彈簧浮置板軌道結構新技術

王 建

(隔而固(青島)振動控制有限公司，山東青島 266108)

1 線路背景

北京市軌道交通大興線北起地鐵4號線公益西橋站,南至大興區南兆路。與地鐵4號線共同構成貫穿北京南北向的軌道交通主干線。大興線沿線經過豐臺區南苑西、大興區西紅門、大興新城主城區、大興新城核心區、大興區生物醫藥基地等地區,新建車站11座,其中地下車站10座,高架車站1座。

亦莊線是連接北京市中心城和亦莊新城的軌道交通線路。線路起點位于地鐵5號線宋家莊站,終點至亦莊火車站。沿線經過小紅門、舊宮、開發區、次渠等地區。全長23.23 km,共設車站14座,其中地下車站6座,高架車站8座。

2 減振要求

根據環評結果,兩條線路中,大興線特殊減振地段為5處,單線總長約3.1 km；亦莊線特殊減振地段為5處,單線總長約4.2 km。保護目標涵蓋了小區、酒店、政府機關、醫院、古建筑等不同的建筑形式。隧道包含盾構、明挖、暗挖等不同的結構形式。兩線路鋪軌的工期非常緊張,其設計條件又不盡相同。這一系列的因素對于彈簧浮置板的結構設計、產品選型、配套產品、施工工藝等一系列方面提出了較高的要求。

3 基底超高技術

在盾構隧道的緩和曲線及圓曲線地段采用線路超高在基底實現的方法,如圖1所示。如此以來,可以在整個隔振地段統一道床形式、浮置板道床鋼筋以及隔振器的規格。大大降低了浮置板鋼筋加工及隔振器生產的復雜程度,在隧道出現偏差時設計及施工調整的工作量及工程量也明顯減少。自上海地鐵10號線開始推廣采用該設計模式以來的統計表明,該技術可以使浮置板的鋼筋種類減少70%以上,隔振器規格減少90%以上,工程進度由5 m/d增加至50 m/d。

圖1 大興線盾構隧道浮置板斷面形式(單位：mm)

從大興線及亦莊的實際工程應用來看,雖然基底施工的難度有所加大,但道床的鋼筋綁扎與隔振器外筒定位可以脫離隧道內部,直接在地面上完成,實現了道床施工與基底施工的并行施工工法,大大縮短了工期,由于隧道內部現場綁扎的鋼筋數量及規格的減少,也使得施工精度、質量得到了進一步的提高。

4 分體式隔振器技術

圖2 分體式隔振器(單位：mm)

采用分體式設計的隔振器,可以將隔振器頂升部件與工作部件完全分開,減小了隔振器的總高度,如圖2所示。這樣,可以在較小的軌下空間內使用原本無法布置的大型隔振器(最小高度為400 mm),從而在保證隔振層承載力的前提下減少了全線的隔振器數量與隔振層的剛度,降低了減振工程總造價,并且提高了隔振效率。

此外,由于隔振器高度降低,可以在一定程度上降低板厚,從而可以加大隔振器與鋼軌的橫向距離(在盾構或暗挖隧道),配合基底超高技術,即使在曲線地段的曲線外側,隔振器內筒也可以避開鋼軌。

5 上置式剪力鉸技術

傳統的浮置板剪力鉸形式為中置式剪力鉸。中置式剪力鉸位于板斷面中央的位置,此種剪力鉸成本低,在使用過程中剪力鉸與鋼筋應同時綁扎；對于本項目所采用的地面完成鋼筋綁扎隧道內拼裝的施工作業方式,中置式剪力鉸對于相鄰板鋼筋就位造成了困難。

所以,配合基底超高，本項目在盾構地段選用上置式剪力鉸，如圖3所示,剪力鉸的安裝直接于板上部進行操作,便于調整,進一步加快了施工進度。同時,上置式的剪力鉸對于其運營階段的檢修與維護提供了便利。

圖3 上置式剪力鉸

6 短軌枕的選用

在盾構隧道內,由于軌下空間不足,非特殊設計的短軌枕無法與浮置板道床配合使用,為此，一般情況下均做成無枕式浮置道床。若軌下空間條件允許(一般在明挖及暗挖隧道內軌道高度較大時),采用有枕式的設計將有效的增加軌底靜空,便于軌道的養護與維修。在大興線韓園子車站減振地段采用了有枕式的設計,如圖4所示。

圖4 大興線韓園子車站減振道床(單位：mm)

7 特殊軌道高度

在亦莊線盾構區間的特殊減振地段采用了特殊的軌道高度預留,軌道結構高度為900 mm,如圖5所示。這在國內其他線路上是不多見的,由此尺寸所限定的軌下空間對于鋼彈簧浮置板的結構設計帶來了很大的便利性。

第一,浮置板的板厚達到了400 mm以上,從而,無需在板中部設置凸起(圖1)以提高板的剛度與整體性,這對于信號設備安裝、過軌管線的布置、道床整體的養護維修均提供了很大的便利。第二,可直接采用大型整體式鋼彈簧隔振器(非分體式),降低了隔振器的數量,提高了隔振效率,且安裝、檢修、更換隔振器內筒(彈簧、阻尼)時無需頂升帽、無需拆除鋼軌,減少了線路運營后的人力與物力投入。

圖5 亦莊線盾構區間鋼彈簧浮置板道床(單位：mm)

8 結語

針對大興線與亦莊線的減振要求及特殊情況,在兩線路的特殊減振地段的鋼彈簧浮置板減振設計時，采用了一系列的新型技術及其相配合的施工作業形式,因地制宜的進行道床設計,最大限度地利用現有條件在技術層面提高施工的質量、速度,提高養護維修的便利性、提高減振效果,這對于其他城市、其他線路有一定的參考價值。

當然,在這一技術的應用過程中,仍然發現了若干有待于進一步研究提高的方面,比如,是否可對于浮置板道床的短軌枕進行特殊設計從而使其可以與浮置板相配合使用；是否可采用更具機械化且便于現場調整的施工工法比如鋼筋籠或是預制型浮置板，從而進一步加快浮置板的施工速度與施工質量,在線路初步設計時如何保證較為合理的軌道高度等等。這些方面都將成為該技術今后的研究重點。

參考文獻：

[1]Jaquet, G Hueffmann. Ausbildung eines tieffrequenten Masse-Feder-Systems Mittels Stahlfederelementen bei U-und Vollbahnen als Schutzgegen Erschuettenrungen und Koerperschalleinwirkung(采用鋼彈簧隔振器的彈簧-質量系統在控制地鐵及輕軌振動與固體傳聲中的應用)[J]. VDIBericht, Nr 1345,1997．

[2]王建立,王 進,尹學軍,等.盾構中鋼彈簧浮置板道床的設計[J].鐵道標準設計,2007(10)．

[3]王 建,王建立.北京地鐵10號線一期工程浮置板地段系統設計要點[J].鐵道標準設計,2008(7).