北京市轨道交通大兴线轨道工程施工组织研究

张大伟，魏宝林

(中铁一局集团新运工程有限公司,陕西咸阳 712000)

1 工程简介

1.1 工程概况

大兴线是联系大兴新城与中心城区的快速轨道交通线,与4号线共同构成北京市南北向的轨道交通主干线。大兴线沿线主要穿过丰台区南苑西、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。全线新建车站11座,由北向南依次为新宫站、西红门站、高米店北站、高米店南站、枣园站、清源路站、黄村西大街站、黄村火车站站、义和庄站、韩园子站、南兆路站。在南兆路以南设南兆路车辆段1处。我单位承担轨道2标施工,施工范围：正线K13+170～K21+800、车辆段及其出入段线的轨道铺装、钢轨焊接、接触轨安装,轨道施工具体布局如图1所示。

图1 大兴线轨道工程2标段施工布局

1.2 大兴线轨道工程主要工程数量及重要节点时间

大兴线轨道工程合同工期为456 d,但在施工进展过程中,业主考虑轨道工程后续诸多工作的安排,将整个轨道工期提前近300 d,轨道施工绝对工期只有150 d,各个重要节点时间如表1所示。

表1 各工序节点时间

注：1.轨道全面开铺时间：2009年11月1日；2.轨道到达竣工验收状态：2010年4月30日

2 轨道工程施工组织

2.1 轨道工程施工组织难点

2.1.1 轨道工程工期紧张

150 d完成轨道工程所有工序,是在历次地铁轨道工程施工中不曾有过的先例,如何在节点内完成各个工序,是施工组织的要点和难点。

2.1.2 轨道形式复杂多样

大兴线纵向穿越北京南部经济重镇,对环境减振降噪要求较高,轨道减振是减小地铁列车高速运行中对地表附近敏感点振动影响的重要措施。大兴线轨道减振形式分为3种,分别是：Ⅲ型减振器扣件无砟轨道、梯形轨枕无砟轨道以及钢弹簧浮置板无砟轨道,其中Ⅲ型减振器扣件无砟轨道施工同普通无砟轨道施工,日进度可达75～100 m,而后两种轨道形式较普通无砟轨道无论是在基本施工工法还是在工艺质量方面都有较大差异,梯形轨枕传统日进度指标为25～50 m,而钢弹簧浮置板传统日进度指标只有5～6 m,况且两种减振轨道工程数量占整个轨道工程较大比例(具体数量分别为2.12、2.55 km),以传统施工工法根本无法实现节点目标。

2.1.3 专业交叉施工干扰

大兴线在施工高峰期,各个专业均同时施工,这样给现场施工组织带来一定程度的影响,尤其是线下单位施工进度、铺轨作业面的交接将直接关系到轨道施工组织安排。

2.1.4 冬季施工影响正常施工组织

2009年北京遭遇50年罕见严寒气候,恶劣气候对所有混凝土施工、户外人员作业都产生较大制约。

2.2 轨道工程施工组织安排

2.2.1 特殊减振轨道传统工法改进

纵观整个轨道工程分部特点,正线部分特殊减振轨道占有较大比例,可采取的方案有两种,一是采用原有的人工散铺法(预铺),另一种则是机械铺设法。前者适用于工期相对较长,且在作业面附近有可利用的吊装竖井或通道，对于分布在韩天区间梯形轨枕以及义黄盾构区间的钢弹簧浮置板,作业面前后无任何可利用的竖井通道,况且工程量较大,若采用人工散铺法进行铺设,梯形轨枕需要60 d,而浮置板则需要工期265 d,显然无法满足工期的需要，只能采用第二种方案——机械铺设法。所谓机械铺设法,即在铺轨基地内人工组装梯形轨枕轨排或浮置板钢筋笼轨排,通过龙门架吊装,再通过轨道车运输、铺轨门吊吊装等环节完成铺设,最后通过轨道车运输商品混凝土完成轨道浇筑。

