北京市軌道交通大興線軌道工程施工組織研究

張大偉，魏寶林

(中鐵一局集團新運工程有限公司,陜西咸陽 712000)

1 工程簡介

1.1 工程概況

大興線是聯系大興新城與中心城區的快速軌道交通線,與4號線共同構成北京市南北向的軌道交通主干線。大興線沿線主要穿過豐臺區南苑西、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。全線新建車站11座,由北向南依次為新宮站、西紅門站、高米店北站、高米店南站、棗園站、清源路站、黃村西大街站、黃村火車站站、義和莊站、韓園子站、南兆路站。在南兆路以南設南兆路車輛段1處。我單位承擔軌道2標施工,施工范圍：正線K13+170～K21+800、車輛段及其出入段線的軌道鋪裝、鋼軌焊接、接觸軌安裝,軌道施工具體布局如圖1所示。

圖1 大興線軌道工程2標段施工布局

1.2 大興線軌道工程主要工程數量及重要節點時間

大興線軌道工程合同工期為456 d,但在施工進展過程中,業主考慮軌道工程后續諸多工作的安排,將整個軌道工期提前近300 d,軌道施工絕對工期只有150 d,各個重要節點時間如表1所示。

表1 各工序節點時間

注：1.軌道全面開鋪時間：2009年11月1日；2.軌道到達竣工驗收狀態：2010年4月30日

2 軌道工程施工組織

2.1 軌道工程施工組織難點

2.1.1 軌道工程工期緊張

150 d完成軌道工程所有工序,是在歷次地鐵軌道工程施工中不曾有過的先例,如何在節點內完成各個工序,是施工組織的要點和難點。

2.1.2 軌道形式復雜多樣

大興線縱向穿越北京南部經濟重鎮,對環境減振降噪要求較高,軌道減振是減小地鐵列車高速運行中對地表附近敏感點振動影響的重要措施。大興線軌道減振形式分為3種,分別是：Ⅲ型減振器扣件無砟軌道、梯形軌枕無砟軌道以及鋼彈簧浮置板無砟軌道,其中Ⅲ型減振器扣件無砟軌道施工同普通無砟軌道施工,日進度可達75～100 m,而后兩種軌道形式較普通無砟軌道無論是在基本施工工法還是在工藝質量方面都有較大差異,梯形軌枕傳統日進度指標為25～50 m,而鋼彈簧浮置板傳統日進度指標只有5～6 m,況且兩種減振軌道工程數量占整個軌道工程較大比例(具體數量分別為2.12、2.55 km),以傳統施工工法根本無法實現節點目標。

2.1.3 專業交叉施工干擾

大興線在施工高峰期,各個專業均同時施工,這樣給現場施工組織帶來一定程度的影響,尤其是線下單位施工進度、鋪軌作業面的交接將直接關系到軌道施工組織安排。

2.1.4 冬季施工影響正常施工組織

2009年北京遭遇50年罕見嚴寒氣候,惡劣氣候對所有混凝土施工、戶外人員作業都產生較大制約。

2.2 軌道工程施工組織安排

2.2.1 特殊減振軌道傳統工法改進

縱觀整個軌道工程分部特點,正線部分特殊減振軌道占有較大比例,可采取的方案有兩種,一是采用原有的人工散鋪法(預鋪),另一種則是機械鋪設法。前者適用于工期相對較長,且在作業面附近有可利用的吊裝豎井或通道，對于分布在韓天區間梯形軌枕以及義黃盾構區間的鋼彈簧浮置板,作業面前后無任何可利用的豎井通道,況且工程量較大,若采用人工散鋪法進行鋪設,梯形軌枕需要60 d,而浮置板則需要工期265 d,顯然無法滿足工期的需要，只能采用第二種方案——機械鋪設法。所謂機械鋪設法,即在鋪軌基地內人工組裝梯形軌枕軌排或浮置板鋼筋籠軌排,通過龍門架吊裝,再通過軌道車運輸、鋪軌門吊吊裝等環節完成鋪設,最后通過軌道車運輸商品混凝土完成軌道澆筑。

工法實施前,需根據隧道斷面尺寸對原有鋪軌小門吊的跨度進行改裝,改裝后的小門吊應在吊裝高度、凈跨度方面需滿足梯形軌枕軌排或浮置板鋼筋籠軌排的尺寸及自重荷載要求。

工法實施后使得梯形軌枕軌道日進度指標到達75 m/d,鋼彈簧浮置板軌道日進度指標達到50 m/d,進度指標分別提高至原指標的3倍和10倍,確保了節點工期的實現。圖2為改進工法后鋪設的浮置板和梯形軌枕道床。

