北京市轨道交通昌平线高架线梯形轨枕机铺法施工技术

黄德君,王新年,虞 雍

(中铁一局集团新运工程有限公司,陕西咸阳 712000)

1 概述

北京市轨道交通昌平线是一条连接中心城区与昌平新城的轨道交通快速客运线路,总长21.35 km,其中高架线15.4 km,在高架线上铺设梯形轨枕累计单线长12.116 km,占高架线路总长的39%。国内城市轨道交通中如此大规模使用梯形轨枕尚无前例。地铁昌平线梯形轨枕的规格多样、数量庞大,且大多梯形轨枕又分布在跨河、跨公路的小半径曲线上,在冬季施工和工期紧迫的双重压力下,因地制宜地选择梯形轨枕施工工法,对按期又好又快完成工程任务至关重要。

2 施工工法选择

高架线梯形轨枕铺设可供选择的施工工法有2种：机铺法和散铺法。

(1)机铺法

依据“轨节表”,在铺轨基地将梯形轨枕拼装成25 m或12.5 m轨排,用大型桁架式龙门架将梯形轨枕轨排吊装至轨道平板车上,运输至施工地段后,再用铺轨门吊吊装轨排至施工位置。铺轨门吊配合调整轨排位置,然后进行架轨、立模、浇筑混凝土,最终完成梯形轨枕道床的施工。

(2)散铺法

从铺轨基地将施工轨料运输至施工现场,并沿线路散布至高架桥下,再用吊车吊装至高架桥上,按平面布置图将梯形轨枕散开。桥下吊车配合调整梯形轨枕位置,然后进行扣件组装、架轨、立模、浇筑混凝土,最终完成梯形轨枕道床施工。

昌平线梯形轨枕轨道共用6种规格长度的梯形轨枕,6.15、6.05、5.9、4.9、4.8、4.7 m,数量2 092片。规划高教园区及沙河站、科技经济管理学院有7 km梯形轨枕连续分布,适合发挥机铺优势。散铺作业存在散铺距离长,吊装次数多,施工人员密集,安全可控性差的缺点,故昌平线梯形轨枕施工宜采用机铺法施工。

3 施工难点及控制措施

(1)轨排组装

昌平线高架桥的梁跨跨度不一,如表1所列。梯形轨枕在设计上不允许跨梁缝。正常条件下轨排组装为钢轨定尺长度25 m,由于梯形轨枕有6种规格,各种规格交叉布置无法与25 m钢轨匹配组装成轨排,如图1所示。

表1 直线桥梁与梯形轨枕布置数量

图1 32 m梁直线段梯形轨枕(单位：m)

由表1和图1可知,在铺轨基地按照25 m钢轨组装梯形轨枕轨排很难满足现场施工,如强行拼装,则钢轨过长且现场施工时还存在钢轨余量累加。每片梯形轨枕自重达3.1 t,25 m梯形轨枕轨排质量大,轨排吊装、轨排就位调整都存在极大困难。

针对上述困难，现场施工采用12.5 m工具轨将2片梯形轨枕组装成梯形轨枕轨排。无论梯形轨枕如何布置，保证12.5 m工具轨上只组装2片梯形轨枕。昌平线梯形轨枕扣件为WJ-2型扣件，每个扣件的扣压力为4 kN,组装12.5 m梯形轨枕轨排时保证至少有6对扣件对称连接梯形轨枕和钢轨。轨排吊装吊点放在梯形轨枕方钢上,水平吊装。轨排拼装前编制轨节表,轨节表中主要需确定梯形轨枕位置与钢轨的关系,确保轨排就位时2组轨排的钢轨不存在重合现象即可,否则会增加不必要的拆卸扣件工作。图2为2片12.5 m轨排布设时的示意图。

图2 2片12.5 m轨排布设示意(单位：m)

(2)小半径曲线上的定位

昌平线梯形轨枕有65%铺设在曲线、竖曲线上,曲线最小半径R=380 m,竖曲线半径R=5 000 m。梯形轨枕为厂制,自身刚度大,在曲线上布置时必然导致梯形轨枕不圆顺,最终影响轨道几何尺寸的调整,特别在小曲线半径上梯形轨枕的精调直接影响到施工功效和施工质量,是梯形轨枕施工制约点。

针对上述难点,在梯形轨枕精调当中采用增加钢轨支撑架(每片梯形轨枕两端和中间都架设钢轨支撑架),通过调整梯形轨枕板,再调整扣件的方式能高效、优质地完成曲线地段梯形轨枕的定位。拼装梯形轨枕轨排时，根据设计的平面布置图,在梯形轨枕间加木楔子保证梯形轨枕间距,梯形轨枕定位前用墨线将中心线位置弹出,就位时用铺轨门吊保证梯形轨枕板中心线大致与弹出墨线重合。就位后用较密集钢轨支撑架粗调曲线圆顺性,再通过调整扣件,最终保证轨道的几何尺寸。