工法实施前,需根据隧道断面尺寸对原有铺轨小门吊的跨度进行改装,改装后的小门吊应在吊装高度、净跨度方面需满足梯形轨枕轨排或浮置板钢筋笼轨排的尺寸及自重荷载要求。

工法实施后使得梯形轨枕轨道日进度指标到达75 m/d,钢弹簧浮置板轨道日进度指标达到50 m/d,进度指标分别提高至原指标的3倍和10倍,确保了节点工期的实现。图2为改进工法后铺设的浮置板和梯形轨枕道床。

图2 改进工法后浮置板和梯形轨枕道床铺设

2.2.2 铺轨基地设置

(1)增设铺轨基地

本标段合同中分别在车辆段U形槽以及义和庄站附近设置铺轨基地各1处,通过沿线调查认为，在韩园子增设1处钢弹簧浮置板散铺基地,提前完成韩园子站前后960 m的枕式浮置板的轨道铺设施工,工法采用人工散铺法,同时根据施工需要提前建议业主在韩园子站北段预留材料吊装井,确保散铺用料顺利下洞。散铺过程中改变了原有的钢筋笼洞内直接绑扎方式,根据钢筋笼不同断面的形状特点,将30 m钢筋笼分解成若干钢筋笼单元片,通过地表组装钢筋笼单元片,再通过吊车把绑扎成品单元片调运至洞内,最后洞内安装单元片来完成整个钢筋笼的绑扎,通过施工方法的改进使得散铺工法进度指标提高至30 m/d。历时30 d完成960 m浮置板铺设施工,消除了南北2处铺轨基地之间制约点,为进一步有效组织施工提供了更多的路线途径。

(2)优化铺轨基地设置

①义和庄铺轨基地优化

义和庄铺轨基地位于义和庄站南端,基地内在左右线上方分别预留轨排井,前后距离105 m,轨排井中心横向间距15 m,若将2处轨排井通过直线形式单独设置龙门架走行基础,则走行线基础受到地形所限,同时走行线长度只能设置70 m,更重要的是设置完毕后,左右线相对独立,龙门架作业时不能实现左右线资源相互调配,4台龙门架功效大大降低；若通过1条大半径曲线将2处轨排串联起来,则可避免上述不利环节,通过现场地形测量、放线,优化设置后的铺轨基地如图3(b)所示,2处轨排井通过1条1 200 m半径的曲线串联起来,形成了轨排井联合作业,实现了左右线资源互补,同时减少1台龙门架的机械成本,具体如图3所示。

图3 优化前后铺轨门吊走行线路(单位：m)

②南兆路铺轨基地位置调整

经过对标段全线调查,若南兆路铺轨基地设在车辆段“U”形槽,建成后魏永路管线改移会严重制约基地铺轨,所以需对基地进行调整。经调查可将铺轨基地向北迁至天宫院站南端,基地建成后可向韩园子站方向组织轨道铺设,铺至韩园子站浮置板后调头折返铺轨,届时魏永路制约点早已消除,进而完成管段内铺轨任务,如图4所示。实践证明基地调整后将铺轨工期足足提前2个月。

图4 改移前后南兆路铺轨基地

2.2.3 工序组织安排

(1)正线轨道工程工序组织

①预铺项目实施

影响正常轨道铺设的关键点分别是：韩园子站前后的枕式钢弹簧浮置板、黄村西大街道岔群、义和庄站单渡线以及天宫院站道岔,针对上述控制点采取传统的人工预铺法,在正常铺轨到达前完成上述作业。预铺开始时间需根据计划铺轨到达时间组织实施。分别利用车站附近的盾构井、下料口等完成轨料进洞,通过人工架轨、轨道精调等环节使得轨道达到精度要求,最后通过混凝土泵送完成道床浇筑。

