北京市軌道交通昌平線無縫線路直鋪施工工藝

馬德勝,魏運生,劉江濤

(中鐵一局集團新運工程有限公司，陜西咸陽 712000)

1 工程概況

北京市軌道交通昌平線設計起點為城南站,經高教園站、沙河站、鞏化城站、朱辛莊站、北清路站,終點站為西二旗站。線路長21.35 km,其中高架線15.535 km,地下線3.01 km,地面線2.805 km。除城南站為地下站外,其余6座車站均為高架站。在朱辛莊站北側設有泗路停車場。線路在朱辛莊站與8號線延伸線換乘,在西二旗站與13號線換乘。

主要工程數量：正線高架橋短軌枕道床20.06 km；梯形軌枕道床，地下線6.02 km,地面線5.61 km；正線整體道床上道岔13組,其中交叉渡線1組,接觸軌44.7 km,焊接焊頭3 366個,應力放散及鎖定44 km,防脫護軌9.296 km。

2 技術標準

本線正線為1 435 mm標準軌距，采用無縫線路,除處于地震斷裂帶的線路采用普通線路外,正線其余地段均鋪設無縫線路。正線最小曲線半徑為350 m(軌距不加寬),輔助線最小曲線半徑為200 m(軌距加寬5 mm),最大坡度24.131‰。正線一般地段及輔助線段均設1/40軌底坡。正線道岔區均不設軌底坡。不同軌底坡之間需通過2～3對短軌枕實現軌底坡過渡。鋼軌正線、輔助線及出入線采用CHN60型鋼軌,鋼種為U71Mn熱軋軌,鋼軌定尺長度為25 m。扣件與軌枕配套使用,除道岔區外,全線共有6種扣件類型：DTⅥ2型扣件及配套短軌枕,用于地下線、U形槽結構整體道床地段；DTⅦ2型扣件及配套短軌枕,用于高架線一般整體道床地段；地下線軌道減振器扣件及配套短軌枕,用于地下線中級減振地段；高架線減振器扣件及其配套短軌枕,用于高架線中級減振地段；彈條Ⅰ型扣件及新Ⅱ型預應力混凝土枕,用于地面線碎石道床；WJ-2型扣件,與高架線梯形軌枕地段配套使用。正線道岔及其扣件、軌枕和道床共采用CHN60型鋼軌9號單開道岔12組,5.0 m線間距交叉渡線1組,采用無螺栓彈條彈性分開式扣件、短岔枕式整體道床。

地鐵昌平線運行國產標準B1型車,軸重140 kN,6輛編組,直流750 V接觸軌供電,最高設計速度為100 km/h。

3 特點及難點

(1)工期緊

本工程2010年3月15日開工,2010年6月30日達到軌通,在此期間,正線要完成鋪軌單線44.912 km、鋪岔13組；停車場要完成鋪軌7.032 km、鋪岔25組等作業內容,工期相當緊。

(2)協調量大

軌道工程施工與土建、供電、信號及設備安裝等后續相關專業施工密不可分,工程施工過程中施工配合、協調工作量較大,因此要把與各個接口的協調、配合施工等作為施工組織管理工作的重點。

(3)斷點較多

線下單位施工進度不一致,全線共有6處施工斷點,斷點約400～1 000 m,施工斷點較多且重點在跨南北沙河地段(河流寬度250 m)和跨京包鐵路和公路地段,且高架橋一般高度在15～25 m,造成施工上料、施工組織困難。

(4)扣件配件類型多[1]

全線共有7種類型扣件及相應軌枕,在線路上不夠集中,特別是鋼軌支撐架和模板等工機具不配套,需要來回倒運,增大勞動強度,且物資采購、質量控制、檢驗試驗較多,造成較多困難。

(5)梯形軌枕施工困難[2]

梯形軌枕自重較大、工藝精度要求高、類型較多,曲線難調鋼軌,增加了施工的難度。

(6)施工斷點焊軌

采用K92和AMS60兩種移動閃光焊機。為保障焊軌進度,將成型線路焊接完成后,最后進行施工斷點地段的焊軌,應力放散時插入短軌進行合龍口和鋼軌焊接,為實現現場閃光焊接時的頂鍛量,需要將長軌條撥成曲線再施焊。

