裝配式軌道成套技術在蘇州地鐵中的優化應用

王占生，陳 鵬，徐壽偉，翟貝貝，代 彪

（1. 蘇州市軌道交通集團有限公司，江蘇蘇州 215004；2. 北京城建設計發展集團股份有限公司北京市軌道結構工程技術研究中心，北京 100037；3. 中鐵電氣化局集團有限公司，北京 100036）

我國的城市軌道交通正處在快速發展期。軌道作為承載并引導列車安全運行的重要系統，其結構類型目前仍以現澆整體道床為主，這種軌道結構在部分運營線路上存在施工質量控制不佳、線路平順性差、病害多等問題。鑒于此，近些年部分城市開始探索并嘗試“預制式軌道”的技術，并進一步提出了“裝配式軌道”技術理念，將裝配式建造理念融入軌道結構設計、制造及施工中，形成了新一代軌道結構技術體系[1-2]。

1 預制板式軌道的應用現狀

1.1 高速鐵路

我國的高速鐵路技術已走在世界前列，其中板式軌道在總結日本及德國應用成果的基礎上，自主研發了CRTS Ⅲ型板式無砟軌道結構[3-5]。目前在建高鐵線路的板式軌道均采用了此種形式。

CRTS Ⅲ型板式無砟軌道，由鋼軌、彈性扣件、預制板、自密實混凝土層、隔離層、彈性緩沖墊層以及具有限位結構的鋼筋混凝土底座等部分組成(見圖1)。預制板下設門型鋼筋，在自密實混凝土灌注后，通過門型鋼筋，使預制板和自密實混凝土層連接成為一體，形成“復合板”結構。自密實混凝土層與底座板之間設置兩層土工布，底座板中部設置限位凹槽，與上部自密實混凝土層相連，凹槽內側填充彈性墊層。

圖1 CRTS Ⅲ型板式無砟軌道Figure 1 CRTS Ⅲslab ballastless track

CRTSIII型板式無砟軌道主要根據高鐵線路及工況特點進行研發，具有結構簡單、施工便捷、穩定耐久、方便維修的特點。

1.2 城市軌道交通

上海地鐵在國內率先借鑒了高鐵CRTS Ⅲ型板式軌道技術，在城市軌道交通領域開展了預制板式軌道技術的研究，并在上海地鐵12、16、17號線完成了預制軌道板試驗段，隨后在整個線網中推廣使用。

西安地鐵于2017年在4號線鋪設了減振墊板式軌道試驗段，主要采用了預制板(復合減振墊)+自密實混凝土+板兩側混凝土擋臺的方案(見圖2)。

圖2 西安地鐵4號線板式減振軌道Figure 2 Vibration-damping slab track of Xi’an Metro Line 4

除上海、西安地鐵外，北京、天津、深圳、成都等地鐵也在逐步采用預制板式軌道，板式軌道已成為未來城市軌道交通軌道技術發展的主要方向。目前，城市軌道交通板式軌道的應用主要存在以下問題：

1) 施工工藝及工序仍顯復雜。混凝土底座需提前進行澆筑，并預留水溝及限位凹槽，隔離層與限位凹槽緩沖隔離層需采用人工鋪設施工，受城市軌道交通地下線空間狹小的影響，鋼筋綁扎、模板支立的施工更加困難。

2) 自密實混凝土一般采用市區內的商品砼，原材料控制、拌制、運輸要求高，澆筑質量難以保證，且成本較高。

3) 預制板精調需人工操作。預制板吊裝就位后，需在軌道板起吊套筒處安裝預制板精調裝置，用人工進行調整(見圖3)。調板速度慢，調板精度對人為因素的依賴性較大。

圖3 人工精調預制板Figure 3 Manual adjustment of track slab

2 裝配式軌道的主要技術特點

裝配式軌道技術理念是在我國大力推廣“綠色建造”、裝配式建筑技術的背景下提出的，涵蓋了軌道結構設計、軌道施工、專用裝備等多方面，其主要技術特點包括：

1) 道床采用預制板結構。預制板在滿足承載力、抗裂等設計要求的前提下，優先采用非預應力厚板，避免預應力帶來變形和徐變的問題，且厚板有利于提高減振效果及軌道自身的穩定性，能盡量保證減振及非減振地段預制板類型的統一，便于生產制造。

