城市軌道交通高架軌道結(jié)構(gòu)的
實施方法與工藝探討

　　摘　要　以上海市軌道交通明珠線為例,敘述了高架線路軌道結(jié)構(gòu)的類型和施工工藝,提出了在實施中所產(chǎn)生的問題及解決問題的對策。
關(guān)鍵詞　城市軌道交通,高架線路,軌道結(jié)構(gòu)
我國第一條大容量的城市軌道交通明珠線一期工程,南起漕河涇北至江灣鎮(zhèn),正線全長24. 975 km , 其中高架線21. 514 km , 占全長的86. 1 % , 地面線3. 461 km , 占全長的13. 9 % 。由于城市軌道交通大部分線路在高架上,與城市地下鐵道不同,其軌道結(jié)構(gòu)的實施就要考慮鋼軌溫度力的影響,橋梁、車站不均勻沉降的影響,大跨度預(yù)應(yīng)力橋梁徐變及對城市環(huán)境的影響等。
1 　明珠線軌道結(jié)構(gòu)的類型
城市軌道交通在我國屬起步階段,除上海市軌道交通明珠線工程正在建設(shè)實施外,全國其他各大城市,如北京、長春、沈陽、武漢、重慶、南京、杭州等地都已進(jìn)行了可行性研究,并都把如何實施軌道結(jié)構(gòu)作為一項亟待解決的重大課題。上海市軌道交通明珠線工程高架線路的軌道結(jié)構(gòu)采用了如下的型式。
1.1. 1 　鋼軌:為60 kg/m 高碳微礬軌(PD3) 。為了減少對軌道的振動和噪聲,提高行車的平穩(wěn)性,將標(biāo)準(zhǔn)軌焊接成長鋼軌,即無縫線路?？紤]到溫度壓力影響,在車站的道岔前后及大跨度橋梁中部設(shè)置了鋼軌溫度伸縮調(diào)節(jié)器。
1.1. 2 　扣件: 為新型的小阻力WJ-2 型ω彈條扣件,彈性分開式,其鋼軌調(diào)高量40 mm , 其中軌下調(diào)整量是10 mm , 鐵墊板下調(diào)整量30 mm 。軌距調(diào)整量±20 mm , 即每軌±10 mm 。軌下采用不銹鋼板復(fù)合膠墊。WJ-2 扣件可承受最大橫向力40 kN(疲勞荷載),承軌臺上的支承塊不設(shè)擋肩?？奂?jié)點剛度為40～60 kN/ mm 。錨固螺栓擰緊扭距為300 N·m。預(yù)埋絕緣套管抗拔力> 100 kN 。鋼軌與承軌臺間電阻> 108 Ω。
1. 3 　軌下基礎(chǔ):為支承塊式承軌臺道床結(jié)構(gòu),即將預(yù)制的鋼筋混凝土短枕塊(每塊支承塊頂面預(yù)留2 只錨固螺栓孔),在相鄰兩股鋼軌下各墊一塊,用錨固螺栓及扣件將鋼軌與支承塊連在一起,并將預(yù)制好的支承塊置入混凝土道床中。承軌臺則為一種與橋梁梁部連成一體的一種沿縱向鋪設(shè)在每股鋼軌下面的條形鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),其特點是軌下基礎(chǔ)和梁部緊密聯(lián)結(jié),具有很高的強(qiáng)度和穩(wěn)定性,排水性好,符合城市景觀要求。但其精度要求高,施工難度大,尤其在梁跨較大時,由于梁部頂面的徐變難以控制,會影響承軌臺的制作和頂面的標(biāo)高,同時還存在臺體與梁體施工不同步問題。其日常養(yǎng)護(hù)維修量小。一旦損壞,維修困難。
2 　軌道結(jié)構(gòu)的施工工藝
高架線路支承塊承軌臺道床結(jié)構(gòu),它屬于混凝土整體道床的一種形式。其施工工藝要求較高。承軌臺的施工作業(yè)程序可分為3 個階段進(jìn)行。
1.2. 1 　施工準(zhǔn)備階段:首先對需鋪設(shè)承軌臺的線路進(jìn)行測量,設(shè)置標(biāo)樁,進(jìn)行承軌臺放樣,并對需澆注混凝土的橋面進(jìn)行鑿毛和清理,然后檢查調(diào)整橋面預(yù)埋插筋,綁扎承軌臺下層鋼筋。
2.2. 2 　鋪調(diào)軌道階段:將鐵墊板錨固在支承塊上,放置在按設(shè)計要求鋪設(shè)的位置。再將標(biāo)準(zhǔn)軌( 樣板軌) 鋪設(shè)在支承塊短枕上,上好扣件,擰緊螺栓。同時在安裝好鋼軌支撐架后,進(jìn)行粗整軌道幾何尺寸。然后綁扎承軌臺上層鋼筋,安設(shè)定型模板,進(jìn)行立模。最后細(xì)調(diào)軌道幾何尺寸準(zhǔn)確到位并焊接支承塊底部與承軌臺之間聯(lián)結(jié)鋼筋。

