城市轨道交通工程小半径曲线组合道岔轨道施工技术

张 涛，王 波，黄国庆

(中铁一局集团新运工程有限公司,陕西咸阳 712000)

城市轨道交通工程小半径曲线组合道岔轨道施工技术

张 涛，王 波，黄国庆

(中铁一局集团新运工程有限公司,陕西咸阳 712000)

根据重庆轨道交通6号线大剧院车站设计的小半径曲线组合道岔实际情况，针对小半径曲线组合道岔进行施工，通过试验性理论计算、现场模拟对比、量测及针对性研究，对于道岔布置、轨底坡超高、曲线加宽、道岔弯曲状态下几何尺寸的调整及道岔道床施工技术进行了攻克，施工完成的曲线道岔满足大剧院站线路连接及车辆折返要求，同时完善了曲线道岔施工技术流程。

城市轨道交通；小半径曲线组合道岔；施工技术

1 概述

在城市轨道交通工程中,小半径曲线和大坡度纵断面所占的比重较大,目前国内还没有设置曲线组合道岔的相关规范和工程实例。铁路规范规定道岔应设在直线和小坡度线路上,在城市繁华区域范围修建城市轨道交通,为绕避控制性建筑物,需要设置多处单渡线、折返线等组合道岔,这给设计及施工均带来很大困难。

在大坡度小半径曲线上设置单渡线组合道岔技术难度很大,国内目前没有先例。通过对重庆轨道交通6号线大剧院站临时单渡线曲线组合道岔的设置、施工及改建方案的研究,提出为了满足在大剧院站折返运营的需要,在站后设置了小半径曲线道岔用于折返单渡线组合道岔。重庆轨道交通公司结合6号线一期工程的场地局限性、结构主体完成情况及运营通车目标,为确保运营段车辆能正常运行折返于大剧院站,经多方考究和论证,尝试在大剧院车站设置临时折返的小半径组合曲线道岔。

2 小半径曲线组合道岔设计平面布置特点

小半径曲线道岔由2组道岔组成,左线道岔为对称道岔,右线道岔为单开曲线型道岔。对称道岔两侧曲线半径均为R-300 m；曲线道岔主曲线半径为R-300 m,侧股曲线半径为R-150 m。对称道岔前端距离竖曲线终点23 m,岔前及左侧岔后为R-300 m圆曲线,总长29.13 m。曲线道岔主线岔前岔后为R-300 m圆曲线,侧线与对称道岔右线相连,总长40.029 m。两道岔位于25‰坡道上,平面布置如图1所示。

图1 大剧院站小半径曲线组合道岔平面布置（单位：m)

对称道岔R-300 m半径容许通过速度为44 km/h；对称道岔R-300 m半径与曲线型单开道岔R-150 m半径相接,一侧容许通过速度为30 km/h；曲线型单开道岔R-300 m半径容许通过速度为44 km/h；曲线型单开道岔R-150 m半径容许通过速度为30 km/h。

大剧院站后300 m半径曲线正常线路超高值为100 mm。道岔区不设超高,道岔前后20 m范围内不设超高。

3 施工工艺原理

小半径曲线组合道岔整体道床计划采用1个作业面进行施工,曲线道岔施工采用“人工散铺法”进行,先按照设计道床高度尺寸施工远期正常曲线超高形式整体道床,布置短轨枕并预留扣件螺栓孔,进行一次性浇筑,对先浇筑的道床平整度需要严格控制,使其横向、纵向平面高差严格控制在+5 mm范围内,以满足道岔合成树脂轨枕的铺设平整要求。整体道床成型后拆除先浇筑的远期道床轨道及扣配件,在整体道床轨枕间隙中埋入合成树脂轨枕,精确布置合成树脂轨枕位置,经过提前对合成树脂轨枕包裹密封,道岔钉联完成后,设置竖向限位装置,填充PMC砂浆作为合成长枕的纵横向限位,使其长轨枕与远期道床形成稳固整体,精调曲线道岔几何尺寸,完成曲线道岔施工。

4 施工工艺流程

重庆轨道交通6号线一期大剧院车站小半径曲线组合道岔工程是国内首例探索性的尝试,仅从施工方面而言,不仅是一个新的挑战,也是施工技术不断挑战的尝试和探索,通过对大剧院曲线道岔整个施工过程的参与、探讨和研究,对于各个施工工艺进行了组织整理,工艺流程见图2。

