城市軌道交通高架軌道結構的
實施方法與工藝探討
摘 要 以上海市軌道交通明珠線為例,敘述了高架線路軌道結構的類型和施工工藝,提出了在實施中所產生的問題及解決問題的對策。
關鍵詞 城市軌道交通,高架線路,軌道結構
我國第一條大容量的城市軌道交通明珠線一期工程,南起漕河涇北至江灣鎮,正線全長24. 975 km , 其中高架線21. 514 km , 占全長的86. 1 % , 地面線3. 461 km , 占全長的13. 9 % 。由于城市軌道交通大部分線路在高架上,與城市地下鐵道不同,其軌道結構的實施就要考慮鋼軌溫度力的影響,橋梁、車站不均勻沉降的影響,大跨度預應力橋梁徐變及對城市環境的影響等。
1 明珠線軌道結構的類型
城市軌道交通在我國屬起步階段,除上海市軌道交通明珠線工程正在建設實施外,全國其他各大城市,如北京、長春、沈陽、武漢、重慶、南京、杭州等地都已進行了可行性研究,并都把如何實施軌道結構作為一項亟待解決的重大課題。上海市軌道交通明珠線工程高架線路的軌道結構采用了如下的型式。
1.1. 1 鋼軌:為60 kg/m 高碳微礬軌(PD3) 。為了減少對軌道的振動和噪聲,提高行車的平穩性,將標準軌焊接成長鋼軌,即無縫線路?？紤]到溫度壓力影響,在車站的道岔前后及大跨度橋梁中部設置了鋼軌溫度伸縮調節器。
1.1. 2 扣件: 為新型的小阻力WJ-2 型ω彈條扣件,彈性分開式,其鋼軌調高量40 mm , 其中軌下調整量是10 mm , 鐵墊板下調整量30 mm 。軌距調整量±20 mm , 即每軌±10 mm 。軌下采用不銹鋼板復合膠墊。WJ-2 扣件可承受最大橫向力40 kN(疲勞荷載),承軌臺上的支承塊不設擋肩。扣件節點剛度為40～60 kN/ mm 。錨固螺栓擰緊扭距為300 N·m。預埋絕緣套管抗拔力> 100 kN 。鋼軌與承軌臺間電阻> 108 Ω。
1. 3 軌下基礎:為支承塊式承軌臺道床結構,即將預制的鋼筋混凝土短枕塊(每塊支承塊頂面預留2 只錨固螺栓孔),在相鄰兩股鋼軌下各墊一塊,用錨固螺栓及扣件將鋼軌與支承塊連在一起,并將預制好的支承塊置入混凝土道床中。承軌臺則為一種與橋梁梁部連成一體的一種沿縱向鋪設在每股鋼軌下面的條形鋼筋混凝土結構,其特點是軌下基礎和梁部緊密聯結,具有很高的強度和穩定性,排水性好,符合城市景觀要求。但其精度要求高,施工難度大,尤其在梁跨較大時,由于梁部頂面的徐變難以控制,會影響承軌臺的制作和頂面的標高,同時還存在臺體與梁體施工不同步問題。其日常養護維修量小。一旦損壞,維修困難。
2 軌道結構的施工工藝
高架線路支承塊承軌臺道床結構,它屬于混凝土整體道床的一種形式。其施工工藝要求較高。承軌臺的施工作業程序可分為3 個階段進行。
1.2. 1 施工準備階段:首先對需鋪設承軌臺的線路進行測量,設置標樁,進行承軌臺放樣,并對需澆注混凝土的橋面進行鑿毛和清理,然后檢查調整橋面預埋插筋,綁扎承軌臺下層鋼筋。
2.2. 2 鋪調軌道階段:將鐵墊板錨固在支承塊上,放置在按設計要求鋪設的位置。再將標準軌( 樣板軌) 鋪設在支承塊短枕上,上好扣件,擰緊螺栓。同時在安裝好鋼軌支撐架后,進行粗整軌道幾何尺寸。然后綁扎承軌臺上層鋼筋,安設定型模板,進行立模。最后細調軌道幾何尺寸準確到位并焊接支承塊底部與承軌臺之間聯結鋼筋。
2. 3 澆灌混凝土階段:首先要在灌注前進行各項檢查,確定軌道的幾何尺寸準確無誤后,用商品混凝土進行澆搗承軌臺混凝土,對其表面進行收漿抹面,并進行混凝土養生。在混凝土承軌臺達到一定的強度后,再拆除模板、鋼軌支撐架和標準(樣板) 軌,同時對支撐架、模板進行整修,最后再對橋面澆制防水層,進行全面整理。
城市軌道交通高架線路的軌道結構,采用支承塊式承軌臺整體道床結構,其結構施工具有如下的特點:
