城市地铁盾构段斜基底面钢弹簧浮置板轨道施工技术

张仓海

摘要:经过借鉴德国和其它一些国家的地铁减振轨道结构的经验,提高我国地铁建设和地下结构减振降噪能力,国内首次在深圳地铁一号线使用了斜基面——曲线基底不完全超高的浮置板减振轨道结构。文章论述了斜基面钢弹簧浮置板结构特点、技术参数、施工工艺、施工要点、施工难点等问题,旨在为城市地铁建设提供参考。

关键词:城市地铁;钢弹簧浮置板;斜基面;施工控制;轨道施工

中图分类号:U455

文献标识码:A

文章编号:1009-2374(2009)18-0146-04

地铁的建设穿越了市区的繁华商业区及居民区。除了满足地铁基本的运营要求外,还应考虑到其在建成后将会给市民的工作、生活带来负面的影响。针对这类情况,在国内根据工程特点采取相应的减振降噪措施——采用弹性短轨枕式整体道床、橡胶浮置板道床、Vanguard扣件道床、钢弹簧浮置板道床等,尽可能的减少地铁在运营过程中给人们带来的干扰。通过在深圳、北京、广州、上海等国内主要城市的设计、施工、运营的探索,验证了钢弹簧浮置板轨道减振结构的减振优越性但还是有些美中不足。2006年深圳地铁一号线大胆提出了斜基面——曲线基底不完全超高的新型钢弹簧浮置板轨道减振结构方式。2007年国内首段基底不完全超高浮置板轨道结构开始实施了,历时60天。施工过程中,为做到技术先进、经济合理,确保工程质量,施工过程中对这个工艺新、技术新、控制难的斜基面浮置板道床进行监控,以保证工程始终处于受控状态。

一、斜基面钢弹簧浮置板的结构特点

金属(钢)弹簧隔振器式浮置板道床从上至下由以下几部分组成:钢轨及扣件、隔振器、浮置板、塑料隔离层、斜基面基础砼。结构段面如图1所示:

斜基础砼浮置板轨道结构采用无枕式现浇结构,排水由普通道床的边侧排水改为中心排水和面排水相结合的形式。该型式浮置板结构由钢筋砼板和支撑它的隔振系统组成,形成质量-弹簧体系,来减弱传递到隧道结构的振动力和振动加速度,减振效果约20～25dB。浮置板上顶面与钢轨顶面平齐,并通预留承轨槽来实现增加浮置板质量的目的。其最明显的特点就是浮置板基础面是跟曲线轨道超高有关系的有角度的倾斜面,而浮置板也是不规则的多面体。每块板重约124～150吨不等,根据板长确定。

(一)斜基面浮置板轨道结构钢轨

1.浮置板轨道结构钢轨采用U75V高碳微钒(PD3)60kg/m钢轨,标准轨长度为25米,钢轨断面截面形式尺寸符合标准,允许偏差见表1:

2.表面质量。(1)轧制后的钢轨应尽量避免弯曲。经矫直后钢轨应正直,不得有波浪弯曲和硬弯。钢轨均匀弯曲不得超过钢轨全长的0.5%. 钢轨全长扭转不得超过钢轨全长的1‰ 。(2)轨底应平整,其中间较两边不得凹入,若有凸出,不得超过0.5mm 。钢轨两端在与接头夹板相接触处如有凸出部分应予清除。(3)钢轨表面不得有裂纹、线纹、折叠和横向划痕。允许有深度不超过0.5mm的结疤、压痕、碰伤和纵向轧痕。钢轨端面和螺栓孔表面不得有缩孔残余、分层、裂纹,其边缘上的毛刺应予清除。钢轨截断时,应采用锯切工艺以避免钢轨端面出现微裂纹。(4)钢轨螺栓孔及轨头下颚处应预倒棱,尺寸为0.8～1.5mm,倒角约45°。(5)钢轨必须经过探伤后才能使用;探伤由有资质的试验单位进行。

