北京城鐵正線碎石道床軌道工程施工技術(shù)

【摘要】針對北京城市鐵路碎石道床軌道工程的特點(diǎn),提出適合于城市鐵路施工的方案,據(jù)此圓滿地完成了北京城鐵軌道工程的施工,證明施工方案快速高效、經(jīng)濟(jì)合理。【關(guān)鍵詞】城市鐵路　碎石道床　大型機(jī)械化養(yǎng)路　無縫線路
　　隨著城市現(xiàn)代化建設(shè)的不斷發(fā)展,城市人口數(shù)量的日益激增,交通問題已經(jīng)成為制約城市經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展的重要問題之一。城市軌道交通以低污染、低能耗、大容量及安全、快速等優(yōu)點(diǎn)而成為解決城市交通問題的首選方案。在北京城市軌道交通的軌道工程中, 首次采用“ 一次鋪設(shè)無縫線路”的施工方案。在施工中,我們以科研為先導(dǎo),努力攻克難關(guān),不斷改進(jìn)完善, 研究出快速高效、經(jīng)濟(jì)合理的先進(jìn)施工工藝和機(jī)具配備方案,圓滿地完成了北京城市軌道交通工程的施工, 為我國城市鐵路軌道施工積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。
1 　工程概況
北京城市鐵路(西直門—東直門) 以西直門車站西側(cè)為起點(diǎn)( K0 + 004.17) ,沿西直門至清河段、東北內(nèi)環(huán)線、望京至和平里鐵路支線既有鐵路走廊延伸,終止東直門地鐵站( K40 + 914) ,設(shè)16 個(gè)車站和1 個(gè)車輛段, 其中5 個(gè)高架車站,1 個(gè)地下車站,11 個(gè)地面車站。線路環(huán)北京市西北、北、東北部呈倒“U”字形,雙線全長81.7 km , 由地下線、地面線及高架線三部分組成。

2 　碎石道床地段的主要工程數(shù)量
碎石道床地段的正線軌道工程鋪軌47.28 km , 鋪道岔28 組,其中60 kg/m 鋼軌1/9 單開道岔23 組, D = 5 m 交叉渡線5 組。鋪道碴121 409 m3 ( 面碴為81 150 m3 ,底碴為40 259 m3) 。
3 　施工總體方案
3.1 　工程特點(diǎn)及難點(diǎn)
(1) 采用了新材料、新設(shè)備。在應(yīng)力放散作業(yè)中, 使用聚四氟乙烯板代替?zhèn)鹘y(tǒng)的滾筒。適合于城市軌道交通施工的PG216 輕型鋪軌機(jī)在北京城鐵首次投入施工。
(2) 施工難度大。① 按輕型荷載設(shè)計(jì)的高架橋在施工中使用國鐵施工的常規(guī)設(shè)備受到限制; ② 與國鐵無法接軌,路料運(yùn)輸和設(shè)備進(jìn)場相當(dāng)困難; ③ 臨時(shí)平交道口多,連續(xù)施工受到限制; ④ 該工程在市區(qū)建設(shè),環(huán)保要求高,制約施工的因素多; ⑤ 在冬季進(jìn)行現(xiàn)場聯(lián)合接頭焊接難度大。
(3) 工藝要求高。該工程要求一次鋪設(shè)無縫線路, 軌道工程驗(yàn)交運(yùn)行速度為80 km/h , 線路要有較高的平順性和穩(wěn)定性,因而要求有高水平的施工工藝。