2. 3 　澆灌混凝土階段:首先要在灌注前進(jìn)行各項檢查,確定軌道的幾何尺寸準(zhǔn)確無誤后,用商品混凝土進(jìn)行澆搗承軌臺混凝土,對其表面進(jìn)行收漿抹面,并進(jìn)行混凝土養(yǎng)生。在混凝土承軌臺達(dá)到一定的強(qiáng)度后,再拆除模板、鋼軌支撐架和標(biāo)準(zhǔn)(樣板) 軌,同時對支撐架、模板進(jìn)行整修,最后再對橋面澆制防水層,進(jìn)行全面整理。
城市軌道交通高架線路的軌道結(jié)構(gòu),采用支承塊式承軌臺整體道床結(jié)構(gòu),其結(jié)構(gòu)施工具有如下的特點:
(1) 支承塊式縱向承軌臺新型整體軌下基礎(chǔ)不同于一般軌排式整體軌下基礎(chǔ),其區(qū)別在于兩股鋼軌承軌臺間無直接的橫向聯(lián)接,在施工中必須借助于鋼軌支撐架,并采取一定的技術(shù)措施,才能使兩股鋼軌的各項幾何尺寸( 平面位置、標(biāo)高、軌底坡等) 準(zhǔn)確到位。此系縱向承軌臺式新型整體軌下基礎(chǔ)施工的關(guān)鍵。
(2) 在明珠線高架橋面上使用了GZ97 型鋼軌支撐架支承鋼軌。鋼軌底部通過扣件的連接懸掛預(yù)制的鋼筋混凝土支承塊,然后在現(xiàn)場灌筑隔斷式鋼筋混凝土縱向承軌臺,與橋面直接連結(jié)而形成整體軌下基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的一整套施工技藝。使用GZ97 型鋼軌支撐架,其結(jié)構(gòu)簡單,操作方便,能有效地控制軌道的幾何尺寸,采用拆裝便捷的縱向承軌臺鋼模板,能保證現(xiàn)場施工的質(zhì)量和滿足施工進(jìn)度的要求(如圖1) 。

(3) 混凝土承軌臺的澆灌利用泵車將商品混凝土泵送上橋,采用分段流水作業(yè)的方法,使高架上的軌下基礎(chǔ)施工能夠全線鋪開,以利于加快施工進(jìn)度。

圖1 　承軌臺施工狀態(tài)圖
3 　承軌臺施工中有關(guān)技術(shù)工藝的探討
3. 1 　軌底坡控制
按設(shè)計,高架線路的軌底坡為1/ 40 。由于高架上承軌臺是采用自上而下的施工工藝,即將鋼軌件等架設(shè)在支撐架上,把安裝好墊板及墊層的支承塊用扣件將其懸掛在軌件下施工。鋼軌軌底坡的控制是靠支承架上焊1/ 40 內(nèi)傾契型鐵座加以控制,而施工后線路鋼軌軌底坡是靠支承塊上鐵墊板形成的。這樣線路鋼軌軌底坡與懸掛的支承塊無法產(chǎn)生直接的因果關(guān)系,而是靠擰緊支承塊上扣件螺栓形成接近1/ 40 的自然軌底坡。在實施施工中,由于懸掛在鋼軌上的混凝土支承塊較重(75 kg/ 塊),且懸掛后產(chǎn)生偏心力,而加擰扣件螺栓時的扭力矩按設(shè)計要求為80～100 N·m。因此在實際作業(yè)中產(chǎn)生支承塊鐵墊板與軌底出現(xiàn)不密貼現(xiàn)象,有縫隙。在靜態(tài)下細(xì)調(diào)軌道幾何尺寸時雖符合標(biāo)準(zhǔn),但在承軌臺澆灌后拆下標(biāo)準(zhǔn)軌、支架,換上再用軌后,實際軌距就出現(xiàn)了普遍偏小3～5 mm 、最大達(dá)7 mm 的現(xiàn)象。
針對出現(xiàn)的問題,筆者在承軌臺澆筑實際操作的過程中研究發(fā)現(xiàn),在上支承塊加擰扣件螺栓時, 扭力矩不應(yīng)受設(shè)計要求的80～100 N·m 的限制。應(yīng)加大扭矩,使軌底與支承塊上鐵墊板密貼,從而克服因重力偏心、扭力不足產(chǎn)生縫隙的影響,使施工后的線路軌底坡真正達(dá)到1/ 40 的要求。至于設(shè)計要求的80～100 N·m 扭力矩標(biāo)準(zhǔn)的控制,應(yīng)在更換無縫線路鋼軌時加以實施,并最后滿足軌道施工的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

