城市轨道交通有轨电车小半径曲线钢轨预弯道床施工技术研究

2017-07-19 10:08罗旭光
科技与创新 2017年13期
关键词:轨枕钢轨半径

罗旭光

(中铁十一局集团第三工程有限公司,湖北 十堰 442012)

城市轨道交通有轨电车小半径曲线钢轨预弯道床施工技术研究

罗旭光

(中铁十一局集团第三工程有限公司,湖北 十堰 442012)

城市新型有轨电车项目是解决城市轨道交通地铁线路不能覆盖的城市重点交通区域线路的拓展,它在城市建设中发挥着非常重要的作用。广州海珠环岛新型有轨电车试验段线路受城市既有设施的限制,出现较小的曲线转弯半径,这是施工难点。针对小半径曲线有轨电车槽型轨整体道床施工提出了预弯施工技术,结合新型有轨电车整体道床轨道设计技术要求,尝试使用“槽型轨预弯技术”,并进行了相应的研究,以完成对城市新型有轨电车小半径曲线道床施工技术的研究。研究结果表明,施工完成的新型有轨电车小半径曲线段道床满足设计和旅客对舒适度的基本要求,完善了新型有轨电车小半径曲线段道床技术流程,填补了国内城市轨道交通工程新型有轨电车小半径曲线段道床施工技术的空白。

城市轨道交通;新型有轨电车;小半径曲线;施工技术

1 背景阐述

随着城市轨道交通工程在我国的快速发展,有轨电车也逐步开始试点,呈趋势化发展,并在城市交通运输中发挥着重要作用。有轨电车线路在城市经济活动密集的中心区域,不仅能为人们提供便利的交通服务,还能延伸到轨道交通地铁线路不能延伸的地方,而且还能在一定程度上减缓城市轨道交通噪声,为人们创造良好的生活环境,最终解决地铁不能覆盖的城市重点区域的交通问题。另外,有轨电车还兼顾旅游观光功能及推动和倡导绿色交通的功能。

广州海珠环岛新型有轨电车试验段正线轨道工程施工项目中设计的小半径曲线,曲线半径最小为70 m,最大为110 m。根据曲线要素、曲线轨道特点、拨道技术理论以及经验,相关人员分析、研究了小半径曲线钢轨预弯技术,采用铺轨前钢轨预弯的方法,有效地解决了小半径地段的铺轨难题,彻底消除了钢轨不预弯就直接铺轨产生的强大钢轨应力,提高了轨道施工质量和轨道精度,增强了轨道的稳定性、安全性和舒适性,为车辆的安全运营提供了有力保障。新型有轨电车“槽型轨预弯”技术的成功应用,为有轨电车施工积累了宝贵的经验。

2 曲线地段整体道床的结构

新型有轨电车长轨枕埋入整体道床是首次应用于新型有轨电车领域,在广州海珠环岛有轨电车线路施工过程中,针对新型有轨电车小半径曲线地段的整体道床施工,结合我国城市轨道交通工程有轨电车轨道结构设计形式,提出了小半径曲线地段预弯施工技术。

新型有轨电车长轨枕埋入式道床曲线地段主要由槽型钢轨、长轨枕、钢轨护套、扣配件、沥青混凝土填充和混凝土道床结构等组成的,具体如图1(a)(b)所示。

新型有轨电车整体道床在结构基底填充素混凝土垫层找平处理后,结合设计线路的曲线半径,运用相应的技术进行曲线地段槽型轨预弯,随后在基底垫层上采用“散铺法”组装曲线轨排、架设和轨道调整,精调轨道结构尺寸满足规范和设计精度要求后,采用臂架泵或车载泵浇筑道床混凝土,形成新型有轨电车长轨枕埋入式整体道床结构系统。

3 槽型轨预弯整体道床轨道应用效果

广州海珠环岛有轨电车线路长枕埋入式整体道床线路设计的曲线半径小,施工技术难度大,施工精度要求高。在广州首次建设的新型有轨电车试验段中,为了有效解决城市轨道交通地铁线路在特殊区域不能延展的问题,尝试设计了较小半径的曲线整体道床过渡。针对小半径曲线地段的槽型轨整体道床施工技术的研究,依托地铁施工规范和城市轨道交通工程施工现场的经验,借鉴国内外其他城市类似的有轨电车经验,研究、试验了新型有轨电车槽型轨预弯的施工技术。工作人员不断钻研、优化和调整方案,完成了对槽型轨整体道床小半径曲线地段施工技术的成套技术工艺的研究。

