城市轨道弹性短轨枕减震轨道施工工艺

2020年9月16日00:00:01 1 48 10385字阅读34分37秒

1 前言

1.1 发展情况

轨道交通通过学校、医院、文物、艺术等建筑物时,根据减振要求的不同,设计时采取不同的减振方式。目前,国内城市轨道交通减振方式主要有道床减振﹑扣件减振和轨枕减振三种形式。各种减振方式各有其优缺点。浮置板道床轨道震动频率较低减振效果明显,但造价高适用于特殊减振要求地段;扣件减振在国内地铁使用过,其造价较浮置板减振轨道经济很多,但扣件减振轨道震动频率较高,相对于浮置板减振和轨枕减振效果要差一些;弹性短轨枕减震轨道是在轨枕上实现减震的一项技术,国外地铁有使用,国内也曾进行过研究,正式批量运用在广州地铁二号线,也是国内地铁轨道中第一次正式大量使用,其震动频率较扣件减振轨道低,减振效果好于扣件减振轨道,投入也小于扣件减振轨道。继广州地铁二号线大量设计采用弹性短轨枕之后,北京地铁、上海地铁、深圳地铁﹑武汉轻轨和南京地铁都相继开始设计采用弹性短轨枕减振轨道来达到减振目的。由发展趋势来看,在国内的城市轨道交通和国铁交通干线中会大量采用弹性短轨枕减振轨道技术。

1.2 工艺特点

弹性短轨枕减震轨道是在混凝土轨枕外加装橡胶包套,列车通过时对轨道的冲击力通过混凝土轨枕传递给橡胶包套,橡胶包套缓冲混凝土轨枕上的冲击力后再将剩余的部分冲击力传递给混凝土道床,达到减震降噪目的。要求混凝土短轨枕与橡胶包套之间应密贴,橡胶包套口应密封并不能进水,否则达不到设计效果。

1.3 工艺原理

橡胶包套与混凝土短轨枕的装配在现场临时基地或在混凝土短轨枕预制厂内进行,轨排在铺轨基地组装,无条件时在现场组装,采用特制的调轨支架架轨、调轨,实现墩架法或架轨法进行弹性短轨枕整体道床轨道施工。

2 适用范围

适用于城市轨道交通和国铁需要进行减震降噪地段。

3 技术标准

3.1 设计技术标准及施工要求

(1)混凝土短轨枕设计预制验收标准见表1。

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表1 短轨枕预制验收标准

(2)橡胶包套与混凝土短轨枕之间在施工期间不得进水。

(3)橡胶包套与混凝土短轨枕之间在施工期间不得发生位移变化,防止空气进入影响减振效果。

(4)包套套口周长小于混凝土短轨枕周长2mm,安装到位后包套弹性收缩防止进水。

3.2 施工要求

(1)短轨枕选定具备相应资质的混凝土制品厂进行预制﹐保证其预制质量,以满足橡胶包套与混凝土短轨枕之间的装配要求。

(2)加强混凝土短轨枕与橡胶包套之间的装配技术方案的研究﹐使橡胶包套与混凝土短轨枕的装配达到设计标准要求。

4 施工方法

使用加强型调轨支架采用轨法施工(见图1)。

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图1 弹性短轨枕轨道道床横断面图

4.1 混凝土短轨枕预制

(1)选定预制厂商

在选择混凝土制品厂时对其资质﹑生产能力信誉等进行了充分的考察和比选。

(2)混凝土短轨枕模具设计制作

混凝土短轨枕模具是控制预制混凝土短轨枕精度的关键,要求加工精度满足设计标准要求,模具使用过程中不变形。在经工艺性试验证明模具能满足设计精度后,方可投入批量生产混凝土短轨枕,以保证混凝土短轨枕的尺寸精度。