3. 2 　道岔鋪設(shè)轍部位滑床板密貼控制
通常在鋪設(shè)碎石道床道岔時,將道岔滑床墊板及護(hù)軌墊板釘?shù)讲碚砩现恍瓒ê密壘?然后釘入道釘或擰上螺栓,較為簡單。而在高架上鋪設(shè)支承塊式承軌臺整體道床道岔中,因滑床墊板及其聯(lián)結(jié)的支承塊兩側(cè)長短相差較大,且只在一側(cè)用彈條扣件及螺栓將其懸掛到基本軌上,故偏心力很大,使其很難保證滑床板的水平。尤其要把兩側(cè)AT 型尖軌下面的28 塊滑床墊板保持在高差不大于0. 5 mm 的平面上, 這就是整體道床道岔施工難點所在。若施工時超過上述標(biāo)準(zhǔn),將出現(xiàn)滑床板與尖軌不密貼,影響運(yùn)營后道岔尖軌的正常工作。
為了解決上述難題,采取的第一種方法是縱向吊架法,即在轉(zhuǎn)轍器基本軌軌頂上放上數(shù)根鋼軌支撐架的橫梁,在橫梁上設(shè)置8 根縱梁,在縱梁下懸掛28 個吊鉤,分別鉤住每一塊滑床板及其支承塊內(nèi)側(cè)的聯(lián)結(jié)螺栓,由此將每塊支承塊調(diào)到水平位置。但因放在基本軌上的橫梁影響觀測基本軌方向的視線,不得不舍棄此法,改用第二種方法,即用鋼軌支撐架代替縱梁,使梁高于基本軌軌頂約150 mm 。這樣既不影響觀測基本軌方向的視線,又不干擾軌距的丈量,明珠線16 標(biāo)(江灣鎮(zhèn)站盡頭線) 的2 組道岔是采用這種吊架方式克服了上述困難而進(jìn)行鋪設(shè)的。
由于在鋪設(shè)道岔過程中滑床板水平控制難度極大,第一次鋪設(shè)后的道岔仍存在個別滑床板與尖軌底部不密貼現(xiàn)象。在第二次鋪設(shè)道岔中,又針對有關(guān)施工工藝作了改進(jìn)。
道岔的尖軌是在工廠經(jīng)檢驗后即與基本軌組裝,尖端以鐵絲捆扎后發(fā)運(yùn)的。到達(dá)現(xiàn)場后,尖軌與基本軌一并鋪設(shè),但該種道岔尖軌下在滑床臺中設(shè)有彈片,彈片又以銷釘銷緊。因尖軌的設(shè)置不僅影響滑床墊板的調(diào)平也給銷釘?shù)拇蛉朐斐衫щy,為此在道岔的施工中采取將尖軌與基本軌分解,在滑床墊板調(diào)平及打入銷子后將尖軌撥回滑床板,尖軌可在自由狀態(tài)下檢查軌頭與基本軌、軌底與滑床臺的密貼情況。根據(jù)上述分析,把原用縱向橫梁吊鉤控制滑床板水平面改為用簡易螺栓千斤頂支撐方法(簡易螺栓千斤頂如圖2 所示) 。在施工中用螺栓調(diào)正滑床板水平面后,直接澆灌混凝土。這樣既在道岔鋪設(shè)過程中減少了軌距等尺寸丈量的干擾, 又減少吊架裝卸等過大工作量。在進(jìn)行該項施工時,同時可鋪設(shè)各組道岔,也不必增加制做吊架的費用。實踐證明,用螺栓支撐法易調(diào)平又穩(wěn)定。