3.2 　針對工程特點(diǎn)采取的主要技術(shù)措施
(1) 根據(jù)北京城鐵設(shè)計(jì)軸重為140 kN 的特點(diǎn),研制出適用于城市軌道交通施工的PG216 輕型鋪軌機(jī)。這種鋪軌機(jī)不僅軸重輕,而且針對城市施工的特點(diǎn),為降低噪聲和減少污染,對發(fā)動機(jī)部分進(jìn)行了改進(jìn),增設(shè)了消音設(shè)備和尾氣排放的凈化裝置,經(jīng)環(huán)保部門檢測, 符合北京市環(huán)保要求。原國家大型鐵路施工所用的K13 風(fēng)動卸碴車滿載后的軸重也超過了設(shè)計(jì)要求,根據(jù)北京城鐵設(shè)計(jì)軸重為140 kN 的特點(diǎn),經(jīng)過詳細(xì)計(jì)算論證,將原來的裝載量降低為27 m3 ,并用紅線在K13 風(fēng)動卸碴車內(nèi)標(biāo)注,施工中嚴(yán)禁超載。
(2) 北京城鐵鋪軌的方法是,先鋪設(shè)25 m 無孔過渡軌排再換鋪長鋼軌。25 m 鋼軌接頭的連接方法是根據(jù)直線和不同的曲線半徑,分別采用231 、271 、331 mm 的短軌頭,按照螺栓孔的間距,在其中部鉆兩個(gè)螺栓孔,再用夾板連接。長鋼軌的連接是采用自行研制的無孔連接器加以連接。
(3) 在應(yīng)力放散施工中,用新型材料聚四氟乙烯板來替代傳統(tǒng)的滾筒。經(jīng)過試驗(yàn),鋼對鋼的滾動摩擦系數(shù)為0.1 , 而聚四氟乙烯的滑動摩擦系數(shù)為0.05 , 從而大大提高了應(yīng)力放散的質(zhì)量。
聚四氟乙烯板的厚度為10 mm , 兩塊疊在一起為20 mm , 比預(yù)埋鐵座的高度27 mm 低7 mm , 從而解決了小半徑曲線拉伸時(shí)鋼軌出槽的問題。同時(shí)由于聚四氟乙烯板重量輕、體積小、攜帶方便,降低了勞動強(qiáng)度,提高了工效。
(4) 路基和橋臺相銜接的部分一直是施工的薄弱環(huán)節(jié),北京城鐵采用灌筑混凝土墊層的方法取得了較好的效果。即在路橋過渡段分別灌筑厚度為390 mm 和290 mm 的混凝土,長度均為6.25 m , 從而克服了橋頭路基下沉的現(xiàn)象,減少了線路維修的工作量。
(5) 經(jīng)過現(xiàn)場勘測和鐵路部門的大力協(xié)作,在回龍觀車站通過與國鐵的兩次撥接,順利地將大型設(shè)備運(yùn)進(jìn)了鋪軌基地。
(6) 右線鋪設(shè)過渡軌排后,在右線進(jìn)行大型養(yǎng)路機(jī)械養(yǎng)護(hù)、長軌拉卸等作業(yè)的同時(shí),將左線的混凝土枕通過右線軌道卸至路基上,采用人工鋪軌、左右線同時(shí)施工、人機(jī)配合等措施,大大縮短了工期。
4 　施工技術(shù)
4.1 　施工工藝流程
主要施工工藝流程為: ① 攤鋪底層道碴; ② 機(jī)械鋪設(shè)右線的正式軌排、過渡軌排; ③ 換鋪長鋼軌和回收過渡軌; ④ 右線有碴軌道進(jìn)行大型養(yǎng)路機(jī)械養(yǎng)路作業(yè),待達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高并符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)后,左右線長鋼軌同時(shí)拉卸至道心,將左線長鋼軌撥至左線,進(jìn)行人工鋪軌; ⑤ 右線焊聯(lián)成單元軌節(jié),并換鋪長軌及回收過渡軌; ⑥ 進(jìn)行左線有碴軌道機(jī)養(yǎng)及長鋼軌焊聯(lián); ⑦ 進(jìn)行應(yīng)力放散和線路鎖定; ⑧ 提前預(yù)鋪碎石道床的道岔。