圖2 改進工法后浮置板和梯形軌枕道床鋪設

2.2.2 鋪軌基地設置

(1)增設鋪軌基地

本標段合同中分別在車輛段U形槽以及義和莊站附近設置鋪軌基地各1處,通過沿線調查認為，在韓園子增設1處鋼彈簧浮置板散鋪基地,提前完成韓園子站前后960 m的枕式浮置板的軌道鋪設施工,工法采用人工散鋪法,同時根據施工需要提前建議業主在韓園子站北段預留材料吊裝井,確保散鋪用料順利下洞。散鋪過程中改變了原有的鋼筋籠洞內直接綁扎方式,根據鋼筋籠不同斷面的形狀特點,將30 m鋼筋籠分解成若干鋼筋籠單元片,通過地表組裝鋼筋籠單元片,再通過吊車把綁扎成品單元片調運至洞內,最后洞內安裝單元片來完成整個鋼筋籠的綁扎,通過施工方法的改進使得散鋪工法進度指標提高至30 m/d。歷時30 d完成960 m浮置板鋪設施工,消除了南北2處鋪軌基地之間制約點,為進一步有效組織施工提供了更多的路線途徑。

(2)優化鋪軌基地設置

①義和莊鋪軌基地優化

義和莊鋪軌基地位于義和莊站南端,基地內在左右線上方分別預留軌排井,前后距離105 m,軌排井中心橫向間距15 m,若將2處軌排井通過直線形式單獨設置龍門架走行基礎,則走行線基礎受到地形所限,同時走行線長度只能設置70 m,更重要的是設置完畢后,左右線相對獨立,龍門架作業時不能實現左右線資源相互調配,4臺龍門架功效大大降低；若通過1條大半徑曲線將2處軌排串聯起來,則可避免上述不利環節,通過現場地形測量、放線,優化設置后的鋪軌基地如圖3(b)所示,2處軌排井通過1條1 200 m半徑的曲線串聯起來,形成了軌排井聯合作業,實現了左右線資源互補,同時減少1臺龍門架的機械成本,具體如圖3所示。

圖3 優化前后鋪軌門吊走行線路(單位：m)

②南兆路鋪軌基地位置調整

經過對標段全線調查,若南兆路鋪軌基地設在車輛段“U”形槽,建成后魏永路管線改移會嚴重制約基地鋪軌,所以需對基地進行調整。經調查可將鋪軌基地向北遷至天宮院站南端,基地建成后可向韓園子站方向組織軌道鋪設,鋪至韓園子站浮置板后調頭折返鋪軌,屆時魏永路制約點早已消除,進而完成管段內鋪軌任務,如圖4所示。實踐證明基地調整后將鋪軌工期足足提前2個月。

圖4 改移前后南兆路鋪軌基地

2.2.3 工序組織安排

(1)正線軌道工程工序組織

①預鋪項目實施

影響正常軌道鋪設的關鍵點分別是：韓園子站前后的枕式鋼彈簧浮置板、黃村西大街道岔群、義和莊站單渡線以及天宮院站道岔,針對上述控制點采取傳統的人工預鋪法,在正常鋪軌到達前完成上述作業。預鋪開始時間需根據計劃鋪軌到達時間組織實施。分別利用車站附近的盾構井、下料口等完成軌料進洞,通過人工架軌、軌道精調等環節使得軌道達到精度要求,最后通過混凝土泵送完成道床澆筑。

②正常鋪軌組織

根據前期線路調查情況、軌道形式分布以及具體工程數量合理安排各個鋪軌基地的具體鋪軌范圍以及鋪軌方向,圖5為兩個鋪軌基地的鋪軌范圍以及鋪軌方向,①、②表示各個鋪軌基地的實際先后鋪軌順序,箭頭表示鋪軌方向。

圖5 鋪軌基地鋪軌范圍及方向

③鋼軌焊接及接觸軌安裝

鋼軌焊接應在鋪軌單方向內所有道床混凝土施工完成后進行,鋼軌焊接采用進口鋼軌焊接設備K922型焊機,焊機下線前應完成鋼軌焊頭形式試驗,以確定焊軌過程中的各個參數,之后下線進行焊接作業,通過除銹、焊接、焊頭正火熱處理、2輪冷粗磨、淋水、精磨、探傷等環節完成鋼軌焊接工序(圖6)。

