車輛段預制檢修立柱生產及應用

呂汝貴（中鐵十四局集團有限公司,山東 濟南 250101）

昆明軌道交通5號線世博車輛段位于昆明市盤龍區東三環與白龍路交叉口，主要承擔列車運營、整備、檢修、停放等工作。地鐵車輛段庫內停車檢修功能主要由三種形式組成，整體道床、壁式檢查坑和柱式檢查坑，軌道系統由鋼軌、扣件、軌枕、道床等組成[1]。目前，整體道床和壁式檢查坑均可采用預制短軌枕與混凝土基礎連接，而柱式檢查坑則未能實現預制。檢修立柱作為車輛段中的重要功能構件，上部與鋼軌連接，下部與基礎連接，通過發揮自身的承載力將上部荷載傳遞給基礎。列車在軌道上運行時，不僅會產生重力荷載，還會產生制動力、牽引力、橫向搖擺力等列車相關荷載。

傳統工法采用400mm×400mm的現場澆筑混凝土柱，主要存在問題：柱數量大、施工工期長、施工條件困難、質量差、不美觀、返工量大等[2]。針對支模現澆混凝土柱的不足，少量車輛段采用鋼檢修立柱，優點在于：輕巧美觀、安裝方便、速度快，現場安裝運輸條件較好，質量有保證；但也存在不足：①鋼檢修立柱生產綜合成本較高，是現場澆筑造價7倍以上；②鋼結構易腐蝕生銹，后期維護成本較大；③柱腳預埋螺栓精度要求高，柱頂和柱腳的連接精度難以同時保證，施工誤差難以消除。

采用預制檢修立柱對于提高施工質量、節省造價、保證軌道工藝安裝精度和提高施工效率有重要意義。為了減輕單根預制構件重量，從提高運輸和現場裝配的效率考慮，本文提出了預制空心混凝土軌道柱，并對該預制柱進行受力分析，對連接節點進行試驗，確保受力滿足規范要求。

1 生產工藝

經過與軌道專業溝通，考慮預制精度，柱截面尺寸可優化為350mm×350mm，高度約985mm，經過調研管樁生產工藝，可以采用立模法生產工藝批量生產，采用管樁生產材料及蒸養設備，加快產品生產周期，如圖1所示。為了減輕軌道柱重量，采用高標號混凝土和空心軌道柱方案，結合管樁生產工藝和鋼筋保護層要求，空心最大直徑采用150mm，柱頂部采用實芯段，高度250mm，如圖2所示，軌道柱重量與現場現澆相比減輕42%，便于現場運輸和安裝。

圖1 生產模具

圖2 生產產品

預制空心混凝土軌道柱主要特征：①柱頂部預埋2個套筒，安裝時與軌道扣件螺栓連接；②柱底部預留8個縱筋鋼筋接駁器，與基礎采用濕節點連接；③柱下部中間空心，以減輕自重和安裝燈具管線通道。

主要生產工序：鋼筋籠的編制→鋼筋籠底部擰入接駁器→鋼筋籠放置立模模具→軌道套筒預埋及燈具PVC管線預埋→混凝土布料→蒸壓養護→脫模→打包成形，模具周轉周期2～3次/天，生產效率高。

工地安裝順序：澆筑筏板基礎，預留擋土墻插筋→安裝軌道胎架，調整軌道精度→吊裝預制空心混凝土柱→通過預埋接駁器接長預制混凝土柱底縱筋，錨入擋土墻內→擋土墻封模→澆筑擋土墻混凝土→澆筑排水坡和排水溝素混凝土。

2 計算模型

軌道柱計算參數：混凝土等級C60，截面尺寸為350mm×350mm×985mm，空心直徑150mm，柱配筋采用8C18，箍筋采用Φ 8@100，立柱縱向中心間距為1250mm，6輛編組檢修坑長度約120m，橫向間距為1510mm，側面600mm高擋土墻，采用400mm～500mm厚筏板基礎，中間設置排水溝，檢修坑平剖面圖見圖3和圖4，選取一段的柱式檢查坑建立整體有限元模型，如圖5所示，利用Midas-civil有限元軟件進行計算分析。

圖3 軌道柱檢修坑平面圖

圖4 軌道柱檢修坑剖面圖

圖5 Midas-civil有限元模型及列車荷載

地鐵列車荷載采用國標A型車，車輛定距15.7m，固定軸距2.5m，車輛最大軸重16t，最小軸重8t，沖擊系數取1+μ，μ宜按現行《鐵路橋涵設計規范》規定的值乘以0.8，制動力或牽引力按列車豎向靜活載的15%計算，橫向搖擺力按相鄰兩節車四個軸軸重的15%計，以集中力形式，作用于軌頂面處[3]。

