地鐵軌道結構澆筑自密實混凝土的施工技術研究

溫榮琦

摘要：簡述了自密實混凝土的性能和用途，闡述了自密實混凝土的配制、運輸和澆筑技術以及自密實混凝土施工要點，進行了地鐵軌道受力分析，通過地鐵工程實例驗證了本文所述自密實混凝土的施工技術提高了軌道抗壓強度，滿足了地鐵列車提高運行速度的需要。

關鍵詞：地鐵軌道；自密實混凝土；澆筑施工；技術研究

0? ?引言

軌道交通在大城市發展迅速，其優點是節省土地空間、縮短交通時間、減少環境污染和提高乘客流量[1]。然而，目前的地鐵工程通常使用整體式現澆道床，存在施工強度大、施工場地小、安全風險高以及后續維護困難等缺點。

近年我國開發出一種在城市軌道交通工程中自密實混凝土澆筑施工技術，具有中國知識產權[2]。與國外軌道板技術相比，我國開發的第三類板件采用自密實混凝土，而不是CA（水泥瀝青）砂漿，與最初的技術相比，降低了施工過程中對環境溫度的要求[3]。本文在實踐中以地鐵工程施工技術為基礎，對地鐵軌道結構中采取的自密實混凝土的施工技術要點進行了闡述。

1? ?自密實混凝土性能和用途

自密實混凝土是具有高流動性、均勻性和穩定性，澆筑時無需外力振搗，能夠在自身重力作用下流動和密實的混凝土。自密實混凝土用于地鐵軌道板與底座板（道床）之間的填充層，具有支撐、限位、調整軌道板標高等功能。根據地鐵板式無砟軌道的實際需求，確定自密實混凝土配比。自密實混凝土的性能、環境控制指標以及施工過程的損失值，應通過實驗確定。

2? ?自密實混凝土配制運輸澆筑技術

2.1? ?自密實混凝土配制

為了滿足地鐵軌道特定的強度和耐久性要求，選擇適宜的方案進行自密實混凝土配制，如提高填充率、減少堿含量和氯離子含量[4]。在進行配比試驗時，必須進行減水劑和水泥的調整試驗，攪拌后的混凝土不得析水和泌漿。為防止混凝土固化過程中的析出現象，應添加足量的分散劑，并根據現場操作距離和使用要求，相應調整固化的具體時間。

在達到上述要求后，在地鐵施工現場進行工藝性澆筑試驗，并根據試驗結果調整混凝土配比。在確定混凝土比例時，應使用絕對體積法進行設計或計算，以確保混凝土的成分達到最佳配比狀態[5]。在研究混凝土組成材料配比的基礎上，進一步研究其與添加劑和用水量之間的關系，最終形成合格的自密實混凝土。自密實混凝土配比參考值如表1所示，自密實混凝土主要性能指標如表2所示。

2.2? ?自密實混凝土運輸

自密實混凝土拌合后，由混凝土攪拌運輸車運輸到地鐵施工現場的下料口。在運輸過程中，應采取措施保持（或降低）溫度和濕度。使用直徑為300mm鋼管制成的管道，將自密實混凝土從地面垂直輸送到地下，然后水平輸送到作業面，此過程盡可能避免泵送。

應計算自密實混凝土從開始混合到混合結束的時間，該過程通常不應超過60min。在使用混凝土攪拌運輸車運輸時，罐體應保持低速運轉，在輸送自密實混凝土之前進行20～30s高速旋轉。在將其運輸到地鐵施工現場的地面時，測量其含氣量應≥3%，塌落擴展度為650～700mm，T50擴展時間為3～4s，溫度為5～30℃。應使用特定類型的施工車進行自密實混凝土的地下運輸，該施工車應滿足地下雙向運輸功能。施工現場的雙向運輸施工車如圖1所示。

2.3? ?自密實混凝土澆筑

當施工車處于施工位置時，必須將自密實混凝土拌合20～30s，然后才可進行澆筑。在自密實混凝土灌入管道之前，要驗證其是否因延時產生積水，若有積水必須立即清除干凈，還要進行氣體含量測試，以滿足其性能指標。在自密實混凝土灌入管道后，其流量應控制在0.14～0.23m3/min之間。

地鐵一般采用CRTS Ⅲ型板式無砟軌道結構，其軌道板與自密實混凝土形成復合板。一個軌道板位置的自密實混凝土用量應控制在1.4m3，所用時間應控制在6～10min。如果流速過快，容易導致軌道堵塞；如果流速太慢，容易導致流量不足。

每個軌道板位置的自密實混凝土應在一個灌入口一次性填充，而不是填充兩次。當自密實混凝土從所有排氣管冒出時，即可停止澆筑。在混凝土澆筑后重載3h內，不得拆除防滲漏管道和監測管道。

3? ?自密實混凝土施工要點

3.1? ?控制混凝土性能指標

作為軌道板與底座板之間的填充層，自密實混凝土層的面積大、厚度小、流動距離長，且與底座板的凹槽緊密結合。自密實混凝土的坍落擴展度應控制在合理范圍內。一般情況下，其入口位置為630～680mm。

