摘要：通过对混凝土短轨枕式整体道床的施工方法总结，改进了混凝土灌注过程中存在的不足之处，设计出一种一次性浇注混凝土道床、不设边模板、一次性钢轨铺设的施工工艺。该工艺在保证较高工程质量和施工安全的情况下，能有效地降低作业人员劳动强度，较大幅度地提高施工进度；同时在复杂环境中具有更广的适用性。
关键词：地铁；短轨枕式；整体道床；施工工艺
国际上,地铁隧道内的线路构造大多采用整体道床及无缝线路。常用的整体道床有短轨枕式,长轨枕式,以后又发展有整体灌注式、承轨台式、浮置板和轨道板等多种型式。其中短轨枕式整体道床的施工工艺经过多年的经验积累,已有多种。合理地选择和改进施工工艺,扬长避短,可缩短施工工期并能节约工程造价。本文通过对短轨枕式整体道床施工方法的总结,改进了混凝土灌注过程中存在的不足,设计出一种新的施工工艺。新工艺在保证较高工程质量和施工安全的情况下,能有效地降低作业人员劳动强度,较大幅度地提高施工进度,同时在复杂环境中也具有更广的适用性。
1 短轨枕式整体道床施工的作业流程
短轨枕式整体道床的施工工艺因采用的作业步骤不同而使施工方法有所不同,但作业流程都大同小异。其作业流程为:道床基底清理、凿毛→铺轨基标测设→铺设道床内部钢筋网→轨道铺装用料运输到位→安装轨排→安装轨排支撑架→轨排初调、精调到位→灌注混凝土道床→拆除模板、轨排支撑架→混凝土道床、水沟修整→钢轨接头焊接→应力放散及锁定。
2 现行混凝土灌注的输送方法分析
2.1 泵送法
泵送法是指先将钢轨铺设到位,组装扣件并将短轨枕按照基标悬挂到位,经过调轨、复检后,固定好模板;然后采用混凝土输送泵机或混凝土输送泵车将混凝土泵送到浇注区。泵送法需将泵管接到待灌注区最远的位置,按照泵管接头长度分为若干灌注段进行灌注;当道床指定位置达到灌注量后,解开一段泵管,使泵管出口到达下一个灌注段。依次类推。
泵送法的优点是:
1)施工作业略去混凝土运输这一环节，可直接将混凝土泵送到灌注区，作业速度快、周期短,和其他作业步骤交叉少，便于施工组织和轨道运输设备的组织。
2)对施工机械依赖较小，待水沟模板设立后，不用铺轨门吊配合，即可进行混凝土道床的灌注，施工方法简单，便于操作。
3)可一次性灌注,施工后续工作少。
4)灌注的作业段长，若施工条件具备,一次性作业可灌注300m左右的道床。
泵送法存在的不足是:
1)劳动强度大、作业环境恶劣。道床作业纵向距离长、剖面小，泵管及配件需人工搬运；且作业面都需灌注混凝土，作业人员需负重作业,对作业人员的体能消耗很大。
2)通信不便,灌注量难以掌握。泵机(车)距施工现场较远,混凝土输送机或输送车旁噪声较大,尤其是地下线,对通信设备的依赖性较大。
3)泵管横向移动能力差,需要劳动力较多。泵管为刚性连接,横向移动时需有一个较大的缓和长度,泵管放置在轨排支撑架上易受挡碍,混凝土难以均匀地泵在灌注区内。
4)作业环境对施工作业影响严重。受泵送距离和泵送高程的限制,有些施工现场无法实现泵送作业。
5)施工噪声严重，不利于环境保护。泵机(车)自身噪声较大，即使制定相关的防噪方案，也难以达到理想的效果，尤其是夜间施工，更易扰民。
2.2 普通输送法
普通输送法是指先将钢轨铺设到位，组装扣件并将短轨枕按照基标悬挂到位，进过调轨、复检后，固定好模板；然后将混凝土装到专用的混凝土输送箱内，采用动力设备将混凝土牵引到混凝土待灌注区前方已成型道床，再由铺轨门吊运至混凝土灌注区进行灌注。
普通输送法的优点:
1)劳动强度较小、机械化程度高,易于施工作业。混凝土由轨道小车和铺轨门吊配合运至待铺地段,主要作业量由机械承担。
2)对施工现场作业环境的适应性强,适合复杂环境作业。混凝土下料口与待铺地段的距离较远时也可以满足施工要求。
3)物料、设备搬运方便,也可以依靠铺轨门吊吊运,施工条件便利。
4)灌注时只需混凝土振捣器配合作业,作业人员轻装上阵,作业条件相对较好。
5)灌注量可根据灌注区截面计算出来,灌注量便于把握,施工作业便于组织。
6)施工作业便于程序化、系统化,作业分工较细,施工进度易于保证。
普通输送法的缺点:
1)混凝土需要轨道运输设备和铺轨门吊配合运输,对机械设备依赖性较高,机械设备的投资增加了工程造价。