4 方案及工法

根據工程特點及工期要求,因全線線下施工進度不一,施工時只能是成型一段、交接一段、施工一段,采取跳躍式施工,最后將斷點合龍。

(1)施工方案

①高架線梯形軌枕道床施工。用汽車和吊車配合,將25 m鋼軌、梯形軌枕、扣件、鋼筋等軌道材料及施工機具直接吊放至橋面,采用“散鋪架軌法”施工工法,完成架軌、調軌、澆筑整體道床混凝土等工序。鋼軌架設、精調時采用吊車配合作業,吊車、汽車不能到達的施工地段,在高架橋上利用鋪軌門吊吊裝運輸鋼軌、軌枕。

②焊軌[3]。采用移動式閃光焊機工地焊接,長軌應力放散采用“連入法”施工。

③道岔施工。道岔采用提前預鋪,支墩法澆筑混凝土,即先用鋼軌支撐架架立道岔后先打支墩,待支墩強度達到要求后,將鋼軌支撐架拆掉后再立模澆筑混凝土道床。

(2)施工工法

①高架線采用“散鋪架軌法”,整體道床道岔采用“散鋪架軌法”提前預鋪組織施工。

②車站配線采用“散鋪架軌法”進行施工。

③車輛段碎石道床采用人工鋪軌,人工配合小型起拔道機和搗固機進行上砟整道。

④地下線施工采用機鋪法,先在鋪軌基地采用25 m待焊軌組裝成軌排并運輸到作業面附近,采用鋪軌門吊將軌排吊運至施工作業面進行架軌。道床混凝土采用商品混凝土,混凝土攪拌車運輸,利用平板車運送混凝土料斗,并用鋪軌門吊配合的方法進行現場道床混凝土澆筑。

5 質量控制

施工的關鍵工序有:基標測設、軌枕布設、鋼筋安裝、軌道線路精調、混凝土澆筑、碎石道床搗固、鋼軌焊接及檢測、無縫線路應力放散及鎖定,其質量控制如下。

(1)基標測設

施工復測、基標測設是軌道鋪設的基準,尤其是基標測設的精度將直接影響軌道鋪設的施工質量。如何保證線路復測和基標測設的精確度,滿足施工需要,是軌道鋪設工程施工的重點。控制基標精度要求:方向允許誤差為6″；高程允許誤差為±2 mm；直線段距離允許誤差為1/5 000，曲線段距離允許誤差1/10 000。加密基標精度要求:方向為±1 mm；高程允許誤差為±2 mm；直線段距離允許誤差為±5 mm，曲線段距離允許誤差為±3 mm。

控制基標采用銅質可調螺釘,鋪軌基標埋設時,首先應按設計要求將底板鑿毛,以增加基標與底板的粘結力。基標應埋設牢固,檢測基標滿足各項限差要求后及時固定,控制基標進行永久固定。基標做好后,需要經過復測后才能將基標成果下發。控制基標制作要求：直線一般120 m一個,曲線60 m一個,曲線五大樁、變坡點,道岔、伸縮調節器等處均要設置。加密基標直線6 m一個,曲線5 m一個。

(2)扣件、軌枕布設及質量控制

全線扣件類型繁多,必須按照里程位置卡控,需在鋪軌綜合圖中標明扣件類型分布、接觸軌布置,特別是道岔彎頭處的加長枕需要按照接觸軌道岔圖布置,并標明接觸軌膨脹接頭加長枕的數量變化，鋼軌復合膠墊和橡膠墊里程位置,不同軌枕里程位置,道岔伸縮調節器、道岔位置、無縫線路、有縫線路分界點里程位置。道岔檢測嚴格按照道岔檢查表尺寸檢查,個別枕木間距最大允許范圍在550～650 mm均在施工圖上明細標出。

(3)鋼筋安裝及質量控制

梯形軌枕鋼筋網對橋梁梁面精度要求和箍筋高度要求高[2],如果橋梁高程偏差超過20 mm,需要調線調坡處理,否則底座鋼筋保護層厚度受影響,特別是遇到梁端部高程比梁跨中間低60 mm以上的施工地段。措施是線路調線調坡處理,需要根據實測高程進行箍筋高度調整,或者讓線下施工單位采取鑿梁措施。箍筋高度調高尺寸和梁跨位置要一一對應。梯形枕下道床厚度不宜小于150 mm,否則橋梁施工誤差較大,影響施工進度,昌平線為96 mm。梯形軌枕鋼筋綁扎時需要注意梯形枕下不能有個別突出的鋼筋,側面鋼筋應和軌枕保證在允許范圍內,否則易頂碎塑料泡沫。解決方案是在綁扎鋼筋時劃分好道床塊,根據梯形枕長度將鋼筋位置用墨線彈出,標示在橋梁上,鋼筋綁扎后,在鋼筋高程上細線繃緊,比較方便地查處個別的高點,鋼筋高度的控制采用提前測量梁面高程,調整鋼筋高度的方法處理。

