钢弹簧浮置板“拼装一体化”的研究

王与娟，魏运生

(中铁一局集团新运工程有限公司,陕西咸阳 712000)

1 研究背景

随着全国城市轨道交通建设的发展,环保要求也越来越高,在敏感地段要求采取不同层次的减振降噪措施,浮置板轨道被公认为是最佳的措施,应用越来越广泛。

目前国内外的浮置板道床轨道施工都采用传统的人工散铺施工工法,利用距浮置板道床最近的竖井或下料口,通过汽车吊或龙门吊将钢轨、钢筋、模板、钢轨支承架及其他施工材料机具吊运到施工作业面,然后人工架轨、绑扎钢筋、安装隔振筒、支立模板,通过泵送浇筑浮置板道床混凝土。这一工法机械化程度低,施工进度慢,无法适应目前的城市轨道建设速度。如何通过采用机械化来提高施工进度,成为当前发展浮置板道床的的主要研究课题之一。

北京市城市轨道交通亦庄线连接北京市中心城和亦庄新城，正线全长23.25 km,线路两端为地下线,中间为高架线。铺设钢弹簧浮置板轨道共有5段,集中分布在北端地下线的宋家庄—肖村桥、肖村桥—小红门、宋家庄停车场出入段线。合计4.269 km。全部位于盾构(半径2 700 mm)地段。

2 基本概念

研究浮置板施工新工法,首先建立“拼装一体化(Assembly integration)”(简称AI工法)的概念,即在基地将25 m轨排、浮置板钢筋网、隔振筒固定成为一个整体,采用龙门吊吊装到轨道运输车上,运送至铺轨作业面,洞内采用铺轨门吊将轨排及钢筋网整体吊铺到位,调整轨道几何尺寸,然后完成混凝土整体道床的浇筑。

此工法的难点：①浮置板基底混凝面高程与坡度的控制；②浮置板钢筋笼的吊装、运输及变形控制；③浮置板钢筋笼及轨排的定位与调整。

此工法能充分利用开阔的场地进行作业和储存成品,将部分洞内作业工序转移到地面上进行,降低了作业人员在洞内的劳动强度及安全风险,减少了隔振筒定位测量的工作量,使每天每个作业面进度可提高到20 m以上。并可开设2个作业面平行作业,原人工铺设需356 d完成的工程,采用“拼装一体化”施工工法最多仅需107 d就能完成。

3 设计研究

为保证“拼装一体化”施工工法的实施,浮置板道床进行了优化设计,使之与施工紧密结合。

(1)标准化设计

既有浮置板的超高是通过板的上表面调整来实现的,而板的下表面是始终保持水平不变的(图1)。因而在曲线地段的板横断面变化较大,相应的隔振器规格增多,加大了生产成本,延长了生产周期。另外,设计的计算和出图量很大,影响设计的工作效率。

图1 传统曲线段浮置板断面

在施工中,种类繁多的钢筋和隔振器对施工要求提高了,加大了施工难度,容易出错,使施工的工期延长。

要提高设计效率和降低施工难度,就要减少标准断面的类型。将超高的变化都转移到基底，即通过基底来实现超高的设置,而放置在基底之上的浮置板就可以保持相对不变了。这样就相当于对直线地段的板和基底在曲线地段进行相应的整体旋转即可(图2),因为是整体旋转,所以无论是板还是基底都不需要形状上的变化,而只进行位置上的变化即可，从而大大减少板的类型。而基底的设计和施工也并不复杂,它仅需做整体的旋转即可,其自身的横断面形式保持不变。

图2 浮置板与基底整体旋转

(2)尺寸调整

施工工序的有效集成,解决工作面紧张和运输机械化的问题。这样,采用钢筋笼整体制作、整体运输的方案就基本形成了,考虑浮置板钢筋笼的运输需求,并为龙门吊走行轨留出安装空间及所能运送的尺寸限制,浮置板的宽度要调整,选用的最大宽度是2 700 mm,为与标准钢轨配合使用,板的长度均调整为25 m长,其整体动力学特性与原30 m板非常相近。

(3)基底优化

基底的横断面保持不变,需改变的是整体位置。旋转式的基底对施工的要求提高。需要可靠的技术措施保证才能达到设计要求。由于板的统一形式,以基底的上表面的倾斜度实现曲线的超高,因而控制施工误差成为新工法技术关键之一。

(4)钢筋布置

板的宽度缩小以后,板的参振质量及纵向刚度都有所下降,对减振效率也会有所影响。对减振要求比较高的地段,在主钢筋网两侧增加钢筋布置,施工时将中间主要部分的钢筋制作成钢筋笼,运送现场就位后,再将两侧的钢筋绑扎到位,形成一个完整的传统模式的板,满足减振性能要求。既解决了主要钢筋绑扎工作量在基地完成,又可以通过少量的现场绑扎钢筋来充分利用现场的实际空间，以保证板的刚度和质量,同时还解决了适应隧道误差的难题。

(5)剪力铰位置设计

配合钢筋笼的整体制作与安装,将原在板中位置的剪力铰改到板面上,以方便安装和后续的更换与养护。

4 机具配备

(1)轨排与钢筋笼的连接固定

组装好后的轨排与浮置板的钢筋笼通过U形环连接。通过计算确定每组轨排(25 m长)需要5对U形环,将U形环扣在钢轨上,穿上销轴,将钢轨和钢筋笼部分主筋连接为一整体，如图3所示。U形环主体采用长度20 m钢板,销轴较长能够更多的承担钢筋,增大接触面。

