北京市轨道交通昌平线无缝线路直铺施工工艺

马德胜,魏运生,刘江涛

(中铁一局集团新运工程有限公司，陕西咸阳 712000)

1 工程概况

北京市轨道交通昌平线设计起点为城南站,经高教园站、沙河站、巩化城站、朱辛庄站、北清路站,终点站为西二旗站。线路长21.35 km,其中高架线15.535 km,地下线3.01 km,地面线2.805 km。除城南站为地下站外,其余6座车站均为高架站。在朱辛庄站北侧设有泗路停车场。线路在朱辛庄站与8号线延伸线换乘,在西二旗站与13号线换乘。

主要工程数量：正线高架桥短轨枕道床20.06 km；梯形轨枕道床，地下线6.02 km,地面线5.61 km；正线整体道床上道岔13组,其中交叉渡线1组,接触轨44.7 km,焊接焊头3 366个,应力放散及锁定44 km,防脱护轨9.296 km。

2 技术标准

本线正线为1 435 mm标准轨距，采用无缝线路,除处于地震断裂带的线路采用普通线路外,正线其余地段均铺设无缝线路。正线最小曲线半径为350 m(轨距不加宽),辅助线最小曲线半径为200 m(轨距加宽5 mm),最大坡度24.131‰。正线一般地段及辅助线段均设1/40轨底坡。正线道岔区均不设轨底坡。不同轨底坡之间需通过2～3对短轨枕实现轨底坡过渡。钢轨正线、辅助线及出入线采用CHN60型钢轨,钢种为U71Mn热轧轨,钢轨定尺长度为25 m。扣件与轨枕配套使用,除道岔区外,全线共有6种扣件类型：DTⅥ2型扣件及配套短轨枕,用于地下线、U形槽结构整体道床地段；DTⅦ2型扣件及配套短轨枕,用于高架线一般整体道床地段；地下线轨道减振器扣件及配套短轨枕,用于地下线中级减振地段；高架线减振器扣件及其配套短轨枕,用于高架线中级减振地段；弹条Ⅰ型扣件及新Ⅱ型预应力混凝土枕,用于地面线碎石道床；WJ-2型扣件,与高架线梯形轨枕地段配套使用。正线道岔及其扣件、轨枕和道床共采用CHN60型钢轨9号单开道岔12组,5.0 m线间距交叉渡线1组,采用无螺栓弹条弹性分开式扣件、短岔枕式整体道床。

地铁昌平线运行国产标准B1型车,轴重140 kN,6辆编组,直流750 V接触轨供电,最高设计速度为100 km/h。

3 特点及难点

(1)工期紧

本工程2010年3月15日开工,2010年6月30日达到轨通,在此期间,正线要完成铺轨单线44.912 km、铺岔13组；停车场要完成铺轨7.032 km、铺岔25组等作业内容,工期相当紧。

(2)协调量大

轨道工程施工与土建、供电、信号及设备安装等后续相关专业施工密不可分,工程施工过程中施工配合、协调工作量较大,因此要把与各个接口的协调、配合施工等作为施工组织管理工作的重点。

(3)断点较多

线下单位施工进度不一致,全线共有6处施工断点,断点约400～1 000 m,施工断点较多且重点在跨南北沙河地段(河流宽度250 m)和跨京包铁路和公路地段,且高架桥一般高度在15～25 m,造成施工上料、施工组织困难。

(4)扣件配件类型多[1]

全线共有7种类型扣件及相应轨枕,在线路上不够集中,特别是钢轨支撑架和模板等工机具不配套,需要来回倒运,增大劳动强度,且物资采购、质量控制、检验试验较多,造成较多困难。

(5)梯形轨枕施工困难[2]

梯形轨枕自重较大、工艺精度要求高、类型较多,曲线难调钢轨,增加了施工的难度。

(6)施工断点焊轨

采用K92和AMS60两种移动闪光焊机。为保障焊轨进度,将成型线路焊接完成后,最后进行施工断点地段的焊轨,应力放散时插入短轨进行合龙口和钢轨焊接,为实现现场闪光焊接时的顶锻量,需要将长轨条拨成曲线再施焊。