(4)軌道線路精調

線路精調時根據基標成果表,基標成果資料是左線左股右線右股的鋼軌高程,用L形道尺測量,基標中心線在線路中心線,距離鋼軌內側717.5 mm,L形道尺橫向刻度控制線路中線,豎向刻度控制軌道高程,超高在L形道尺一側,用直尺刻度測量。先調水平,后調軌距；先調基標部位；后調基標之間；先粗后精,反復調整。經過精調后,其精度必須符合無砟軌道鋪設完成后精度要求。軌道線路精調重點檢查以下內容：軌距偏差為+2、-1 mm,變化率不得大于1‰。軌頂水平及高程：以左線左股右線右股為準,按設計高程允許偏差為±1 mm,左右股鋼軌頂面水平允許偏差為1 mm,在延長18 m的距離范圍內不得有大于1 mm的三角坑。軌道中心線：距基標中心線允許偏差為±2 mm。軌道方向：直線用10 m弦量,最大矢度不得大于1 mm。軌頂高低差：用10 m弦量不應大于1 mm。鋼軌接頭：軌面、軌頭內側應平(直)順,允許偏差為±0.5 mm。枕木間距允許誤差為±10 mm,枕木需要方正。

(5)混凝土道床澆筑及質量控制

混凝土澆筑時嚴把質量關,首先應防止線路幾何尺寸的變化。因為采用鋼軌支撐架法施工混凝土道床,直線每隔3 m、曲線每隔2.5 m安裝1套支撐架,支撐架的斜支撐撐在預埋筋上,當混凝土澆筑時容易碰到鋼軌支架,容易出現線路方向幾何尺寸的變化,因此在混凝土澆筑后初凝前加一道施工工序,檢查軌道幾何尺寸,以便進行調整。

混凝土道床澆筑防止裂紋產生更應重視。混凝土道床產生裂紋有3種,一種在軌枕四角呈現八字形裂紋,另一種是環繞混凝土支墩的裂紋,第三種是沿軌枕邊緣一側或兩側垂直鋼軌橫向裂紋。主要原因是混凝土道床比較特殊,沿著鋼軌條狀分布,混凝土道床結構高度一般為260～360 mm,道床寬度800 mm,屬于小體積混凝土施工。又由于軌枕為預制混凝土構件,混凝土道床澆筑時,軌枕吸水較為嚴重,這是第一種和第二種裂紋產生的主要原因,采取防止對策是混凝土支墩澆水濕潤和道床澆筑后及時灑水養生。第三種裂紋主要原因是鋼軌的熱脹冷縮引起,以CHN60型鋼軌為例,ΔPt=EFαΔt=248×77.45×1=19.2 kN,即鋼軌軌溫相差1 ℃,所產生的溫度力為19.2 kN。因而道床產生的裂紋數量和寬度與混凝土道床澆筑時的軌溫差有關,在夏季施工時,晝夜軌溫溫差超過15 ℃,根本無法抑制道床裂紋的產生,甚至混凝土澆筑強度上來后,裂紋仍然發展。解決方法是混凝土澆筑前灑水降低鋼軌溫度和灑水澆支墩,減少軌溫差(覆蓋一層防燃棉,灑水使之濕潤,降低軌溫溫差),道床達到一定強度后松扣件和魚尾板,鋼軌之間預留軌縫,使鋼軌能夠伸縮。

(6)碎石道床阻力控制

根據設計要求,一次性鋪設無縫線路對碎石道床每根軌枕縱向阻力應達到每枕10 kN,橫向阻力達到每枕8 kN。昌平線沿線處于沉降地帶,各區段沉降不均勻,且不穩定,這需要不斷進行補道砟和進行搗固,以滿足無縫線路道床縱橫向阻力達到要求。無縫線路在應力放散前用大型搗固機進行搗固,道床的密實度達到設計要求。地下線(或高架線)整體道床與地面線碎石道床之間設置彈性過渡段,過渡段長度設為20 m,通過道砟下部設鋼筋混凝土板,道砟厚度漸變的方式實現彈性過渡。

