城市軌道交通工程小半徑曲線組合道岔軌道施工技術

張 濤，王 波，黃國慶

(中鐵一局集團新運工程有限公司,陜西咸陽 712000)

城市軌道交通工程小半徑曲線組合道岔軌道施工技術

張 濤，王 波，黃國慶

(中鐵一局集團新運工程有限公司,陜西咸陽 712000)

根據重慶軌道交通6號線大劇院車站設計的小半徑曲線組合道岔實際情況，針對小半徑曲線組合道岔進行施工，通過試驗性理論計算、現(xiàn)場模擬對比、量測及針對性研究，對于道岔布置、軌底坡超高、曲線加寬、道岔彎曲狀態(tài)下幾何尺寸的調整及道岔道床施工技術進行了攻克，施工完成的曲線道岔滿足大劇院站線路連接及車輛折返要求，同時完善了曲線道岔施工技術流程。

城市軌道交通；小半徑曲線組合道岔；施工技術

1 概述

在城市軌道交通工程中,小半徑曲線和大坡度縱斷面所占的比重較大,目前國內還沒有設置曲線組合道岔的相關規(guī)范和工程實例。鐵路規(guī)范規(guī)定道岔應設在直線和小坡度線路上,在城市繁華區(qū)域范圍修建城市軌道交通,為繞避控制性建筑物,需要設置多處單渡線、折返線等組合道岔,這給設計及施工均帶來很大困難。

在大坡度小半徑曲線上設置單渡線組合道岔技術難度很大,國內目前沒有先例。通過對重慶軌道交通6號線大劇院站臨時單渡線曲線組合道岔的設置、施工及改建方案的研究,提出為了滿足在大劇院站折返運營的需要,在站后設置了小半徑曲線道岔用于折返單渡線組合道岔。重慶軌道交通公司結合6號線一期工程的場地局限性、結構主體完成情況及運營通車目標,為確保運營段車輛能正常運行折返于大劇院站,經多方考究和論證,嘗試在大劇院車站設置臨時折返的小半徑組合曲線道岔。

2 小半徑曲線組合道岔設計平面布置特點

小半徑曲線道岔由2組道岔組成,左線道岔為對稱道岔,右線道岔為單開曲線型道岔。對稱道岔兩側曲線半徑均為R-300 m；曲線道岔主曲線半徑為R-300 m,側股曲線半徑為R-150 m。對稱道岔前端距離豎曲線終點23 m,岔前及左側岔后為R-300 m圓曲線,總長29.13 m。曲線道岔主線岔前岔后為R-300 m圓曲線,側線與對稱道岔右線相連,總長40.029 m。兩道岔位于25‰坡道上,平面布置如圖1所示。

圖1 大劇院站小半徑曲線組合道岔平面布置（單位：m)

對稱道岔R-300 m半徑容許通過速度為44 km/h；對稱道岔R-300 m半徑與曲線型單開道岔R-150 m半徑相接,一側容許通過速度為30 km/h；曲線型單開道岔R-300 m半徑容許通過速度為44 km/h；曲線型單開道岔R-150 m半徑容許通過速度為30 km/h。

大劇院站后300 m半徑曲線正常線路超高值為100 mm。道岔區(qū)不設超高,道岔前后20 m范圍內不設超高。

3 施工工藝原理

小半徑曲線組合道岔整體道床計劃采用1個作業(yè)面進行施工,曲線道岔施工采用“人工散鋪法”進行,先按照設計道床高度尺寸施工遠期正常曲線超高形式整體道床,布置短軌枕并預留扣件螺栓孔,進行一次性澆筑,對先澆筑的道床平整度需要嚴格控制,使其橫向、縱向平面高差嚴格控制在+5 mm范圍內,以滿足道岔合成樹脂軌枕的鋪設平整要求。整體道床成型后拆除先澆筑的遠期道床軌道及扣配件,在整體道床軌枕間隙中埋入合成樹脂軌枕,精確布置合成樹脂軌枕位置,經過提前對合成樹脂軌枕包裹密封,道岔釘聯(lián)完成后,設置豎向限位裝置,填充PMC砂漿作為合成長枕的縱橫向限位,使其長軌枕與遠期道床形成穩(wěn)固整體,精調曲線道岔幾何尺寸,完成曲線道岔施工。

4 施工工藝流程

重慶軌道交通6號線一期大劇院車站小半徑曲線組合道岔工程是國內首例探索性的嘗試,僅從施工方面而言,不僅是一個新的挑戰(zhàn),也是施工技術不斷挑戰(zhàn)的嘗試和探索,通過對大劇院曲線道岔整個施工過程的參與、探討和研究,對于各個施工工藝進行了組織整理,工藝流程見圖2。