4.1 远期道床测量基桩

根据测量高精度控制基桩放样的加密基标,并根据道床结构(是否含有超高等)在道床范围内放样的一排为3个控制点,每隔5 m放置一排,并利用红色油漆在控制点的基桩上标注准确高程线,控制在+5 mm范围内,见图3。

4.2 远期道床收面控制精度要求

根据测量放样的基桩,采用红色油漆标识曲线范围内道床浇筑面高度,通过采用道床范围内放样的一排为3个桩,根据红色油漆标识位置纵、横连线,使其达到三点形成水平状态,控制道床浇筑面要抹平,控制在+5 mm范围内,满足外股钢轨轨面下翻351 mm的

图2 大剧院站小半径曲线组合道岔施工工艺流程

图3 道床控制高程桩及道床面标识线

高程要求,致使内外股形成平面,确保浇筑道床面水平,见图4。

图4 浇筑完成的远期道床轨道（单位：mm)

4.3 轨枕、间距

(1)依据道岔铺设图,将曲线道岔设计的长轨枕间距进行测量标识,在已经成型的道床短轨枕间距内画出标识线,并按照道岔道床设计的板块尺寸仔细调整并清晰标识于远期道床钢轨底部翼缘。

(2)根据钢轨上量测定位的合成树脂轨枕间距标识线,准确布置并合理安装树脂合成轨枕。

(3)结合曲线道岔设计施工图纸要求,对合成轨枕的间距要求严格控制在+5 mm偏差范围内,以曲线道岔合成树脂轨枕间距为基准,控制和调整远期道床轨枕间距尺寸。

4.4 绑扎和钢筋调整

根据曲线道岔设计施工图纸对远期道床配置钢筋,制作安装,严格按照钢筋绑扎间距尺寸并进行焊接,通过远期道床面高程准确控制调整曲线道岔内、外股道钢筋调控高度,使钢筋面层呈平面,通过计算为浇筑道床面预留钢筋保护层厚度,不小于20 mm。

4.5 远期道床浇筑

采用C40混凝土浇筑,利用泵送形式,浇筑前,根据测量放样的基标及远期道床面控制线,利用水平尺及线绳纵、横控制,待浇筑后通过拉的控制线将道床面控制至+5 mm范围内,要求浇筑道床面呈平面状态,如图4所示。

4.6 拆除远期轨道

(1)准确固定合成树脂轨枕后,对于远期轨道及扣配件进行拆除,对于拆除的扣配件进行堆放存储,为后期拆除曲线道岔恢复远期轨道做好先决条件。

(2)除曲线道岔范围内的钢轨需要拆除,其余渡线范围内的钢轨不予拆除,通过内轨钢轨抬平进行调整轨面高程,与道岔轨面高程平顺过渡。

4.7 铺设聚乙烯塑料薄膜及包裹短轨枕

(1)根据道床宽度尺寸铺设塑料薄膜,利用裁纸刀根据露出远期道床面的轨枕块,将轨枕块位置按照轨枕尺寸准确裁剪,将塑料薄膜分为3块,道床两边各1块,预留中间掩压,待设平整后,采用纸胶带将其中部进行密封粘贴,确保密封严实不漏浆。

(2)利用裁剪下的道床块塑料薄膜平铺于远期道床轨枕面,用来保护已经拆除的扣件螺栓孔,在轨枕四周采用同样塑料薄膜包裹,采用胶带严实密封,防止浇筑PMC砂浆时与轨枕粘接,如图5所示。

图5 道岔施工铺设的聚乙烯塑料薄膜及包裹完成的短轨枕

4.8 合成树脂轨枕包裹覆盖

(1)在曲线道岔枕木施工前,根据道岔铺设轨枕间距将合成树脂轨枕进行摆放,利用事先准备好的土工布对合成树脂轨枕进行包裹,使其正面仰上,预留出道岔扣件安装位置,并对包裹的封口进行胶带密封粘贴。

(2)为确保包裹有效,防止PMC砂浆注浆时出现封口松动漏浆,造成远期道床和近期道岔道床粘结,对于包裹的树脂轨枕采用胶带进行加固密封,使封口达到封闭严实可靠。如图6所示。

4.9 道岔支架及轨面高程调整

(1)按照单开曲线道岔的转辙器、连接部分、辙叉及护轨三大部分对道岔铺设、固定进行综合控制。根据道岔的曲线尺寸绘制改装道岔支撑支架,其平面总布置如图7所示。

图6 架设完成的曲线道岔

图7 曲线道岔改装支架

(2)曲线道岔设计于远期道床的小半径曲线范围内,其全超高为100 mm,根据远期道床浇筑施工完成的情况,调整曲线道岔内股轨面高度,抬高曲线道岔内股高度,使曲线道岔左、右股钢轨成水平状态,满足曲线道岔行车安全要求。