鋼筋混凝土板混凝土強度等級為C30,厚200 mm。軌枕下碎石道床厚度由250 mm過渡到450 mm。鋼筋混凝土板下設厚度100 mm的C15素混凝土墊層,墊層邊比鋼筋混凝土板寬出100 mm。此段兩側安裝擋砟墻,增加其道床橫向阻力。

(7)鋼軌焊接質量控制

全線采用U71Mn熱軋軌,在短軌鋪設施工中采用待焊軌進行鋪設,鋼軌連接采用無孔夾板；在短軌鋪設后的區段內進行焊軌施工并形成無縫線路。移動式閃光焊軌車在經過工藝試驗,確定焊接參數后,即可進行鋼軌的焊接。焊軌前,必須按《鋼軌焊接》(TB/T1632—2005)中的有關規定進行型式試驗,以確定焊機工藝參數。一經確定的參數不得隨意改動,檢驗合格后方可施焊。每焊500個鋼軌接頭,應做周期性檢驗,合格后方可繼續施焊。

焊接后長軌條應進行矯直和打磨,打磨后的焊接接頭應保證焊縫兩側各500 mm范圍內軌頭軌頂面及作用面的直線度為：軌頂面及工作邊0.3 mm/m；軌底凸出量不得超過1 mm；母材打磨深度不大于0.5 mm。

(8)應力放散及鎖定

施工中無縫線路應力放散及鎖定是無縫線路施工的重要環節,根據昌平線的設計和施工特點,為保證無縫線路應力放散的質量,制定以下措施。

無縫道岔的處理：采用凍結接頭,既便于維修,又能滿足無縫道岔的要求,正線其余地段均鋪設無縫線路。為便于工務維修部門更換道岔,道岔直股鋼軌接頭、道岔與兩端區間接頭(直股)、尖軌跟端(直股)、錳鋼轍叉兩端接頭(直股)采用凍結。道岔側股采用普通接頭,高架線道岔兩端設置單向伸縮調節器,伸縮調節器尖軌一端與道岔凍結,基本軌一端與區間線路焊接。應力放散前務必在鎖定軌溫時將道岔應力放散,并將接頭凍結。

利用大滾筒減少摩阻力：應力放散中,長軌條、扣配件、鐵墊板之間摩擦力直接影響長軌條的自由伸縮,特別在曲線地段。因為昌平線扣件形式較多,采取了大滾筒的方案,鋼軌被架上滾筒后,其與扣配件不接觸,并在曲線上加強撞軌,這樣能使長軌條充分放散應力,而且均勻。

線路鎖定方法：線路鎖定時,拉伸端的鋼軌直接鎖定50 m,扣配件全部上齊擰緊,中間各施工地段采用隔二緊一的方法進行,這樣既能保證長軌條鎖定軌溫不變,又能使整個軌條的鎖定軌溫均勻,特別是在升溫時進行鎖定,組織不好,方法不對有可能造成線路鎖定的失敗(鋼軌升溫后,軌條變長有可能在沒有及時鎖定地段拱起,造成應力不均勻或者鋼軌無法落槽,導致線路鎖定失敗)。

6 結語

昌平線的軌道工程由于施工工期緊、減振技術應用廣、工藝精度要求高、環境制約因素多等特點,因而施工組織的難度大,但軌道安裝專業能夠按照節點工期進行,這與各專業的密切配合、業主的較強協調能力、軌道專業科學的組織是分不開的。參與全線的軌道結構施工有以下建議和體會。

(1)線路扣件形式太多,不便于施工和線路維修,也給運營階段的備用軌料增加困難,今后應簡化。

(2)梯形軌枕地段道床結構高度至少應>550 mm,這樣便于梯形軌枕道床施工,若道床結構高度太低,即使橋梁專業對預應力梁的高程也難以控制。

(3)無縫道岔內的鋼軌接頭盡量不要焊接,采用凍結接頭較好,既能滿足強度要求,又方便維修和更換。

參考文獻：

[1]任 靜，王 進，曾向榮.北京地鐵5號線正線軌道設計綜述[J].鐵道標準設計，2007(10)：16-21.

[2]王朝陽，張希海，史萬成，等.L形臺座式浮動梯形軌枕道床施工工藝及應用[J].鐵道標準設計，2007(10)：101-103.

[3]楊云堂，高 林.北京地鐵5號線現場鋼軌移動式閃光焊接工藝要點研究[J].鐵道標準設計，2007(10)：91-94.