(3)混凝土短轨枕预制

施工期间派质检工程师名驻厂进行质量检查控制,主要对混凝土短轨枕模具进行定期的全面检查。

(4)混凝土短轨枕和橡胶包套检尺

混凝土短轨枕经质量检查合格后进场备用,橡胶包套进行检尺,合格品进行标识。

4.2 橡胶包套与混凝土短轨枕装配

(1)橡胶包套内防进水方案

防止施工过程中橡胶包套内进水。设计考虑在安装包套时使用粘接剂涂抹在橡胶包套套口处的混凝土短轨枕四周﹐使橡胶包套套口处3~5cm高度范围与混凝土短轨枕粘接封闭以达到防水目的。

①粘接剂的选择。实施前对环氧树脂粘接剂,玻璃胶粘接剂、氯丁胶粘接剂三种进行了比选:环氧树脂粘接剂需要现场进行配制﹐成本高、浪费大、粘接时间长、环氧树脂粘接剂粘接强度高,可作为永久性粘接剂,不利于施工完成后橡胶包套与混凝土短轨枕分离(运营后在更换新短轨枕或新橡胶包套时,原有的橡胶包套和短轨枕能相互分离);玻璃胶粘接剂与氯丁胶粘接剂不需要进行现场配制,直接可以使用,成本较环氧树脂粘接剂低,粘接强度低,适合于在弹性短轨枕的施工中使用;玻璃胶粘接剂粘接时间较氯丁胶粘接剂粘接时间长﹐玻璃胶粘接剂成本也较氯丁胶粘接剂为高,比选确定使用氯丁胶粘接剂;

②防水措施。橡胶包套与混凝土短轨枕使用氯丁胶粘接剂进行粘接后,达到了防水目的,但在进行轨排拼装及现场铺轨、施工整体道床混凝土过程中,因各种因素的影响橡胶包套与混凝土短轨枕有可能分离而失去防水作用。所以确定在橡胶包套套口处使用50mm宽度的不干胶进行密封,进一步巩固了施工过程中的防水措施。

(2)橡胶包套与混凝土短轨枕安装

轨道传递来的冲击力通过橡胶包套底部的微孔橡胶垫板缓冲减振而达到轨道减振目的。

设计要求在安装橡胶包套时包套内不能有多余的空气,使短轨枕与轨底橡胶垫板和橡胶包套密贴。要求在安装包套的过程中要排尽包套内的空气,并保证在轨排拼装﹑铺轨和其他施工环节中空气不会进入,使施工完成的弹性短轨枕轨道达到设计要求的减振效果。

②橡胶包套与混凝土短轨枕绑扎方法。橡胶包套与混凝土短轨枕的绑扎,采用铁线进行绑扎,也可使用打包带进行绑扎,使用铁线时将短轨枕两端各绑扎四道,使用打包带进行绑扎时将短轨枕两端各绑扎两道,完成整体道床混凝土灌注后再将铁线或打包带剪除。

4.3 轨道支撑架设计

经过计算弹性混凝土短轨枕轨排的重量为12.9t/个,普通混凝土短轨枕重量8.9t/个,一般轨道用的支撑架的钢枕(横梁)使用5.3×48×100的槽钢,其强度不能满足弹性混凝土短轨枕的施工要求,为此,要研究一种新的轨道支撑架﹐以满足弹性混凝土短轨枕架轨、调轨的需要。进行弹性轨枕支撑架强度检算时考虑最不利的情况下前后各两个支撑架不受力,即单个支撑架承受5倍均布荷载力。

(1)普通短轨枕轨道支撑架(图2)。

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图2 普通短轨枕轨道支撑架图

(2)弹性短轨枕轨道支撑架设计加工

弹性短轨枕轨道支撑架的钢枕(横梁)拟采用两根10号槽钢焊接加工成正方形断面,支撑架的其他组件比照普通短轨枕的支撑架设计加工(图3)。

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图3 弹性短轨枕轨道支撑架图

(3)弹性短轨枕轨道的支撑架钢枕强度检算

①单个轨排支撑架荷载分布(图4)

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图4 支撑架荷载分布图

每个轨排安装11个支撑架,N1~N11为支撑架对轨排的支撑力,支撑架每间隔4根轨枕安装一根﹐各个支撑架上承受的荷载一样。

所以:N1=N2=N3=...=N11-N=G/11=12.9×9.8/11=11495(N)