4 方案及工法

根据工程特点及工期要求,因全线线下施工进度不一,施工时只能是成型一段、交接一段、施工一段,采取跳跃式施工,最后将断点合龙。

(1)施工方案

①高架线梯形轨枕道床施工。用汽车和吊车配合,将25 m钢轨、梯形轨枕、扣件、钢筋等轨道材料及施工机具直接吊放至桥面,采用“散铺架轨法”施工工法,完成架轨、调轨、浇筑整体道床混凝土等工序。钢轨架设、精调时采用吊车配合作业,吊车、汽车不能到达的施工地段,在高架桥上利用铺轨门吊吊装运输钢轨、轨枕。

②焊轨[3]。采用移动式闪光焊机工地焊接,长轨应力放散采用“连入法”施工。

③道岔施工。道岔采用提前预铺,支墩法浇筑混凝土,即先用钢轨支撑架架立道岔后先打支墩,待支墩强度达到要求后,将钢轨支撑架拆掉后再立模浇筑混凝土道床。

(2)施工工法

①高架线采用“散铺架轨法”,整体道床道岔采用“散铺架轨法”提前预铺组织施工。

②车站配线采用“散铺架轨法”进行施工。

③车辆段碎石道床采用人工铺轨,人工配合小型起拔道机和捣固机进行上砟整道。

④地下线施工采用机铺法,先在铺轨基地采用25 m待焊轨组装成轨排并运输到作业面附近,采用铺轨门吊将轨排吊运至施工作业面进行架轨。道床混凝土采用商品混凝土,混凝土搅拌车运输,利用平板车运送混凝土料斗,并用铺轨门吊配合的方法进行现场道床混凝土浇筑。

5 质量控制

施工的关键工序有:基标测设、轨枕布设、钢筋安装、轨道线路精调、混凝土浇筑、碎石道床捣固、钢轨焊接及检测、无缝线路应力放散及锁定,其质量控制如下。

(1)基标测设

施工复测、基标测设是轨道铺设的基准,尤其是基标测设的精度将直接影响轨道铺设的施工质量。如何保证线路复测和基标测设的精确度,满足施工需要,是轨道铺设工程施工的重点。控制基标精度要求:方向允许误差为6″；高程允许误差为±2 mm；直线段距离允许误差为1/5 000，曲线段距离允许误差1/10 000。加密基标精度要求:方向为±1 mm；高程允许误差为±2 mm；直线段距离允许误差为±5 mm，曲线段距离允许误差为±3 mm。

控制基标采用铜质可调螺钉,铺轨基标埋设时,首先应按设计要求将底板凿毛,以增加基标与底板的粘结力。基标应埋设牢固,检测基标满足各项限差要求后及时固定,控制基标进行永久固定。基标做好后,需要经过复测后才能将基标成果下发。控制基标制作要求：直线一般120 m一个,曲线60 m一个,曲线五大桩、变坡点,道岔、伸缩调节器等处均要设置。加密基标直线6 m一个,曲线5 m一个。

(2)扣件、轨枕布设及质量控制

全线扣件类型繁多,必须按照里程位置卡控,需在铺轨综合图中标明扣件类型分布、接触轨布置,特别是道岔弯头处的加长枕需要按照接触轨道岔图布置,并标明接触轨膨胀接头加长枕的数量变化，钢轨复合胶垫和橡胶垫里程位置,不同轨枕里程位置,道岔伸缩调节器、道岔位置、无缝线路、有缝线路分界点里程位置。道岔检测严格按照道岔检查表尺寸检查,个别枕木间距最大允许范围在550～650 mm均在施工图上明细标出。

(3)钢筋安装及质量控制

梯形轨枕钢筋网对桥梁梁面精度要求和箍筋高度要求高[2],如果桥梁高程偏差超过20 mm,需要调线调坡处理,否则底座钢筋保护层厚度受影响,特别是遇到梁端部高程比梁跨中间低60 mm以上的施工地段。措施是线路调线调坡处理,需要根据实测高程进行箍筋高度调整,或者让线下施工单位采取凿梁措施。箍筋高度调高尺寸和梁跨位置要一一对应。梯形枕下道床厚度不宜小于150 mm,否则桥梁施工误差较大,影响施工进度,昌平线为96 mm。梯形轨枕钢筋绑扎时需要注意梯形枕下不能有个别突出的钢筋,侧面钢筋应和轨枕保证在允许范围内,否则易顶碎塑料泡沫。解决方案是在绑扎钢筋时划分好道床块,根据梯形枕长度将钢筋位置用墨线弹出,标示在桥梁上,钢筋绑扎后,在钢筋高程上细线绷紧,比较方便地查处个别的高点,钢筋高度的控制采用提前测量梁面高程,调整钢筋高度的方法处理。

