北京市軌道交通昌平線高架線梯形軌枕機鋪法施工技術

黃德君,王新年,虞 雍

(中鐵一局集團新運工程有限公司,陜西咸陽 712000)

1 概述

北京市軌道交通昌平線是一條連接中心城區與昌平新城的軌道交通快速客運線路,總長21.35 km,其中高架線15.4 km,在高架線上鋪設梯形軌枕累計單線長12.116 km,占高架線路總長的39%。國內城市軌道交通中如此大規模使用梯形軌枕尚無前例。地鐵昌平線梯形軌枕的規格多樣、數量龐大,且大多梯形軌枕又分布在跨河、跨公路的小半徑曲線上,在冬季施工和工期緊迫的雙重壓力下,因地制宜地選擇梯形軌枕施工工法,對按期又好又快完成工程任務至關重要。

2 施工工法選擇

高架線梯形軌枕鋪設可供選擇的施工工法有2種：機鋪法和散鋪法。

(1)機鋪法

依據“軌節表”,在鋪軌基地將梯形軌枕拼裝成25 m或12.5 m軌排,用大型桁架式龍門架將梯形軌枕軌排吊裝至軌道平板車上,運輸至施工地段后,再用鋪軌門吊吊裝軌排至施工位置。鋪軌門吊配合調整軌排位置,然后進行架軌、立模、澆筑混凝土,最終完成梯形軌枕道床的施工。

(2)散鋪法

從鋪軌基地將施工軌料運輸至施工現場,并沿線路散布至高架橋下,再用吊車吊裝至高架橋上,按平面布置圖將梯形軌枕散開。橋下吊車配合調整梯形軌枕位置,然后進行扣件組裝、架軌、立模、澆筑混凝土,最終完成梯形軌枕道床施工。

昌平線梯形軌枕軌道共用6種規格長度的梯形軌枕,6.15、6.05、5.9、4.9、4.8、4.7 m,數量2 092片。規劃高教園區及沙河站、科技經濟管理學院有7 km梯形軌枕連續分布,適合發揮機鋪優勢。散鋪作業存在散鋪距離長,吊裝次數多,施工人員密集,安全可控性差的缺點,故昌平線梯形軌枕施工宜采用機鋪法施工。

3 施工難點及控制措施

(1)軌排組裝

昌平線高架橋的梁跨跨度不一,如表1所列。梯形軌枕在設計上不允許跨梁縫。正常條件下軌排組裝為鋼軌定尺長度25 m,由于梯形軌枕有6種規格,各種規格交叉布置無法與25 m鋼軌匹配組裝成軌排,如圖1所示。

表1 直線橋梁與梯形軌枕布置數量

圖1 32 m梁直線段梯形軌枕(單位：m)

由表1和圖1可知,在鋪軌基地按照25 m鋼軌組裝梯形軌枕軌排很難滿足現場施工,如強行拼裝,則鋼軌過長且現場施工時還存在鋼軌余量累加。每片梯形軌枕自重達3.1 t,25 m梯形軌枕軌排質量大,軌排吊裝、軌排就位調整都存在極大困難。

針對上述困難，現場施工采用12.5 m工具軌將2片梯形軌枕組裝成梯形軌枕軌排。無論梯形軌枕如何布置，保證12.5 m工具軌上只組裝2片梯形軌枕。昌平線梯形軌枕扣件為WJ-2型扣件，每個扣件的扣壓力為4 kN,組裝12.5 m梯形軌枕軌排時保證至少有6對扣件對稱連接梯形軌枕和鋼軌。軌排吊裝吊點放在梯形軌枕方鋼上,水平吊裝。軌排拼裝前編制軌節表,軌節表中主要需確定梯形軌枕位置與鋼軌的關系,確保軌排就位時2組軌排的鋼軌不存在重合現象即可,否則會增加不必要的拆卸扣件工作。圖2為2片12.5 m軌排布設時的示意圖。

圖2 2片12.5 m軌排布設示意(單位：m)

(2)小半徑曲線上的定位

昌平線梯形軌枕有65%鋪設在曲線、豎曲線上,曲線最小半徑R=380 m,豎曲線半徑R=5 000 m。梯形軌枕為廠制,自身剛度大,在曲線上布置時必然導致梯形軌枕不圓順,最終影響軌道幾何尺寸的調整,特別在小曲線半徑上梯形軌枕的精調直接影響到施工功效和施工質量,是梯形軌枕施工制約點。

針對上述難點,在梯形軌枕精調當中采用增加鋼軌支撐架(每片梯形軌枕兩端和中間都架設鋼軌支撐架),通過調整梯形軌枕板,再調整扣件的方式能高效、優質地完成曲線地段梯形軌枕的定位。拼裝梯形軌枕軌排時，根據設計的平面布置圖,在梯形軌枕間加木楔子保證梯形軌枕間距,梯形軌枕定位前用墨線將中心線位置彈出,就位時用鋪軌門吊保證梯形軌枕板中心線大致與彈出墨線重合。就位后用較密集鋼軌支撐架粗調曲線圓順性,再通過調整扣件,最終保證軌道的幾何尺寸。