②正常铺轨组织

根据前期线路调查情况、轨道形式分布以及具体工程数量合理安排各个铺轨基地的具体铺轨范围以及铺轨方向,图5为两个铺轨基地的铺轨范围以及铺轨方向,①、②表示各个铺轨基地的实际先后铺轨顺序,箭头表示铺轨方向。

图5 铺轨基地铺轨范围及方向

③钢轨焊接及接触轨安装

钢轨焊接应在铺轨单方向内所有道床混凝土施工完成后进行,钢轨焊接采用进口钢轨焊接设备K922型焊机,焊机下线前应完成钢轨焊头形式试验,以确定焊轨过程中的各个参数,之后下线进行焊接作业,通过除锈、焊接、焊头正火热处理、2轮冷粗磨、淋水、精磨、探伤等环节完成钢轨焊接工序(图6)。

图6 钢轨焊接工序组织(单位：m)

待轨道静态几何尺寸满足要求后开始接触轨安装工作,通过轨料散布、绝缘支座安装、人工架轨、防护罩安装、膨胀接头安装、端部弯头安装、电连接板安装等环节完成接触轨安装,其中膨胀接头安装应考虑安装环境温度预留膨胀接头伸缩量。

(2)车辆段轨道工程工序组织

南兆路车辆段占地面积约为22万m2,其中轨道线路分布于整个车辆段,共分为出入段线、试车线、库外线路、停车库、检修库、工务料库、镟洗库以及卸车线等部分。铺轨累计长度12 800 m,其中库外铺轨6 900 m、整体道床5 900 m、道岔40组、铺砟16 000 m2。车辆段总体铺轨方向应遵循横向从边到边的原则,即尽量减少已完轨道对后续铺轨的影响；纵向遵循库内线整体道床以及库外线碎石线路分别作业的原则。库外线碎石线路铺设应是先道岔定位,而后连接岔间股道,再通过补砟起道、道砟捣固、拨道整理等环节实现线路稳定。具体操作环节如下：第1次补砟→捣固、稳定2次→第2次补砟→捣固、稳定1次→第3次补砟、捣固、稳定第4次补砟、捣固、稳定→加强捣固→轨道整理。

2.2.4 冬季低温应对措施

大兴线建设经历了北京50年罕见寒冷气候,轨道施工如何在寒冷气候的条件下正常组织生产是直接关系到节点工期的关键。

(1)混凝土冬季施工措施

根据混凝土冬季施工规程,室外平均温度连续5 d低于5 ℃就应采取冬季施工保温措施,标段内冬季施工项目主要分布为在车辆段露天部分，如：U形槽、车库内整体道床、焊轨线等；正线冬季施工项目主要分布在韩园子浮置板道床、天宫院车站前后500 m范围,根据施工区域户外实测气温并结合大兴区具体天气预报对混凝土采取必要的保温措施,确保混凝土施工质量,所用冬季施工措施均用暖棚法。通过搭设棚架、覆盖保温材料、内置电热设备,浇筑后每隔6 h对养护温度进行实际测量,实际温度均在10°左右,根据冬季施工规范此温度内养护天数不小于6 d。

(2)施工作业环境改善

铺轨基地内地表作业温度较低,为了地表浮置板钢筋笼绑扎不受影响,在基地内搭建暖棚,工人作业环境得到改善,确保了低温条件下地表作业不停歇。

2.2.5 资源配置

根据铺轨基地具体铺轨任务量、工法使用、不同工序的需要统筹配置人力、机具资源,限于篇幅,仅以普通机械铺轨为例,具体见表2。

表2 机械铺轨资源配置(单班作业人员机具配置)

3 结语

大兴线轨道工程历时150 d全部完成,并质量验收合格率100%,在地铁轨道建设史中未曾有过先例,本文全面分析大兴线轨道工程特点,详尽阐述施工组织对促进工程进展的重要作用,可为高效、优质建设城市轨道交通提供参考依据。

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