维修天窗期城市轨道交通整体道床拆换技术

张也 楼梁伟，2 谢蛟 叶晓宇 石越峰，2

（1.北京铁科特种工程技术有限公司，北京 100081；2.中国铁道科学研究院集团有限公司铁道建筑研究所，北京 100081）

截至2018年底，全国共计36座城市开通城市轨道交通并投入运营，开通线路174条，运营里程共计5 582 km。整体道床因其结构简单、表面整洁、整体性强，在我国城市轨道交通中被广泛应用，但随着地铁运营年限的增加，受列车运营冲击、地下水侵蚀、施工质量等因素的影响，线路运营过程中轨道结构病害逐步显现［1-3］，主要表现为隧道结构渗水、道床空吊、道床开裂、混凝土剥离等；同时，城市轨道交通中大量采用减振轨道，不合理的刚度匹配、轮轨关系模式造成了钢轨异常磨耗现象［4-5］，不可避免地增加了养护维修工作成本。由于城市轨道交通维修天窗时间短，难以封闭路线进行集中整治，加之采取常规的加固、维修及特殊扣件调整等整治方案难以对病害进行彻底整治，导致病害日趋严重，严重影响列车运营安全。

目前国内尚无有砟轨道技术在城市轨道交通地下线应用的案例［6］，仅在地面线路基地段有过少量应用。有砟轨道技术具有弹性良好、价格低廉、更换与维修方便、刚度匹配合理、吸噪特性好等优点，可减缓或避免钢轨波磨的产生和发展。近年来，有砟轨道又有了一些新的技术，例如聚氨酯固化道床技术［7-9］在有砟轨道的应用，避免了有砟轨道的大机捣固和清筛作业，为城市轨道交通整体道床换铺为有砟轨道提供可能。

整体道床拆换改造因其施工困难、交叉专业多、影响范围广，目前国内城市轨道交通中尚无不停运条件下整体道床换铺为有砟轨道的成功案例。本文将结合地铁整体道床结构形式与特点，以既有城市轨道地下线整体道床病害整治为例，对维修天窗期城市轨道整体道床快速拆换技术进行探讨，为治理该类轨道结构病害提供借鉴。

1 技术简介

利用维修天窗时间将城市轨道交通整治区段待拆除整体道床分段分次换铺为有砟轨道结构。整体道床结构如图1所示。

图1 某运营线地铁整体道床结构示意（单位：mm）

利用成套切割设备与隧道专用吊装设备分别进行城市轨道交通整体道床的拆除与换铺作业，当天施工，当天恢复线路。为使列车安全运营，整体区段采用“跳跃式”施工，过渡段实时监测。整治区段全部拆换完成后，换铺长钢轨、无缝线路焊接及轨道精调。

2 关键技术及流程

2.1 工艺流程

维修天窗期城市轨道交通整体道床拆换技术主要工艺流程见图2。

图2 整体道床拆除工艺流程

2.2 准备阶段

1）整治范围确定及附属设备调查

城市轨道交通整体道床改造前需提前组织相关技术人员现场踏勘与调研，充分明确整治区段范围，标记划分施工界限，同时综合考虑整治线路上下游道床及排水系统的顺接问题，避免整治期间隧道内排水不畅影响施工进展。

在整体道床拆换前，对隧道内所涉及范围内的应答器、接地端子、绝缘接头等附属设备进行数量和里程的核实与调查，并与管理单位相关专业一同探讨附属设备整治期间的过渡方案，确保各设施设备在整治施工阶段及其前后的工作状态正常。

2）既有轨道测量及其他线路数据复核

获取准确的轨道几何尺寸数据是方案实施的首要条件。测量前须与管理单位进行交底，利用测量小车、全站仪、水准仪、道尺等测量仪器对整治区段的轨道高程、轨道几何形位、接触轨高程、隧道内附属设施标高等参数进行测量，并以采集的基础数据指导后续施工及线路恢复精调等。