(二)浮置板轨道结构接头夹板

1.浮置板段钢轨接头夹板的型号、尺寸符合标准,各部位允许偏差:冲头方向的螺栓孔尺寸±0.5mm,每个螺栓孔到第一螺栓孔的距离在高度方向的位置±1.0mm,高度±0.5mm,腰部厚度±0.8mm,长度±3.5mm,工作面凹凸±0.5mm。

2.表面质量。接头夹板表面不允许有裂纹、折迭、汽泡和结疤,夹板头部钢轨一侧不得有突出部分,在断面上不应有分层和缩孔的痕迹;上下工作面靠轨腰凸出部分螺栓孔边缘不允许有毛刺;缺陷不得进行填充和焊补。

(三)浮置板轨道结构DTⅥ2型扣件

弹条外观:弹条表面不得有裂纹,不得有影响操作或有碍组装的毛刺,由成型工具造成的压痕应平滑,无尖锐的刻痕。弹条小圆弧部分不得出现明显折痕,用φ16mm的圆柱往小圆弧内侧任意位置靠,所靠位置均与圆柱相切,如图3所示:

(四)浮置板

浮置板板由板上钢筋、隔振器、C40砼组成,如图4所示:

(五)浮置板轨道结构钢弹簧隔振器

钢弹簧隔振器由隔而固厂家提供全国独家生产,如图5所示:

(六)浮置板轨道结构塑料隔离层

隔离层采用聚苯乙烯材料主要是分离隔断作用,确保基础砼与板上砼在浮置板顶升过程中能够分离,如图6所示:

(七)斜基础砼

由钢筋和C40砼组成,如图7所示:

二、技术参数

(一)板的技术参数要求

在参考《地下铁道工程施工及验收规范》、《铁路轨道施工规范》的基础上,结合在广州地铁一号线轨道工程、深圳地铁一号线一期工程施工过程中研究开发的《地铁浮置板道床施工工法》和已通过部级鉴定的《地铁浮置板道床施工技术》,以及北京地铁十三号线的施工经验制定的质量标准如下:

浮置板施工容许误差:

1.浮置板长、宽度、厚度:±2mm。

2.浮置板基础砼(垫层)的标高:+2mm,0mm。

3.浮置板隔振器外套筒安装:+1mm,0mm。

4.浮置板排水管安装:直径+1mm,0mm;深度 +2mm。

5.纵向剪力铰预埋螺栓位置:+0.5mm。

6.外观要求:线条顺直,棱角分明,表面光滑,无掉碴缺角,内实外美。

除满足上述误差标准外,浮置板道床施工完成后感观应目视平顺,板块间的板缝均匀,相邻两块板顶面标高一致。

(二)浮置板轨道的技术参数要求

浮置板道床施工完成后,轨道应根据铺轨基标进行轨道状态调整,采用相对式接头,直线段允许相错量为20 mm,曲线段允许相错量为规定的钢轨缩短量之半加15 mm。轨道钢轨调整精度应符合下列规定:

1. 轨道中心线:距基标中心线允许偏差为±2mm。

2. 轨道方向:直线方向:直线段用10米弦量,允许偏差为1mm,曲线段用20米弦量正矢允许偏差也应在规范允许范围之内。

3. 轨顶高程及水平:高程允许偏差为±1mm,左右股钢轨顶面水平允许偏差为1mm,在延长18m的距离范围之内应无大于1mm的三角坑。

4. 轨顶高低差:用10米弦量不应大于1mm。

5. 轨距:允许偏差为(+2,-1)mm,变化率不应大于1‰。

6. 轨底坡按1/40设置。

7. 轨缝允许偏差为(+1,0)mm。

8. 钢轨接头:轨面、轨头内侧应平(直)顺,允许偏差为0.5 mm。

三、施工工艺

现浇无枕式钢弹簧浮置板道床施工过程工艺。施工顺序流程如下:

线路复测与基标测设→钢弹簧浮置板地段隧道底板清理(马蹄形断面与明挖段基底需对基底凿毛)→铺设基础砼钢筋网→泵送基础砼与水沟施工→铺设隔离薄膜→浮置板底层钢筋的铺设→隔振器外套筒安装与轨排架设→轨排(粗调)→制安中层、面层钢筋网及迷流钢筋→轨道精调道床立模→浮置板道床混凝土浇注→养生及拆模→浮置板顶升→橡胶密封条安装→质量检查。

四、施工要点

1.浮置板道床轨道施工的轨长、轨缝、曲线超高、混凝土标号均应符合设计规定。

2.铺设浮置板结构钢筋网,纵横向钢筋按要求绑扎搭接,防迷流按要求焊接,并用万能表进行电路测试,每一根纵向钢筋的电阻值应不大于计算电阻值。

3.基标埋设应牢固,精度符合要求,对于有疑问或松动的基标严禁使用;施工中注意保护基标,如发现基标损坏,应组织进行复测修正,在重新测量复核前严禁使用松动的基标,以保证施工的精度。

4.道尺使用前应校正,精度允许偏差为(+0.5,0)mm,严禁使用未经校正的道尺。

5.在施工浮置板基础砼及侧墙铺设隔离层薄膜时,薄膜接缝处采用胶带粘接。要求接缝应粘接牢固,不开胶、不露浆。铺设接缝应让开隔振器底座范围,保证基础平整。工作人员在其上施工作业时,必须轻拿轻放,防止损坏。

6.钢筋位置应画线定位,严格按图纸要求绑扎,不得错绑、漏绑;在隔振器外套管周围绑扎钢筋时,要避免移动隔振器外套筒。

7.安装模板前要复查道床标高及轨道中心线位置,以确保现浇浮置板模板安装正确、牢固,允许偏差为:位置±5mm,垂直度2mm;施工中严禁发生跑、涨模现象。混凝土抗压试件留置组数应足够评定其强度。

8.防迷流钢筋焊接采用双面焊,注意焊缝饱满焊缝宽度不小于0.8d;高度不得小于0.3d且>6mm;同时施焊时采取临时的防护措施(在焊接处塑料薄膜上铺设临时石棉板),以保证焊接飞溅物不烧穿下面的铺设隔离层,从而保护垫层砼上面的隔离层。

9.注意成品的保护;钢筋的保护层满足设计要求,不得小于30mm,不得踩踏。

10.安装隔振器位置的砼表面一定要平整,平整度要求为±2mm/m2,不满足要求的必须进行打磨处理。注意基础用硅胶等物密封。

11.模板清理要干净、安装要牢固、模板安装后必需要涂脱模剂且均匀以确保外观质量。

12.浮置板顶升时注意顶升方向,同时注意避免顶升过程中由于高度不均匀引起板内产生弯矩与剪力,防止板与板之间的剪力铰受力变形。

13.注意浮置板砼施工完成后检查线性变化标高线以及套筒周围砼超出时应进行打磨。

14.混凝土泵启动后,注意润管检查,确认混凝土泵和输送管内无异物后再泵送混凝土,随浇注进程拆下的泵管须立即清理集中堆放。

五、施工难点

斜基面基础砼不完全超高钢弹簧浮置板施工难点在于斜基础砼施工与由于结构变形引起的断面调整。

(一)斜基钢弹簧浮置板基础施工

斜基面浮置板施工重点在于平整度控制,要求在隔振器位置直径500mm范围内应保证表面平整,其平整度≤1.5mm,垂向公差0～5mm。

隧道测量认定合格后,对隧道基底各种杂物进行清理(马蹄形和明挖断面凿毛孔位1m2不得少于1000个;深度不小于2～8mm);做到表面无积水和堆积杂物;然后安装隔振器下方斜基础局部配筋,施作斜基础砼与水沟。隧道中心处的矩形纵向排水沟的纵向坡度与线路坡度一致。