2) 預制板與下部填充層分離。有減振需求時，板與減振墊通過一定的構造設計方式，實現工廠化的復合，減振墊彈性根據減振要求進行針對性設計。無減振需求時，減振墊改為僅起隔離作用的隔離層，采用噴涂工藝實現工廠內復合，也可采用土工布等隔離材料進行隔離。

3) 預制板下部填充層結構簡化。軌道結構高度較小時(如5.5 m的盾構內徑)，板下填充層優先采用一次灌注方式，取消底座，減少現場施工環節；軌道結構高度較大時(如5.9 m的盾構內徑)，為減少填充層的灌注量，提高施工進度，可預鋪一層底座；同時，在保證填充層抗裂要求的前提下，優化配筋或取消配筋設計，以簡化施工。

4) 軌道板內的限位樁與灌注孔及觀察孔合并設置，并與板下填充層灌注一次成型。地下線預制板軌道結構優化后，填充層空間相對于傳統板式軌道結構較大，且為開放式灌注，降低了填充材料的流動性要求，因此成本相對較低，技術經濟性更佳。

5) 采用配套的系列化施工裝備進行施工。施工裝備涵蓋運板、卸板、調板、換板及板下混凝土灌注等工序環節，其中預制板精調等關鍵工序采用自動化調板裝備，配備專用測控系統，實現預制板自動精調，調整精度可達到1 mm以內，且穩定性高于人工鋪板進度。采用的輪胎式走形機構可適應各種隧道底部輪廓，避免了傳統施工必須安裝輔助軌的限制，并可實現交叉施工。

3 裝配式軌道成套技術的應用

3.1 鋪設地段概況

鋪設地段位于蘇州地鐵5號線上供路—木瀆南區間左線盾構隧道內，長414 m。線路坡度10.938‰，線路平面包含直線及R600 m曲線，曲線超高為90 mm。

3.2 主要技術特點

預制板軌道由鋼軌、扣件、預制板(含隔離層)、鋼纖維細石混凝土填充層等部分組成。采用與填充層一體化施工的凸臺限位，限位凸臺與預制板之間通過緩沖層[3-8]隔離(見圖 4)。

圖4 裝配式軌道結構Figure 4 Prefabricated track structure

1) 預制板采用工廠化制作。預制板為非預應力鋼筋混凝土結構，混凝土強度C50，長3 450 mm×寬2 200 mm×厚330 mm。為提高隧道斷面的適應能力，斷面兩端下部邊角倒棱處理。

2) 預制板底部國內首次采用了廠內噴涂四羥絡合酯噴涂型隔離材料的方法，實現了預制板與下部填充層的隔離，省去了傳統預制板隔離層與限位凹槽采用人工現場鋪設施工的工序(見圖5)。在簡化施工工序的同時，提高了隔離層的耐久性和絕緣性能，有利于雜散電流防護。四羥絡合酯噴涂型隔離材料常溫下與板的黏結強度≥1 MPa，拉伸強度≥2 MPa，斷裂伸長率≥500%。

圖5 廠內噴涂完隔離層的預制板Figure 5 Track slab with an isolation layer

3) 板下填充層國內首次采用了 C40鋼纖維細石混凝土[10]，連同兩側水溝一次澆筑成型，取消了以往板下需采用混凝土底座及板下調整層的兩層結構，且填充層內無需綁扎鋼筋。在確保板下填充層抗裂性滿足要求的同時，大幅簡化了施工工序。同時，相比傳統的自密實混凝土填充材料，其拌制、運輸及澆筑的要求較低，從而大幅降低了施工質量控制難度。為確保鋼纖維細石混凝土應用效果，在實施前通過抗裂性檢算及多次的廠內試配及揭板試驗后，制定了鋼纖維細石混凝土的技術條件。本工程中的C40鋼纖維細石混凝土采用長度50 mm、直徑0.75 mm、長徑比67、抗拉強度1 230 MPa的鋼纖維，設計摻量20 kg/m3；鋼纖維混凝土的設計彎曲韌度比≥0.5。