施工前需与设计单位进行技术交底，明确盾构中心线、线路中心线、限界尺寸以及轨道结构高度的偏移量，以减小施工误差。

3）钢轨切换及过渡措施

地铁内无缝线路采用的长钢轨难以适应天窗期施工与正常行车2种情况的反复更换要求，将施工区段长钢轨替换为12.5 m短钢轨，可有效减少准备阶段工作量，提高工效。既有长钢轨与短轨的替换需注意相邻钢轨接头夹板安装、无缝线路切割位置前后钢轨锁定以及附属电路、管线过渡性保障措施。钢轨改换如图3所示。

图3 钢轨改换示意

4）材料、设备及水电保障措施

天窗作业前，落实人员分工、调试施工机具、保障施工用水电及进场等相关事宜。主要施工机具包括成套切割设备（图4（a））、隧道专用吊装设备（图4（b））、劈裂机、螺栓机、手持锯、空压机、风镐、焊机、测量仪表仪器等。

图4 施工机具示意

2.3 实施阶段

维修天窗作业阶段是城市轨道交通整体道床拆换技术的实质性关键阶段，道床拆除与道床换铺作业分天窗同步实施，下文将按照道床先拆后换的作业顺序对单个施工单元拆换关键技术流程进行详细阐述。

2.3.1 道床拆除

利用成套切割设备配合劈裂机、风镐等机具对整体道床进行拆除施工，主要包括道床两侧混凝土拆除与道床板绳锯切割2部分内容。

1）轨道部件拆卸

道床拆除前，将整治施工单元短轨、接触轨及附属设施拆卸，有序放置于未施工区域。

2）道床两侧混凝土拆除

利用墙锯沿线路纵向切割道床，切割深度按设计要求严格控制；利用手持锯横向切割施工单元道床两侧混凝土，切割间隔根据单元长度合理制定；利用钻孔机在横向切缝处钻孔；利用劈裂机劈裂道床，底部剩余黏结混凝土使用风镐凿除。道床两侧混凝土拆除如图5所示。

图5 道床两侧混凝土拆除示意

利用墙锯配合风镐凿除绳锯施工槽，为下一步绳锯切割道床板做准备。

利用钻孔机钻取绳锯导向轮安装槽，根据单次施工道床板切割长度合理选择钻孔位置。

3）道床板绳锯切割

道床板切割前，在已拆除道床两侧布置特制挡水结构，利用污水泵将施工产生的污水抽至预备吨桶。并在施工结束后，利用高压水枪及时冲洗管壁及道床板底部沉积的锯浆。

绳锯机安装后沿线路水平纵向快速切割道床板，切割前将施工单元指定扣件道床板侧面混凝土剔除，并实时观察切割进度及时填塞不同规格设计垫板，确保道床板恢复设计标高。

道床板切割作业时，利用手持锯、风镐等机具同步拆除接触轨支座剩余支承混凝土。道床板绳锯切割如图6所示。

图6 道床板绳锯切割示意

4）临时限位支撑安装

道床板完全切割分离后，需对切割但未移除的道床板采取临时过渡安全保障措施，通过道床板与隧道管壁间安装的多组对称横向限位支撑，有效抵抗行车时产生的道床横向力与上弹力，确保天窗结束后列车安全运营。临时限位支撑安装如图7所示。