4.1 遠期道床測量基樁

根據測量高精度控制基樁放樣的加密基標,并根據道床結構(是否含有超高等)在道床范圍內放樣的一排為3個控制點,每隔5 m放置一排,并利用紅色油漆在控制點的基樁上標注準確高程線,控制在+5 mm范圍內,見圖3。

4.2 遠期道床收面控制精度要求

根據測量放樣的基樁,采用紅色油漆標識曲線范圍內道床澆筑面高度,通過采用道床范圍內放樣的一排為3個樁,根據紅色油漆標識位置縱、橫連線,使其達到三點形成水平狀態(tài),控制道床澆筑面要抹平,控制在+5 mm范圍內,滿足外股鋼軌軌面下翻351 mm的

圖2 大劇院站小半徑曲線組合道岔施工工藝流程

圖3 道床控制高程樁及道床面標識線

高程要求,致使內外股形成平面,確保澆筑道床面水平,見圖4。

圖4 澆筑完成的遠期道床軌道（單位：mm)

4.3 軌枕、間距

(1)依據道岔鋪設圖,將曲線道岔設計的長軌枕間距進行測量標識,在已經成型的道床短軌枕間距內畫出標識線,并按照道岔道床設計的板塊尺寸仔細調整并清晰標識于遠期道床鋼軌底部翼緣。

(2)根據鋼軌上量測定位的合成樹脂軌枕間距標識線,準確布置并合理安裝樹脂合成軌枕。

(3)結合曲線道岔設計施工圖紙要求,對合成軌枕的間距要求嚴格控制在+5 mm偏差范圍內,以曲線道岔合成樹脂軌枕間距為基準,控制和調整遠期道床軌枕間距尺寸。

4.4 綁扎和鋼筋調整

根據曲線道岔設計施工圖紙對遠期道床配置鋼筋,制作安裝,嚴格按照鋼筋綁扎間距尺寸并進行焊接,通過遠期道床面高程準確控制調整曲線道岔內、外股道鋼筋調控高度,使鋼筋面層呈平面,通過計算為澆筑道床面預留鋼筋保護層厚度,不小于20 mm。

4.5 遠期道床澆筑

采用C40混凝土澆筑,利用泵送形式,澆筑前,根據測量放樣的基標及遠期道床面控制線,利用水平尺及線繩縱、橫控制,待澆筑后通過拉的控制線將道床面控制至+5 mm范圍內,要求澆筑道床面呈平面狀態(tài),如圖4所示。

4.6 拆除遠期軌道

(1)準確固定合成樹脂軌枕后,對于遠期軌道及扣配件進行拆除,對于拆除的扣配件進行堆放存儲,為后期拆除曲線道岔恢復遠期軌道做好先決條件。

(2)除曲線道岔范圍內的鋼軌需要拆除,其余渡線范圍內的鋼軌不予拆除,通過內軌鋼軌抬平進行調整軌面高程,與道岔軌面高程平順過渡。

4.7 鋪設聚乙烯塑料薄膜及包裹短軌枕

(1)根據道床寬度尺寸鋪設塑料薄膜,利用裁紙刀根據露出遠期道床面的軌枕塊,將軌枕塊位置按照軌枕尺寸準確裁剪,將塑料薄膜分為3塊,道床兩邊各1塊,預留中間掩壓,待設平整后,采用紙膠帶將其中部進行密封粘貼,確保密封嚴實不漏漿。

(2)利用裁剪下的道床塊塑料薄膜平鋪于遠期道床軌枕面,用來保護已經拆除的扣件螺栓孔,在軌枕四周采用同樣塑料薄膜包裹,采用膠帶嚴實密封,防止?jié)仓MC砂漿時與軌枕粘接,如圖5所示。

圖5 道岔施工鋪設的聚乙烯塑料薄膜及包裹完成的短軌枕

4.8 合成樹脂軌枕包裹覆蓋

(1)在曲線道岔枕木施工前,根據道岔鋪設軌枕間距將合成樹脂軌枕進行擺放,利用事先準備好的土工布對合成樹脂軌枕進行包裹,使其正面仰上,預留出道岔扣件安裝位置,并對包裹的封口進行膠帶密封粘貼。

(2)為確保包裹有效,防止PMC砂漿注漿時出現(xiàn)封口松動漏漿,造成遠期道床和近期道岔道床粘結,對于包裹的樹脂軌枕采用膠帶進行加固密封,使封口達到封閉嚴實可靠。如圖6所示。

4.9 道岔支架及軌面高程調整

(1)按照單開曲線道岔的轉轍器、連接部分、轍叉及護軌三大部分對道岔鋪設、固定進行綜合控制。根據道岔的曲線尺寸繪制改裝道岔支撐支架,其平面總布置如圖7所示。

圖6 架設完成的曲線道岔

圖7 曲線道岔改裝支架

(2)曲線道岔設計于遠期道床的小半徑曲線范圍內,其全超高為100 mm,根據遠期道床澆筑施工完成的情況,調整曲線道岔內股軌面高度,抬高曲線道岔內股高度,使曲線道岔左、右股鋼軌成水平狀態(tài),滿足曲線道岔行車安全要求。