②支撑架受力分析;

P=P=G=G=N/2=11495/2=5748(N)

③弹性短轨枕支撑架上钢枕轴力、弯矩(图5)。

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图5 弹性短轨枕支撑架上钢枕轴力、弯矩

由图4可知b、c剪力和弯矩最大,因钢枕横截面为正方形,钢枕拉应力和压应力相等。

δ=Mmax/Wx=(Mmax•y)÷Ix

=1127/39.7=28.4MPa

因为:Wx=39.7 cm3,Mmax=1127(N·m)

查力学资料知:δ=170 MPa

根据计算:δ=170 MPa>3δ=85.2 MPa

所以在最不利的情况下采用2根10号槽钢制作弹性短轨枕的钢枕抗拉﹑抗压强度满足要求。

(4)钢枕剪力与剪应力检算。

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图6 钢枕剪力与剪应力示意

钢枕剪力与剪应力如图6所示。

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根据设计计算资料﹐将普通短轨枕轨道支撑架钢枕断面增加一倍,其强度能满足弹性短轨枕轨道架轨、调轨的需要,同时完成弹性短意轨枕轨道的施工后,将支撑架钢枕的两根槽钢焊缝割开可以再加工成两根普通短轨枕支撑架,有利于节约成本,同时又满足施工需要。

5 工艺流程及操作要点

5.1 施工工艺流程

施工工艺流程(见图7)。

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图7  施工工艺流程

5.2 施工工艺及质量控制要点

5.2.1 线路测量、设置基标

施工测量是工程施工进度和质量控制的关键,针对整体道床轨道工程施工测量精度要求高、工作量大、测设难度大的特点,项目经理部成立专职测量小组,隶属于项目经理部工程部,负责轨道施工全过程的工程测量;安排1名长期担任测量工作的测量工程师任测量组组长,组长对施工测量的质量和安全负责,配备助理工程师2人,测工8人,负责本标段的施工测量工作。采用全站仪和精密水准仪(S级)完成全路段施工测量任务,仪器配备见表2。

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表2 仪器配备

(1)工艺流程

工艺流程(见图8)

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图8 施工测量工艺流程

(2)施工程序

①测量交接桩。洞内基标测量依据为业主测量队提供的导线点,因此交接桩需要明确点位,且必须由监理主持三方签字才有效;

②复测导线点,水准点由业主测量队提供的导线点及水准点必须经过复测,导线满足四等导线测量要求,全面测回需四个测回且全长闭合差不得大于4n;水准测量必须达到一、二等水准测量要求;

③盾构过站回填混凝土测量当测量经过盾构过站时必须先回填混凝土,因此必须以邻近的导线点为基准,按设计图测量出回填混凝土的标高,并用油漆在侧墙上划线标示;

④控制基标测设

a.控制基标地面投点,由于混凝土桩远大于铜标点位,因此为了有效利用时间,在复测导线点时将控制基标地面点位放出。

b.控制基标包桩。利用全站仪对中杆测出水准点和待测点相对标高,通过三角测量可计算出包混凝土桩的高度。

c.控制基标混凝土桩上投点。为了减少基标的调整量利用平差后的导线坐标测设控制基标并利用三角测
量测出待测点与水准点的相对标高,计算出铜标的安设高度。

d.控制基标精调标高。按一﹑二等水准测量要求将铜标调至设计标高并立即用加入适量速凝剂的混凝土敷在铜标上并让铜标外露少许。

e.控制基标铜标上放点。在铜标调至设计标高后可利用平差后的导线坐标在铜标上放样,如点位不在铜标上则需要重新安设铜标,且将整个区间联测重新调至设计标高后方可重新在铜标上放样。

f.控制基标复测。控制基标是利用导线点放样,由于导线点的误差使得利用导线点放样时在转点处形成误差累计,为了保证精度﹐因此用导线点放样后的点位需要复测。为了避免相同的错误,要利用不同的方法复测。采用先计算出置镜在各个控制基标点处分别后视相邻两个控制基标的夹角﹐最后闭合至下一区间的两基准点。通过现场全圆测回测四个测回各个夹角与理论值的误差不超过规范允许值则可。控制基标复测合格后就可精确定点并报资料请求业主测量队复测。如有误差超限则必须经过调误差超限的点位至误差范围内,调点位时可采用近似直角三角形计算出横向偏移量对夹角的影响量﹐需特别注意的是动一个点位将会影响相邻两个点位的夹角。

