成都有軌電車小半徑槽型軌道鋪設(shè)施工技術(shù)研究

張 剛

(中鐵十四局集團第五工程有限公司 山東濟寧 272117)

1 引言

20世紀70年代末的能源危機、石油危機引起了全社會對大量使用個體交通的反思，進入新世紀以來，需要依靠發(fā)展公共交通以緩解危機，以及日益嚴重的環(huán)境污染問題[1-2]。有軌電車是軌道交通的組成部分，是中心城區(qū)與衛(wèi)星城之間以及二三圈層城市組團之間的重要聯(lián)系紐帶，同時能有效彌補地鐵線路因城市經(jīng)濟活動密集區(qū)曲線半徑不足、彎道眾多而無法建設(shè)或延伸的問題，為城區(qū)密集人口提供了出行便利[3]。在逐步改進路權(quán)分離后，現(xiàn)代有軌電車以有軌電車專有路權(quán)為主，車輛不斷升級，使用現(xiàn)代化、大容量的低地板車輛，使得現(xiàn)代有軌電車具有節(jié)能、環(huán)保、噪聲低、載客量大等優(yōu)點，因此，從2006年至今，國內(nèi)現(xiàn)代有軌電車開始逐步改造或新建，極大地豐富了城市交通出行方式。另外，現(xiàn)代有軌電車符合我國目前推動和倡導(dǎo)的“雙碳”戰(zhàn)略目標，具有可復(fù)制性[4-5]。

蔡魯泉等[6]依托北京有軌電車西郊線工程，對槽型軌道道岔施工方法和安裝工具，總結(jié)了小半徑曲線段的道岔安裝方法；丁靜波[7]依據(jù)廣州海珠環(huán)島新型有軌電車試驗段，研究小半徑曲線軌道的預(yù)彎曲施工技術(shù)，提出了具體的施工控制措施；廖濤等[8]以埃塞俄比亞有軌電車項目為依托，研究了小半徑曲線段電車輪軌之間的磨耗問題，提出了曲線優(yōu)化方法。目前，我國的現(xiàn)代有軌電車建設(shè)正在興起，但在槽型軌道施工方面還缺乏足夠的建設(shè)經(jīng)驗，同時，現(xiàn)代有軌電車設(shè)計理念與施工技術(shù)也不能簡單地參照地鐵模式和國外經(jīng)驗[9]。

本文以成都有軌電車蓉2號線小半徑曲線槽型軌道彎軌及鋪設(shè)為研究對象，研究小半徑曲線槽型軌道的預(yù)彎曲及鋪設(shè)技術(shù)，以豐富相關(guān)施工經(jīng)驗。

2 項目背景

如圖1所示，成都有軌電車蓉2號線呈Y型布局。主線西郫段起于成都西站，終于郫縣西站，長27.17 km；支線新紅段起于新業(yè)路站，終于仁和站，長11.87 km；線路全長39.04 km。全線共設(shè)站47座，設(shè)西客站停車場、紅光停車場及郫溫定修段。雙線并行，線間距以4.0 m為主，曲線視情況進行加寬，最高運行速度70 km/h，正線最小半徑曲線35 m。

圖1 有軌電車蓉2號線線路走向

3 彎軌設(shè)備及技術(shù)參數(shù)確定

3.1 槽型軌滾彎機

槽型軌滾彎機是根據(jù)型鋼滾彎機改造而成，主要對滾軸進行改造，以適用于鋼軌截面型式[10]。該滾彎機采用數(shù)控技術(shù)，輸入鋼軌預(yù)彎數(shù)據(jù)后，將鋼軌在一端放入可實現(xiàn)連續(xù)彎軌，精度高、效率高，彎制成型后鋼軌曲線圓順。

3.2 槽型軌彎軌技術(shù)參數(shù)

彎軌時，采用的鋼軌頂彎機固定軸間距為1.9 m，活動軸居中布置。根據(jù)三角函數(shù)計算公式f＝R-(R2-(1.9/2)2)0.5得出1.9 m長范圍鋼軌彎曲正矢值f，鋼軌預(yù)彎的過程中可任意選取3 m弦長或5 m弦長進行數(shù)據(jù)復(fù)核。

有軌電車蓉2號線緩和曲線設(shè)計為25 m，根據(jù)施工經(jīng)驗采取3 m弦長進行鋼軌預(yù)彎效果較好，緩和曲線部位由圓曲線正矢值以3 m分段長度依次遞減為0。緩和曲線軌道鋼軌的正矢值如表1所示。鋼軌預(yù)彎數(shù)據(jù)復(fù)核參數(shù)如表2所示。