图3 轨排与浮置板的钢筋笼通过U形环连接

(2)轨排吊具

轨排由龙门架吊装上轨道车,轨道车运至铺轨现场附近,再由铺轨小龙门吊吊运至作业面上就位。

浮置板钢筋笼轨排采用2台龙门起重机平抬法吊装，如图4所示。在吊运过程中,主要采用轨排吊架来连接轨排与龙门架的吊钩,同时可以平衡轨排,防止侧翻。

图4 2台龙门起重机平抬吊装浮置板钢筋笼轨排

(3)铺轨门吊的改造

铺轨小门吊须加宽,将原跨度3 100 mm加宽至3 700 mm,加宽后走行轨将提高140 mm,小门吊上部结构与洞壁接触距离很小,理论上铺轨小门吊可以通过。为了保证施工安全,铺轨小门吊将配一套比原支腿短100 mm的支腿,因为站台内无浮置板作业,所以配套短支腿都采用直支腿。如图5所示。

图5 铺轨门吊的改造

(4)小门吊的跨距改变

通过移距法兰装置来改变小门吊的跨距,主板采用25 mm厚钢板,筋板采用20 mm钢板,移距法兰装置与铺轨小门吊采用螺栓连接,移距法兰装置自身通过焊接连接。移距法兰装置安装在铺轨小门吊支腿与走行腿的连接处,移距法兰装置安装后铺轨小门吊每一侧都将向外平移300 mm，移距法兰装置如图6所示。

图6 移距法兰装置

铺轨小门吊在曲线段作业时,由于轨道中心线与隧道中心线将根据曲线半径的大小有一定量偏移,故铺轨小门吊中心线与隧道中心线也将存在一定量的偏移。超高一侧小门吊走行轨将被抬高,曲线半径最小处,最大超高一侧将被抬高250 mm。在这种情况下将采用在另一侧钢支墩上增加调高支座的方法来补偿高度,实现铺轨小门吊走行轨两侧的水平高低统一，如图7所示。

图7 铺轨小门吊在曲线段作业

5 施工注意事项

(1)基标设置

浮置板道床施工分两步进行,首先进行基底的施工,然后再施工浮置板。浮置板地段基标设置与普通道床地段不同。浮置板地段基标设置在线路轨道两侧,基标设置在基底外侧,比基底面高。设置时成对设置,一般直线每6 m设置1对,曲线每5 m设置1对,基标设置为等高(即到相邻轨面的高差相同)。基标在盾构壁打眼后直接固定。

①基底高程控制

浮置板基底高程控制是本工法的施工重点也是施工难点。在直线地段,基底高程相同,利用线路两侧的加密基标比较好控制。在曲线地段,基底高程在缓和曲线地段从曲线外股到曲线里股的坡度是渐变的,在圆曲线地段从曲线外股到里股坡度是相同的。曲线地段在每个基标相对应的里程加设一对钢筋头,钢筋头距离线路中心1.2 m,每5 m设置1对(与基标设置里程对应),计算相应的钢筋头位置的基底设计高程(需要注意左右股钢筋头位置，计算时需要根据曲线的超高计算)。利用铺轨基标测量每个钢筋头的高程,计算相应的高差,在钢筋上标注基底面的高程,用线绳组成网状绑在钢筋标注的基底设计高程位置,以控制基底的高程。在基底混凝土初凝后,再复测每个断面的高程,局部没有达到设计高程时进行相应的处理。

②成型后的土建结构高程复测

土建结构施工的误差需要轨道专业通过整体道床来调整，以保证线路满足限界等要求,所以在结构施工完后,在进行贯通测量的基础上一定要对成型的结构底部高程进行复测,这对浮置板施工很重要。主要有以下作用：可以提前发现是否需要进行调坡调线作业；根据实测高程计算基底面的宽度,看能否满足浮置板隔振筒位置的需要,否则应提前与设计沟通调整隔振筒位置；根据测量资料调整浮置板钢筋的加工,调整浮置板钢筋笼的绑扎。

(2)加强与各专业联系配合

与其他需要预埋过轨管线的专业要进行及时沟通,确保在模板支立前完成管线预埋工作。

(3)加强铺轨设备的检修

浮置板混凝土浇筑要求整板一次浇筑,在浇筑过程中如出现设备故障影响混凝土浇筑,可能出现质量事故,因此应加强设备的检修。

6 结语

浮置板道床的设计优化(尤其是曲线地段),钢筋笼整体吊装、运送、安装,以及施工机具的改进是钢弹簧浮置板“拼装一体化”的新施工工法的技术关键,新工法具有施工方便快捷,工程质量易于控制以及针对性强的特点,在城市轨道交通的钢弹簧浮置板施工中具有广泛推广价值,可作为类似工程施工的借鉴。

为进一步完善钢弹簧浮置板“拼装一体化”的新施工工法,拟在今后施工中再作2项改进。

(1)浮置板宽度的压缩引起板的刚度和质量减小,也就不可避免地降低了板的刚度和质量,对隔振效率产生一定影响。而对减振要求较高的浮置板,则需要再采用二次绑扎钢筋的方法解决对板的刚度和质量产生影响的问题,这样增加一道工序当然会对施工效率带来一些影响,但可提高隔振效果。

(2)隔振器支撑在倾斜的基底上,使隔振器的受力状况复杂,对隔振器的性能要求提高,但应同时提升隔振器的安装和顶升技术要求,在施工作业技术细则中提出量化要求。

参考文献：

[1]朱炎新，李晓河.上海地铁M8线钢弹簧浮置板整体道床施工工艺[J].铁道标准设计，2007(12)：8-11.

[2]王 罡，王建立，田小毅.提高钢弹簧浮置板道床施工质量的措施[J].铁道标准设计，2008(7)：28-29.