4.10 粗调道岔几何尺寸

采用道尺、方尺、支距尺、线锤和弦线,对道岔轨距、水平、高低、方向、支距、牵引点开口值、查照间隔、护背距离等轨道几何状态进行调整。

4.11 精调道岔几何尺寸

采用道尺、线锤、支距尺和10 mm弦线,配合目测对道岔的轨距、水平、高低、方向、支距、尖轨与滑床板、尖轨与基本轨、转辙部分、辙叉及护轨等进行全面检查和精调。

4.12 道岔与线路过渡调整

(1)曲线道岔施工完成后,对于与曲线道岔前后过渡的线路共计10个板块,通过调整内股钢轨轨顶到和外轨轨顶一致,使其达到过渡要求。

(2)可通过调整轨下或者扣件垫板的方式进行调整,根据调整高度值细化调整,使其过渡段满足线路与曲线道岔过渡要求。

4.13 竖向限位

(1)根据精确布置的合成树脂轨枕,通过支架架设并进行稳固设置,根据树脂合成轨枕中心间距画线,确定出M24螺栓位置,采用M34电钻准确钻孔,钻孔深度达远期道床面约100 mm为止。

(2)完成钻孔后,确认达到钻孔深度要求后,采用吸尘器将钻孔内渣料吸出,确保孔内清洁。

(3)采用注浆锚枪向远期道床孔内注入锚固胶,植入M24丝杆,使丝杆自合成树脂轨枕面竖向垂直于孔内并稳固,合成树脂轨枕面预留2～3 cm用于螺栓固定限位。待锚固胶初凝后紧固合成树脂轨枕面的螺栓,保证道床面与合成树脂轨枕通过限位装置牢固限位。

(4)为防止注入锚固浆时泛浆,除曲线道岔的K5、K7及K6道床板部分螺栓要进行采用聚乙烯塑料膜包裹后植入并直接整孔内注浆外,其余每隔2根合成轨枕注浆时,对合成树脂轨枕的钻孔内螺栓四周采用柔性棉布填塞,防止注浆泛浆时粘接为一体,为后期贯通运营曲线道岔拆除创造实施条件。

4.14 模板支立

对于道岔的长轨枕在粗调完成后,进行支墩浇筑并经洒水养护24 h达到强度后,即可拆除模板及钢轨支撑架,立模板。由于道岔模板种类繁多,立模板时须安排专人负责掌握模板尺寸,严格按照设计尺寸选用合适的模板支立。道岔模板采用木模板,模板内外侧用方木支撑,方木支撑间隔不得大于80 cm,特殊地段视具体情况可适当调整加密支撑,以防灌注混凝土时跑模。

4.15 PMC砂浆灌注

(1)根据调整精确的道岔及包裹密封严实的远期轨道轨枕块,浇筑PMC砂浆,在合成树脂轨枕底部浇筑2 cm厚,轨枕两侧直接浇筑至自合成轨枕面下返2 cm位置处,检查对远期道床轨枕面密封状态,发现存在开口、漏洞位置利用胶带补充密封,浇筑PMC砂浆,以确保对远期道床轨枕预留的螺栓孔全面保护,便于后期恢复线路。

(2)PMC砂浆拌制时,根据PMC砂浆的比例准备好相对数量的厂制砂浆粉及相当比重的拌和水(根据砂浆搅拌设备的搅拌容量配置),利用砂浆搅拌设备均匀拌和,达到要求后停止搅拌进行浇筑。

(3)灌注PMC砂浆时,利用小型料斗将砂浆进行灌注。为确保浇筑的密实度及牢固可靠性,采用铁棒或木条对于灌注的轨枕底部、两侧砂浆进行人工捣固。

(4)灌注完成后,按照小半径组合曲线道岔设计的各技术要求进行曲线道岔几何尺寸及道床质量检查。如图8所示。

图8 PMC砂浆浇筑完成的成品曲线道岔

5 控制难点

(1)轨枕间距

小曲线组合道岔采用的是长轨枕,而远期永久整体道床采用的是短轨枕,其道岔长轨枕与道床短轨枕为穿插式布设,施工中确保了道岔长轨枕的精确,才可确保曲线道岔几何尺寸的有效性,在长轨枕满足间距布设要求的情况下调整远期整体道床轨枕间距,施工中为一次性准确定位,计算轨枕理论间距与现场轨枕间距尺寸定位排列的方法相结合,准确定位,确保精确定位轨枕间距。