表1 緩和曲線軌道鋼軌正矢值

表2 鋼軌預(yù)彎數(shù)據(jù)復(fù)核參數(shù)

4 小半徑槽型軌道施工工藝

4.1 總體施工工藝

小半徑槽型軌道鋪設(shè)的總體施工工藝為施工準備→測量放線→彎軌施工→放縱向鋼筋→組裝軌排并標記軌枕扣配件安裝位置→架設(shè)軌排并安裝扣配件及軌枕→粗調(diào)軌排并綁扎道床鋼筋→安裝模板，精調(diào)軌排架→澆筑整體道床混凝土→養(yǎng)生和拆?！鷨卧壓附印鷳?yīng)力放散及鎖定焊接→鋼軌打磨。

4.2 施工準備

CPⅢ建網(wǎng)精度是無砟軌道施工精度的重要保證[11]。無砟道床施工前，首先對線路兩側(cè)導(dǎo)線控制點及水準控制點進行復(fù)測，復(fù)測成果報告合格以后應(yīng)在路基工程施工完成，沉降穩(wěn)定后設(shè)置CPⅢ樁，一定區(qū)段支承層混凝土施工完成后，在線路兩側(cè)設(shè)置CPⅢ控制點，并標記控制點坐標及高程。CPⅢ控制點與設(shè)計控制點貫通閉合。

有軌電車作業(yè)面由于管線及綠化遷改影響施工工期，交接時間不連續(xù)，現(xiàn)場采用人工散鋪法，即短軌枕、扣配件及鋼軌運輸至現(xiàn)場采用人工組裝拼接成軌排。

4.3 測量放線

首先，采用全站儀定位放線出軌道左右鋼軌中心位置、股道中心位置、模板邊線，再采用水準儀定位每個軌排精調(diào)架立柱位置鋼軌頂面至支承層頂面高程差，待軌排架設(shè)完成后依據(jù)定位中心線及高差值通過尺量初步定位軌排高低及水平方向[12]。

其次，軌道水平的粗平。選擇上行側(cè)軌排鋼軌為基準軌，調(diào)整其線型，然后在兩股鋼軌上放置軌道尺架，分別測量兩股鋼軌中心線到基標中心的距離，在調(diào)整軌排中線過程中確?；拒壊粍?，通過軌距拉桿定位軌距來調(diào)整基本軌以外的鋼軌；根據(jù)實測軌面和基標高差以及道尺水平氣泡位置，對兩支承絲桿作相應(yīng)的升降。此時可以擰動兩絲桿，使支撐架連同軌道上升或下降。

其三，軌道水平的精平。通過對絲桿的微調(diào)，實現(xiàn)道尺氣泡的浮動，減小實測高差與實際高差的差異，當(dāng)水泡居中時，表明兩者差異為零，軌道水平調(diào)整完成。

其四，軌道中心線及軌距的校核。為了使軌道中心線和設(shè)計線路中心線相重合，可采用軌道尺和吊線球工具，配合精調(diào)架承軌槽調(diào)整螺栓，起到調(diào)整中心線的作用，而軌距拉桿主要起到固定鋼軌間軌距的作用。在曲線設(shè)有超高地段，預(yù)先在道尺中設(shè)置好圓曲線段超高值，再通過調(diào)整曲線外側(cè)鋼軌高度使道尺氣泡居中，來達到軌排設(shè)置超高的目的。

4.4 彎軌施工

(1)首先將標準存放區(qū)鋼軌采用叉車吊裝至輸送軌筒上，并人工推送至滾彎機，使鋼軌三點均與滾彎機軌筒接觸，輸入彎軌參數(shù)，使鋼軌處于受力狀態(tài)。

(2)鋼軌加載后，啟動數(shù)控彎軌，首先彎制出5 m曲線段，然后停止，利用弦繩對滾彎效果進行測量，滿足要求后，繼續(xù)進行鋼軌滾彎。

(3)鋼軌滾彎至鋼軌末端后，如同初始使鋼軌末端三點與滾彎機軌筒接觸，對鋼軌滾彎整體效果進行測量，由于彎軌軌溫不得小于25℃，溫度不同彎軌成型效果不同，通過實際測量正矢情況，確定是否對鋼軌進行反向滾彎。