圖2 　螺栓頂支撐法調(diào)平道岔示意圖

3. 3 　梁面預(yù)留插筋方式梁面預(yù)留插筋的方式,效果比較好(見圖3) 。但是
在承軌臺施工中遇到了幾個問題。為使承軌臺與梁面混凝土連結(jié)牢固,設(shè)計采用

圖3 　梁面預(yù)留插筋布置示意圖
　　一是插筋的高度難以達(dá)到設(shè)計要求,尤其在曲線有超高地段,預(yù)埋筋的高程施工時不能滿足精度要求;二是其平面位置做不到與承軌臺范圍吻合, 或?qū)捇蛘?三是門式筋縱向位置無法控制正好在兩支承塊之間,經(jīng)常碰到支承塊。由于這3 個主要問題的存在,使承軌臺施工中產(chǎn)生大量的鋼筋糾偏、接高、鑿梁面補(bǔ)焊插筋、承軌臺尺寸加寬等等一系列附加工作,耽誤很多時間,增加許多工作量,也增加投資費用(僅明珠線一期工程軌道插筋糾偏的鋼筋就增加了100 噸以上) 。
為解決上述問題,筆者認(rèn)為,在高架上鋪承軌臺工程中,梁面預(yù)留筋的型式必須加以改進(jìn)。建議采用矮型插筋,即高度全部控制在支承塊底部以下,這樣能保證不與支承塊位置相矛盾;全部采用L 型插筋,不要門式筋,可以節(jié)約部分鋼材;插筋面積范圍縮小(間距縮小,根數(shù)不變),以達(dá)到施工有一定誤差時不致于超出承軌臺范圍;軌道施工時, 在支承塊定位后再考慮與承軌臺構(gòu)造筋焊接(要求預(yù)留插筋高度滿足焊縫長度要求即可),按需要接高或加寬上面的鋼筋。這樣就會大大減少人工和材料費,工期也不因此而受到影響。
4 　結(jié)語
我國各大城市都已把發(fā)展城市軌道交通擺在重要的議事日程,但在城市軌道交通的建設(shè)實施中,具體采用何種的軌道結(jié)構(gòu)和運(yùn)用何種的施工方法都還在探索研究階段。筆者在我國第一條城市軌道交通明珠線的軌道結(jié)構(gòu)實施中,有如下幾點體會:
(1) 軌道工程能否如期貫通,將直接影響到接觸網(wǎng)、通信信號、電纜等工程的施工進(jìn)度。軌道工程能否及時貫通,又取決于橋梁與車站土建工程的同步完成。為使后序工程能順利進(jìn)行,前期土建工程的施工安排應(yīng)先難后易,先繁后簡。使土建完成后橋梁與車站的沉降、徐變在基本相同的時間內(nèi)趨于穩(wěn)定,以免沉降不均,引起軌道異變。這樣不僅有利于軌道結(jié)構(gòu)支承塊式承軌臺道床的實施,而且也大大縮短工期,并保證軌道的工程質(zhì)量。
(2) 為減少鋪軌的工作量和節(jié)省投資,可在高架上的梁體與車站貫通后進(jìn)行承軌臺的鋪設(shè),使軌道鋪設(shè)具有連續(xù)性,以減少標(biāo)準(zhǔn)(樣板) 軌及各種機(jī)具用吊車送上橋面施工的工作量,既可滿足工期要求,又給施工帶來便利。
(3) 為確保鋪設(shè)承軌臺道床的質(zhì)量,達(dá)到與梁體形成一體,在對需澆注混凝土的橋面進(jìn)行鑿毛時,必須達(dá)到要求,并在澆灌混凝土前將橋面清洗、清理干凈。
(4) 為便于施工,降低造價,縮短工期,便于運(yùn)營后的養(yǎng)護(hù)維修,又方便對產(chǎn)生病害的整治,還可減少施工中所需的特殊機(jī)具,城市軌道交通高架上

參　考　文　獻(xiàn)
1 　上海鐵路城市軌道交通設(shè)計研究院. 上海市軌道交通明珠線一期工程 工程可行性研究報告,1998 2 　上海鐵路局工程總公司,上海鐵路城市軌道交通設(shè)計研究院,上海市軌道交通明珠線工程建設(shè)指揮部. 新型整體軌下基礎(chǔ)的設(shè)計與施工成套技術(shù)研究———研究報告,1999. 1