城市轨道交通高架轨道结构的实施方法与工艺探讨摘要以上海市轨道交通明珠线为例,叙述了高架线路轨道结构的类型和施工工艺,提出了在实施中所产生的问题及解决问题的对策。
关键词城市轨道交通,高架线路,轨道结构我国第一条大容量的城市轨道交通明珠线一期工程,南起漕河泾北至江湾镇,正线全长24. 975 km , 其中高架线21. 514 km , 占全长的86. 1 % , 地面线3. 461 km , 占全长的13. 9 % 。
由于城市轨道交通大部分线路在高架上,与城市地下铁道不同,其轨道结构的实施就要考虑钢轨温度力的影响,桥梁、车站不均匀沉降的影响,大跨度预应力桥梁徐变及对城市环境的影响等。
1 明珠线轨道结构的类型城市轨道交通在我国属起步阶段,除上海市轨道交通明珠线工程正在建设实施外,全国其他各大城市,如北京、长春、沈阳、武汉、重庆、南京、杭州等地都已进行了可行性研究,并都把如何实施轨道结构作为一项亟待解决的重大课题。
上海市轨道交通明珠线工程高架线路的轨道结构采用了如下的型式。
1. 1. 1 钢轨:为60 kg/m 高碳微矾轨(PD3) 。
为了减少对轨道的振动和噪声,提高行车的平稳性,将标准轨焊接成长钢轨,即无缝线路。
考虑到温度压力影响,在车站的道岔前后及大跨度桥梁中部设置了钢轨温度伸缩调节器。
1. 1. 2 扣件: 为新型的小阻力WJ-2 型ω弹条扣件,弹性分开式,其钢轨调高量40 mm , 其中轨下调整量是10 mm , 铁垫板下调整量30 mm 。
轨距调整量±20 mm , 即每轨±10 mm 。
轨下采用不锈钢板复合胶垫。
WJ-2 扣件可承受最大横向力40 kN(疲劳荷载),承轨台上的支承块不设挡肩。
扣件节点刚度为40～60 kN/ mm 。
锚固螺栓拧紧扭距为300 N·m。
预埋绝缘套管抗拔力> 100 kN 。
钢轨与承轨台间电阻> 108 Ω。
1. 3 轨下基础:为支承块式承轨台道床结构,即将预制的钢筋混凝土短枕块(每块支承块顶面预留2 只锚固螺栓孔),在相邻两股钢轨下各垫一块,用锚固螺栓及扣件将钢轨与支承块连在一起,并将预制好的支承块置入混凝土道床中。
承轨台则为一种与桥梁梁部连成一体的一种沿纵向铺设在每股钢轨下面的条形钢筋混凝土结构,其特点是轨下基础和梁部紧密联结,具有很高的强度和稳定性,排水性好,符合城市景观要求。
但其精度要求高,施工难度大,尤其在梁跨较大时,由于梁部顶面的徐变难以控制,会影响承轨台的制作和顶面的标高,同时还存在台体与梁体施工不同步问题。
其日常养护维修量小。
一旦损坏,维修困难。
2 轨道结构的施工工艺高架线路支承块承轨台道床结构,它属于混凝土整体道床的一种形式。
其施工工艺要求较高。
承轨台的施工作业程序可分为3 个阶段进行。
1. 2. 1 施工准备阶段:首先对需铺设承轨台的线路进行测量,设置标桩,进行承轨台放样,并对需浇注混凝土的桥面进行凿毛和清理,然后检查调整桥面预埋插筋,绑扎承轨台下层钢筋。
2. 2. 2 铺调轨道阶段:将铁垫板锚固在支承块上,放置在按设计要求铺设的位置。
再将标准轨( 样板轨) 铺设在支承块短枕上,上好扣件,拧紧螺栓。
同时在安装好钢轨支撑架后,进行粗整轨道几何尺寸。
然后绑扎承轨台上层钢筋,安设定型模板,进行立模。
最后细调轨道几何尺寸准确到位并焊接支承块底部与承轨台之间联结钢筋。
2. 3 浇灌混凝土阶段:首先要在灌注前进行各项检查,确定轨道的几何尺寸准确无误后,用商品混凝土进行浇捣承轨台混凝土,对其表面进行收浆抹面,并进行混凝土养生。
