弹簧浮置板轨道结构新技术

王 建

(隔而固(青岛)振动控制有限公司，山东青岛 266108)

1 线路背景

北京市轨道交通大兴线北起地铁4号线公益西桥站,南至大兴区南兆路。与地铁4号线共同构成贯穿北京南北向的轨道交通主干线。大兴线沿线经过丰台区南苑西、大兴区西红门、大兴新城主城区、大兴新城核心区、大兴区生物医药基地等地区,新建车站11座,其中地下车站10座,高架车站1座。

亦庄线是连接北京市中心城和亦庄新城的轨道交通线路。线路起点位于地铁5号线宋家庄站,终点至亦庄火车站。沿线经过小红门、旧宫、开发区、次渠等地区。全长23.23 km,共设车站14座,其中地下车站6座,高架车站8座。

2 减振要求

根据环评结果,两条线路中,大兴线特殊减振地段为5处,单线总长约3.1 km；亦庄线特殊减振地段为5处,单线总长约4.2 km。保护目标涵盖了小区、酒店、政府机关、医院、古建筑等不同的建筑形式。隧道包含盾构、明挖、暗挖等不同的结构形式。两线路铺轨的工期非常紧张,其设计条件又不尽相同。这一系列的因素对于弹簧浮置板的结构设计、产品选型、配套产品、施工工艺等一系列方面提出了较高的要求。

3 基底超高技术

在盾构隧道的缓和曲线及圆曲线地段采用线路超高在基底实现的方法,如图1所示。如此以来,可以在整个隔振地段统一道床形式、浮置板道床钢筋以及隔振器的规格。大大降低了浮置板钢筋加工及隔振器生产的复杂程度,在隧道出现偏差时设计及施工调整的工作量及工程量也明显减少。自上海地铁10号线开始推广采用该设计模式以来的统计表明,该技术可以使浮置板的钢筋种类减少70%以上,隔振器规格减少90%以上,工程进度由5 m/d增加至50 m/d。

图1 大兴线盾构隧道浮置板断面形式(单位：mm)

从大兴线及亦庄的实际工程应用来看,虽然基底施工的难度有所加大,但道床的钢筋绑扎与隔振器外筒定位可以脱离隧道内部,直接在地面上完成,实现了道床施工与基底施工的并行施工工法,大大缩短了工期,由于隧道内部现场绑扎的钢筋数量及规格的减少,也使得施工精度、质量得到了进一步的提高。

4 分体式隔振器技术

图2 分体式隔振器(单位：mm)

采用分体式设计的隔振器,可以将隔振器顶升部件与工作部件完全分开,减小了隔振器的总高度,如图2所示。这样,可以在较小的轨下空间内使用原本无法布置的大型隔振器(最小高度为400 mm),从而在保证隔振层承载力的前提下减少了全线的隔振器数量与隔振层的刚度,降低了减振工程总造价,并且提高了隔振效率。

此外,由于隔振器高度降低,可以在一定程度上降低板厚,从而可以加大隔振器与钢轨的横向距离(在盾构或暗挖隧道),配合基底超高技术,即使在曲线地段的曲线外侧,隔振器内筒也可以避开钢轨。

5 上置式剪力铰技术

传统的浮置板剪力铰形式为中置式剪力铰。中置式剪力铰位于板断面中央的位置,此种剪力铰成本低,在使用过程中剪力铰与钢筋应同时绑扎；对于本项目所采用的地面完成钢筋绑扎隧道内拼装的施工作业方式,中置式剪力铰对于相邻板钢筋就位造成了困难。

所以,配合基底超高，本项目在盾构地段选用上置式剪力铰，如图3所示,剪力铰的安装直接于板上部进行操作,便于调整,进一步加快了施工进度。同时,上置式的剪力铰对于其运营阶段的检修与维护提供了便利。

图3 上置式剪力铰

6 短轨枕的选用

在盾构隧道内,由于轨下空间不足,非特殊设计的短轨枕无法与浮置板道床配合使用,为此，一般情况下均做成无枕式浮置道床。若轨下空间条件允许(一般在明挖及暗挖隧道内轨道高度较大时),采用有枕式的设计将有效的增加轨底静空,便于轨道的养护与维修。在大兴线韩园子车站减振地段采用了有枕式的设计,如图4所示。

图4 大兴线韩园子车站减振道床(单位：mm)

7 特殊轨道高度

在亦庄线盾构区间的特殊减振地段采用了特殊的轨道高度预留,轨道结构高度为900 mm,如图5所示。这在国内其他线路上是不多见的,由此尺寸所限定的轨下空间对于钢弹簧浮置板的结构设计带来了很大的便利性。

第一,浮置板的板厚达到了400 mm以上,从而,无需在板中部设置凸起(图1)以提高板的刚度与整体性,这对于信号设备安装、过轨管线的布置、道床整体的养护维修均提供了很大的便利。第二,可直接采用大型整体式钢弹簧隔振器(非分体式),降低了隔振器的数量,提高了隔振效率,且安装、检修、更换隔振器内筒(弹簧、阻尼)时无需顶升帽、无需拆除钢轨,减少了线路运营后的人力与物力投入。

图5 亦庄线盾构区间钢弹簧浮置板道床(单位：mm)

8 结语

针对大兴线与亦庄线的减振要求及特殊情况,在两线路的特殊减振地段的钢弹簧浮置板减振设计时，采用了一系列的新型技术及其相配合的施工作业形式,因地制宜的进行道床设计,最大限度地利用现有条件在技术层面提高施工的质量、速度,提高养护维修的便利性、提高减振效果,这对于其他城市、其他线路有一定的参考价值。

当然,在这一技术的应用过程中,仍然发现了若干有待于进一步研究提高的方面,比如,是否可对于浮置板道床的短轨枕进行特殊设计从而使其可以与浮置板相配合使用；是否可采用更具机械化且便于现场调整的施工工法比如钢筋笼或是预制型浮置板，从而进一步加快浮置板的施工速度与施工质量,在线路初步设计时如何保证较为合理的轨道高度等等。这些方面都将成为该技术今后的研究重点。

参考文献：

[1]Jaquet, G Hueffmann. Ausbildung eines tieffrequenten Masse-Feder-Systems Mittels Stahlfederelementen bei U-und Vollbahnen als Schutzgegen Erschuettenrungen und Koerperschalleinwirkung(采用钢弹簧隔振器的弹簧-质量系统在控制地铁及轻轨振动与固体传声中的应用)[J]. VDIBericht, Nr 1345,1997．

[2]王建立,王 进,尹学军,等.盾构中钢弹簧浮置板道床的设计[J].铁道标准设计,2007(10)．

[3]王 建,王建立.北京地铁10号线一期工程浮置板地段系统设计要点[J].铁道标准设计,2008(7).