⑤控制基标测量成果报检。当控制基标测设完毕且经过自检通过后﹐将测量成果报监理,经过业主测量队复测合格后方可进行加密基标的测设作业。

⑥加密基标测设

a.加密基标地面投点。由于混凝土桩远大于铜标点位,因此为了有效利用时间,根据复测通过控制基标在地面上将加密基标的点位放出。

b.加密基标混凝土桩上投点。在控制基标标高调整及控制基标铜标上放样和复测时可进行加密基标地面放样和包混凝土桩,在控制基标复测合格后就可进行加密基标混凝土桩上放样。

c.加密基标安放铜标。在加密基标放样时就可用冲击电钻在混凝土桩上钻眼安放铜标,为避免施工干扰损坏基标,安好铜标后需将铜头取出,在调标高时再安上。

⑦加密基标成果报检。加密基标测设完毕必须将测设成果报检监理工程师,通过后方可进行轨道铺设及轨道状态调整。

⑧基标移交施工使用。基标通过后﹐将其移交给工班进行轨道状态调整使用。

⑨轨道竣工测量。当整体道床施工完毕,必须进行轨道竣工测量。

(3)质量控制的要点

①导线复测。以两端车站内导线边为控制边分区间逐段进行现场符合导线复测,如上、下行线之间有折返线﹑渡线连接时,其上、下行线的导线要进行联测。其误差如超过规范允许值时﹐及时联系处理。

②水准复测。以两端车站内水准基点为基准,分区间逐段进行符合水准复测,如高程闭合差超过规范允许值时﹐及时联系处理。

③整理复测成果并报监理工程师审核,合格后再进行铺轨基标测设。

④控制基标。

直线地段每120m,曲线地段每60m设置一个控制基标。曲线起讫点、曲中点、缓圆点、圆缓点、变坡点,竖曲线起讫点及道岔中点和起讫点等各控制点均设置控制基标。单开道岔铺设地段,在岔前、岔心及岔后均应测设控制基标。交叉渡线除在四组单开道岔的岔前、岔心及岔后设置外,还应在菱形渡线交点上设置控制基标。

方向允许误差为6";

高程允许误差为±2mm;

距离允许误差为:直线1/5000,曲线1/10000。

⑤加密基标。直线6m,曲线5m设置一个加密基标,设置方法与控制基标相同;单开道岔铺设地段,在直股外侧1.5m位置按6m间距设置加密基标,交叉渡线铺设地段,还应在菱形渡线上的两个锐角及钝角上设置加密基标。

直线上偏离控制基桩方向允许误差为±1mm;

曲线上用偏角法测设,在偏角方向线上不允许偏出±1mm;

每两个相邻基标间距偏差不超过±1mm;

高程允许偏差为±2mm;

两相邻基标高程允许误差为±1mm;

