車輛段預(yù)制檢修立柱生產(chǎn)及應(yīng)用

呂汝貴（中鐵十四局集團(tuán)有限公司,山東 濟(jì)南 250101）

昆明軌道交通5號(hào)線世博車輛段位于昆明市盤龍區(qū)東三環(huán)與白龍路交叉口，主要承擔(dān)列車運(yùn)營(yíng)、整備、檢修、停放等工作。地鐵車輛段庫(kù)內(nèi)停車檢修功能主要由三種形式組成，整體道床、壁式檢查坑和柱式檢查坑，軌道系統(tǒng)由鋼軌、扣件、軌枕、道床等組成[1]。目前，整體道床和壁式檢查坑均可采用預(yù)制短軌枕與混凝土基礎(chǔ)連接，而柱式檢查坑則未能實(shí)現(xiàn)預(yù)制。檢修立柱作為車輛段中的重要功能構(gòu)件，上部與鋼軌連接，下部與基礎(chǔ)連接，通過(guò)發(fā)揮自身的承載力將上部荷載傳遞給基礎(chǔ)。列車在軌道上運(yùn)行時(shí)，不僅會(huì)產(chǎn)生重力荷載，還會(huì)產(chǎn)生制動(dòng)力、牽引力、橫向搖擺力等列車相關(guān)荷載。

傳統(tǒng)工法采用400mm×400mm的現(xiàn)場(chǎng)澆筑混凝土柱，主要存在問(wèn)題：柱數(shù)量大、施工工期長(zhǎng)、施工條件困難、質(zhì)量差、不美觀、返工量大等[2]。針對(duì)支模現(xiàn)澆混凝土柱的不足，少量車輛段采用鋼檢修立柱，優(yōu)點(diǎn)在于：輕巧美觀、安裝方便、速度快，現(xiàn)場(chǎng)安裝運(yùn)輸條件較好，質(zhì)量有保證；但也存在不足：①鋼檢修立柱生產(chǎn)綜合成本較高，是現(xiàn)場(chǎng)澆筑造價(jià)7倍以上；②鋼結(jié)構(gòu)易腐蝕生銹，后期維護(hù)成本較大；③柱腳預(yù)埋螺栓精度要求高，柱頂和柱腳的連接精度難以同時(shí)保證，施工誤差難以消除。

采用預(yù)制檢修立柱對(duì)于提高施工質(zhì)量、節(jié)省造價(jià)、保證軌道工藝安裝精度和提高施工效率有重要意義。為了減輕單根預(yù)制構(gòu)件重量，從提高運(yùn)輸和現(xiàn)場(chǎng)裝配的效率考慮，本文提出了預(yù)制空心混凝土軌道柱，并對(duì)該預(yù)制柱進(jìn)行受力分析，對(duì)連接節(jié)點(diǎn)進(jìn)行試驗(yàn)，確保受力滿足規(guī)范要求。

1 生產(chǎn)工藝

經(jīng)過(guò)與軌道專業(yè)溝通，考慮預(yù)制精度，柱截面尺寸可優(yōu)化為350mm×350mm，高度約985mm，經(jīng)過(guò)調(diào)研管樁生產(chǎn)工藝，可以采用立模法生產(chǎn)工藝批量生產(chǎn)，采用管樁生產(chǎn)材料及蒸養(yǎng)設(shè)備，加快產(chǎn)品生產(chǎn)周期，如圖1所示。為了減輕軌道柱重量，采用高標(biāo)號(hào)混凝土和空心軌道柱方案，結(jié)合管樁生產(chǎn)工藝和鋼筋保護(hù)層要求，空心最大直徑采用150mm，柱頂部采用實(shí)芯段，高度250mm，如圖2所示，軌道柱重量與現(xiàn)場(chǎng)現(xiàn)澆相比減輕42%，便于現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)輸和安裝。