(4)轨道线路精调

线路精调时根据基标成果表,基标成果资料是左线左股右线右股的钢轨高程,用L形道尺测量,基标中心线在线路中心线,距离钢轨内侧717.5 mm,L形道尺横向刻度控制线路中线,竖向刻度控制轨道高程,超高在L形道尺一侧,用直尺刻度测量。先调水平,后调轨距；先调基标部位；后调基标之间；先粗后精,反复调整。经过精调后,其精度必须符合无砟轨道铺设完成后精度要求。轨道线路精调重点检查以下内容：轨距偏差为+2、-1 mm,变化率不得大于1‰。轨顶水平及高程：以左线左股右线右股为准,按设计高程允许偏差为±1 mm,左右股钢轨顶面水平允许偏差为1 mm,在延长18 m的距离范围内不得有大于1 mm的三角坑。轨道中心线：距基标中心线允许偏差为±2 mm。轨道方向：直线用10 m弦量,最大矢度不得大于1 mm。轨顶高低差：用10 m弦量不应大于1 mm。钢轨接头：轨面、轨头内侧应平(直)顺,允许偏差为±0.5 mm。枕木间距允许误差为±10 mm,枕木需要方正。

(5)混凝土道床浇筑及质量控制

混凝土浇筑时严把质量关,首先应防止线路几何尺寸的变化。因为采用钢轨支撑架法施工混凝土道床,直线每隔3 m、曲线每隔2.5 m安装1套支撑架,支撑架的斜支撑撑在预埋筋上,当混凝土浇筑时容易碰到钢轨支架,容易出现线路方向几何尺寸的变化,因此在混凝土浇筑后初凝前加一道施工工序,检查轨道几何尺寸,以便进行调整。

混凝土道床浇筑防止裂纹产生更应重视。混凝土道床产生裂纹有3种,一种在轨枕四角呈现八字形裂纹,另一种是环绕混凝土支墩的裂纹,第三种是沿轨枕边缘一侧或两侧垂直钢轨横向裂纹。主要原因是混凝土道床比较特殊,沿着钢轨条状分布,混凝土道床结构高度一般为260～360 mm,道床宽度800 mm,属于小体积混凝土施工。又由于轨枕为预制混凝土构件,混凝土道床浇筑时,轨枕吸水较为严重,这是第一种和第二种裂纹产生的主要原因,采取防止对策是混凝土支墩浇水湿润和道床浇筑后及时洒水养生。第三种裂纹主要原因是钢轨的热胀冷缩引起,以CHN60型钢轨为例,ΔPt=EFαΔt=248×77.45×1=19.2 kN,即钢轨轨温相差1 ℃,所产生的温度力为19.2 kN。因而道床产生的裂纹数量和宽度与混凝土道床浇筑时的轨温差有关,在夏季施工时,昼夜轨温温差超过15 ℃,根本无法抑制道床裂纹的产生,甚至混凝土浇筑强度上来后,裂纹仍然发展。解决方法是混凝土浇筑前洒水降低钢轨温度和洒水浇支墩,减少轨温差(覆盖一层防燃棉,洒水使之湿润,降低轨温温差),道床达到一定强度后松扣件和鱼尾板,钢轨之间预留轨缝,使钢轨能够伸缩。

(6)碎石道床阻力控制

根据设计要求,一次性铺设无缝线路对碎石道床每根轨枕纵向阻力应达到每枕10 kN,横向阻力达到每枕8 kN。昌平线沿线处于沉降地带,各区段沉降不均匀,且不稳定,这需要不断进行补道砟和进行捣固,以满足无缝线路道床纵横向阻力达到要求。无缝线路在应力放散前用大型捣固机进行捣固,道床的密实度达到设计要求。地下线(或高架线)整体道床与地面线碎石道床之间设置弹性过渡段,过渡段长度设为20 m,通过道砟下部设钢筋混凝土板,道砟厚度渐变的方式实现弹性过渡。