圖6 鋼軌焊接工序組織(單位：m)

待軌道靜態幾何尺寸滿足要求后開始接觸軌安裝工作,通過軌料散布、絕緣支座安裝、人工架軌、防護罩安裝、膨脹接頭安裝、端部彎頭安裝、電連接板安裝等環節完成接觸軌安裝,其中膨脹接頭安裝應考慮安裝環境溫度預留膨脹接頭伸縮量。

(2)車輛段軌道工程工序組織

南兆路車輛段占地面積約為22萬m2,其中軌道線路分布于整個車輛段,共分為出入段線、試車線、庫外線路、停車庫、檢修庫、工務料庫、鏇洗庫以及卸車線等部分。鋪軌累計長度12 800 m,其中庫外鋪軌6 900 m、整體道床5 900 m、道岔40組、鋪砟16 000 m2。車輛段總體鋪軌方向應遵循橫向從邊到邊的原則,即盡量減少已完軌道對后續鋪軌的影響；縱向遵循庫內線整體道床以及庫外線碎石線路分別作業的原則。庫外線碎石線路鋪設應是先道岔定位,而后連接岔間股道,再通過補砟起道、道砟搗固、撥道整理等環節實現線路穩定。具體操作環節如下：第1次補砟→搗固、穩定2次→第2次補砟→搗固、穩定1次→第3次補砟、搗固、穩定第4次補砟、搗固、穩定→加強搗固→軌道整理。

2.2.4 冬季低溫應對措施

大興線建設經歷了北京50年罕見寒冷氣候,軌道施工如何在寒冷氣候的條件下正常組織生產是直接關系到節點工期的關鍵。

(1)混凝土冬季施工措施

根據混凝土冬季施工規程,室外平均溫度連續5 d低于5 ℃就應采取冬季施工保溫措施,標段內冬季施工項目主要分布為在車輛段露天部分，如：U形槽、車庫內整體道床、焊軌線等；正線冬季施工項目主要分布在韓園子浮置板道床、天宮院車站前后500 m范圍,根據施工區域戶外實測氣溫并結合大興區具體天氣預報對混凝土采取必要的保溫措施,確保混凝土施工質量,所用冬季施工措施均用暖棚法。通過搭設棚架、覆蓋保溫材料、內置電熱設備,澆筑后每隔6 h對養護溫度進行實際測量,實際溫度均在10°左右,根據冬季施工規范此溫度內養護天數不小于6 d。

(2)施工作業環境改善

鋪軌基地內地表作業溫度較低,為了地表浮置板鋼筋籠綁扎不受影響,在基地內搭建暖棚,工人作業環境得到改善,確保了低溫條件下地表作業不停歇。

2.2.5 資源配置

根據鋪軌基地具體鋪軌任務量、工法使用、不同工序的需要統籌配置人力、機具資源,限于篇幅,僅以普通機械鋪軌為例,具體見表2。

表2 機械鋪軌資源配置(單班作業人員機具配置)

3 結語

大興線軌道工程歷時150 d全部完成,并質量驗收合格率100%,在地鐵軌道建設史中未曾有過先例,本文全面分析大興線軌道工程特點,詳盡闡述施工組織對促進工程進展的重要作用,可為高效、優質建設城市軌道交通提供參考依據。

參考文獻：

[1]黃建平.鋼軌閃光焊質量在線診斷技術研究[D].成都：西南交通大學，2003．

[2]范俊杰.現代鐵路軌道[M].北京:中國鐵道出版社,2001．

[3]郝 贏.鐵道工程[M].北京:中國鐵道出版社,2002．

[4]TZ211—2005，客運專線鐵路軌道工程施工技術指南[S].

[5]JGJ104—97，建筑工程冬季施工規程[S].

[6]雷位冰.秦沈客運專線無砟軌道鋪設技術[D].成都:西南交通大學,2003.

[7]陳秀方.軌道工程[M].北京:中國建筑工業出版社,2005.

[8]李德武.隧道[M].北京:中國鐵道出版社,2004.

[9]TB/T3120—2005，AT鋼軌焊接[S].

[10]王 罡，王建立，田小毅.提高鋼彈簧浮置板道床施工質量的措施[J].鐵道標準設計，2008(7)：28-29.

[11]成增勝.地鐵鋼彈簧浮置板道床施工技術[J].鐵道技術監督,2009(11)：41-43.