按照成熟的鋼軌接觸焊焊接工藝,采用烏克蘭進(jìn)口的K900 焊機(jī),試焊并經(jīng)檢驗(yàn)合格后,依據(jù)配軌表將25 m 待焊軌焊接成124177 m 的長鋼軌。焊接完成后, 按照《鋼軌焊接接頭技術(shù)條件》(TBΠ1632 —91) 的規(guī)定, 對每個(gè)焊頭進(jìn)行全斷面超聲波探傷和外觀檢驗(yàn),經(jīng)檢驗(yàn)合格后方可出廠。
4.2 　底層道碴攤鋪
底層道碴厚度200 mm , 采用自卸汽車運(yùn)輸,人工配合推土機(jī)、壓路機(jī)進(jìn)行整平壓實(shí)。
4.3 　軌排鋪設(shè)
對正式軌排和過渡軌排,采用不同的方法鋪設(shè)。
(1) 正式軌排的鋪設(shè):在地面線有碴軌道普通線路地段鋪設(shè)正式軌排,其鋼軌、軌枕、接頭夾板、扣件及軌枕間距均按設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)鋪設(shè)。
(2) 過渡軌排的鋪設(shè):在地面線有碴軌道無縫線路地段鋪設(shè)過渡軌排,其鋼軌采用與設(shè)計(jì)同類型的25 m 無孔待焊鋼軌,軌枕、扣件及軌枕間距均按設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行鋪設(shè),接頭用短軌頭外加夾板進(jìn)行連結(jié)。采用PG216 輕型鋪軌機(jī)先鋪設(shè)右線(除有碴有縫線路的正式軌排、有碴無縫線路的過渡軌排外),鋪通右線后,再鋪?zhàn)缶€的有碴線路軌道。
4.4 　大型機(jī)械化養(yǎng)路機(jī)組( MD Z) 作業(yè)
碎石道床的密實(shí)度、縱向阻力、橫向阻力以及軌道的方向、高低等參數(shù)能否達(dá)標(biāo)直接關(guān)系到工程質(zhì)量的好壞,直接影響到列車能否高速、平穩(wěn)地運(yùn)行。事實(shí)證明,人工養(yǎng)路已很難達(dá)到精度要求,所以碎石道床大型機(jī)械化養(yǎng)路機(jī)組(MDZ) 的作業(yè)至關(guān)重要,而且要求有適用于碎石道床的施工工序。主要作業(yè)內(nèi)容為整形、配碴、起道、撥道、搗固、穩(wěn)定。道床狀態(tài)參數(shù)必須滿足規(guī)定要求:枕下道床密度≥1170 g/cm3 、枕下道床支承剛度73～80 kN/mm 、道床橫向阻力≥8 kN/枕。軌道幾何形態(tài)允許偏差:軌距-2 mm ; 水平±5 mm ; 軌向(靜態(tài)+ 4 測量弦長:直線10 m 、曲線20 m ; 動態(tài)管理波長40～50 m) ±5 mm ; 高低±5 mm ; 扭曲(三角坑)1 ‰(每3 m 測量基線);曲線正矢符合設(shè)計(jì)要求。
4.4.1 　工藝流程
根據(jù)該線施工特點(diǎn)及施工安排,機(jī)械養(yǎng)護(hù)作業(yè)流程為:4 遍配碴整形,3 次搗固,4 次動力穩(wěn)定。
(1) 配碴整形主要為均碴、攏碴、整形。第一、二遍作業(yè)速度控制在5 kmΠh 以內(nèi),第三、四遍作業(yè)速度控制在3 km/h 以內(nèi)。最后檢查碴肩堆高是否合格。
(2) 起、撥道搗固作業(yè)(見表1)
表1 　起、撥道搗固作業(yè)指標(biāo)