5）恢复短轨及测量

图7 临时限位支撑安装示意

道床拆除作业完成后，利用螺栓机、起道机、撬棍等施工机具恢复短轨，并及时测量施工单元对应钢轨、接触轨及附属设施标高。恢复短轨如图8所示。

图8 恢复短轨示意

2.3.2 道床换铺

利用隧道专用吊装设备完成有砟轨道的换铺作业，主要包括道床板吊运、排水管及减振垫铺设、摊铺道砟（捣固）、铺设轨枕及恢复轨道部件等。

1）轨道部件及限位拆除

道床拆换作业采用同一天窗不同单元的流水作业模式，因此，道床换铺前，也须将施工单元短轨、接触轨及附属设施拆卸，并有序放置于未施工区域。

2）道床板吊运

利用道床板既有螺栓孔安装吊环，采用隧道专用吊装设备吊运已切割的道床板。

3）排水管及减振垫铺设

根据设计要求在隧道基底安装方形或半圆形铸铁排水管，为方便现场施工，排水管采用承插连接贯通，整治区段上下游排水采用特制接口，须另行加工设计。

考虑减振效果，道砟摊铺前需于隧道管壁外围按设计要求铺设减振垫（道砟垫）。为防止减振垫长期受压产生位移，现场采用胶黏剂进行固定，每块减振垫接缝处采用黏接胶带黏接。

4）摊铺道砟及铺设轨枕

①考虑施工工艺的特殊性及防止相邻施工单元作业时已铺道砟的坍塌，施工单元两端须放置特制道砟隔板。

②利用隧道专用吊装设备配合自制道砟箱体快速吊运及摊铺道砟，道砟分层摊铺并捣固。考虑后续防迷流筋焊接，及时控制摊铺高度。

③根据设计要求，严控防迷流筋焊接质量。

④道砟摊铺达到合理高度后，利用吊装设备吊运混凝土轨枕，并人工辅助粗铺。

5）恢复轨道部件

利用螺栓机、起道机、撬棍等施工机具恢复短轨，并及时精调轨枕与道床整形。

对施工单元钢轨、接触轨及附属设施标高进行测量，恢复线路达到设计高程。换铺后轨道结构如图9所示。

图9 换铺后轨道结构示意

2.4 线路恢复

城市轨道交通整治区段全部进行换铺。切割各短轨拆除换铺新长轨，在现场采用铝热焊进行无缝钢轨焊接［10-11］。焊接时严格控制焊缝距离、应力放散、锁定轨温等参数满足线路设计要求，无缝线路锁定完成后进行轨道精调。无缝钢轨焊接流程见图10。

图10 无缝钢轨焊接流程

线路恢复后，跟踪检查换铺有砟轨道与原整体道床结构过渡段状况，在确保列车运营安全的前提下采取分级提速，同时加强运营线路监测工作。

3 工艺试验

拆除整体道床作为维修天窗期城市轨道整体道床拆换技术的首要关键步骤，决定着该技术在城市轨道交通整体道床病害治理中应用的成败。常规混凝土拆除方式有机械拆除、爆破拆除、人工风镐拆除等。与以上传统混凝土拆除方案相比见表1。地铁内施工应用绳锯［12-13］与墙锯的静力切割拆除方案在安全、质量、工期等方面拥有明显优势，具有速度快、噪声小、污染少、可远程操控等优点。

表1 道床拆除方案对比

为验证所选整体道床拆除方法的可行性，本文前期针对绳锯、墙锯分别进行了3种不同工况下的切割工艺试验，通过切割效率、作业稳定性以及防污降噪等参数对其应用效果进行评价。试验结果表明（表2），绳锯与墙锯的施工效率高，性能稳定，噪声及污染小，满足天窗时间城市轨道交通整体道床拆除现场作业需求。

表2 墙锯与绳锯试验结果

4 结论

本文结合城市轨道交通整体道床病害整治与养护维修特点，主要从准备及实施2阶段系统阐述了维修天窗期城市轨道交通整体道床快速拆换施工技术，为在不停运条件下彻底解决城市轨道整体道床病害难题提供了一种可行的技术措施。

1）从技术实施看，创新性提出了适用于城市轨道交通整体道床拆换的技术方案及关键工艺，替代临时性修复措施彻底解决整体道床病害，可在天窗时间完成整体道床拆除与换铺作业，不影响列车正常运营。

2）从施工效率看，城市轨道交通整体道床快速拆除与换铺成套施工设备可解决天窗时间大型施工机械无法上道难题，确保天窗作业效率。

3）从养护维修看，有砟轨道在经济效益、减振降噪、病害整治等方面相较于整体道床具有一定优势，城市轨道交通地下线铺设有砟轨道具有可行性。同时，为减少后期有砟轨道的养护维修工作量，可通过道床固化的措施提高道床结构的稳定性、耐久性。