距离允许误差为:在直线上每6m为±5mm;在曲线上每5m为±3mm。

(6)整体复测成果并报监理工程师审核,合格后再进行铺轨。

5.2.2 基底凿毛、铺设道床钢筋网

(1)工艺流程

基底处理、施工排水工艺流程如图9所示。

城市轨道弹性短轨枕减震轨道施工工艺

图9 基底处理、施工排水工艺流程

(2)施工程序

①场地交接。从下部单位接过轨道施工场地时要求:隧道无渗漏、无积水。若隧道地板有渗漏情况,必须要求下部结构先把渗漏水处理好才能交接。

②冲刷及垃圾清理。铺设道床钢筋网前对土建结构底板按设计标准进行凿毛处理,凿毛后用水冲洗结构底板,垃圾及时装袋运出。

③质量检查。基底凿毛施工完毕由质检人员检查合格后方能移交给下道工序施工。

(3)质量控制的要点

为防止将来道床与基底脱层病害的产生,保证混凝土整体道床与基底充分连接,为此,基底凿毛处理必须按照以下要求进行,以达到设计要求彻底清除基底面上的浮浆,污物和脏水。

将基底凿成宽度和深度都不大于10mm,纵横距离不大于100mm的凹凸面。

凿毛后基底面无渗水现象。

凿出的垃圾清扫装袋并清理出施工现场,冲洗结构底板并疏干积水。浇注混凝土前使用拖把将结构底板的积水吸干。

(4)铺设道床钢筋网.

①施工要点。道床内钢筋网采取基地下料、加工,现场铺设、焊接的方法施工,铺设前先完成下层钢筋网铺设,铺轨到位后根据轨枕与钢筋网的纵向相对位置调整下层钢筋网的位置,连接上下钢筋并按设计标准进行焊接。

②质量控制的要点

a.加强对防迷流钢筋网的焊接质量检查,对不符合要求的必须及时整改。

b.浇注混凝土之前,必须对排流端子及预埋件进行检查。对遭到破坏的排流端子,必须及时修复。严格检查预埋件安装的位置是否正确。

5.2.3 铺设弹性短枕轨排

(1)工艺流程

工艺流程如图10所示。

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图10 铺轨工艺流程图

(2)施工程序

①橡胶包套与混凝土短枕进场验收。橡胶包套与混凝土短枕制品直接影响其装配质量,对其进场的检查验收控制是保证减振效果的关键环节,进场检查验收标准见表3。

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表3 进场检查验收标准

②安装橡胶包套。弹性混凝土短轨枕整体道床依靠橡胶套和橡胶垫板通过混凝土短轨枕向轨面传递弹性,如果橡胶垫板与混凝土短轨枕底部及橡胶套底部内侧之间结合不密贴,就会造成轨面标高不稳定,施工时注意使三者之间紧密结合。安装橡胶套要按照下列程序操作;

a.用电动砂轮机将混凝土短轨枕侧面及底面的毛边打磨掉,对底部超标掉块部位修补后使用;

b.对橡胶套进行检查,对套内的杂物和毛边进行清理;

c.将验收合格并已清理后的混凝土短轨枕倒放在铺有弹性垫的地面上,在混凝土短轨枕底部放置微孔橡胶垫板;

d.在混凝土短轨枕帽檐下3~5cm范围涂刷氯丁胶粘接剂,套装橡胶垫板后用木锤敲打橡胶套,将橡胶套内多余的空气排尽,使包套底部与橡胶垫板紧密结合;

e.用橡胶塞堵塞橡胶套底部两侧的两个排气孔,再用不干粘胶封排气孔及胶塞;

f.将已套好橡胶套的混凝土短轨枕翻正,然后用不干胶封闭混凝土短轨枕帽缘下与橡胶套顶部之间的空隙,防止水进入橡胶套内。然后用扎丝绑扎在承轨台两外侧,以确保整体道床施工时三者之间相互密贴。

③轨排组装及运输。组装轨排前做好配轨计算,按照设计文件和施工技术文件编制轨节表,按轨节表生产轨排。在拼装前应对钢轨进行长度和轨头断面的检尺,使相邻两根钢轨配对时公差最小。用白油漆将轨枕间距线标注在钢轨规腰的内侧,组装时,轨枕与钢轨中线垂直,内外股短轨枕按法线对齐;间隔2.5 m安装控制轨距的钢枕将左右股钢轨连接。轨排组装完成后用龙门吊机吊运到指定地点堆放或装车,并按铺设顺序注明轨节编号。轨排装车时,一层装一个轨排,最多装三层,先铺的装在上面,后铺的装在下面;