目前,广州海珠环岛有轨电车线路已开通运营。对于采用“槽型轨预弯技术”施工的小半径曲线地段整体道床轨道,有轨电车在曲线线路地段运营平稳,基本满足最初设计的要求,满足旅客对乘车舒适度的需求。经过一系列的试验、技术攻克和研究,形成了成套的新型有轨电车曲线地段整体道床施工技术。成套的新型有轨电车埋入式长轨枕整体道床施工技术组织施工和质量控制,确保了完成的有轨电车道床线路质量稳定,线路运行平稳、可靠,满足了有轨电车的基本功能,实现了城市旅游、沿途观光的基本功能,同时,也为城市拥挤的交通分流出一份力。

图1 新型有轨电车曲线地段整体道床断面结构图(单位:mm)

4 长槽型轨预弯整体道床轨道技术应用

4.1 工艺流程

在新型有轨电车长轨枕埋入式整体道床施工中,针对小半径曲线地段的整体道床轨道施工,采用槽型轨预弯技术,具体工艺流程如图2所示。

4.2 施工要求

4.2.1 施工准备

土建施工按照设计轮廓完成土方开挖,具备移交条件后完成线路交接,并对土建沿线设置的测量导线桩点进行复核、确认,重新复核其中存在的偏差或者其他影响施工精度的导线桩点,以确保测量导线桩点的精确性。同时,有轨电车埋入式长轨枕整体道床施工所需槽钢轨、扣件、轨枕、钢筋、混凝土和施工机具要准备齐全。

4.2.2 道床垫层处理

道床垫层在浇筑后混凝土初凝前进行拉毛处理,如果未拉毛,就需要安排凿毛,凿毛深度为5~10 mm,间距不大于150 mm,呈梅花状,以满足长轨枕埋入式整体道床与垫层的牢固连接性。另外,道床施工前,垫层必须清理干净。

图2 新型有轨电车长槽型轨预弯整体道床轨道技术工艺流程

4.2.3 基标测设

按照导线桩点在沿线路敷设测量控制网,并在道床一侧设置精度在1/5 000~1/10 000范围的高精度控制基标和线路加密基标,并通过第三方测量单位检测,精度合格后形成正式测量资料归档,并用于现场施工道床的精度控制,具体如图3所示。

图3 新型有轨电车长轨枕埋入式整体道床控制基标

基标设置必须满足测量规范和设计要求,控制基标:直线上不超过120 m,曲线上不超过60 m设置1个,且曲线起止点、缓圆点、圆缓点均设置控制基标;加密基标:直线上6 m,曲线上5 m设置1个。控制基标和加密基标设置的位置是:(设计道床宽度尺寸/2+0.15)m即可,以确保基标的有效保护。

4.2.4 钢筋加工

根据新型有轨电车长轨枕埋入式整体道床设计施工图纸为道床配置钢筋尺寸,制作、安装按照纵向筋、横向筋、架立筋分类集中存放。同时,严格按照钢筋绑扎间距尺寸进行并焊接,底面钢筋面层呈平面,通过计算为浇筑道床面预留钢筋保护层厚度,不小于20 mm。

4.2.5 轨料运输和散布

槽型轨和轨枕、扣配件散布前,应结合设计的曲线要素,计算、配置曲线地段的轨料需求数量,采用小型车辆运输至施工区域。特别是新的有轨电车槽型轨,装车时应严格按照轨节编号成对装车,使用针对有轨电车槽型轨研制的专用吊夹,人工倒运至铺设区段,并摆排成初步的道床框架结构,具体如图4所示。

