地铁浮动梯形轨枕道床铺设位移控制技术

文／孙超 中铁三局集团线桥工程有限公司 河北廊坊 065201

引言：

伴随我国经济建设的不断深入，我国的道路交通事业发展进入到了一个全新阶段，这在一定程度上体现了经济现代化发展的必然趋势，同时更是各地域间进行经济文化互通的必然需求。轨道交通的全面发展，在很大程度上对于我国的道路交通事业的发展起到了极大的推动作用，随着科学技术的日益发展，轨道轨枕减振道床的铺设技术也得到了极大的提升。为了缓解城市交通中的车流拥堵问题，有关设计单位研发了专门用于轨道交通，可起到振动主动隔离、降低噪声干扰的浮动梯形轨枕[1]。浮动梯形轨枕主要由两块预制混凝土纵梁集成在左右两端构成，细部结构中集成了限位凸台、减振与缓冲垫等，结构外形与“梯子”类似，这种结构不仅加强了传统软枕中的横向预应力，还具有框架式轨道的综合特性优势。在地铁中安装浮动梯形轨枕，可以在很大程度上解决地铁在行驶过程中的振动与噪声问题，随着相关工作在市场内的逐步推进，与之相关的研究成果得到大范围推广。但在浮动梯形轨枕道床铺设过程中出现的道床位移误差，容易使高速行驶的地铁出现脱轨事故，不仅对乘坐地铁的社会群体生命安全造成威胁，更是会对其后续运营造成负面影响。一些学者对此进行了研究，文献[2]通过建立车辆-轨道耦合动力学模型，通过对比系统动力响应选择最佳轨道类型；研究发现可以通过降低车速引起的轨下结构振动减少轨道位移，与长枕套靴式无砟轨相比，采用支承块式弹性无砟轨，道床位移最小，适用于重载铁路铺设使用；文献[3]以存在振动和位移较大问题的苏州地铁浮置道床为研究目标，将有限元建模方法和现场测试方法相结合，提出浮置道床减振优化方案。分别针对扣件刚度、钢弹簧刚度、浮置板配重构建有限元分析模型；根据模型和现场测试结果发现增加浮置板配重能够减小道床振动，控制钢轨和道床在铺设过程中的位移。

为了避免地铁脱轨事故，降低地铁运营风险，应控制地铁浮动梯形轨枕道床铺设施工中的道床位移。因此，基于以上研究成果，本文设计了一种针对地铁浮动梯形轨枕道床的铺设位移控制技术。分析并选择地铁浮动梯形轨枕道床的最佳铺设方式，严格控制梁面高程；实时测量轨道不同结构位置高度，初步控制位移。在结构中增设隔离层结构，并调整施工中的吊装行为；设计专门用于梯形轨枕道床位置调整的支撑结构，实现对轨道结构位移的高效率控制。实例验证结果证明本文设计的位移控制技术能够有效控制道床铺设位移，保障地铁在行驶中的安全性，为乘客提供一个更加舒适、稳定的乘车环境，保证地铁等交通运输工具在我国经济市场的发展与建设中起到更加良好的作用。

1、地铁浮动梯形轨枕道床铺设位移控制技术

1.1 梯形轨枕道床铺设中的高程检测

为了降低梯形轨枕道床铺设过程中的位移，应设计梯形轨枕道床整体结构与铺设方式，并做好铺设过程中的高程检测，进行结构位移的初步控制。设计的地铁浮动梯形轨枕道床铺设方式如图1所示。

图1 地铁浮动梯形轨枕道床的铺设方式

梯形轨枕道床的轨顶高程不可以随意发生改变，而在铺设中的梯形轨枕又属于预制构件[4]，因此，梯形轨枕道床结构下部梁面铺设中的高程误差会直接对基础层位移量造成影响，从而影响或干预到基础结构层的厚度，进一步对道床铺设过程中的受力状态造成影响[5]。

为了降低此步骤中的铺设位移，应在铺设时严格控制梁面高程，将轨顶作为高程基准线，通过对轨道不同结构位置高度的精准、实时测量，确保铺设过程中的高度不得小于设计高度。同时，在铺设过程中，要求梯形轨枕道床的中心线两侧各自预留1.3m的范围，对此部分进行拉毛处理。此外，在梯形轨枕道床底部范围内，不可以出现高度>10.0mm的结构。在铺设时注意高程误差的控制，将误差控制在+10.0mm～-30.0mm范围内，一旦在铺设中测量发现梯形轨枕道床高程误差超出设计范围，需要及时采取有效的措施进行处理，否则将造成梯形轨枕道床铺设位移。