(4)確定滾彎效果復(fù)核計算正矢要求后，在鋼軌軌腰部位做好鋼軌曲線要素及使用部位標記，然后采用專用吊具將彎軌成品吊裝至彎軌存放區(qū)。

4.5 放置縱向鋼筋

待測量放線完成后，在施工作業(yè)面位置擺放好縱向鋼筋，避免精調(diào)架支承好后阻礙縱向長鋼筋的放入。

4.6 組裝軌排，標記配件及軌枕位置

(1)鋼軌倒運

鋼軌通過汽車運輸至施工現(xiàn)場，鋼軌在鋪軌基地裝車時必須注意工作面對稱成對裝車以保證卸車時同步成對卸車，避免因軌工作邊不對稱造成不必要的鋼軌倒邊。鋼軌擺放方式如圖2所示。

圖2 鋼軌擺放方式示意

(2)鋼軌吊裝

平板車及汽車吊運輸?shù)惯\至現(xiàn)場，用13.5 m長吊具吊運鋼軌至支承層上，每25 m長線路放置雙線4根鋼軌。

吊具采用 20工字鋼，高20 cm，寬10 cm，壁厚8 mm，角鋼采用∠4×5 mm等邊角鋼，每隔2 m與工字鋼橫向焊接成桁架梁。起吊時，采用2個吊點，吊點位置采用 10槽鋼焊接橫梁作為起吊點。與普通鋼軌不同，槽形鋼軌左右不對稱，因此，鋼軌的平直度需采用特殊夾具，且保證夾具能360°自由轉(zhuǎn)動。

(3)支承層清理

軌道工程整體道床施工前需對下部支承層進行灰渣清理及雜物沖洗，保證支承層與整體道床接觸面濕潤干凈，對拉毛過程中產(chǎn)生的灰渣進行人工清掃。

(4)軌排組裝

材料運輸?shù)轿缓螅F(xiàn)場拼裝軌排。本項目施工采用下承式支撐架，支撐架的結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 下承式支撐架

根據(jù)線路中心施工線的方向及高程，采用1 m直尺和軌道尺對軌排進行測量，通過支撐架調(diào)整軌排左右股鋼軌的高低，再利用支撐架上的水平調(diào)整螺栓使軌道中心線與線路中心重合。

4.7 安裝配件及軌枕

當(dāng)軌排組裝完成后且調(diào)整至標準高度及水平位置前，根據(jù)鋼軌上標記安裝短軌枕及扣配件位置，將軌枕人工搬運至標定位置，扣配件螺栓帶入一半后采用電動扭力扳手逐個帶緊扣配件螺栓，在帶緊螺栓過程中采用標定線及方尺調(diào)整軌枕位置以達到標準要求?？叟浼败壵戆惭b完成后，通過扭力扳手測定扣配件扭力值是否符合設(shè)計要求，分別檢驗合格后開始調(diào)整軌排位置。

4.8 粗調(diào)軌排并綁扎道床鋼筋

直線段軌道主要采用目測的方式進行整體調(diào)整，當(dāng)觀測到軌道出現(xiàn)不平直時，可通過螺栓的松緊對軌道進行校正。

小半徑曲線段軌道的調(diào)整主要是依靠1 m直尺、軌道尺以及支撐架對軌排中心加密點的高程進行測量，調(diào)至道尺的水平氣泡居中，則表明超高與水平已調(diào)試完畢。然后，利用支撐架上的水平調(diào)整螺栓使軌道中心線與基標頂面的十字中心重合。不同曲線半徑的軌道小半徑曲線正矢調(diào)整允許偏差值如表3所示。

表3 軌道小半徑曲線正矢調(diào)整允許偏差值 mm

4.9 安裝模板及精調(diào)軌排

模板安裝過程中按照模板邊線擺放首先保證模板沿軌道方向順直；通過橡膠條逐步調(diào)整模板頂面高程保證模板頂面高程符合整體道床頂面高程設(shè)計要求；模板調(diào)整完成后，采用斜撐固定模板底邊及頂邊，模板固定完成后拉線采用尺量檢查模板頂面順直度沿線路方向允許偏差5 mm，相鄰模板之間高低差2 mm。

采用槽形鋼軌精調(diào)小車及全站儀，通過CPⅢ控制點對軌排進行精確測量并在道床澆筑砼前再次精調(diào)軌道，根據(jù)精調(diào)小車數(shù)據(jù)對軌道進行微調(diào)并緊固牢靠，為澆筑整體道床砼做準備。