图4 倒运至曲线地段的槽型轨及轨枕、扣配件

4.2.6 预弯设备调试

由于槽型钢轨为新型技术产品,目前还没有与槽型轨相匹配的弯曲设备。针对槽型钢轨的设备,利用发电机、千斤顶、压力表和弯曲槽组合钢轨预弯设备。在进行槽型钢轨预弯时,先按照加压要求检查和测试千斤顶、油压力表性能,确认其满足各项压力和标准的要求。同时,结合设计线路曲线地段的曲线要素,精确计算曲线钢轨的弯曲正矢数据值。

圆曲线段正矢计算公式为:

式(1)中:FC为圆曲线正矢,mm;L为弦长;R为曲线半径,m。

带有缓和曲线的正矢一般用递增法计算递增率,即:

式(2)(3)中:FC为圆曲线正矢,mm;N为缓和圆曲线分段数;L0为缓和曲线长度;Ln为各测点间距离。

4.2.7 槽型钢轨预弯

对新型有轨电车槽型轨进行预弯时,以精确计算的曲线地段钢轨正矢数据为控制标准,安装预弯设备至待弯曲的槽型钢轨上,检查卡控部件是否牢固、稳定,开启发电机加压弯曲,直至满足需要的弯曲要求,具体如图5所示。

图5 正在加压的有轨电车槽型轨预弯设备

新型有轨电车槽型轨整体道床钢轨摆排到位后,从钢轨一端开始每隔500 mm用石笔划线标识均匀的预弯点,具体如图6所示。钢轨预弯开始后,操作油泵为弯轨器加压,观察液压弯轨器压力表达到40 MPa后停止加压,并保压30~60 s后开始卸压,再移到下一点位继续预弯。依次预弯4次后停止预弯,用2 m弦线进行曲线正矢检查,比较实测正矢值与理论正矢值,并不断修正,确保槽型轨整体道床轨道钢轨内、外股弯曲的槽型轨预弯度满足曲线弯曲后的轨距、正矢要求,具体如图7所示。

图6 钢轨预弯点划线标识示意图

4.2.8 轨排组装

经检验,曲线地段道床轨道钢轨弯曲符合设计和精确计算数据的要求。之后,采用人工方式连接钢轨,加固新型有轨电车扣配件弹条、轨距块等,形成槽型轨整体道床曲线地段轨排框架结构。

4.2.9 轨排架设

针对有轨电车槽型轨轨排,有针对地改造轨排支撑架,确保槽型轨轨排能牢固支撑。利用改造的轨排支撑架将轨排稳固支撑架立。轨排支撑架架设间距是,曲线段每隔2.5 m设置1个。轨排支撑架安装就位后,用4台压机辅助竖向顶升丝杠将轨排顶升到比设计高程低5 mm左右的位置。轨排竖向顶升丝杠埋入道床部分应采用PVC管保护,PVC管高度要高于混凝土面30 mm以上,并用胶带封口,以保证拆架时丝杠顺利取出。轨排架设和支撑架如图8所示。

图7 预弯完成的新型有轨电车槽型轨道曲线

图8 改造的槽型轨轨排支撑架

4.2.10 轨道初调

采用电子万能道尺、方尺、L形尺等工具,按照要求调整轨道的轨距、水平、高程和方向。通过轨排支撑架的螺旋丝杠扭转,将轨排轨面标高抬高至设计轨面标高范围,其上下、左右偏差在5 mm以内;通过横向水平支撑丝杠扭转,在扭转过程中,采用配套的基标尺测量道床控制基标或加密基标的中心点,以此调整轨排中心线,使其与线路中心线重合,并固定水平横向支撑。

4.2.11 面层钢筋绑扎

将基地加工完成的钢筋成品汽车运输至工地,人工散布后,按照长轨枕埋入式道床钢筋设计要求的间距以及数量绑扎,形成完整的道床钢筋网。

4.2.12 道床模板安装

模板支立前,先选取适合的模板,并整修模板,使模板达到平顺度要求。支立时,需确保模板与模板间连接扣件的紧固连接,特殊道床块地段可以视具体情况适当调整加密支撑,以防灌注混凝土时跑模。

4.2.13 轨排精调

采用10 m弦线在初步调整好的轨排段钢轨内侧配合钢尺量取轨道方向(曲线地段量取按照曲线要素计算的正矢值),在钢轨轨面同样用钢尺垂直量取轨面高程量,使其满足平顺度要求,并重复细化调整。采用弦线量取时,预先在轨道上每隔2.5 m标识一处量取小点,每隔5 m标识一处量取大点,通过10 m弦线重叠压点测量,完成调整段的细化调整工作,并按照流程报监、检查,具体如图9所示。

