地鐵浮動梯形軌枕道床鋪設位移控制技術

文／孫超 中鐵三局集團線橋工程有限公司 河北廊坊 065201

引言：

伴隨我國經濟建設的不斷深入，我國的道路交通事業(yè)發(fā)展進入到了一個全新階段，這在一定程度上體現了經濟現代化發(fā)展的必然趨勢，同時更是各地域間進行經濟文化互通的必然需求。軌道交通的全面發(fā)展，在很大程度上對于我國的道路交通事業(yè)的發(fā)展起到了極大的推動作用，隨著科學技術的日益發(fā)展，軌道軌枕減振道床的鋪設技術也得到了極大的提升。為了緩解城市交通中的車流擁堵問題，有關設計單位研發(fā)了專門用于軌道交通，可起到振動主動隔離、降低噪聲干擾的浮動梯形軌枕[1]。浮動梯形軌枕主要由兩塊預制混凝土縱梁集成在左右兩端構成，細部結構中集成了限位凸臺、減振與緩沖墊等，結構外形與“梯子”類似，這種結構不僅加強了傳統軟枕中的橫向預應力，還具有框架式軌道的綜合特性優(yōu)勢。在地鐵中安裝浮動梯形軌枕，可以在很大程度上解決地鐵在行駛過程中的振動與噪聲問題，隨著相關工作在市場內的逐步推進，與之相關的研究成果得到大范圍推廣。但在浮動梯形軌枕道床鋪設過程中出現的道床位移誤差，容易使高速行駛的地鐵出現脫軌事故，不僅對乘坐地鐵的社會群體生命安全造成威脅，更是會對其后續(xù)運營造成負面影響。一些學者對此進行了研究，文獻[2]通過建立車輛-軌道耦合動力學模型，通過對比系統動力響應選擇最佳軌道類型；研究發(fā)現可以通過降低車速引起的軌下結構振動減少軌道位移，與長枕套靴式無砟軌相比，采用支承塊式彈性無砟軌，道床位移最小，適用于重載鐵路鋪設使用；文獻[3]以存在振動和位移較大問題的蘇州地鐵浮置道床為研究目標，將有限元建模方法和現場測試方法相結合，提出浮置道床減振優(yōu)化方案。分別針對扣件剛度、鋼彈簧剛度、浮置板配重構建有限元分析模型；根據模型和現場測試結果發(fā)現增加浮置板配重能夠減小道床振動，控制鋼軌和道床在鋪設過程中的位移。

為了避免地鐵脫軌事故，降低地鐵運營風險，應控制地鐵浮動梯形軌枕道床鋪設施工中的道床位移。因此，基于以上研究成果，本文設計了一種針對地鐵浮動梯形軌枕道床的鋪設位移控制技術。分析并選擇地鐵浮動梯形軌枕道床的最佳鋪設方式，嚴格控制梁面高程；實時測量軌道不同結構位置高度，初步控制位移。在結構中增設隔離層結構，并調整施工中的吊裝行為；設計專門用于梯形軌枕道床位置調整的支撐結構，實現對軌道結構位移的高效率控制。實例驗證結果證明本文設計的位移控制技術能夠有效控制道床鋪設位移，保障地鐵在行駛中的安全性，為乘客提供一個更加舒適、穩(wěn)定的乘車環(huán)境，保證地鐵等交通運輸工具在我國經濟市場的發(fā)展與建設中起到更加良好的作用。

1、地鐵浮動梯形軌枕道床鋪設位移控制技術

1.1 梯形軌枕道床鋪設中的高程檢測

為了降低梯形軌枕道床鋪設過程中的位移，應設計梯形軌枕道床整體結構與鋪設方式，并做好鋪設過程中的高程檢測，進行結構位移的初步控制。設計的地鐵浮動梯形軌枕道床鋪設方式如圖1所示。

圖1 地鐵浮動梯形軌枕道床的鋪設方式

梯形軌枕道床的軌頂高程不可以隨意發(fā)生改變，而在鋪設中的梯形軌枕又屬于預制構件[4]，因此，梯形軌枕道床結構下部梁面鋪設中的高程誤差會直接對基礎層位移量造成影響，從而影響或干預到基礎結構層的厚度，進一步對道床鋪設過程中的受力狀態(tài)造成影響[5]。

為了降低此步驟中的鋪設位移，應在鋪設時嚴格控制梁面高程，將軌頂作為高程基準線，通過對軌道不同結構位置高度的精準、實時測量，確保鋪設過程中的高度不得小于設計高度。同時，在鋪設過程中，要求梯形軌枕道床的中心線兩側各自預留1.3m的范圍，對此部分進行拉毛處理。此外，在梯形軌枕道床底部范圍內，不可以出現高度>10.0mm的結構。在鋪設時注意高程誤差的控制，將誤差控制在+10.0mm～-30.0mm范圍內，一旦在鋪設中測量發(fā)現梯形軌枕道床高程誤差超出設計范圍，需要及時采取有效的措施進行處理，否則將造成梯形軌枕道床鋪設位移。