在裝載自密實混凝土之前，應檢查塌落擴展度、T50擴展時間、含氣量和傾斜度。只有檢查合格后，才可進行裝載。在澆筑混凝土時，其溫度必須控制在5～30℃之間，與運輸車罐體的溫差不得超過15℃。夏季應采取降溫措施，冬季環境溫度較低時應采取保溫措施。應觀察細分區域中未檢測到的環境溫度，如果溫度低于5℃，必須停止施工。

在軌道板裝配施工過程中，為了確保混凝土均勻，混凝土流動的時間不得超過7s，為了保證混凝土強度和外觀質量，氣體含量不得低于3%，也不得超過6%。

3.2? ?嚴控澆筑流程

當混凝土運輸車到達施工現場時，必須在卸載之前以20～30s/min的速度旋轉其罐體。考慮到相關車輛的運輸特性和自密實混凝土強大的流動性，長時間旋轉的部分混凝土流動總量可能偏大，因此建議棄除混凝土料頭，并仔細觀察混凝土是否在滲出或完全沉降，如果有滲出現象，禁止進入澆筑模具。

在澆筑施工過程中應密切監測混凝土流速，這對澆筑結果至關重要。每罐自密實混凝土的輸送時間控制在7～15min，不要太快，也不要太慢。混凝土從自動攪拌到澆筑結束的時間應控制在120min之內。當時間超過120min時，應檢查混凝土情況。如果混凝土是合格的，則可以繼續入模。如果不合格，必須棄除。自密實混凝土澆筑的每個軌道板，應沿著一個方向澆筑，不允許二次澆筑。澆筑完工后，保濕養護累計時間不少于14d。達到設計強度后，軌道板才可承受全部設計荷載。

4? ?地鐵軌道受力分析

4.1? ?受力參數

地鐵軌道的靜力計算采用二次計算法。用于計算的線路條件為：線路半徑為1200m，鋼軌為高錳鋼U75V型，鋼軌標準長度為25m，鋼軌質量為60kg/m，軌枕間距為600mm，鋼軌支點彈性系數取值為70000N/mm，地鐵列車以5km/h的速度運行。此時地鐵軌道載荷如圖2所示。

4.2? ?受力計算方法

計算鋼軌基礎彈性模量的公式如下：

（1）

式（1）中：k為鋼軌基礎彈性模量；D為鋼軌支點彈性系數，取值70000N/mm；α為軌枕間距，取值600mm。在此基礎上，計算鋼軌基礎與鋼軌的剛比系數的公式如下：

（2）

式（2）中：β為軌道基礎與鋼軌的剛比系數；E為鋼軌垂向抗彎剛度，取值2.1×105MPa；I為軌道相對于水平中性軸的慣性矩，取值32170000mm。鋼軌荷載Pz的表達式：

Pz=? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（3）

式（3）中：P為每條鋼軌的載荷，x為每條鋼軌位置與計算截面m之間的距離。鋼軌載荷的最大值取185.12kN，該取值用于計算地鐵列車行駛時對鋼軌的動壓。根據地鐵列車運行工況下鐵路低速應力系數，計算速度系數α：

（4）

計算鋼軌的偏載系數βp：

（5）

在式（4）和（5）中，v為地鐵列車速度，△h為外部軌道高度。基于上述計算結果，使用下列公式計算軌道板頂面上的應力σb：

（6）

式（3）中：m為底座板（道床）分布不均勻系數，α是鋼軌下部寬度，單位為mm；b是道床支撐的有效長度，單位為mm。

5? ?施工技術的實際應用

5.1? 工程概況

北京地鐵某工程途經大興區和豐臺區，軌道全長41km，設計時速為160km。通過提高設計時速，該地鐵線路對軌道的穩定性、耐久性和減振性提出了更高的要求。特別是在敏感的城市地區，傳統形式的軌道不符合運行和環保要求。為此，應用本文提出的上述施工技術，對其軌道進行自密實混凝土澆筑施工。

5.2? 應用結果

完工后的該地鐵軌道結構，自下而上主要由鋼筋混凝土底座板（道床）、自密實混凝土填充層、鋼筋混凝土軌道板和鋼軌等組成。經澆筑后的過程檢測，其自密實混凝土填充層的抗壓強度明顯提高。3種施工方法的自密實混凝土填充層的抗壓強度比較如表3所示。

5.3? 應用結果分析

通過對該地鐵軌道應用本文所述自密實混凝土填充層的施工技術，與兩種傳統施工技術進行比較，可以得出以下結論：本文所述施工技術在澆筑完成后的2天即可滿足通車條件，而傳統方法則需要3天以上。從總體施工情況來看，本文所述施工技術提高了軌道抗壓強度，滿足了地鐵列車提高運行速度的需要，具有明顯優勢。

6? ?結束語

本文在研究自密實混凝土配制、運輸和澆筑技術的基礎上，提出了自密實混凝土澆筑施工要點，分析了地鐵軌道受力情況，通過地鐵軌道施工實例驗證了本文提出的自密實混凝土澆筑施工技術提高了軌道施工質量，滿足了軌道強度要求，為城市軌道交通建設提供了參考。

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