(1) 支承塊式縱向承軌臺新型整體軌下基礎不同于一般軌排式整體軌下基礎,其區別在于兩股鋼軌承軌臺間無直接的橫向聯接,在施工中必須借助于鋼軌支撐架,并采取一定的技術措施,才能使兩股鋼軌的各項幾何尺寸( 平面位置、標高、軌底坡等) 準確到位。此系縱向承軌臺式新型整體軌下基礎施工的關鍵。
(2) 在明珠線高架橋面上使用了GZ97 型鋼軌支撐架支承鋼軌。鋼軌底部通過扣件的連接懸掛預制的鋼筋混凝土支承塊,然后在現場灌筑隔斷式鋼筋混凝土縱向承軌臺,與橋面直接連結而形成整體軌下基礎結構的一整套施工技藝。使用GZ97 型鋼軌支撐架,其結構簡單,操作方便,能有效地控制軌道的幾何尺寸,采用拆裝便捷的縱向承軌臺鋼模板,能保證現場施工的質量和滿足施工進度的要求(如圖1) 。
(3) 混凝土承軌臺的澆灌利用泵車將商品混凝土泵送上橋,采用分段流水作業的方法,使高架上的軌下基礎施工能夠全線鋪開,以利于加快施工進度。
圖1 承軌臺施工狀態圖
3 承軌臺施工中有關技術工藝的探討
3. 1 軌底坡控制
按設計,高架線路的軌底坡為1/ 40 。由于高架上承軌臺是采用自上而下的施工工藝,即將鋼軌件等架設在支撐架上,把安裝好墊板及墊層的支承塊用扣件將其懸掛在軌件下施工。鋼軌軌底坡的控制是靠支承架上焊1/ 40 內傾契型鐵座加以控制,而施工后線路鋼軌軌底坡是靠支承塊上鐵墊板形成的。這樣線路鋼軌軌底坡與懸掛的支承塊無法產生直接的因果關系,而是靠擰緊支承塊上扣件螺栓形成接近1/ 40 的自然軌底坡。在實施施工中,由于懸掛在鋼軌上的混凝土支承塊較重(75 kg/ 塊),且懸掛后產生偏心力,而加擰扣件螺栓時的扭力矩按設計要求為80～100 N·m。因此在實際作業中產生支承塊鐵墊板與軌底出現不密貼現象,有縫隙。在靜態下細調軌道幾何尺寸時雖符合標準,但在承軌臺澆灌后拆下標準軌、支架,換上再用軌后,實際軌距就出現了普遍偏小3～5 mm 、最大達7 mm 的現象。
針對出現的問題,筆者在承軌臺澆筑實際操作的過程中研究發現,在上支承塊加擰扣件螺栓時, 扭力矩不應受設計要求的80～100 N·m 的限制。應加大扭矩,使軌底與支承塊上鐵墊板密貼,從而克服因重力偏心、扭力不足產生縫隙的影響,使施工后的線路軌底坡真正達到1/ 40 的要求。至于設計要求的80～100 N·m 扭力矩標準的控制,應在更換無縫線路鋼軌時加以實施,并最后滿足軌道施工的技術標準。
3. 2 道岔鋪設轍部位滑床板密貼控制
通常在鋪設碎石道床道岔時,將道岔滑床墊板及護軌墊板釘到岔枕上只需定好軌距,然后釘入道釘或擰上螺栓,較為簡單。而在高架上鋪設支承塊式承軌臺整體道床道岔中,因滑床墊板及其聯結的支承塊兩側長短相差較大,且只在一側用彈條扣件及螺栓將其懸掛到基本軌上,故偏心力很大,使其很難保證滑床板的水平。尤其要把兩側AT 型尖軌下面的28 塊滑床墊板保持在高差不大于0. 5 mm 的平面上, 這就是整體道床道岔施工難點所在。若施工時超過上述標準,將出現滑床板與尖軌不密貼,影響運營后道岔尖軌的正常工作。
為了解決上述難題,采取的第一種方法是縱向吊架法,即在轉轍器基本軌軌頂上放上數根鋼軌支撐架的橫梁,在橫梁上設置8 根縱梁,在縱梁下懸掛28 個吊鉤,分別鉤住每一塊滑床板及其支承塊內側的聯結螺栓,由此將每塊支承塊調到水平位置。但因放在基本軌上的橫梁影響觀測基本軌方向的視線,不得不舍棄此法,改用第二種方法,即用鋼軌支撐架代替縱梁,使梁高于基本軌軌頂約150 mm 。這樣既不影響觀測基本軌方向的視線,又不干擾軌距的丈量,明珠線16 標(江灣鎮站盡頭線) 的2 組道岔是采用這種吊架方式克服了上述困難而進行鋪設的。
由于在鋪設道岔過程中滑床板水平控制難度極大,第一次鋪設后的道岔仍存在個別滑床板與尖軌底部不密貼現象。在第二次鋪設道岔中,又針對有關施工工藝作了改進。