4.10 粗調道岔幾何尺寸

采用道尺、方尺、支距尺、線錘和弦線,對道岔軌距、水平、高低、方向、支距、牽引點開口值、查照間隔、護背距離等軌道幾何狀態(tài)進行調整。

4.11 精調道岔幾何尺寸

采用道尺、線錘、支距尺和10 mm弦線,配合目測對道岔的軌距、水平、高低、方向、支距、尖軌與滑床板、尖軌與基本軌、轉轍部分、轍叉及護軌等進行全面檢查和精調。

4.12 道岔與線路過渡調整

(1)曲線道岔施工完成后,對于與曲線道岔前后過渡的線路共計10個板塊,通過調整內股鋼軌軌頂?shù)胶屯廛壾夗斠恢?使其達到過渡要求。

(2)可通過調整軌下或者扣件墊板的方式進行調整,根據調整高度值細化調整,使其過渡段滿足線路與曲線道岔過渡要求。

4.13 豎向限位

(1)根據精確布置的合成樹脂軌枕,通過支架架設并進行穩(wěn)固設置,根據樹脂合成軌枕中心間距畫線,確定出M24螺栓位置,采用M34電鉆準確鉆孔,鉆孔深度達遠期道床面約100 mm為止。

(2)完成鉆孔后,確認達到鉆孔深度要求后,采用吸塵器將鉆孔內渣料吸出,確保孔內清潔。

(3)采用注漿錨槍向遠期道床孔內注入錨固膠,植入M24絲桿,使絲桿自合成樹脂軌枕面豎向垂直于孔內并穩(wěn)固,合成樹脂軌枕面預留2～3 cm用于螺栓固定限位。待錨固膠初凝后緊固合成樹脂軌枕面的螺栓,保證道床面與合成樹脂軌枕通過限位裝置牢固限位。

(4)為防止注入錨固漿時泛漿,除曲線道岔的K5、K7及K6道床板部分螺栓要進行采用聚乙烯塑料膜包裹后植入并直接整孔內注漿外,其余每隔2根合成軌枕注漿時,對合成樹脂軌枕的鉆孔內螺栓四周采用柔性棉布填塞,防止注漿泛漿時粘接為一體,為后期貫通運營曲線道岔拆除創(chuàng)造實施條件。

4.14 模板支立

對于道岔的長軌枕在粗調完成后,進行支墩澆筑并經灑水養(yǎng)護24 h達到強度后,即可拆除模板及鋼軌支撐架,立模板。由于道岔模板種類繁多,立模板時須安排專人負責掌握模板尺寸,嚴格按照設計尺寸選用合適的模板支立。道岔模板采用木模板,模板內外側用方木支撐,方木支撐間隔不得大于80 cm,特殊地段視具體情況可適當調整加密支撐,以防灌注混凝土時跑模。

4.15 PMC砂漿灌注

(1)根據調整精確的道岔及包裹密封嚴實的遠期軌道軌枕塊,澆筑PMC砂漿,在合成樹脂軌枕底部澆筑2 cm厚,軌枕兩側直接澆筑至自合成軌枕面下返2 cm位置處,檢查對遠期道床軌枕面密封狀態(tài),發(fā)現(xiàn)存在開口、漏洞位置利用膠帶補充密封,澆筑PMC砂漿,以確保對遠期道床軌枕預留的螺栓孔全面保護,便于后期恢復線路。

(2)PMC砂漿拌制時,根據PMC砂漿的比例準備好相對數(shù)量的廠制砂漿粉及相當比重的拌和水(根據砂漿攪拌設備的攪拌容量配置),利用砂漿攪拌設備均勻拌和,達到要求后停止攪拌進行澆筑。

(3)灌注PMC砂漿時,利用小型料斗將砂漿進行灌注。為確保澆筑的密實度及牢固可靠性,采用鐵棒或木條對于灌注的軌枕底部、兩側砂漿進行人工搗固。

(4)灌注完成后,按照小半徑組合曲線道岔設計的各技術要求進行曲線道岔幾何尺寸及道床質量檢查。如圖8所示。

圖8 PMC砂漿澆筑完成的成品曲線道岔

5 控制難點

(1)軌枕間距

小曲線組合道岔采用的是長軌枕,而遠期永久整體道床采用的是短軌枕,其道岔長軌枕與道床短軌枕為穿插式布設,施工中確保了道岔長軌枕的精確,才可確保曲線道岔幾何尺寸的有效性,在長軌枕滿足間距布設要求的情況下調整遠期整體道床軌枕間距,施工中為一次性準確定位,計算軌枕理論間距與現(xiàn)場軌枕間距尺寸定位排列的方法相結合,準確定位,確保精確定位軌枕間距。