(3)车站梯形轨枕施工

北京地铁昌平线在高教园沙河车站、沙河车站和巩华城车站设置梯形轨枕道床,3座车站左右线梯形轨枕道床单线累计724.2 m。轨道安装时,土建单位站台板已经施工完毕,土建站台板至线路中线设计距离为1.5 m,而铺轨门吊最小运行限界是距离线路中心线1.6 m,导致在车站难以机铺。为保证梯形轨枕机铺的顺利进行,对站台处施工的铺轨门吊进行了改装,具体方法是将铺轨门吊靠近站台侧梁臂进行改装处理,将“直线”形臂改装成“凹”形臂,让“凹”形臂的缺口处正好对准站台外沿,在既不影响铺轨门吊正常运作的情况下,又能避开站台,从而保证了施工进度。改装后的铺轨门吊如图3、图4所示。

图3 铺轨门吊凹形臂改装示意

图4 铺轨门吊改装后的“凹形”臂

(4)L形台座排水处理

据计图纸,梯形轨枕直线段L形台座的最大厚度仅为96 mm,小半径曲线地段的内侧L形台座处最小厚度仅为53 mm。由于土建单位桥梁施工存在误差,L形台座的厚度不一。在L形台座厚度较小且存在变化的情况下,既要保证在桥梁泄水孔处的排水通道，又要保证梯形轨枕L形台座的施工质量,是施工的又一难点和重点。

图5 PVC管钢筋支架示意(单位：mm)

昌平线梯形轨枕地段桥梁泄水孔处采用预埋PVC管的形式保证桥梁系统的排水,预埋3根直径为50 mmPVC管,PVC管连续并排布置,要求PVC管下地面距离梁面50 mm。PVC管设置在L形台座中,PVC管的定位和PVC管的架立是制约PVC管的预埋效果是否能满足排水要求的关键。施工加工了专门固定PVC管钢筋支架,如图5所示。从而保证了PVC管定位的精确性。PVC管钢筋支架与L形台座主筋平行布置,确保不与主筋相碰,安装时用冲击钻在桥面上打深度不超过60 mm的孔,然后将PVC管架在支架上,用扎丝将PVC管固定在支架上并用胶带封堵PVC管

端,既能保证混凝土浇筑时PVC管不会受混凝土流动性的影响，也不会使PVC管断裂或进灰,从而保证了梁面排水的顺畅。

(5)接触轨混凝土底座的埋设

地铁昌平线采用钢铝复合接触轨供电,接触轨与道床一体化安装,即将绝缘子安装在预埋道床里的混凝土底座上,再将钢铝复合接触轨安装在绝缘子上最终形成与道床一体化的供电系统。高架桥梯形轨枕地段采用接触轨支墩的办法以满足接触轨安装的需求,如图6所示。接触轨支墩为厂家预制,独立安装。由于供电系统对接触轨安装的精度很高,故梯形轨枕地段接触轨支墩的预埋精度直接制约接触轨安装精度。如何保证高架线梯形轨枕地段接触轨支墩的预埋精度是高架线梯形轨枕施工质量卡控关键。

为保证梯形轨枕地段接触轨支墩预埋达到设计要求,地铁昌平线在施工高架线梯形轨枕地段特制作了“接触轨支墩定位吊架”如图6所示,保证接触轨支墩的预埋精度,为后期接触轨安装奠定了基础。

图6 接触轨混凝土底座定位吊架示意

4 机铺法优越性分析

(1)吊装量减少

若采用散铺法施工需吊装梯形轨枕2 092次,且需要租赁大型吊装设备,采取的安全防护措施相应增加。昌平线采用机铺法,且基地靠近梯形轨枕分布地段,合理利用机铺基地和机械化施工的机动能力是采用机铺法的根本,在基地合理利用大型桁架式门吊吊装组装后的轨排,吊装次数明显下降。

(2)有利流水作业

机铺法将梯形轨枕施工从轨排组装、轨排运输、现场架轨等一系列关键工序合理的分开,各部分施工人员只从事其中一项工序,强化专业化,便于管理,质量更高。与散铺法相比机铺法施工避免了全面开花的局面,并减少大量施工机具和人员的投入。安全可控性相应提高。

(3)施工进度快

机铺法日平均进度能达到75 m/d,而散铺法日平均进度仅为50 m/d,施工进度显著加快。

5 结语

梯形轨枕在昌平线上的大量运用,检验了国内的施工技术水平,同时也为今后梯形轨枕轨道在城市轨道交通的推广应用奠定了基础。本文通过对昌平线梯形轨枕的实际运用积累了宝贵的施工经验,为后续梯形轨枕轨道施工提供一种可作为借鉴的施工工法。

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