在混凝土承轨台达到一定的强度后,再拆除模板、钢轨支撑架和标准(样板) 轨,同时对支撑架、模板进行整修,最后再对桥面浇制防水层,进行全面整理。
城市轨道交通高架线路的轨道结构,采用支承块式承轨台整体道床结构,其结构施工具有如下的特点: (1) 支承块式纵向承轨台新型整体轨下基础不同于一般轨排式整体轨下基础,其区别在于两股钢轨承轨台间无直接的横向联接,在施工中必须借助于钢轨支撑架,并采取一定的技术措施,才能使两股钢轨的各项几何尺寸( 平面位置、标高、轨底坡等) 准确到位。
此系纵向承轨台式新型整体轨下基础施工的关键。
(2) 在明珠线高架桥面上使用了GZ97 型钢轨支撑架支承钢轨。
钢轨底部通过扣件的连接悬挂预制的钢筋混凝土支承块,然后在现场灌筑隔断式钢筋混凝土纵向承轨台,与桥面直接连结而形成整体轨下基础结构的一整套施工技艺。
使用GZ97 型钢轨支撑架,其结构简单,操作方便,能有效地控制轨道的几何尺寸,采用拆装便捷的纵向承轨台钢模板,能保证现场施工的质量和满足施工进度的要求(如图1) 。
(3) 混凝土承轨台的浇灌利用泵车将商品混凝土泵送上桥,采用分段流水作业的方法,使高架上的轨下基础施工能够全线铺开,以利于加快施工进度。
图1 承轨台施工状态图3 承轨台施工中有关技术工艺的探讨3. 1 轨底坡控制按设计,高架线路的轨底坡为1/ 40 。
由于高架上承轨台是采用自上而下的施工工艺,即将钢轨件等架设在支撑架上,把安装好垫板及垫层的支承块用扣件将其悬挂在轨件下施工。
钢轨轨底坡的控制是靠支承架上焊1/ 40 内倾契型铁座加以控制,而施工后线路钢轨轨底坡是靠支承块上铁垫板形成的。
这样线路钢轨轨底坡与悬挂的支承块无法产生直接的因果关系,而是靠拧紧支承块上扣件螺栓形成接近1/ 40 的自然轨底坡。
在实施施工中,由于悬挂在钢轨上的混凝土支承块较重(75 kg/ 块),且悬挂后产生偏心力,而加拧扣件螺栓时的扭力矩按设计要求为80～100 N·m。
因此在实际作业中产生支承块铁垫板与轨底出现不密贴现象,有缝隙。
在静态下细调轨道几何尺寸时虽符合标准,但在承轨台浇灌后拆下标准轨、支架,换上再用轨后,实际轨距就出现了普遍偏小3～5 mm 、最大达7 mm 的现象。
针对出现的问题,笔者在承轨台浇筑实际操作的过程中研究发现,在上支承块加拧扣件螺栓时, 扭力矩不应受设计要求的80～100 N·m 的限制。
应加大扭矩,使轨底与支承块上铁垫板密贴,从而克服因重力偏心、扭力不足产生缝隙的影响,使施工后的线路轨底坡真正达到1/ 40 的要求。
至于设计要求的80～100 N·m 扭力矩标准的控制,应在更换无缝线路钢轨时加以实施,并最后满足轨道施工的技术标准。
3. 2 道岔铺设辙部位滑床板密贴控制通常在铺设碎石道床道岔时,将道岔滑床垫板及护轨垫板钉到岔枕上只需定好轨距,然后钉入道钉或拧上螺栓,较为简单。
而在高架上铺设支承块式承轨台整体道床道岔中,因滑床垫板及其联结的支承块两侧长短相差较大,且只在一侧用弹条扣件及螺栓将其悬挂到基本轨上,故偏心力很大,使其很难保证滑床板的水平。
尤其要把两侧AT 型尖轨下面的28 块滑床垫板保持在高差不大于0. 5 mm 的平面上, 这就是整体道床道岔施工难点所在。
若施工时超过上述标准,将出现滑床板与尖轨不密贴,影响运营后道岔尖轨的正常工作。
为了解决上述难题,采取的第一种方法是纵向吊架法,即在转辙器基本轨轨顶上放上数根钢轨支撑架的横梁,在横梁上设置8 根纵梁,在纵梁下悬挂28 个吊钩,分别钩住每一块滑床板及其支承块内侧的联结螺栓,由此将每块支承块调到水平位置。