(3) 動力穩(wěn)定指標(biāo)(見表2)
表2 　動力穩(wěn)定指標(biāo)

4.4.2 　設(shè)備的配置
大型養(yǎng)路機(jī)械養(yǎng)路的設(shè)備由配碴整形車(SPZ2200 型) 、08232 型起、撥道搗固車及WD2320 型線路動力穩(wěn)定車組成。
4.4.3 　作業(yè)人員的組織
大型養(yǎng)路機(jī)械養(yǎng)路作業(yè)人員的組織見表3 。
表3 　大型養(yǎng)路機(jī)械養(yǎng)路作業(yè)人員的組織

曲線表、線路縱斷面圖、起道量表等技術(shù)資料,要求資料齊全、準(zhǔn)確。

4.4.5 　大型養(yǎng)路機(jī)械施工方法
配套的養(yǎng)路機(jī)械在養(yǎng)路中能進(jìn)行起、撥、搗固,道床配碴、整形及道床穩(wěn)定等連續(xù)作業(yè)。新鋪的道床經(jīng)大型養(yǎng)路車組3～4 遍作業(yè)后,可使線路方向、水平、高低的誤差控制在允許范圍以內(nèi)。經(jīng)科研單位的檢測, 其施工質(zhì)量完全符合要求。
4.5 　長鋼軌拉卸
右線鋪軌(軌排) 后,用城鐵長軌運(yùn)輸車,根據(jù)軌條設(shè)計(jì)布置圖,先拉卸左線整體道床的長鋼軌,然后依次拉卸右線長鋼軌,最后拉卸左線有碴線路的長鋼軌。左線整體道床與碎石道床結(jié)構(gòu)分界點(diǎn)處的長鋼軌根據(jù)其實(shí)際長度在場內(nèi)焊接,然后在現(xiàn)場合攏。
4.6 　工地長鋼軌的焊接
鋼軌的型號檢驗(yàn)合格后,采用已成熟的小型氣壓焊焊接工藝,將125 m 長鋼軌焊聯(lián)為900～1 200 m 的單元軌節(jié)。
4.7 　長軌的換鋪
人工將有碴軌道無縫線路地段過渡軌排扣件拆除,將短軌撥至道心,換鋪成單元軌節(jié),然后上好扣件, 用無孔連接器連接單元軌節(jié)。
4.8 　應(yīng)力放散與線路鎖定
按照軌條設(shè)計(jì)布置圖,拆開扣件,每隔8 m 在軌下墊入一對聚四氟乙烯板,用撞軌器撞軌,以放散單元軌節(jié)內(nèi)的應(yīng)力,然后再采用連入法,在設(shè)計(jì)鎖定軌溫范圍內(nèi)將線路鎖定。若應(yīng)力放散后的軌溫仍低于設(shè)計(jì)鎖定軌溫,則采用拉伸器將鋼軌拉伸至設(shè)計(jì)鎖定軌溫再鎖定線路。長鋼軌的現(xiàn)場焊接采用成熟的小型移動式氣壓焊來完成。
4.9 　無縫線路應(yīng)力放散和拉伸鎖定
無縫線路采用“ 連入法”施工,即將相鄰單元軌節(jié)鋼軌依次焊聯(lián)并放散應(yīng)力或拉伸后鎖定成無縫線路。
(1) 當(dāng)鎖定作業(yè)軌溫處于設(shè)計(jì)鎖定軌溫范圍內(nèi)時(shí), 采用滾筒配合撞軌器撞軌進(jìn)行應(yīng)力放散后再鎖定線路,稱為“ 滾筒法”放散應(yīng)力鎖定無縫線路。
(2) 當(dāng)鎖定作業(yè)軌溫低于設(shè)計(jì)鎖定軌溫時(shí),采用滾筒配合撞軌器撞軌進(jìn)行應(yīng)力放散后,再用拉伸器均勻拉伸單元軌節(jié)鋼軌,使其達(dá)到設(shè)計(jì)鎖定軌溫應(yīng)有的長度后再鎖定線路,稱為“ 拉伸器滾筒法”放散應(yīng)力后拉伸鎖定無縫線路。
5 　結(jié)束語
鋼彈簧浮置板有內(nèi)置式和側(cè)置式兩種形式,空間緊湊,既可預(yù)制,也可現(xiàn)澆,可以做得較長,接頭少,動力特性好,施工方便,容易檢查維修,而且壽命很長,可對地基不均勻沉降進(jìn)行調(diào)整而不影響運(yùn)營,隔振效果又好,技術(shù)優(yōu)勢明顯,值得推廣應(yīng)用。