1.2 地鐵浮動梯形軌枕吊裝行為調整

完成對梯形軌枕道床的高程檢測后，對其施工中的吊裝行為進行實時調整，降低由于不規(guī)范行為造成的鋪設位移。

在進行梯形軌枕道床鋪設施工前，需要在結構中粘有減振板的一側與底部位置增設一個隔離層結構。隔離層的材料為泡沫板，確保泡沫板與底面結構與側面結構完全填充與粘結后，對隔離層鋪設高度進行控制。在此過程中，應確保隔離層泡沫板的高度高于減振層3.0mm～5.0mm[6-7]。同時，在對此結構進行加工處理時，應將減振板的接觸面剪切成斜面，以便于在后續(xù)鋪設施工時，混凝土材料與結構的完全粘結。通常情況下，設置梯形軌枕的側面厚度在13.0mm～18.0mm之間，底部隔離層的厚度在25.0mm～35.0mm之間。隔離層示意圖如下圖2所示。

圖2 隔離層示意圖

按照圖2所示的結構進行隔離層處理。與此同時，對梯形軌枕道床進行吊裝施工處理。施工時要嚴格遵循吊裝規(guī)范，在選擇合理的吊裝行為作業(yè)點后，按照梯形軌枕拼接的順序，對結構進行依次吊裝。根據設計圖紙，使用吊車將梯形軌枕道床放置在固定位置，注意吊裝時的起吊點應當與梯形軌枕道床端部連接[8-10]。在梯形軌枕道床的凸形臺端進行吊裝孔、支架等結構的安裝，確保軌枕結構基本就位后，完成對地鐵浮動梯形軌枕鋪設中吊裝行為的約束與調整。

1.3 軌道位移量控制

在上述設計內容的基礎上，考慮到梯形軌枕與常規(guī)結構不同，道床支撐架中心距離與兩側間隙距離可能存在差異[11]。為了降低由于此種差異造成的軌道鋪設位移，需要設計一種專門用于梯形軌枕道床位置調整的支撐結構，通過對支撐架橫桿加長、加寬、加固處理，確保支撐架中心距離大于梯形軌枕道床兩側間隙距離，滿足支撐結構強度與剛度的綜合需求。在此基礎上，按照鋪設施工設計規(guī)范，對其狀態(tài)進行調節(jié)。調節(jié)的具體操作為：水平調節(jié)→軌距調節(jié)→基準位置調節(jié)，按照先粗調后精調的步驟，進行軌道位移量的綜合調控。

2、實例應用分析

在本文上述論述基礎上，為了進一步探究本文設計的位移控制技術在實際應用中的可行性，選擇以某地鐵施工工程項目為例，在其開展道床鋪設時，按照本文上述內容實現對位移控制技術的應用。

已知該工程項目中梯形軌枕道床位于2號線地鐵線路半徑為263m的曲線上，并且其左右兩線上下重疊，其地面為某高層建筑。在鋪設的過程中，其右線里程為HJE21+050～HJE21+620，共計86塊，梯形軌枕板的長度分別為5.23m和4.23m；其左線里程為HJE21+070～ HJE21+620，共計75塊，梯形軌枕板的長度分別為5.23m和4.23m。

在明確該工程項目的基本概況后，首先針對其梯形軌枕道床鋪設中的高程進行檢測，在確保梯形軌枕道床高程誤差在設計要求范圍內后，對地鐵浮動梯形軌枕吊裝行為進行調整，并針對其存在的問題進行約束和調整。最后，對軌道位移過程中的當量進行控制，確保軌道能夠以規(guī)律的變化完成位移。為了實現對其位移量的記錄，選擇以向下道床垂向和橫向產生的向下位移作為測量對象，利用位移測量工具對其位移量進行測定，并將垂向位移量測定結果繪制成表1所示。

將橫向位移量測定結果繪制成表2所示。

結合表1和表2中道床垂向和橫向產生位移量的測定結果可以看出，在本文位移控制技術應用下，地鐵浮動梯形軌枕向下道床無論是垂向還是橫向產生的位移量的差值和絕對值均呈現出有規(guī)律的變化，說明其位移在變化過程中具有規(guī)律性。同時，在應用本文控制技術后，道床鋪設的位移不會出現過大或過小的問題，保證了道床在橫向和垂向上都能夠進行左右對稱的搖擺，避免了運行過程中偏移量過大造成地鐵無法穩(wěn)定運行的問題。

表1 控制技術應用下向下道床垂向產生位移量

表2 控制技術應用下向下道床橫向產生位移量

結語：

本文從梯形軌枕道床鋪設中的高程檢測、地鐵浮動梯形軌枕吊裝行為調整、軌道位移量控制三個方面，對地鐵浮動梯形軌枕道床鋪設位移控制技術展開了詳細的研究。完成設計后，選擇某梯形軌枕道床鋪設工程項目作為實例，展開實驗研究。通過實驗結果證明，本文設計的位移控制技術可以實現對軌道位移量的有效控制。為了進一步完善設計方法，可在后續(xù)的研究中，將本文設計的方法投入鐵路運輸工程施工過程中，通過實踐掌握此項技術的缺陷，為我國鐵路運輸、地鐵交通等行業(yè)的發(fā)展提供進一步的指導。