(2)遠期道床面施工控制

鑒于小半徑曲線組合道床為鑲嵌于遠期永久整體道床面之上,對此,施工過程中,先施工的遠期一半整體道床面控制難度較大,其道床面高差超過+5 mm范圍外,則將直接影響道岔長軌枕布設。為精確控制遠期永久道床面高度,采取道床面標識樁、標注標識線及澆筑過程中縱、橫向水平線繩的方式進行控制,確保澆筑施工一次到位,為道岔鋪設創(chuàng)造條件。

(3)遠期道床軌枕包裹保護

由于曲線道岔鑲嵌于遠期永久整體道床面,待曲線道岔整體道床澆筑PMC砂漿時,對處于曲線道岔內側的遠期整體道床軌枕掩埋,為確保后期拆除曲線道岔后,恢復遠期整體道床線路,澆筑道岔整體道床PMC砂漿前,對于永久道床軌枕采用聚乙烯薄膜進行包裹,并將軌枕孔利用棉布填塞,利用密封膠帶沿每個軌枕邊密封進行保護。

(4)幾何尺寸控制

由于曲線道岔為非標準設計,相對于標準道岔的直基本股也按照曲線半徑的曲率發(fā)生彎曲,道岔幾何尺寸調整與控制較為困難,利用以曲線道岔外軌作為標準基本軌控制整個道岔的幾何尺寸。采取理論計算曲線道岔所處曲線范圍內的曲線正矢數(shù)據,用10 m長度弦線量測正矢調整道岔外軌幾何尺寸,同時按照道岔不設超高的要求,利用曲線道岔配套支撐架調整道岔軌面處于水平狀態(tài)。依據放樣于曲線道岔基本股和曲股線路中心位置處的高精度線路測量基樁,結合以準確定位的外軌為標準設置定位測量點,采取基本股外軌對曲股外軌,基本股內軌對曲股內軌的方式,每個點位處自鋼軌內側工作邊垂直量測于相對的另一股鋼軌外側垂直點,通過設計的軌距數(shù)據調整,準確定位道岔設計的幾何尺寸及支距達到設計及驗收規(guī)范允許偏差范圍內。

對于曲線道岔由于整組道岔為曲線形,在施工中為確保有效控制,施工前理論計算精確定位、施工中每個尺寸精準測量及時調整、施工后及時復檢和尺寸調整,保證了非標準設計的小半徑曲線道岔各項幾何尺寸滿足設計要求。

(5)PMC砂漿振搗

由于曲線道岔長軌枕鑲嵌在永久整體道床短軌枕間隙中,且底部為遠期整體道床面,要確保澆筑PMC砂漿完全滲入長軌枕底部及兩側,達到密實、牢固狀態(tài)。首先確保PMC砂漿拌和后的和易性和流動性,確保砂漿能順利流入長軌枕預留的間隙內并填充,其次在局限性的小空間無法采用設備進行密實性振搗,則只能采取人工利用鐵棒或木條振搗密實,確保PMC砂漿的有效振搗,發(fā)揮其對長軌枕牢固的穩(wěn)定性能。

6 結語

重慶軌道交通6號線作為全國首例小半徑曲線組合道岔施工的試點項目,通過對施工技術的攻克研究,曲線道岔軌件受曲線彎曲率影響,道岔幾何尺寸的調整僅能依據設計給定標準執(zhí)行,并結合國家或行業(yè)規(guī)范,逐步調整至國家規(guī)范允許偏差范圍內,使幾何尺寸滿足設計要求和運營車輛的運行要求。通過完成整個道岔的施工作業(yè),積累了施工經驗,其施工總體效果良好。對于施工工藝形成了系統(tǒng)化流程,但還需要進一步總結,形成一套更為成熟的小半徑曲線組合道岔軌道施工技術流程,同時建議對于小半徑曲線組合道岔設計、驗收及質量控制建立成套規(guī)范及標準,以更好地推廣小半徑曲線組合道岔在城市軌道交通工程中的應用。

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Research on Track Construction Technology for Laying ComPosite Turnout on Small-radius Curved Line of Urban Rail Transit

ZHANG Tao,WANG Bo,HUANG Guo-qing
(Xinyun Project Co.,Ltd.of China Railway First Group,Xianyang 712000,Shaanxi Province,China)

U239.5；U213.6

B

10.13238/j.issn.1004-2954.2014.07.016

1004-2954(2014)07-0067-05

2013-08-19；

2013-09-10

張 濤(1984―),男,工程師,2010年畢業(yè)于西北農林科技大學土木工程專業(yè),E-mail:zt0108@126.com。