圖1 生產(chǎn)模具

圖2 生產(chǎn)產(chǎn)品

預(yù)制空心混凝土軌道柱主要特征：①柱頂部預(yù)埋2個(gè)套筒，安裝時(shí)與軌道扣件螺栓連接；②柱底部預(yù)留8個(gè)縱筋鋼筋接駁器，與基礎(chǔ)采用濕節(jié)點(diǎn)連接；③柱下部中間空心，以減輕自重和安裝燈具管線通道。

主要生產(chǎn)工序：鋼筋籠的編制→鋼筋籠底部擰入接駁器→鋼筋籠放置立模模具→軌道套筒預(yù)埋及燈具PVC管線預(yù)埋→混凝土布料→蒸壓養(yǎng)護(hù)→脫模→打包成形，模具周轉(zhuǎn)周期2～3次/天，生產(chǎn)效率高。

工地安裝順序：澆筑筏板基礎(chǔ)，預(yù)留擋土墻插筋→安裝軌道胎架，調(diào)整軌道精度→吊裝預(yù)制空心混凝土柱→通過(guò)預(yù)埋接駁器接長(zhǎng)預(yù)制混凝土柱底縱筋，錨入擋土墻內(nèi)→擋土墻封模→澆筑擋土墻混凝土→澆筑排水坡和排水溝素混凝土。

2 計(jì)算模型

軌道柱計(jì)算參數(shù)：混凝土等級(jí)C60，截面尺寸為350mm×350mm×985mm，空心直徑150mm，柱配筋采用8C18，箍筋采用Φ 8@100，立柱縱向中心間距為1250mm，6輛編組檢修坑長(zhǎng)度約120m，橫向間距為1510mm，側(cè)面600mm高擋土墻，采用400mm～500mm厚筏板基礎(chǔ)，中間設(shè)置排水溝，檢修坑平剖面圖見(jiàn)圖3和圖4，選取一段的柱式檢查坑建立整體有限元模型，如圖5所示，利用Midas-civil有限元軟件進(jìn)行計(jì)算分析。

圖3 軌道柱檢修坑平面圖

圖4 軌道柱檢修坑剖面圖

圖5 Midas-civil有限元模型及列車荷載

地鐵列車荷載采用國(guó)標(biāo)A型車，車輛定距15.7m，固定軸距2.5m，車輛最大軸重16t，最小軸重8t，沖擊系數(shù)取1+μ，μ宜按現(xiàn)行《鐵路橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定的值乘以0.8，制動(dòng)力或牽引力按列車豎向靜活載的15%計(jì)算，橫向搖擺力按相鄰兩節(jié)車四個(gè)軸軸重的15%計(jì)，以集中力形式，作用于軌頂面處[3]。

列車鋪軌運(yùn)行后最不利荷載作用下，軌道柱軸力、剪力、彎矩最大值，見(jiàn)表1。

表1 預(yù)制檢修立柱內(nèi)力標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算結(jié)果

結(jié)合軌道專業(yè)提出的要求，給出了試驗(yàn)時(shí)預(yù)制檢修立柱試驗(yàn)內(nèi)力建議值，見(jiàn)表2。

表2 預(yù)制檢修立柱試驗(yàn)內(nèi)力建議值

3 試驗(yàn)結(jié)果

預(yù)制產(chǎn)品選用2組做抗壓試驗(yàn)，選3組做抗拔試驗(yàn)，選3組做節(jié)點(diǎn)連接低周往復(fù)試驗(yàn)。試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)如圖6所示。

圖6 抗壓、抗拔和低周往復(fù)試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)

根據(jù)測(cè)試數(shù)據(jù)，繪制軸壓試驗(yàn)荷載位移曲線，如圖7所示。

圖7 軸壓試驗(yàn)荷載位移曲線

試件軸壓試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3，由此可見(jiàn)極限抗壓承載力是設(shè)計(jì)建議值15倍。

表3 試件軸壓試驗(yàn)結(jié)果

試件拉拔試驗(yàn)數(shù)據(jù)如圖8所示，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4，由此可見(jiàn)極限抗拔承載力是圖8受拉承載力設(shè)計(jì)建議值1.7倍。