钢筋混凝土板混凝土强度等级为C30,厚200 mm。轨枕下碎石道床厚度由250 mm过渡到450 mm。钢筋混凝土板下设厚度100 mm的C15素混凝土垫层,垫层边比钢筋混凝土板宽出100 mm。此段两侧安装挡砟墙,增加其道床横向阻力。

(7)钢轨焊接质量控制

全线采用U71Mn热轧轨,在短轨铺设施工中采用待焊轨进行铺设,钢轨连接采用无孔夹板；在短轨铺设后的区段内进行焊轨施工并形成无缝线路。移动式闪光焊轨车在经过工艺试验,确定焊接参数后,即可进行钢轨的焊接。焊轨前,必须按《钢轨焊接》(TB/T1632—2005)中的有关规定进行型式试验,以确定焊机工艺参数。一经确定的参数不得随意改动,检验合格后方可施焊。每焊500个钢轨接头,应做周期性检验,合格后方可继续施焊。

焊接后长轨条应进行矫直和打磨,打磨后的焊接接头应保证焊缝两侧各500 mm范围内轨头轨顶面及作用面的直线度为：轨顶面及工作边0.3 mm/m；轨底凸出量不得超过1 mm；母材打磨深度不大于0.5 mm。

(8)应力放散及锁定

施工中无缝线路应力放散及锁定是无缝线路施工的重要环节,根据昌平线的设计和施工特点,为保证无缝线路应力放散的质量,制定以下措施。

无缝道岔的处理：采用冻结接头,既便于维修,又能满足无缝道岔的要求,正线其余地段均铺设无缝线路。为便于工务维修部门更换道岔,道岔直股钢轨接头、道岔与两端区间接头(直股)、尖轨跟端(直股)、锰钢辙叉两端接头(直股)采用冻结。道岔侧股采用普通接头,高架线道岔两端设置单向伸缩调节器,伸缩调节器尖轨一端与道岔冻结,基本轨一端与区间线路焊接。应力放散前务必在锁定轨温时将道岔应力放散,并将接头冻结。

利用大滚筒减少摩阻力：应力放散中,长轨条、扣配件、铁垫板之间摩擦力直接影响长轨条的自由伸缩,特别在曲线地段。因为昌平线扣件形式较多,采取了大滚筒的方案,钢轨被架上滚筒后,其与扣配件不接触,并在曲线上加强撞轨,这样能使长轨条充分放散应力,而且均匀。

线路锁定方法：线路锁定时,拉伸端的钢轨直接锁定50 m,扣配件全部上齐拧紧,中间各施工地段采用隔二紧一的方法进行,这样既能保证长轨条锁定轨温不变,又能使整个轨条的锁定轨温均匀,特别是在升温时进行锁定,组织不好,方法不对有可能造成线路锁定的失败(钢轨升温后,轨条变长有可能在没有及时锁定地段拱起,造成应力不均匀或者钢轨无法落槽,导致线路锁定失败)。

6 结语

昌平线的轨道工程由于施工工期紧、减振技术应用广、工艺精度要求高、环境制约因素多等特点,因而施工组织的难度大,但轨道安装专业能够按照节点工期进行,这与各专业的密切配合、业主的较强协调能力、轨道专业科学的组织是分不开的。参与全线的轨道结构施工有以下建议和体会。

(1)线路扣件形式太多,不便于施工和线路维修,也给运营阶段的备用轨料增加困难,今后应简化。

(2)梯形轨枕地段道床结构高度至少应>550 mm,这样便于梯形轨枕道床施工,若道床结构高度太低,即使桥梁专业对预应力梁的高程也难以控制。

(3)无缝道岔内的钢轨接头尽量不要焊接,采用冻结接头较好,既能满足强度要求,又方便维修和更换。

参考文献：

[1]任 静，王 进，曾向荣.北京地铁5号线正线轨道设计综述[J].铁道标准设计，2007(10)：16-21.

[2]王朝阳，张希海，史万成，等.L形台座式浮动梯形轨枕道床施工工艺及应用[J].铁道标准设计，2007(10)：101-103.

[3]杨云堂，高 林.北京地铁5号线现场钢轨移动式闪光焊接工艺要点研究[J].铁道标准设计，2007(10)：91-94.