道岔的尖軌是在工廠經檢驗后即與基本軌組裝,尖端以鐵絲捆扎后發運的。到達現場后,尖軌與基本軌一并鋪設,但該種道岔尖軌下在滑床臺中設有彈片,彈片又以銷釘銷緊。因尖軌的設置不僅影響滑床墊板的調平也給銷釘的打入造成困難,為此在道岔的施工中采取將尖軌與基本軌分解,在滑床墊板調平及打入銷子后將尖軌撥回滑床板,尖軌可在自由狀態下檢查軌頭與基本軌、軌底與滑床臺的密貼情況。根據上述分析,把原用縱向橫梁吊鉤控制滑床板水平面改為用簡易螺栓千斤頂支撐方法(簡易螺栓千斤頂如圖2 所示) 。在施工中用螺栓調正滑床板水平面后,直接澆灌混凝土。這樣既在道岔鋪設過程中減少了軌距等尺寸丈量的干擾, 又減少吊架裝卸等過大工作量。在進行該項施工時,同時可鋪設各組道岔,也不必增加制做吊架的費用。實踐證明,用螺栓支撐法易調平又穩定。
圖2 螺栓頂支撐法調平道岔示意圖
3. 3 梁面預留插筋方式梁面預留插筋的方式,效果比較好(見圖3) 。但是
在承軌臺施工中遇到了幾個問題。為使承軌臺與梁面混凝土連結牢固,設計采用
圖3 梁面預留插筋布置示意圖
一是插筋的高度難以達到設計要求,尤其在曲線有超高地段,預埋筋的高程施工時不能滿足精度要求;二是其平面位置做不到與承軌臺范圍吻合, 或寬或窄;三是門式筋縱向位置無法控制正好在兩支承塊之間,經常碰到支承塊。由于這3 個主要問題的存在,使承軌臺施工中產生大量的鋼筋糾偏、接高、鑿梁面補焊插筋、承軌臺尺寸加寬等等一系列附加工作,耽誤很多時間,增加許多工作量,也增加投資費用(僅明珠線一期工程軌道插筋糾偏的鋼筋就增加了100 噸以上) 。
為解決上述問題,筆者認為,在高架上鋪承軌臺工程中,梁面預留筋的型式必須加以改進。建議采用矮型插筋,即高度全部控制在支承塊底部以下,這樣能保證不與支承塊位置相矛盾;全部采用L 型插筋,不要門式筋,可以節約部分鋼材;插筋面積范圍縮小(間距縮小,根數不變),以達到施工有一定誤差時不致于超出承軌臺范圍;軌道施工時, 在支承塊定位后再考慮與承軌臺構造筋焊接(要求預留插筋高度滿足焊縫長度要求即可),按需要接高或加寬上面的鋼筋。這樣就會大大減少人工和材料費,工期也不因此而受到影響。
4 結語
我國各大城市都已把發展城市軌道交通擺在重要的議事日程,但在城市軌道交通的建設實施中,具體采用何種的軌道結構和運用何種的施工方法都還在探索研究階段。筆者在我國第一條城市軌道交通明珠線的軌道結構實施中,有如下幾點體會:
(1) 軌道工程能否如期貫通,將直接影響到接觸網、通信信號、電纜等工程的施工進度。軌道工程能否及時貫通,又取決于橋梁與車站土建工程的同步完成。為使后序工程能順利進行,前期土建工程的施工安排應先難后易,先繁后簡。使土建完成后橋梁與車站的沉降、徐變在基本相同的時間內趨于穩定,以免沉降不均,引起軌道異變。這樣不僅有利于軌道結構支承塊式承軌臺道床的實施,而且也大大縮短工期,并保證軌道的工程質量。
(2) 為減少鋪軌的工作量和節省投資,可在高架上的梁體與車站貫通后進行承軌臺的鋪設,使軌道鋪設具有連續性,以減少標準(樣板) 軌及各種機具用吊車送上橋面施工的工作量,既可滿足工期要求,又給施工帶來便利。
(3) 為確保鋪設承軌臺道床的質量,達到與梁體形成一體,在對需澆注混凝土的橋面進行鑿毛時,必須達到要求,并在澆灌混凝土前將橋面清洗、清理干凈。
(4) 為便于施工,降低造價,縮短工期,便于運營后的養護維修,又方便對產生病害的整治,還可減少施工中所需的特殊機具,城市軌道交通高架上
參 考 文 獻
1 上海鐵路城市軌道交通設計研究院. 上海市軌道交通明珠線一期工程 工程可行性研究報告,1998 2 上海鐵路局工程總公司,上海鐵路城市軌道交通設計研究院,上海市軌道交通明珠線工程建設指揮部. 新型整體軌下基礎的設計與施工成套技術研究———研究報告,1999. 1