表4 試件拉拔試驗(yàn)結(jié)果

圖8 受拉承載力

試件低周往復(fù)荷載試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5。

由表5可知，正向抗剪極限力是設(shè)計(jì)建議值2.46倍，負(fù)向抗剪極限力是設(shè)計(jì)建議值3.02倍。

表5 試件低周往復(fù)荷載試驗(yàn)結(jié)果

4 產(chǎn)品應(yīng)用

本預(yù)制檢修立柱產(chǎn)品成功應(yīng)用于昆明軌道交通5號(hào)線世博車輛段中，經(jīng)過(guò)實(shí)踐檢驗(yàn)，預(yù)制產(chǎn)品能在工廠中大規(guī)模批量生產(chǎn)，質(zhì)量有保證，生產(chǎn)周期快，能滿足現(xiàn)場(chǎng)安裝需求，安裝周期與傳統(tǒng)支模現(xiàn)澆也有較大幅度提升。

5 現(xiàn)場(chǎng)預(yù)制柱安裝

車輛段預(yù)制檢修立柱的安裝對(duì)安裝精度要求較高，現(xiàn)場(chǎng)安裝的垂直度等直接影響后續(xù)施工工序的質(zhì)量。

5.1 澆筑筏板基礎(chǔ)

筏板基礎(chǔ)配筋同現(xiàn)澆柱式檢修地溝，不需要預(yù)留預(yù)制檢修立柱鋼筋，只需預(yù)留擋土墻插筋。設(shè)計(jì)擋土墻寬度同軌道預(yù)制檢修立柱。但擋土墻上部鋼筋間距小，部分柱底錨固鋼筋位置與擋土墻上部鋼筋沖突，無(wú)法將鋼筋擰入預(yù)制檢修立柱底部預(yù)留的鋼筋接駁器中（8根縱筋鋼筋接駁器）。現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)，需適當(dāng)調(diào)整，便于將預(yù)留預(yù)制檢修立柱鋼筋擰入預(yù)留的鋼筋接駁器中。

5.2 安裝軌道臺(tái)架，調(diào)整軌道精度

筏板基礎(chǔ)澆筑完成后即可進(jìn)行軌道臺(tái)架安裝。因?yàn)檎麠l檢修地溝的預(yù)留預(yù)制檢修立柱都需依靠軌道及軌道臺(tái)架支撐起來(lái)，所以傳統(tǒng)的架軌設(shè)備剛度無(wú)法滿足。采用定制槽鋼軌道臺(tái)架或搭設(shè)鋼管腳手架軌道臺(tái)架。軌道臺(tái)架安裝完成后，即可進(jìn)行架軌，首先對(duì)軌道進(jìn)行粗調(diào)，利用加密基標(biāo)對(duì)拼裝好的軌道方向和高程進(jìn)行粗略調(diào)整。在調(diào)整過(guò)程中，采用起道架同時(shí)頂起左右軌道，先用L型軌道卡尺對(duì)軌面高程快速調(diào)整。粗調(diào)后的軌道方向和高程偏差控制在規(guī)范范圍內(nèi)。

5.3 吊裝預(yù)制軌道預(yù)留預(yù)制檢修立柱

軌道臺(tái)架及軌道安裝完成后，現(xiàn)場(chǎng)采用兩臺(tái)自行設(shè)計(jì)的門式起重機(jī)吊對(duì)預(yù)制檢修立柱進(jìn)行吊裝，吊裝過(guò)程中對(duì)每一根預(yù)制柱位置進(jìn)行嚴(yán)格定位，根據(jù)定位點(diǎn)對(duì)預(yù)制柱進(jìn)行安裝，使預(yù)制柱與軌道固定在一起，吊裝過(guò)程中對(duì)成品保護(hù)要到位。