4.10 整體道床施工

混凝土的澆筑順序和過程必須提前確定，混凝土澆筑盡量從線路一端向圍擋通道處進行澆筑，澆筑過程中需待混凝土完全流到軌枕底下，不殘留任何氣孔。搗固過程中，振搗器不碰撞鋼筋、模板、軌枕、鋼軌及支撐件等?？奂颁撥壉仨毟采w以防混凝土污染和腐蝕。混凝土的表面按設(shè)計設(shè)置適當(dāng)?shù)钠露取?/p>

雙線并行軌道首先施工單側(cè)股道并澆筑混凝土，用罐車直接駛進施工現(xiàn)場沿軌道方向?qū)蝹?cè)整體道床進行混凝土澆筑。

單側(cè)整體道床施工完成后另一側(cè)整體道床澆筑混凝土?xí)r，采用混凝土運輸車、溜槽、混凝土料斗運輸車分別載運一個2 m3料斗。通過農(nóng)用車沿軌道方向倒運混凝土，通過溜槽灌注進另一側(cè)整體道床模板。澆筑及表面處理完成后立即開始覆蓋養(yǎng)生。

4.11 槽型鋼軌焊接、應(yīng)力放散及鎖定焊接

對單元軌節(jié)采用“連入法”進行逐段焊接。在焊接前，先松開單元軌節(jié)間的鋼軌接頭臨時連接器、已連接的無縫線路終端50 m范圍內(nèi)的鋼軌扣件以及下一單元軌節(jié)的全部扣件。以焊縫為中心，向兩側(cè)每隔10～15 m的軌枕承軌槽上墊上滾筒，并在焊縫兩側(cè)各10 m范圍內(nèi)分別等間距地墊入3～4個支承木墩。對鋼軌端面及焊縫兩側(cè)各50 mm范圍內(nèi)的鋼軌表面徹底去油去垢除銹，用液壓拉軌器或撞軌器拉動單元軌節(jié)使焊接軌端面間距合適，然后對鋼軌進行焊接。

單元軌節(jié)應(yīng)力放散完畢、鋼軌焊接并檢查完成后，擰緊全部扣件，鎖定鋼軌，記錄鎖定軌溫。線路鎖定后，立即埋設(shè)鋼軌位移永久觀測樁，永久觀測樁位于鋼軌的垂直線上。在鋼軌軌頭外側(cè)面標記鋼軌位移零點，按規(guī)定觀測并記錄鋼軌位移情況。

4.12 鋼軌打磨

鋼軌的打磨方式分為兩種，即粗步打磨和精細打磨。粗步打磨主要是在焊縫完成后，除了焊縫踏面部位外，采用手提式砂輪機對焊縫和附近軌道的全方位打磨，達到顏色發(fā)藍且平整有光澤為止；精細打磨主要采用仿形打磨機的方式進行，打磨后所有的鋼軌接頭幾何尺寸標準應(yīng)滿足設(shè)計要求。

5 結(jié)束語

現(xiàn)代有軌電車是城市軌道交通的重要組成部分，其環(huán)境友好、兼顧觀光功能以及適應(yīng)小半徑彎曲線路的特點，使其又有獨特優(yōu)勢。目前我國針對小半徑曲線的槽型軌道預(yù)彎曲和鋪設(shè)施工經(jīng)驗有待進一步豐富。本文以成都有軌電車蓉2號線小半徑曲線槽型軌道彎軌及鋪設(shè)為研究對象，采用槽型軌滾彎機對槽型軌道進行預(yù)彎，并提出相應(yīng)的彎軌技術(shù)參數(shù)、彎軌施工方法，分析小半徑槽型軌道鋪設(shè)施工中組裝軌排、安裝軌枕、整體道床施工、槽型鋼軌焊接、應(yīng)力放散及鎖定焊接等具體的施工工藝，消除了小半徑曲線槽型軌道的鋼軌應(yīng)力，提高了軌道鋪設(shè)精度；小半徑曲線槽型軌道鋪設(shè)工藝有效地增強了軌道的整體安裝精度、穩(wěn)定性。目前成都有軌電車蓉2號線已施工完成，并且運營安全、平穩(wěn)，小半徑曲線的輪軌磨耗小、振動小，旅客出行滿意度和舒適度高。