(2)远期道床面施工控制

鉴于小半径曲线组合道床为镶嵌于远期永久整体道床面之上,对此,施工过程中,先施工的远期一半整体道床面控制难度较大,其道床面高差超过+5 mm范围外,则将直接影响道岔长轨枕布设。为精确控制远期永久道床面高度,采取道床面标识桩、标注标识线及浇筑过程中纵、横向水平线绳的方式进行控制,确保浇筑施工一次到位,为道岔铺设创造条件。

(3)远期道床轨枕包裹保护

由于曲线道岔镶嵌于远期永久整体道床面,待曲线道岔整体道床浇筑PMC砂浆时,对处于曲线道岔内侧的远期整体道床轨枕掩埋,为确保后期拆除曲线道岔后,恢复远期整体道床线路,浇筑道岔整体道床PMC砂浆前,对于永久道床轨枕采用聚乙烯薄膜进行包裹,并将轨枕孔利用棉布填塞,利用密封胶带沿每个轨枕边密封进行保护。

(4)几何尺寸控制

由于曲线道岔为非标准设计,相对于标准道岔的直基本股也按照曲线半径的曲率发生弯曲,道岔几何尺寸调整与控制较为困难,利用以曲线道岔外轨作为标准基本轨控制整个道岔的几何尺寸。采取理论计算曲线道岔所处曲线范围内的曲线正矢数据,用10 m长度弦线量测正矢调整道岔外轨几何尺寸,同时按照道岔不设超高的要求,利用曲线道岔配套支撑架调整道岔轨面处于水平状态。依据放样于曲线道岔基本股和曲股线路中心位置处的高精度线路测量基桩,结合以准确定位的外轨为标准设置定位测量点,采取基本股外轨对曲股外轨,基本股内轨对曲股内轨的方式,每个点位处自钢轨内侧工作边垂直量测于相对的另一股钢轨外侧垂直点,通过设计的轨距数据调整,准确定位道岔设计的几何尺寸及支距达到设计及验收规范允许偏差范围内。

对于曲线道岔由于整组道岔为曲线形,在施工中为确保有效控制,施工前理论计算精确定位、施工中每个尺寸精准测量及时调整、施工后及时复检和尺寸调整,保证了非标准设计的小半径曲线道岔各项几何尺寸满足设计要求。

(5)PMC砂浆振捣

由于曲线道岔长轨枕镶嵌在永久整体道床短轨枕间隙中,且底部为远期整体道床面,要确保浇筑PMC砂浆完全渗入长轨枕底部及两侧,达到密实、牢固状态。首先确保PMC砂浆拌和后的和易性和流动性,确保砂浆能顺利流入长轨枕预留的间隙内并填充,其次在局限性的小空间无法采用设备进行密实性振捣,则只能采取人工利用铁棒或木条振捣密实,确保PMC砂浆的有效振捣,发挥其对长轨枕牢固的稳定性能。

6 结语

重庆轨道交通6号线作为全国首例小半径曲线组合道岔施工的试点项目,通过对施工技术的攻克研究,曲线道岔轨件受曲线弯曲率影响,道岔几何尺寸的调整仅能依据设计给定标准执行,并结合国家或行业规范,逐步调整至国家规范允许偏差范围内,使几何尺寸满足设计要求和运营车辆的运行要求。通过完成整个道岔的施工作业,积累了施工经验,其施工总体效果良好。对于施工工艺形成了系统化流程,但还需要进一步总结,形成一套更为成熟的小半径曲线组合道岔轨道施工技术流程,同时建议对于小半径曲线组合道岔设计、验收及质量控制建立成套规范及标准,以更好地推广小半径曲线组合道岔在城市轨道交通工程中的应用。

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Research on Track Construction Technology for Laying ComPosite Turnout on Small-radius Curved Line of Urban Rail Transit

ZHANG Tao,WANG Bo,HUANG Guo-qing
(Xinyun Project Co.,Ltd.of China Railway First Group,Xianyang 712000,Shaanxi Province,China)

U239.5；U213.6

B

10.13238/j.issn.1004-2954.2014.07.016

1004-2954(2014)07-0067-05

2013-08-19；

2013-09-10

张 涛(1984―),男,工程师,2010年毕业于西北农林科技大学土木工程专业,E-mail:zt0108@126.com。