地鐵既有道床降振改造施工設備及工藝研究

0 前 言

軌道交通系統引起的環境振動和噪音，主要由于地鐵列車在移動中，車輪與軌道接觸引起軌道周期性的振動和產生的噪音。這些振動經鋼軌通過道床傳到隧道結構，再通過隧道結構傳遞到周圍的土層中，進而通過土層向四周傳播，引起地面建筑物振動，通過空氣傳播產生二次輻射噪聲。

隨著人們生活水平的不斷提高及和諧社會建設步伐的加快，人們對建筑物降噪減震的要求也越來越高。解決既有地鐵運營引起鄰近建筑物的振動和噪音問題，已擺在人們面前。

目前，除上海外，北京、廣州等建成地鐵較多的城市也需要對既有運營地鐵道床進行改造，以減少噪聲及振動對人們的日常生活影響；同時將為客運專線、高速鐵路等整體道床的維修施工提供借鑒，因此，研究一套適合于地鐵改造施工特點的施工工藝和施工鋪裝設備迫在眉睫。

1 施工技術難點

①保護地鐵線路既有設施和主體結構在施工中不受損壞。

②基礎施工材料在短時間內達到強度要求。

③減少施工對市民日常生活的影響，避免二次噪聲對居民的影響。

④既有地鐵鋼筋混凝土道床快速拆除和鋼彈簧浮置板軌道快速鋪設施工難度大。

⑤需對混凝土切割、浮置板鋪設等施工設備和工裝進行配套研發，并集成為機械化工程施工列車，技術難度大。

⑥若保留既有整體道床基地，切割精度的控制是施工的難點。

2 總體施工技術研究

采用繩鋸切除的方式進行整塊切除，利用切割設備（液壓墻鋸、繩鋸等）切割成大塊，運出洞外破碎，整體道床總體切割示意圖見圖1。局部平整度達不到設計要求時，采用自流平砂漿進行找平，在隔振器位置加設鋼板。

圖1 整體道床總體切割示意圖

圖2 整體道床拆除工藝流程

圖3 道床兩側切割平面示意圖

圖4 道床中部混凝土切割平面示意圖

圖5 繩鋸切割斷面圖

主要設備配置表 表1

圖6 WS440液壓墻鋸

圖7 K3600型液壓手持切割機

圖8 液壓繩鋸

圖9 PP325E液壓動力站

如果施工地段基底混凝土不能滿足浮置板的鋪設要求，將對整體道床全部鑿除，進行道床全部更換。

①在普通整體道床改造前，須對需要改造地段的無縫線路進行測量作業。測量既有軌面標高和線路中線，參照普通整體道床竣工時的曲線要素和坡度表，結合線路的實際情況，將既有軌道控制基標全部外移到線路的兩側不被破壞的位置，作為線路改造的控制點。

②釋放鋼軌應力，將無縫線路切割成長10.8m軌節的有縫線路。

③對既有整體道床分塊分段進行切割清理，切割至浮置板基底表面。

④對基底進行處理，達到浮置板安裝條件。

⑤整體道床更換按照線路下坡方向安排施工，設置臨時排水過渡通道和污水沉淀井。

⑥施工劃分為混凝土鑿除區、清理區、基底處理施工區和浮置板安裝區等四個主要區域，流水作業施工。

3 既有道床拆除施工工藝研究

3.1 工藝流程

整體道床拆除工藝流程如圖2所示。

3.2 拆除道床兩側混凝土

利用研發的液壓墻鋸機和液壓鎬進行切割和破除圖1中①部分道床兩側混凝土。施工平面圖見圖3。

首先在距線路中心1.07m處沿線路方向兩側用墨斗彈出切割線，同時在試驗段的下游設置污水井（利用既有兩側的排水溝），然后安裝液壓墻鋸機沿線路方向進行縱向切割，手持切割機進行橫向切割，液壓鎬配合鑿除道床兩側混凝土。后續安排人員對混凝土廢料進行裝袋并搬運到指定位置。

3.3 “繩鋸切割法”拆除既有道床中部混凝土

采用繩鋸切割的方式進行整塊切除圖1中②部分道床中部混凝土，③為保留區。先用液壓墻鋸安裝φ1000 mm的鋸片，在作業地段起點與終點橫向切割（兩刀）破除寬40mm的區域作為安裝鏈繩的空間。然后在切割施工區段中間軌道兩側各設置一處繩鋸導向裝置安裝孔，孔洞采用取芯鉆（直徑100mm）排孔施工，尺寸（長）200mm×（寬）100mm，以便鏈繩安裝，并確保緊貼基底面進行切割。繩鋸及導向裝置安裝完成后，先切割施工區段前、后兩塊3.6m的道床混凝土，最后再切割施工區段中部一塊3.6m的道床混凝土。中部切割平面示意圖見圖4，繩鋸切割斷面圖見圖5。

4 配套的施工設備研究

4.1 設備及配套設施的選型原則

①國內外名優產品。

②工作效率高，現場組裝方便，操作便捷。

③施工作業滿足地鐵建筑限界要求，裝載運輸滿足地鐵車輛限界要求。

④設備作業時減振、降噪、防污染效果好，對原有隧道管片及設施能有效保護。

4.2 主要施工機械設備的配備

所有機械設備均裝載地鐵平車上隨進隨出，主要機械設備配置見表1。

4.3 液壓墻鋸機

液壓墻鋸機是用于切割橫向及縱向切割，型號WS440，最大切深厚度為530mm，綜合計算每天可切割25m。設備如圖6。

4.4 K3600型液壓手持切割機

K3600型液壓手持切割機用于整體道床兩側橫向切割（如圖7），技術參數如下：功率4.3kW，最大切割厚度260mm,鋸片φ350，綜合計算每天可切割30m。

4.5 液壓繩鋸

液壓繩鋸（如圖8）用于切割軌枕及以下道床，液壓繩鋸機與導輪放置于前一破除面，機器型號CS2512，繩鋸長12m。綜合計算每天可切割16.5m。

4.6 液壓動力站

液壓動力站用于給液壓鎬及手持鋸提供液壓動力。液壓動力站（如圖9）型號PP325E，主要參數：40L/Min,140Bar。

5.7 路面切割機

路面切割機（如圖10）用于切割液壓墻鋸切割后底部剩余混凝土，縱向切割。型號：FS700EX，功率7.5kW

4.8 懸臂軌道吊車

懸臂軌道吊車（如圖11）是用于鋪設浮置板、起吊設備、回收切割后的混凝土垃圾等。

額定起重量：10t

軌距：1435mm

最大作業坡度：30‰

通過最小曲線半徑：300m

外形尺寸（長×寬×高）：16400mm×2540mm×3800mm

5 結論及建議

圖10 FS700EX路面切割機

①對切割后留用的基底面平整度和基底面剛度及強度應進行檢測、評估。

②現場施工作業面狹窄，對各工序形成流水作業在實踐中進一步優化。

③在進行既有線施工過程中，需確保地鐵既有設施和主體結構在施工中不受損壞，對于重點設備結構和功能應進行評估和完善。

④拆除既有單線圓形隧道內鋼筋混凝土道床，將其改造為減振降噪效果明顯的浮置板軌道。該技術在國內外尚屬首次，沒有設計、施工先例可借鑒。

圖11 懸臂軌道吊車

[1]彭勝群.地鐵振動污染防治對策[J].鐵道勞動安全衛生與環保,2004(3).

[2]孫曉靜,劉維寧,張寶才.浮置板軌道結構在城市軌道交通減振降噪上的應用[J].中國安全科學學報,2005(8).

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