随着城市现代化建设的不断发展,城市人口数量的日益激增,交通问题已经成为制约城市经济和社会发展的重要问题之一。城市轨道交通以低污染、低能耗、大容量及安全、快速等优点而成为解决城市交通问题的首选方案。在北京城市轨道交通的轨道工程中, 首次采用“ 一次铺设无缝线路”的施工方案。在施工中,我们以科研为先导,努力攻克难关,不断改进完善, 研究出快速高效、经济合理的先进施工工艺和机具配备方案,圆满地完成了北京城市轨道交通工程的施工, 为我国城市铁路轨道施工积累了宝贵的经验。
1 工程概况
北京城市铁路(西直门—东直门) 以西直门车站西侧为起点( K0 + 004.17) ,沿西直门至清河段、东北内环线、望京至和平里铁路支线既有铁路走廊延伸,终止东直门地铁站( K40 + 914) ,设16 个车站和1 个车辆段, 其中5 个高架车站,1 个地下车站,11 个地面车站。线路环北京市西北、北、东北部呈倒“U”字形,双线全长81.7 km , 由地下线、地面线及高架线三部分组成。
2 碎石道床地段的主要工程数量
碎石道床地段的正线轨道工程铺轨47.28 km , 铺道岔28 组,其中60 kg/m 钢轨1/9 单开道岔23 组, D = 5 m 交叉渡线5 组。铺道碴121 409 m3 ( 面碴为81 150 m3 ,底碴为40 259 m3) 。
3 施工总体方案
3.1 工程特点及难点
(1) 采用了新材料、新设备。在应力放散作业中, 使用聚四氟乙烯板代替传统的滚筒。适合于城市轨道交通施工的PG216 轻型铺轨机在北京城铁首次投入施工。
(2) 施工难度大。① 按轻型荷载设计的高架桥在施工中使用国铁施工的常规设备受到限制; ② 与国铁无法接轨,路料运输和设备进场相当困难; ③ 临时平交道口多,连续施工受到限制; ④ 该工程在市区建设,环保要求高,制约施工的因素多; ⑤ 在冬季进行现场联合接头焊接难度大。
(3) 工艺要求高。该工程要求一次铺设无缝线路, 轨道工程验交运行速度为80 km/h , 线路要有较高的平顺性和稳定性,因而要求有高水平的施工工艺。
3.2 针对工程特点采取的主要技术措施
(1) 根据北京城铁设计轴重为140 kN 的特点,研制出适用于城市轨道交通施工的PG216 轻型铺轨机。这种铺轨机不仅轴重轻,而且针对城市施工的特点,为降低噪声和减少污染,对发动机部分进行了改进,增设了消音设备和尾气排放的净化装置,经环保部门检测, 符合北京市环保要求。原国家大型铁路施工所用的K13 风动卸碴车满载后的轴重也超过了设计要求,根据北京城铁设计轴重为140 kN 的特点,经过详细计算论证,将原来的装载量降低为27 m3 ,并用红线在K13 风动卸碴车内标注,施工中严禁超载。
(2) 北京城铁铺轨的方法是,先铺设25 m 无孔过渡轨排再换铺长钢轨。25 m 钢轨接头的连接方法是根据直线和不同的曲线半径,分别采用231 、271 、331 mm 的短轨头,按照螺栓孔的间距,在其中部钻两个螺栓孔,再用夹板连接。长钢轨的连接是采用自行研制的无孔连接器加以连接。
(3) 在应力放散施工中,用新型材料聚四氟乙烯板来替代传统的滚筒。经过试验,钢对钢的滚动摩擦系数为0.1 , 而聚四氟乙烯的滑动摩擦系数为0.05 , 从而大大提高了应力放散的质量。
聚四氟乙烯板的厚度为10 mm , 两块叠在一起为20 mm , 比预埋铁座的高度27 mm 低7 mm , 从而解决了小半径曲线拉伸时钢轨出槽的问题。同时由于聚四氟乙烯板重量轻、体积小、携带方便,降低了劳动强度,提高了工效。
(4) 路基和桥台相衔接的部分一直是施工的薄弱环节,北京城铁采用灌筑混凝土垫层的方法取得了较好的效果。即在路桥过渡段分别灌筑厚度为390 mm 和290 mm 的混凝土,长度均为6.25 m , 从而克服了桥头路基下沉的现象,减少了线路维修的工作量。
(5) 经过现场勘测和铁路部门的大力协作,在回龙观车站通过与国铁的两次拨接,顺利地将大型设备运进了铺轨基地。
(6) 右线铺设过渡轨排后,在右线进行大型养路机械养护、长轨拉卸等作业的同时,将左线的混凝土枕通过右线轨道卸至路基上,采用人工铺轨、左右线同时施工、人机配合等措施,大大缩短了工期。
4 施工技术
4.1 施工工艺流程
主要施工工艺流程为: ① 摊铺底层道碴; ② 机械铺设右线的正式轨排、过渡轨排; ③ 换铺长钢轨和回收过渡轨; ④ 右线有碴轨道进行大型养路机械养路作业,待达到设计标高并符合设计标准后,左右线长钢轨同时拉卸至道心,将左线长钢轨拨至左线,进行人工铺轨; ⑤ 右线焊联成单元轨节,并换铺长轨及回收过渡轨; ⑥ 进行左线有碴轨道机养及长钢轨焊联; ⑦ 进行应力放散和线路锁定; ⑧ 提前预铺碎石道床的道岔。
按照成熟的钢轨接触焊焊接工艺,采用乌克兰进口的K900 焊机,试焊并经检验合格后,依据配轨表将25 m 待焊轨焊接成124177 m 的长钢轨。焊接完成后, 按照《钢轨焊接接头技术条件》(TBΠ1632 —91) 的规定, 对每个焊头进行全断面超声波探伤和外观检验,经检验合格后方可出厂。