图9 新型有轨电车曲线道床轨道方向、标高精调

4.2.14 道床混凝土浇筑

新型有轨电车槽型轨长轨枕埋入式整体道床浇筑前,需在钢轨上覆盖彩条布,防止混凝土污染钢轨及其扣件。道床混凝土由商品混凝土站通过混凝土搅拌车运至待浇筑区域外,由于新型有轨电车处于市内主干道内,直接进入场地较为困难,所以,采用臂架泵直接将混凝土输送至浇筑作业面,采用插入式振捣棒振捣密实,在轨枕空档之间要加强振捣,振捣不得碰撞钢轨、轨枕、模板,以免道床轨道变形。

4.2.15 抹面、养生

浇筑完成的道床表面要即刻进行收面工作,按照新型有轨电车长轨枕埋入式整体道床设计的收面坡度、高度进行初抹面,待其达到初凝状态后进行二次收面,确保道床面满足设计要求。初步抹面完成后,槽型轨、扣配件、支撑架等表面的灰浆要清理干净。

混凝土浇筑完毕6 h后覆盖开始洒水养护,要保持道床处于湿润状态,混凝土养生时间为7 d。

4.2.16 道床整修

对于拆模过程中造成的道床损坏和支架孔洞,要对其整修,采用高一级标号混凝土或修补剂,具体如图10所示。

4.2.17 质量检查

对于整修完成的新型有轨电车长轨枕埋入式整体道床,结合规范、标准和设计技术要求对道床、轨道、扣配件进行全面的检查,及时采取措施解决存在的质量问题,以确保有轨电车线路能够正常运行,满足相关要求。成型的新型有轨电车小半径曲线地段槽型轨整体道床轨道如图11所示。

图10 道床丝杠孔填充示意图

图11 浇筑成型的小半径曲线地段槽型轨整体道床

新型有轨电车长轨枕埋入式整体道床完成后,结合有轨电车线路的周边环境,按照既有道路恢复路面,使完成的新型有轨电车与周边路面呈同平面、视觉色,满足有轨电车的“既缓解行车出行,又节约用地”的实用功能需求。恢复还建道路的新型有轨电车曲线段线路如图12所示。

5 结束语

对于城市地铁线路不能延伸至重要区域的情况,新型有轨电车线路设计的曲线半径比较小。相关人员在槽型轨小曲线半径方面的施工经验极少,所以,在施工过程中,要与多名轨道交通方面的专家精心探讨,多次优化施工技术方案,通过精心组织提出“槽型轨预弯”技术,以解决新型有轨电车小半径施工难、钢轨应力大、车辆轮对磨耗严重的重大问题,从而有效提高施工工效,节约投资,超标准完成施工,并形成了详尽的施工技术总结。

新型有轨电车施工对地面的干扰大,为了减小其对周边的干扰,常采用分段围挡、各专业平行、循环作业的方式施工,以解决施工场地、环境的问题。新型有轨电车长轨枕埋入式整体道床段轨道施工技术应用的首要目的是解决地铁不能覆盖城市重点区域交通的问题。另外,它兼顾旅游观光功能,节约城市占地,推动绿色交通,提高城市环保水平,树立良好的城市轨道交通环保形象。

新型有轨电车长轨枕埋入式整体道床轨道在海珠试验段中已经完成施工,并正式行车运营。采用钢轨预弯技术施工的小半径曲线地段轨道,其行车平稳性比较好,大大减少了列车轮轨与槽型轨的磨耗损失,同时,提高了旅客出行的舒适度。随着轨道交通轨道技术的不断发展,新型有轨电车槽型轨小半径曲线地段的施工技术还将不断完善,以应用于更加局限的城市角落,向无死角的有轨电车城市交通线路的目标而努力发展。

图12 恢复还建道路并正式投入使用的新型有轨电车长曲线段轨道道床

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〔编辑:白洁〕

U213.2

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2017.13.009

2095-6835(2017)13-0009-05

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