1.2 地铁浮动梯形轨枕吊装行为调整

完成对梯形轨枕道床的高程检测后，对其施工中的吊装行为进行实时调整，降低由于不规范行为造成的铺设位移。

在进行梯形轨枕道床铺设施工前，需要在结构中粘有减振板的一侧与底部位置增设一个隔离层结构。隔离层的材料为泡沫板，确保泡沫板与底面结构与侧面结构完全填充与粘结后，对隔离层铺设高度进行控制。在此过程中，应确保隔离层泡沫板的高度高于减振层3.0mm～5.0mm[6-7]。同时，在对此结构进行加工处理时，应将减振板的接触面剪切成斜面，以便于在后续铺设施工时，混凝土材料与结构的完全粘结。通常情况下，设置梯形轨枕的侧面厚度在13.0mm～18.0mm之间，底部隔离层的厚度在25.0mm～35.0mm之间。隔离层示意图如下图2所示。

图2 隔离层示意图

按照图2所示的结构进行隔离层处理。与此同时，对梯形轨枕道床进行吊装施工处理。施工时要严格遵循吊装规范，在选择合理的吊装行为作业点后，按照梯形轨枕拼接的顺序，对结构进行依次吊装。根据设计图纸，使用吊车将梯形轨枕道床放置在固定位置，注意吊装时的起吊点应当与梯形轨枕道床端部连接[8-10]。在梯形轨枕道床的凸形台端进行吊装孔、支架等结构的安装，确保轨枕结构基本就位后，完成对地铁浮动梯形轨枕铺设中吊装行为的约束与调整。

1.3 轨道位移量控制

在上述设计内容的基础上，考虑到梯形轨枕与常规结构不同，道床支撑架中心距离与两侧间隙距离可能存在差异[11]。为了降低由于此种差异造成的轨道铺设位移，需要设计一种专门用于梯形轨枕道床位置调整的支撑结构，通过对支撑架横杆加长、加宽、加固处理，确保支撑架中心距离大于梯形轨枕道床两侧间隙距离，满足支撑结构强度与刚度的综合需求。在此基础上，按照铺设施工设计规范，对其状态进行调节。调节的具体操作为：水平调节→轨距调节→基准位置调节，按照先粗调后精调的步骤，进行轨道位移量的综合调控。

2、实例应用分析

在本文上述论述基础上，为了进一步探究本文设计的位移控制技术在实际应用中的可行性，选择以某地铁施工工程项目为例，在其开展道床铺设时，按照本文上述内容实现对位移控制技术的应用。

已知该工程项目中梯形轨枕道床位于2号线地铁线路半径为263m的曲线上，并且其左右两线上下重叠，其地面为某高层建筑。在铺设的过程中，其右线里程为HJE21+050～HJE21+620，共计86块，梯形轨枕板的长度分别为5.23m和4.23m；其左线里程为HJE21+070～ HJE21+620，共计75块，梯形轨枕板的长度分别为5.23m和4.23m。

在明确该工程项目的基本概况后，首先针对其梯形轨枕道床铺设中的高程进行检测，在确保梯形轨枕道床高程误差在设计要求范围内后，对地铁浮动梯形轨枕吊装行为进行调整，并针对其存在的问题进行约束和调整。最后，对轨道位移过程中的当量进行控制，确保轨道能够以规律的变化完成位移。为了实现对其位移量的记录，选择以向下道床垂向和横向产生的向下位移作为测量对象，利用位移测量工具对其位移量进行测定，并将垂向位移量测定结果绘制成表1所示。

将横向位移量测定结果绘制成表2所示。

结合表1和表2中道床垂向和横向产生位移量的测定结果可以看出，在本文位移控制技术应用下，地铁浮动梯形轨枕向下道床无论是垂向还是横向产生的位移量的差值和绝对值均呈现出有规律的变化，说明其位移在变化过程中具有规律性。同时，在应用本文控制技术后，道床铺设的位移不会出现过大或过小的问题，保证了道床在横向和垂向上都能够进行左右对称的摇摆，避免了运行过程中偏移量过大造成地铁无法稳定运行的问题。

表1 控制技术应用下向下道床垂向产生位移量

表2 控制技术应用下向下道床横向产生位移量

结语：

本文从梯形轨枕道床铺设中的高程检测、地铁浮动梯形轨枕吊装行为调整、轨道位移量控制三个方面，对地铁浮动梯形轨枕道床铺设位移控制技术展开了详细的研究。完成设计后，选择某梯形轨枕道床铺设工程项目作为实例，展开实验研究。通过实验结果证明，本文设计的位移控制技术可以实现对轨道位移量的有效控制。为了进一步完善设计方法，可在后续的研究中，将本文设计的方法投入铁路运输工程施工过程中，通过实践掌握此项技术的缺陷，为我国铁路运输、地铁交通等行业的发展提供进一步的指导。