4.2 底层道碴摊铺
底层道碴厚度200 mm , 采用自卸汽车运输,人工配合推土机、压路机进行整平压实。
4.3 轨排铺设
对正式轨排和过渡轨排,采用不同的方法铺设。
(1) 正式轨排的铺设:在地面线有碴轨道普通线路地段铺设正式轨排,其钢轨、轨枕、接头夹板、扣件及轨枕间距均按设计标准铺设。
(2) 过渡轨排的铺设:在地面线有碴轨道无缝线路地段铺设过渡轨排,其钢轨采用与设计同类型的25 m 无孔待焊钢轨,轨枕、扣件及轨枕间距均按设计标准进行铺设,接头用短轨头外加夹板进行连结。采用PG216 轻型铺轨机先铺设右线(除有碴有缝线路的正式轨排、有碴无缝线路的过渡轨排外),铺通右线后,再铺左线的有碴线路轨道。
4.4 大型机械化养路机组( MD Z) 作业
碎石道床的密实度、纵向阻力、横向阻力以及轨道的方向、高低等参数能否达标直接关系到工程质量的好坏,直接影响到列车能否高速、平稳地运行。事实证明,人工养路已很难达到精度要求,所以碎石道床大型机械化养路机组(MDZ) 的作业至关重要,而且要求有适用于碎石道床的施工工序。主要作业内容为整形、配碴、起道、拨道、捣固、稳定。道床状态参数必须满足规定要求:枕下道床密度≥1170 g/cm3 、枕下道床支承刚度73～80 kN/mm 、道床横向阻力≥8 kN/枕。轨道几何形态允许偏差:轨距-2 mm ; 水平±5 mm ; 轨向(静态+ 4 测量弦长:直线10 m 、曲线20 m ; 动态管理波长40～50 m) ±5 mm ; 高低±5 mm ; 扭曲(三角坑)1 ‰(每3 m 测量基线);曲线正矢符合设计要求。
4.4.1 工艺流程
根据该线施工特点及施工安排,机械养护作业流程为:4 遍配碴整形,3 次捣固,4 次动力稳定。
(1) 配碴整形主要为均碴、拢碴、整形。第一、二遍作业速度控制在5 kmΠh 以内,第三、四遍作业速度控制在3 km/h 以内。最后检查碴肩堆高是否合格。
(2) 起、拨道捣固作业(见表1)
表1 起、拨道捣固作业指标
(3) 动力稳定指标(见表2)
表2 动力稳定指标
4.4.2 设备的配置
大型养路机械养路的设备由配碴整形车(SPZ2200 型) 、08232 型起、拨道捣固车及WD2320 型线路动力稳定车组成。
4.4.3 作业人员的组织
大型养路机械养路作业人员的组织见表3 。
表3 大型养路机械养路作业人员的组织
曲线表、线路纵断面图、起道量表等技术资料,要求资料齐全、准确。
4.4.5 大型养路机械施工方法
配套的养路机械在养路中能进行起、拨、捣固,道床配碴、整形及道床稳定等连续作业。新铺的道床经大型养路车组3～4 遍作业后,可使线路方向、水平、高低的误差控制在允许范围以内。经科研单位的检测, 其施工质量完全符合要求。
4.5 长钢轨拉卸
右线铺轨(轨排) 后,用城铁长轨运输车,根据轨条设计布置图,先拉卸左线整体道床的长钢轨,然后依次拉卸右线长钢轨,最后拉卸左线有碴线路的长钢轨。左线整体道床与碎石道床结构分界点处的长钢轨根据其实际长度在场内焊接,然后在现场合拢。
4.6 工地长钢轨的焊接
钢轨的型号检验合格后,采用已成熟的小型气压焊焊接工艺,将125 m 长钢轨焊联为900～1 200 m 的单元轨节。
4.7 长轨的换铺
人工将有碴轨道无缝线路地段过渡轨排扣件拆除,将短轨拨至道心,换铺成单元轨节,然后上好扣件, 用无孔连接器连接单元轨节。
4.8 应力放散与线路锁定
按照轨条设计布置图,拆开扣件,每隔8 m 在轨下垫入一对聚四氟乙烯板,用撞轨器撞轨,以放散单元轨节内的应力,然后再采用连入法,在设计锁定轨温范围内将线路锁定。若应力放散后的轨温仍低于设计锁定轨温,则采用拉伸器将钢轨拉伸至设计锁定轨温再锁定线路。长钢轨的现场焊接采用成熟的小型移动式气压焊来完成。
4.9 无缝线路应力放散和拉伸锁定
无缝线路采用“ 连入法”施工,即将相邻单元轨节钢轨依次焊联并放散应力或拉伸后锁定成无缝线路。
(1) 当锁定作业轨温处于设计锁定轨温范围内时, 采用滚筒配合撞轨器撞轨进行应力放散后再锁定线路,称为“ 滚筒法”放散应力锁定无缝线路。
(2) 当锁定作业轨温低于设计锁定轨温时,采用滚筒配合撞轨器撞轨进行应力放散后,再用拉伸器均匀拉伸单元轨节钢轨,使其达到设计锁定轨温应有的长度后再锁定线路,称为“ 拉伸器滚筒法”放散应力后拉伸锁定无缝线路。
5 结束语
钢弹簧浮置板有内置式和侧置式两种形式,空间紧凑,既可预制,也可现浇,可以做得较长,接头少,动力特性好,施工方便,容易检查维修,而且寿命很长,可对地基不均匀沉降进行调整而不影响运营,隔振效果又好,技术优势明显,值得推广应用。
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