列車鋪軌運行后最不利荷載作用下，軌道柱軸力、剪力、彎矩最大值，見表1。

表1 預制檢修立柱內力標準值計算結果

結合軌道專業提出的要求，給出了試驗時預制檢修立柱試驗內力建議值，見表2。

表2 預制檢修立柱試驗內力建議值

3 試驗結果

預制產品選用2組做抗壓試驗，選3組做抗拔試驗，選3組做節點連接低周往復試驗。試驗現場如圖6所示。

圖6 抗壓、抗拔和低周往復試驗現場

根據測試數據，繪制軸壓試驗荷載位移曲線，如圖7所示。

圖7 軸壓試驗荷載位移曲線

試件軸壓試驗結果見表3，由此可見極限抗壓承載力是設計建議值15倍。

表3 試件軸壓試驗結果

試件拉拔試驗數據如圖8所示，試驗結果見表4，由此可見極限抗拔承載力是圖8受拉承載力設計建議值1.7倍。

表4 試件拉拔試驗結果

圖8 受拉承載力

試件低周往復荷載試驗結果見表5。

由表5可知，正向抗剪極限力是設計建議值2.46倍，負向抗剪極限力是設計建議值3.02倍。

表5 試件低周往復荷載試驗結果

4 產品應用

本預制檢修立柱產品成功應用于昆明軌道交通5號線世博車輛段中，經過實踐檢驗，預制產品能在工廠中大規模批量生產，質量有保證，生產周期快，能滿足現場安裝需求，安裝周期與傳統支模現澆也有較大幅度提升。

5 現場預制柱安裝

車輛段預制檢修立柱的安裝對安裝精度要求較高，現場安裝的垂直度等直接影響后續施工工序的質量。

5.1 澆筑筏板基礎

筏板基礎配筋同現澆柱式檢修地溝，不需要預留預制檢修立柱鋼筋，只需預留擋土墻插筋。設計擋土墻寬度同軌道預制檢修立柱。但擋土墻上部鋼筋間距小，部分柱底錨固鋼筋位置與擋土墻上部鋼筋沖突，無法將鋼筋擰入預制檢修立柱底部預留的鋼筋接駁器中（8根縱筋鋼筋接駁器）。現場安裝時，需適當調整，便于將預留預制檢修立柱鋼筋擰入預留的鋼筋接駁器中。

5.2 安裝軌道臺架，調整軌道精度

筏板基礎澆筑完成后即可進行軌道臺架安裝。因為整條檢修地溝的預留預制檢修立柱都需依靠軌道及軌道臺架支撐起來，所以傳統的架軌設備剛度無法滿足。采用定制槽鋼軌道臺架或搭設鋼管腳手架軌道臺架。軌道臺架安裝完成后，即可進行架軌，首先對軌道進行粗調，利用加密基標對拼裝好的軌道方向和高程進行粗略調整。在調整過程中，采用起道架同時頂起左右軌道，先用L型軌道卡尺對軌面高程快速調整。粗調后的軌道方向和高程偏差控制在規范范圍內。

5.3 吊裝預制軌道預留預制檢修立柱

軌道臺架及軌道安裝完成后，現場采用兩臺自行設計的門式起重機吊對預制檢修立柱進行吊裝，吊裝過程中對每一根預制柱位置進行嚴格定位，根據定位點對預制柱進行安裝，使預制柱與軌道固定在一起，吊裝過程中對成品保護要到位。

經驗收合格后方可進行預留預制檢修立柱吊裝。預留預制檢修立柱吊裝要軌道兩側對稱吊裝，以免引起軌道傾覆。安裝過程中需要各專業配合，注意辨識柱頂軌底坡的方向，軌底坡坡向軌道內側。

5.4 接預制軌道預留預制檢修立柱柱底鋼筋

軌道預留預制檢修立柱安裝完成后，即可開始接預留預制檢修立柱柱底錨固鋼筋。錨固鋼筋長度應滿足設計規范要求（即套筒長45mm，鋼筋旋入22.5mm，留22.5mm，誤差±1mm），將錨固鋼筋依次擰入預制預留預制檢修立柱底部預埋的鋼筋接駁器中。對已加工好的預留鋼筋進行安裝，預制立柱提前預留套筒，單個套筒拉拔力80kN，與地梁結構鋼筋采用焊接，保證能與地梁進行有效搭接，取代接頭套筒機械連接的形式。為保證扣件安裝精度，孔眼位置應保證與扣件相匹配。擰緊后需要用力矩扳手進行檢驗，檢驗合格方可進行下一道工序。軌道安裝精度要求見表6。

表6 預制檢修立柱安裝精度表

安裝現場如圖9所示。

圖9 安裝現場

5.5 澆筑擋土墻混凝土

柱底錨固鋼筋驗收合格后，對軌道進行精調，精調完成后對軌道進行驗收，驗收合格后澆筑擋土墻混凝土。澆筑擋土墻混凝土時，不可擾動軌道臺架。混凝土澆筑完成后，對軌道中心線、標高和軌距進行復測。

5.6 拆模養護

混凝土澆筑完成后應及時進行保濕養護,養護時間不少于7d。根據現場實測結果，對比測算一條軌道安裝工時，見表7，預制檢修立柱工期僅需傳統方案33%，人工時僅需傳統方案28%，大幅度節省工期和節約人工時。

表7 單條軌道施工工時對比表

6 結語

針對傳統支模現澆方案不足和裝配式鋼結構檢修立柱使用缺陷，本文提出預制檢修立柱方案，通過工廠試制、構件及節點試驗，證明新產品及連接節點方案可行性。

理論計算和試驗結果對比，極限抗壓承載力是設計建議值15，極限抗拔承載力是設計建議值1.7倍，正向抗剪極限力是設計建議值2.46倍，負向抗剪極限力是設計建議值3.02倍，均滿足規范要求，且局部指標安全度富余較大，保證產品質量。

通過現場安裝實踐檢測，預制檢修立柱工期僅需傳統方案33%，人工時僅需傳統方案28%，大幅度節省工期和節約人工時。