允許二次澆筑。澆筑完工后，保濕養(yǎng)護(hù)累計(jì)時(shí)間不少于14d。達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，軌道板才可承受全部設(shè)計(jì)荷載。

4? ?地鐵軌道受力分析

4.1? ?受力參數(shù)

地鐵軌道的靜力計(jì)算采用二次計(jì)算法。用于計(jì)算的線路條件為：線路半徑為1200m，鋼軌為高錳鋼U75V型，鋼軌標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度為25m，鋼軌質(zhì)量為60kg/m，軌枕間距為600mm，鋼軌支點(diǎn)彈性系數(shù)取值為70000N/mm，地鐵列車以5km/h的速度運(yùn)行。此時(shí)地鐵軌道載荷如圖2所示。

4.2? ?受力計(jì)算方法

計(jì)算鋼軌基礎(chǔ)彈性模量的公式如下：

（1）

式（1）中：k為鋼軌基礎(chǔ)彈性模量；D為鋼軌支點(diǎn)彈性系數(shù)，取值70000N/mm；α為軌枕間距，取值600mm。在此基礎(chǔ)上，計(jì)算鋼軌基礎(chǔ)與鋼軌的剛比系數(shù)的公式如下：

（2）

式（2）中：β為軌道基礎(chǔ)與鋼軌的剛比系數(shù)；E為鋼軌垂向抗彎剛度，取值2.1×105MPa；I為軌道相對(duì)于水平中性軸的慣性矩，取值32170000mm。鋼軌荷載Pz的表達(dá)式：

Pz=? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（3）

式（3）中：P為每條鋼軌的載荷，x為每條鋼軌位置與計(jì)算截面m之間的距離。鋼軌載荷的最大值取185.12kN，該取值用于計(jì)算地鐵列車行駛時(shí)對(duì)鋼軌的動(dòng)壓。根據(jù)地鐵列車運(yùn)行工況下鐵路低速應(yīng)力系數(shù)，計(jì)算速度系數(shù)α：

（4）

計(jì)算鋼軌的偏載系數(shù)βp：

（5）

在式（4）和（5）中，v為地鐵列車速度，△h為外部軌道高度?；谏鲜鲇?jì)算結(jié)果，使用下列公式計(jì)算軌道板頂面上的應(yīng)力σb：

（6）

式（3）中：m為底座板（道床）分布不均勻系數(shù)，α是鋼軌下部寬度，單位為mm；b是道床支撐的有效長(zhǎng)度，單位為mm。

5? ?施工技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用

5.1? 工程概況

北京地鐵某工程途經(jīng)大興區(qū)和豐臺(tái)區(qū)，軌道全長(zhǎng)41km，設(shè)計(jì)時(shí)速為160km。通過(guò)提高設(shè)計(jì)時(shí)速，該地鐵線路對(duì)軌道的穩(wěn)定性、耐久性和減振性提出了更高的要求。特別是在敏感的城市地區(qū)，傳統(tǒng)形式的軌道不符合運(yùn)行和環(huán)保要求。為此，應(yīng)用本文提出的上述施工技術(shù)，對(duì)其軌道進(jìn)行自密實(shí)混凝土澆筑施工。

5.2? 應(yīng)用結(jié)果

完工后的該地鐵軌道結(jié)構(gòu)，自下而上主要由鋼筋混凝土底座板（道床）、自密實(shí)混凝土填充層、鋼筋混凝土軌道板和鋼軌等組成。經(jīng)澆筑后的過(guò)程檢測(cè)，其自密實(shí)混凝土填充層的抗壓強(qiáng)度明顯提高。3種施工方法的自密實(shí)混凝土填充層的抗壓強(qiáng)度比較如表3所示。

5.3? 應(yīng)用結(jié)果分析

通過(guò)對(duì)該地鐵軌道應(yīng)用本文所述自密實(shí)混凝土填充層的施工技術(shù)，與兩種傳統(tǒng)施工技術(shù)進(jìn)行比較，可以得出以下結(jié)論：本文所述施工技術(shù)在澆筑完成后的2天即可滿足通車條件，而傳統(tǒng)方法則需要3天以上。從總體施工情況來(lái)看，本文所述施工技術(shù)提高了軌道抗壓強(qiáng)度，滿足了地鐵列車提高運(yùn)行速度的需要，具有明顯優(yōu)勢(shì)。

6? ?結(jié)束語(yǔ)

本文在研究自密實(shí)混凝土配制、運(yùn)輸和澆筑技術(shù)的基礎(chǔ)上，提出了自密實(shí)混凝土澆筑施工要點(diǎn)，分析了地鐵軌道受力情況，通過(guò)地鐵軌道施工實(shí)例驗(yàn)證了本文提出的自密實(shí)混凝土澆筑施工技術(shù)提高了軌道施工質(zhì)量，滿足了軌道強(qiáng)度要求，為城市軌道交通建設(shè)提供了參考。

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