1.浮置板斜基础砼施工控制点在以控制基标为基准点的基础上,结合斜基面钢弹簧浮置板基础砼施工曲线带超高性质的施工特点,综合考虑对浮置板斜基础砼的平面位置进行实地放大样;沿线路纵向放出水沟、左右股浮置板隔振器轴线,以及在结构上标记斜基础砼的标高施工线。其平面位置,主要考虑控制基础内设置的纵向排水沟中心线,水平标高以控制斜基础砼顶面为主,特别是纵向隔振器位置轴线上标高。浮置板斜基础砼控制平面如图8所示:

2.斜基础钢筋采用洞外制作洞内绑扎,制作好的钢筋通过汽车吊装入平板轨道车运至浮置板斜基础施工区段,然后再通过小龙门吊运输布放。

3.斜基础砼一次施工长度以90～120m为宜,利用放大样三条轴线与钢钉方法配合高精度水准仪测量控制砼面,侧面采用上述结构标高施工标记控制。全部浇注完成后,收光抹面不少于2次,抹面时采用拉弦线控制。在浮置板施工之前再统一复测,高出误差范围的应予以打磨;低出部分应采用高强沙浆补足;大面平整无翘曲。

4.为了保证隔振器外套筒施工精准;保证其在浮置板中能充分发挥隔振器自身功能性。斜基础施工后隔振器安装前,先用水准仪对斜基面复测;然后用全站仪初放样定位并弹以墨线标记;再对隔振器位置标高复测、打磨或补足、准确定位。隔振器位置在直径500mm范围内应保证表面平整,其平整度≤1.5mm,垂向公差0～5mm。

5.斜基面砼浇注完成通过监督单位认证后铺设隔离层,隔离薄膜采用较厚的聚乙烯塑料薄膜,薄膜接缝处采用胶带粘接。斜基砼施工顺序(以盾构段为例,马蹄形与明挖段需要对基底凿毛)如图9所示:

6.为了保证道床排水的畅通,整体道床与浮置板道床排水通过在断面变换处设置横向水沟过渡。

(二)钢弹簧浮置板由于结构变形引起的断面调整

由于我国处于基础设施建设的高峰时代,从目前来看我国地铁行业普遍处于高风险状态,共同特点就是建设周期短、建设速度快,行业界简称“短平快”项目。在这样的时代和建设背景下,必然出现了有些不合理现象,给施工带来了较大的安全、技术风险,同时也增加了施工的难度。普遍存大工后沉降,和结构不稳定现象。在浮置板施工中就因为工后不稳定的沉降与变形,而设计出图从初步到施工实施一般很早就做完了,时间差距拉开很大和现场实际情况往往有较大出入;尤其是轨道工程。为了满足现场的实际施工需求避免再次出图引起的窝工现象,也引出了施工中的断面调整。断面调整通常是在工作联系单被设计各方确认后才开始的。浮置板中存在的断面调整主要表现在两个方面:一是结构上下沉降;二是结构的横向变形;两个方面表现出最明显的问题就是变形后会导致局部钢筋外漏,局部钢筋保护层太厚。

如图10所示不难看出,可以通过正反三角函数顺利的求出RL1与RL2弧长(∠1=arccos(L1/R),∠2=arccos(L3/R),∠3=∠2-∠1,RL1=∠3x(2∏R/360),RL2计算方法同RL1),然后比较在等H=740的情况下两段弧长不相等,也就说明了在圆内由于管片的上下沉浮会导致原设计的RL1与RL2出现长度差,也就出现了钢筋保护层太厚与外露的情况,所以在施工浮置板时出现了断面调整,也就是钢筋的伸缩长度的调整,以致于不出现结构施工中的钢筋外露太长或钢筋保护层太大影响结构的力学特性、可告性。

六、结语

盾构斜基底(基础砼不完全超高)浮置板在国内地铁尚属首次施工,其质量减振体系合理、可靠,施工全过程可控,符合设计及环评验收要求,通过首通段试运营论证各项指标达标率100%,为以后城市地下轨道减振积累了一定的经验。

参考文献

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