北京城鐵正線碎石道床軌道工程施工技術

【摘要】針對北京城市鐵路碎石道床軌道工程的特點,提出適合于城市鐵路施工的方案,據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、經濟合理。【關鍵詞】城市鐵路　碎石道床　大型機械化養路　無縫線路
　　隨著城市現代化建設的不斷發展,城市人口數量的日益激增,交通問題已經成為制約城市經濟和社會發展的重要問題之一。城市軌道交通以低污染、低能耗、大容量及安全、快速等優點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“ 一次鋪設無縫線路”的施工方案。在施工中,我們以科研為先導,努力攻克難關,不斷改進完善, 研究出快速高效、經濟合理的先進施工工藝和機具配備方案,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驗。
1 　工程概況
北京城市鐵路(西直門—東直門) 以西直門車站西側為起點( K0 + 004.17) ,沿西直門至清河段、東北內環線、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16 個車站和1 個車輛段, 其中5 個高架車站,1 個地下車站,11 個地面車站。線路環北京市西北、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 　工程特點及難點
(1) 采用了新材料、新設備。在應力放散作業中, 使用聚四氟乙烯板代替傳統的滾筒。適合于城市軌道交通施工的PG216 輕型鋪軌機在北京城鐵首次投入施工。
(2) 施工難度大。① 按輕型荷載設計的高架橋在施工中使用國鐵施工的常規設備受到限制; ② 與國鐵無法接軌,路料運輸和設備進場相當困難; ③ 臨時平交道口多,連續施工受到限制; ④ 該工程在市區建設,環保要求高,制約施工的因素多; ⑤ 在冬季進行現場聯合接頭焊接難度大。
(3) 工藝要求高。該工程要求一次鋪設無縫線路, 軌道工程驗交運行速度為80 km/h , 線路要有較高的平順性和穩定性,因而要求有高水平的施工工藝。

3.2 　針對工程特點采取的主要技術措施
(1) 根據北京城鐵設計軸重為140 kN 的特點,研制出適用于城市軌道交通施工的PG216 輕型鋪軌機。這種鋪軌機不僅軸重輕,而且針對城市施工的特點,為降低噪聲和減少污染,對發動機部分進行了改進,增設了消音設備和尾氣排放的凈化裝置,經環保部門檢測, 符合北京市環保要求。原國家大型鐵路施工所用的K13 風動卸碴車滿載后的軸重也超過了設計要求,根據北京城鐵設計軸重為140 kN 的特點,經過詳細計算論證,將原來的裝載量降低為27 m3 ,并用紅線在K13 風動卸碴車內標注,施工中嚴禁超載。
(2) 北京城鐵鋪軌的方法是,先鋪設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) 在應力放散施工中,用新型材料聚四氟乙烯板來替代傳統的滾筒。經過試驗,鋼對鋼的滾動摩擦系數為0.1 , 而聚四氟乙烯的滑動摩擦系數為0.05 , 從而大大提高了應力放散的質量。
聚四氟乙烯板的厚度為10 mm , 兩塊疊在一起為20 mm , 比預埋鐵座的高度27 mm 低7 mm , 從而解決了小半徑曲線拉伸時鋼軌出槽的問題。同時由于聚四氟乙烯板重量輕、體積小、攜帶方便,降低了勞動強度,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節,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象,減少了線路維修的工作量。
(5) 經過現場勘測和鐵路部門的大力協作,在回龍觀車站通過與國鐵的兩次撥接,順利地將大型設備運進了鋪軌基地。
(6) 右線鋪設過渡軌排后,在右線進行大型養路機械養護、長軌拉卸等作業的同時,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、左右線同時施工、人機配合等措施,大大縮短了工期。
4 　施工技術
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 機械鋪設右線的正式軌排、過渡軌排; ③ 換鋪長鋼軌和回收過渡軌; ④ 右線有碴軌道進行大型養路機械養路作業,待達到設計標高并符合設計標準后,左右線長鋼軌同時拉卸至道心,將左線長鋼軌撥至左線,進行人工鋪軌; ⑤ 右線焊聯成單元軌節,并換鋪長軌及回收過渡軌; ⑥ 進行左線有碴軌道機養及長鋼軌焊聯; ⑦ 進行應力放散和線路鎖定; ⑧ 提前預鋪碎石道床的道岔。
按照成熟的鋼軌接觸焊焊接工藝,采用烏克蘭進口的K900 焊機,試焊并經檢驗合格后,依據配軌表將25 m 待焊軌焊接成124177 m 的長鋼軌。焊接完成后, 按照《鋼軌焊接接頭技術條件》(TBΠ1632 —91) 的規定, 對每個焊頭進行全斷面超聲波探傷和外觀檢驗,經檢驗合格后方可出廠。
4.2 　底層道碴攤鋪
底層道碴厚度200 mm , 采用自卸汽車運輸,人工配合推土機、壓路機進行整平壓實。
4.3 　軌排鋪設
對正式軌排和過渡軌排,采用不同的方法鋪設。
(1) 正式軌排的鋪設:在地面線有碴軌道普通線路地段鋪設正式軌排,其鋼軌、軌枕、接頭夾板、扣件及軌枕間距均按設計標準鋪設。
(2) 過渡軌排的鋪設:在地面線有碴軌道無縫線路地段鋪設過渡軌排,其鋼軌采用與設計同類型的25 m 無孔待焊鋼軌,軌枕、扣件及軌枕間距均按設計標準進行鋪設,接頭用短軌頭外加夾板進行連結。采用PG216 輕型鋪軌機先鋪設右線(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,再鋪左線的有碴線路軌道。
4.4 　大型機械化養路機組( MD Z) 作業
碎石道床的密實度、縱向阻力、橫向阻力以及軌道的方向、高低等參數能否達標直接關系到工程質量的好壞,直接影響到列車能否高速、平穩地運行。事實證明,人工養路已很難達到精度要求,所以碎石道床大型機械化養路機組(MDZ) 的作業至關重要,而且要求有適用于碎石道床的施工工序。主要作業內容為整形、配碴、起道、撥道、搗固、穩定。道床狀態參數必須滿足規定要求: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。軌道幾何形態允許偏差:軌距-2 mm ; 水平±5 mm ; 軌向(靜態+ 4 測量弦長:直線10 m 、曲線20 m ; 動態管理波長40～50 m) ±5 mm ; 高低±5 mm ; 扭曲(三角坑)1 ‰(每3 m 測量基線);曲線正矢符合設計要求。
4.4.1 　工藝流程
根據該線施工特點及施工安排,機械養護作業流程為:4 遍配碴整形,3 次搗固,4 次動力穩定。
(1) 配碴整形主要為均碴、攏碴、整形。第一、二遍作業速度控制在5 kmΠh 以內,第三、四遍作業速度控制在3 km/h 以內。最后檢查碴肩堆高是否合格。
(2) 起、撥道搗固作業(見表1)
表1 　起、撥道搗固作業指標