④轨排吊铺。轨排运输到作业面吊铺下落,轨道调整支架的螺旋支腿定位,使轨道高度控制在500mm以内,使用钢轨夹弓将钢轨逐根连接。

5.2.4 安装轨道支撑架

(1)支撑架位置安放要求

轨道支撑作为弹性短轨枕轨道铺设施工的工具,在基地进行轨排拼装时支撑架的钢枕将左右股钢轨进行连接,按设计要求每个25 cm轨排安装11根钢枕,即每间隔4根混凝土短轨枕要安装1根钢枕,拼装轨排时严格按此要求执行。

(2)支撑架上螺旋支腿安装

现场使用铺轨龙门吊进行轨排铺设时,在轨排下落到- -定高度后要将支撑架上的螺旋支腿安装到钢枕上,便于架轨和调轨。安装螺旋支腿前将其作用高度调整到基本一致后才能安装到钢枕上,以免钢枕长期处于最不利的使用条件而变形影响使用。

(3)橡胶包套的保护

橡胶包套与混凝土短轨枕安装后,在进行搬运、轨排拼装、轨排运输、轨排铺设及灌注整体道床混凝土的过程中要加强对橡胶包套的保护。

(4)完成整体道床混凝土灌注后及时将扎丝剪掉清除。

5.2.5 道几何尺寸的调整

对照铺轨基标利用螺旋支腿粗调轨道几何位置。确认轨道标高.轨距、水平、方向不超过±5mm后,结合使用刚支顶在进行轨道几何位置精调。精调前首先按不大于0.5mm精度误差调整道尺,借助于直角道尺调整轨道基本股,再用万能道尺调整另一股轨道标高和设置曲线超高;用10m弦线圆顺轨道方向和正矢;轨道调整完后,经监理工程师确认轨道中线、标高、轨距、超高.正矢等符合设计要求后,灌注轨道混凝土支墩。过轨管线及其他预埋件位置与相关专业联系处理。

5.2.6凝土灌注前的检查

轨道混凝土支墩是轨道几何状态控制的重要环节,普通短轨枕轨道间隔4根轨枕处设支墩一处,灌注混凝土支墩前在钢轨扣件上覆盖防污薄膜。轨道位置调整自检合格后,报检查资料给监理工程师审查,检查资料及现场通过监理工程师检查合格后进行轨道混凝土支墩灌注。

混凝土强度达到5 MPa后拆除回收钢轨支撑架,进行下一道工序的施工。

5.2.7 注混凝土及养生

道床混凝土关模使用组合刚模板,在灌注道床混凝土前,在钢轨扣件上覆盖防污薄膜,轨道几何尺寸经监理工程师检查合格后方可进入轨道混凝土灌注工序。分层进行灌注,灌注混凝土时随时检查轨道的几何状态,分层进行灌注。短轨枕四周加强捣固,但捣固棒不得接触短轨枕,以免影响轨道几何尺寸。混凝土灌注后根据设计和试验确定的初凝时间,对道床表面进行二压平抹光,确保道床表面平整、横坡符合设计要求。混凝土灌注完毕后用麻袋、草帘覆盖及时浇水养护,并不少于7天,在混凝土强度达到5 MPa时拆除模板。同时松开钢轨扣件,防止钢轨因温差产生热胀冷缩而使轨枕周围的混凝土产生裂纹。模板经过清理、整修后转入下一个施工循环使用。混凝土强度达到设计强度70%后才能承载行车。

道床混凝土伸缩缝及结构变形缝按设计要求采用2cm厚度的沥青木版设置。

6 劳动力组织

劳动力配置根据工期要求和作业面数量进行具体安排,以下为正常情况下单作业面综合施工进度40 m/天劳动力组织(见表4)。

城市轨道弹性短轨枕减震轨道施工工艺

表4 劳动力计划表

7 主要施工机械

主要施工机械及设备按满足施工工艺要求和确保质量的要求进行选型和配置(见表5)。

城市轨道弹性短轨枕减震轨道施工工艺

城市轨道弹性短轨枕减震轨道施工工艺表5 机械设备、工装材料计划表

8 质量控制要点

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