但因放在基本轨上的横梁影响观测基本轨方向的视线,不得不舍弃此法,改用第二种方法,即用钢轨支撑架代替纵梁,使梁高于基本轨轨顶约150 mm 。
这样既不影响观测基本轨方向的视线,又不干扰轨距的丈量,明珠线16 标(江湾镇站尽头线) 的2 组道岔是采用这种吊架方式克服了上述困难而进行铺设的。
由于在铺设道岔过程中滑床板水平控制难度极大,第一次铺设后的道岔仍存在个别滑床板与尖轨底部不密贴现象。
在第二次铺设道岔中,又针对有关施工工艺作了改进。
道岔的尖轨是在工厂经检验后即与基本轨组装,尖端以铁丝捆扎后发运的。
到达现场后,尖轨与基本轨一并铺设,但该种道岔尖轨下在滑床台中设有弹片,弹片又以销钉销紧。
因尖轨的设置不仅影响滑床垫板的调平也给销钉的打入造成困难,为此在道岔的施工中采取将尖轨与基本轨分解,在滑床垫板调平及打入销子后将尖轨拨回滑床板,尖轨可在自由状态下检查轨头与基本轨、轨底与滑床台的密贴情况。
根据上述分析,把原用纵向横梁吊钩控制滑床板水平面改为用简易螺栓千斤顶支撑方法(简易螺栓千斤顶如图2 所示) 。
在施工中用螺栓调正滑床板水平面后,直接浇灌混凝土。
这样既在道岔铺设过程中减少了轨距等尺寸丈量的干扰, 又减少吊架装卸等过大工作量。
在进行该项施工时,同时可铺设各组道岔,也不必增加制做吊架的费用。
实践证明,用螺栓支撑法易调平又稳定。
图2 螺栓顶支撑法调平道岔示意图3. 3 梁面预留插筋方式梁面预留插筋的方式,效果比较好(见图3) 。
但是在承轨台施工中遇到了几个问题。
为使承轨台与梁面混凝土连结牢固,设计采用图3 梁面预留插筋布置示意图一是插筋的高度难以达到设计要求,尤其在曲线有超高地段,预埋筋的高程施工时不能满足精度要求;二是其平面位置做不到与承轨台范围吻合, 或宽或窄;三是门式筋纵向位置无法控制正好在两支承块之间,经常碰到支承块。
由于这3 个主要问题的存在,使承轨台施工中产生大量的钢筋纠偏、接高、凿梁面补焊插筋、承轨台尺寸加宽等等一系列附加工作,耽误很多时间,增加许多工作量,也增加投资费用(仅明珠线一期工程轨道插筋纠偏的钢筋就增加了100 吨以上) 。
为解决上述问题,笔者认为,在高架上铺承轨台工程中,梁面预留筋的型式必须加以改进。
建议采用矮型插筋,即高度全部控制在支承块底部以下,这样能保证不与支承块位置相矛盾;全部采用L 型插筋,不要门式筋,可以节约部分钢材;插筋面积范围缩小(间距缩小,根数不变),以达到施工有一定误差时不致于超出承轨台范围;轨道施工时, 在支承块定位后再考虑与承轨台构造筋焊接(要求预留插筋高度满足焊缝长度要求即可),按需要接高或加宽上面的钢筋。
这样就会大大减少人工和材料费,工期也不因此而受到影响。
4 结语我国各大城市都已把发展城市轨道交通摆在重要的议事日程,但在城市轨道交通的建设实施中,具体采用何种的轨道结构和运用何种的施工方法都还在探索研究阶段。
笔者在我国第一条城市轨道交通明珠线的轨道结构实施中,有如下几点体会:(1) 轨道工程能否如期贯通,将直接影响到接触网、通信信号、电缆等工程的施工进度。
轨道工程能否及时贯通,又取决于桥梁与车站土建工程的同步完成。
为使后序工程能顺利进行,前期土建工程的施工安排应先难后易,先繁后简。
使土建完成后桥梁与车站的沉降、徐变在基本相同的时间内趋于稳定,以免沉降不均,引起轨道异变。
这样不仅有利于轨道结构支承块式承轨台道床的实施,而且也大大缩短工期,并保证轨道的工程质量。