(3) 動力穩定指標(見表2)
表2 　動力穩定指標

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

曲線表、線路縱斷面圖、起道量表等技術資料,要求資料齊全、準確。

4.4.5 　大型養路機械施工方法
配套的養路機械在養路中能進行起、撥、搗固,道床配碴、整形及道床穩定等連續作業。新鋪的道床經大型養路車組3～4 遍作業后,可使線路方向、水平、高低的誤差控制在允許范圍以內。經科研單位的檢測, 其施工質量完全符合要求。
4.5 　長鋼軌拉卸
右線鋪軌(軌排) 后,用城鐵長軌運輸車,根據軌條設計布置圖,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構分界點處的長鋼軌根據其實際長度在場內焊接,然后在現場合攏。
4.6 　工地長鋼軌的焊接
鋼軌的型號檢驗合格后,采用已成熟的小型氣壓焊焊接工藝,將125 m 長鋼軌焊聯為900～1 200 m 的單元軌節。
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,然后上好扣件, 用無孔連接器連接單元軌節。
4.8 　應力放散與線路鎖定
按照軌條設計布置圖,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,以放散單元軌節內的應力,然后再采用連入法,在設計鎖定軌溫范圍內將線路鎖定。若應力放散后的軌溫仍低于設計鎖定軌溫,則采用拉伸器將鋼軌拉伸至設計鎖定軌溫再鎖定線路。長鋼軌的現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,即將相鄰單元軌節鋼軌依次焊聯并放散應力或拉伸后鎖定成無縫線路。
(1) 當鎖定作業軌溫處于設計鎖定軌溫范圍內時, 采用滾筒配合撞軌器撞軌進行應力放散后再鎖定線路,稱為“ 滾筒法”放散應力鎖定無縫線路。
(2) 當鎖定作業軌溫低于設計鎖定軌溫時,采用滾筒配合撞軌器撞軌進行應力放散后,再用拉伸器均勻拉伸單元軌節鋼軌,使其達到設計鎖定軌溫應有的長度后再鎖定線路,稱為“ 拉伸器滾筒法”放散應力后拉伸鎖定無縫線路。
5 　結束語
鋼彈簧浮置板有內置式和側置式兩種形式,空間緊湊,既可預制,也可現澆,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行調整而不影響運營,隔振效果又好,技術優勢明顯,值得推廣應用。