(3)車站梯形軌枕施工

北京地鐵昌平線在高教園沙河車站、沙河車站和鞏華城車站設置梯形軌枕道床,3座車站左右線梯形軌枕道床單線累計724.2 m。軌道安裝時,土建單位站臺板已經施工完畢,土建站臺板至線路中線設計距離為1.5 m,而鋪軌門吊最小運行限界是距離線路中心線1.6 m,導致在車站難以機鋪。為保證梯形軌枕機鋪的順利進行,對站臺處施工的鋪軌門吊進行了改裝,具體方法是將鋪軌門吊靠近站臺側梁臂進行改裝處理,將“直線”形臂改裝成“凹”形臂,讓“凹”形臂的缺口處正好對準站臺外沿,在既不影響鋪軌門吊正常運作的情況下,又能避開站臺,從而保證了施工進度。改裝后的鋪軌門吊如圖3、圖4所示。

圖3 鋪軌門吊凹形臂改裝示意

圖4 鋪軌門吊改裝后的“凹形”臂

(4)L形臺座排水處理

據計圖紙,梯形軌枕直線段L形臺座的最大厚度僅為96 mm,小半徑曲線地段的內側L形臺座處最小厚度僅為53 mm。由于土建單位橋梁施工存在誤差,L形臺座的厚度不一。在L形臺座厚度較小且存在變化的情況下,既要保證在橋梁泄水孔處的排水通道，又要保證梯形軌枕L形臺座的施工質量,是施工的又一難點和重點。

圖5 PVC管鋼筋支架示意(單位：mm)

昌平線梯形軌枕地段橋梁泄水孔處采用預埋PVC管的形式保證橋梁系統的排水,預埋3根直徑為50 mmPVC管,PVC管連續并排布置,要求PVC管下地面距離梁面50 mm。PVC管設置在L形臺座中,PVC管的定位和PVC管的架立是制約PVC管的預埋效果是否能滿足排水要求的關鍵。施工加工了專門固定PVC管鋼筋支架,如圖5所示。從而保證了PVC管定位的精確性。PVC管鋼筋支架與L形臺座主筋平行布置,確保不與主筋相碰,安裝時用沖擊鉆在橋面上打深度不超過60 mm的孔,然后將PVC管架在支架上,用扎絲將PVC管固定在支架上并用膠帶封堵PVC管

端,既能保證混凝土澆筑時PVC管不會受混凝土流動性的影響，也不會使PVC管斷裂或進灰,從而保證了梁面排水的順暢。

(5)接觸軌混凝土底座的埋設

地鐵昌平線采用鋼鋁復合接觸軌供電,接觸軌與道床一體化安裝,即將絕緣子安裝在預埋道床里的混凝土底座上,再將鋼鋁復合接觸軌安裝在絕緣子上最終形成與道床一體化的供電系統。高架橋梯形軌枕地段采用接觸軌支墩的辦法以滿足接觸軌安裝的需求,如圖6所示。接觸軌支墩為廠家預制,獨立安裝。由于供電系統對接觸軌安裝的精度很高,故梯形軌枕地段接觸軌支墩的預埋精度直接制約接觸軌安裝精度。如何保證高架線梯形軌枕地段接觸軌支墩的預埋精度是高架線梯形軌枕施工質量卡控關鍵。

為保證梯形軌枕地段接觸軌支墩預埋達到設計要求,地鐵昌平線在施工高架線梯形軌枕地段特制作了“接觸軌支墩定位吊架”如圖6所示,保證接觸軌支墩的預埋精度,為后期接觸軌安裝奠定了基礎。

圖6 接觸軌混凝土底座定位吊架示意

4 機鋪法優越性分析

(1)吊裝量減少

若采用散鋪法施工需吊裝梯形軌枕2 092次,且需要租賃大型吊裝設備,采取的安全防護措施相應增加。昌平線采用機鋪法,且基地靠近梯形軌枕分布地段,合理利用機鋪基地和機械化施工的機動能力是采用機鋪法的根本,在基地合理利用大型桁架式門吊吊裝組裝后的軌排,吊裝次數明顯下降。

(2)有利流水作業

機鋪法將梯形軌枕施工從軌排組裝、軌排運輸、現場架軌等一系列關鍵工序合理的分開,各部分施工人員只從事其中一項工序,強化專業化,便于管理,質量更高。與散鋪法相比機鋪法施工避免了全面開花的局面,并減少大量施工機具和人員的投入。安全可控性相應提高。

(3)施工進度快

機鋪法日平均進度能達到75 m/d,而散鋪法日平均進度僅為50 m/d,施工進度顯著加快。

5 結語

梯形軌枕在昌平線上的大量運用,檢驗了國內的施工技術水平,同時也為今后梯形軌枕軌道在城市軌道交通的推廣應用奠定了基礎。本文通過對昌平線梯形軌枕的實際運用積累了寶貴的施工經驗,為后續梯形軌枕軌道施工提供一種可作為借鑒的施工工法。

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