4) 限位凸臺在填充層灌注時，插入鋼筋籠，連同填充層同步澆筑完成。

5) 板縫處無過軌需求及排水需求地段，填充C40補償收縮混凝土以消除板縫。

3.3 系列化鋪軌裝備

采用了系列化的裝配式軌道施工專用裝備，實現了運輸、鋪設、精調、灌注全過程的機械化施工和無軌化作業。主要裝備及其功能如下：

1) 自變形輪胎式軌道施工車(見圖 6)。可根據現場施工的斷面結構尺寸進行調節變形，以滿足圓形隧道、矩形隧道及馬蹄形隧道的施工要求。施工作業時，可用于預制板及其他物料的裝卸、倒運、調整，能與自變形輪胎式混凝土施工車交叉運行，避免各工序間施工干涉。此類裝備已在上海、深圳等多個城市的地鐵中推廣應用。

圖6 自變形輪胎式軌道施工車Figure 6 Self-deformable tire track construction vehicle

2) 有軌/無軌雙模式混凝土施工車(見圖7)。自變形輪軌式混凝土施工車是集混凝土運輸、攪拌、澆筑布料等功能于一體的新型施工裝備，可滿足矩形隧道斷面、馬蹄形隧道斷面、圓弧形隧道斷面及橋梁橋面等工況的施工要求。為提高施工效率，長距離行走時，用內軌行走系統在標準軌道上高速行駛；到達作業面時，變跨到外輪胎運行布料；短距離行走時，直接用外輪胎行駛運輸并布料施工。鋼纖維細石混凝土通過此裝備運至工作面進行灌注。此裝備已在上海、深圳等多個城市地鐵中推廣應用。

圖7 有軌/無軌雙模式混凝土施工車Figure 7 Rail / trackless dual-mode concrete construction

3) 第三代精調裝備及測控系統(見圖 8)。研發的“測-控-調”一體化自動精調技術及精調裝備，打破了傳統預制板精調須采用人工調板的模式。通過測控系統指揮全站儀和精調設備自動完成軌道板位置測量、調整量計算、形位調整等作業程序，實現了軌道板的快速、自動調整到位。精調裝備及測控系統的研發，提升了軌道施工的自動化、智能化程度，為實現全過程的機械化施工作業提供了重要支撐。

圖8 精調裝備及測控系統示意Figure 8 Schematic diagram of fine adjustment equipment,and measurement and control system

3.4 施工工藝流程

裝配式軌道的施工工藝流程在傳統預制板式軌道的基礎上大幅簡化，主要工序僅包括：控制網測設、軌道板的鋪設及精調、鋼纖維細石混凝土灌注、安裝扣件及鋼軌精調、板縫回填及水溝防水等(見圖9)。單個工作面的用工數量僅需約25人，綜合施工進度可達到100～120 m/d，施工質量相比傳統現澆整體道床大幅度提升(見圖10)。

圖9 裝配式軌道施工工藝流程Figure 9 Construction process of prefabricated track

圖10 鋪設完成的裝配式軌道Figure 10 Finished fabricated track

4 結語

蘇州地鐵5號線通過對預制板式軌道結構方案及材料的優化改進、精調裝備及測控系統的研發及應用，簡化了施工工藝。實施結果表明，與傳統預制板軌道技術相比，具有以下的改進和優勢：

1) 關鍵技術指標比傳統預制板軌道有大幅提升。相比傳統預制板軌道技術，節省工序10余道，用工數量減少70%，填充層灌注效率提高約3倍，綜合施工進度提高約2倍。

2) 研發的精調裝備及測控系統，彌補了預制軌道板運輸、鋪設、精調、灌注等全過程機械化施工和無軌化作業的短板，提升了軌道施工的自動化、智能化程度。

3) 采用廠內噴涂的四羥絡合酯噴涂型隔離材料，減少了現場工序，降低了對施工質量的依賴性；采用板下鋼纖維細石混凝土，省去了傳統預制板道床結構中的鋼筋設計，免去了傳統自密實混凝土的拌制、運輸及澆筑，有效降低了施工質量控制難度。

蘇州地鐵裝配式軌道成套技術的研究及應用，提升了蘇州地鐵軌道技術水平，為其后續線路建設及國內其他城市軌道交通新線建設中的推廣應用提供了技術儲備和參考借鑒。目前裝配式軌道技術正處于不斷完善、發展的階段，在當前我國城市軌道交通快速發展的大背景下，該項技術的研究及應用前景將非常廣闊。