經(jīng)驗(yàn)收合格后方可進(jìn)行預(yù)留預(yù)制檢修立柱吊裝。預(yù)留預(yù)制檢修立柱吊裝要軌道兩側(cè)對(duì)稱吊裝，以免引起軌道傾覆。安裝過(guò)程中需要各專業(yè)配合，注意辨識(shí)柱頂軌底坡的方向，軌底坡坡向軌道內(nèi)側(cè)。

5.4 接預(yù)制軌道預(yù)留預(yù)制檢修立柱柱底鋼筋

軌道預(yù)留預(yù)制檢修立柱安裝完成后，即可開(kāi)始接預(yù)留預(yù)制檢修立柱柱底錨固鋼筋。錨固鋼筋長(zhǎng)度應(yīng)滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求（即套筒長(zhǎng)45mm，鋼筋旋入22.5mm，留22.5mm，誤差±1mm），將錨固鋼筋依次擰入預(yù)制預(yù)留預(yù)制檢修立柱底部預(yù)埋的鋼筋接駁器中。對(duì)已加工好的預(yù)留鋼筋進(jìn)行安裝，預(yù)制立柱提前預(yù)留套筒，單個(gè)套筒拉拔力80kN，與地梁結(jié)構(gòu)鋼筋采用焊接，保證能與地梁進(jìn)行有效搭接，取代接頭套筒機(jī)械連接的形式。為保證扣件安裝精度，孔眼位置應(yīng)保證與扣件相匹配。擰緊后需要用力矩扳手進(jìn)行檢驗(yàn)，檢驗(yàn)合格方可進(jìn)行下一道工序。軌道安裝精度要求見(jiàn)表6。

表6 預(yù)制檢修立柱安裝精度表

安裝現(xiàn)場(chǎng)如圖9所示。

圖9 安裝現(xiàn)場(chǎng)

5.5 澆筑擋土墻混凝土

柱底錨固鋼筋驗(yàn)收合格后，對(duì)軌道進(jìn)行精調(diào)，精調(diào)完成后對(duì)軌道進(jìn)行驗(yàn)收，驗(yàn)收合格后澆筑擋土墻混凝土。澆筑擋土墻混凝土?xí)r，不可擾動(dòng)軌道臺(tái)架。混凝土澆筑完成后，對(duì)軌道中心線、標(biāo)高和軌距進(jìn)行復(fù)測(cè)。

5.6 拆模養(yǎng)護(hù)

混凝土澆筑完成后應(yīng)及時(shí)進(jìn)行保濕養(yǎng)護(hù),養(yǎng)護(hù)時(shí)間不少于7d。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)結(jié)果，對(duì)比測(cè)算一條軌道安裝工時(shí)，見(jiàn)表7，預(yù)制檢修立柱工期僅需傳統(tǒng)方案33%，人工時(shí)僅需傳統(tǒng)方案28%，大幅度節(jié)省工期和節(jié)約人工時(shí)。

表7 單條軌道施工工時(shí)對(duì)比表

6 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)傳統(tǒng)支模現(xiàn)澆方案不足和裝配式鋼結(jié)構(gòu)檢修立柱使用缺陷，本文提出預(yù)制檢修立柱方案，通過(guò)工廠試制、構(gòu)件及節(jié)點(diǎn)試驗(yàn)，證明新產(chǎn)品及連接節(jié)點(diǎn)方案可行性。

理論計(jì)算和試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比，極限抗壓承載力是設(shè)計(jì)建議值15，極限抗拔承載力是設(shè)計(jì)建議值1.7倍，正向抗剪極限力是設(shè)計(jì)建議值2.46倍，負(fù)向抗剪極限力是設(shè)計(jì)建議值3.02倍，均滿足規(guī)范要求，且局部指標(biāo)安全度富余較大，保證產(chǎn)品質(zhì)量。

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)安裝實(shí)踐檢測(cè)，預(yù)制檢修立柱工期僅需傳統(tǒng)方案33%，人工時(shí)僅需傳統(tǒng)方案28%，大幅度節(jié)省工期和節(jié)約人工時(shí)。