2)铺轨门吊走行轨道和灌注道床有冲突,尤其对水沟设在道床中间的整体道床。现行作业办法都采用混凝土二次灌注法,即将混凝土道床两侧需安装铺轨门吊走行轨的部分用模板隔离,先对混凝土道床主体进行灌注;待铺轨门吊走行轨拆除后,再对其所占用的空间进行二次灌注。其作业程序较为繁琐。
3)边模板占工程总模板数约1/2,增加了工程造价;设立、拆除边模板增加了施工作业量。
4)边模板影响混凝土道床钢筋网的铺设,给施工造成不便。
5)采用二次灌注,混凝土道床有结合缝,易影响工程质量和成品外观。
6)为避免混凝土初凝影响工程质量,需及时将混凝土运输到施工地点,故要求合理组织轨道运输作业。
3 混凝土灌注方法的改进
为降低作业人员劳动强度、提高施工进度及在复杂环境中具有更广的适用性,根据以上短轨枕式整体道床两种混凝土灌注方法的优缺点,宜选择普通输送法。针对其存在的不足,经过现场实验,采用以下方法对其灌注工艺进行改进。
3.1 混凝土灌注方法的改进思路
混凝土普通输送法采用铺轨门吊配合吊运混凝土,铺轨门吊走行轨(以下简称“走行轨”)基础为钢支墩底座,它位于正式轨道两侧。设立边模板的作用在于使钢支墩不被浇注在混凝土道床内。现使用的钢支墩下部设法兰盘,用于和道床基底固定,属于螺栓外置式。现将混凝土支墩改造为螺栓内置式,将钢支墩改为密封式,并使钢支墩外部形成光滑的表面,一次性浇注混凝土道床;并将钢支墩灌注在混凝土道床内,在走行轨拆除后将钢支墩从成型道床上拔出,最后对道床进行填补即可。
3.2 钢支墩设计
钢支墩可按施工现场实际情况进行设计。本案将钢支墩设计成底座部分和互换部分,整体采用倒梯型结构。底座部分分为三类,即矩形底座、梯形Ⅰ底座和梯形Ⅱ底座,分别适用于矩形、马蹄形和盾构断面隧道;互换部分可以通用;两部分使用螺栓连接成整体,支墩4个侧面斜率均为30/1。支墩两侧设有螺栓。拔除时将螺栓向下拧动至道床面,即可将钢支墩由道床顶出。
3.3 混凝土灌注方法改进前后的施工图示
1)原施工工艺需两次灌注,道床钢筋网受边模板影响,不能放置到设计位置,见图1~3。
2)改进施工工艺后可一次性灌注,不设立边模板,钢筋网及镀锌扁铁位置可按设计图施工。施工示意见图4~6。
4 灌注工艺改进后的施工工艺简介
目前,地铁隧道的整体道床施工中钢轨的铺设有两种方法:①换轨铺设法,即先用工具轨铺设混凝土道床,将永久轨在铺设基地焊接成长轨后,运至施工地点进行换轨;②一次性钢轨铺设法,直接用标准长度永久轨铺设整体道床,钢轨接头采用现场焊接。
换轨铺设法的钢轨焊接质量易于保证,同时避免了施工现场的空气污染,但工具轨的铺设与拆除增加了工程投资,施工周期较长,且长轨条运输不便;一次性铺设法易造成施工现场空气污染,施工干扰较大,但施工工期短,可节约大量工程投资。两种钢轨铺设方法对采用本工艺的影响不大。由于焊接技术的发展,现在比较主流的施工工艺为一次性钢轨铺设法。本文以一次性钢轨铺设法对本工艺进行阐述。
4.1 施工工艺流程
施工工艺流程图见图7所示。
本工艺不需设置边模板,一次性对道床进行灌注;采用轨排支撑架架轨法,轨排支撑架立柱上需套设高于道床灌注高度的PVC管,以便拆除轨排支撑架;走行轨钢支墩拆除后循环使用。
钢支墩拔除后,其空缺部分的道床需进行补填。与混凝土二次灌注法相比,混凝土道床没有纵向结合缝,可省去结合缝凿毛工序,成品外观更佳。
4.2 施工工艺要求
4.2.1 基标设置
根据施工图要求及线路线形、坡度调整资料设置控制基标和加密基标。控制基标按直线120m、曲线60m以及曲线起止点、缓圆点、圆缓点、道岔起止点各设1个;混凝土道床加密基标按直线6m、曲线5m各设1个。基标设置允许偏差:控制基标的方向为6″,高程为±2mm,直线段距离相对较差为1/5000、曲线段距离相对较差为1/10000;加密基标的方向为±1mm,高程为±2mm,直线段距离较差为±5mm,曲线段距离较差为±3mm。
4.2.2 轨道架设安装
钢轨应采用支撑架架设。支撑架架设间距直线段宜为3m、曲线段宜为2.15m;直线段支撑架应垂直线路方向,曲线段支撑架应垂直线路的切线方向。
架设于支撑架上的钢轨或道岔应调整水平、线形、轨距、轨底坡和高程。其调整精度应符合DB11/311.1-2005《地下铁道工程施工及验收标准》的有关规定。调整合格后必须固定牢固,验收合格后及时灌筑道床混凝土。
4.2.3 灌筑道床混凝土
灌筑混凝土前需绑扎钢筋、立伸缩缝和水沟模板。模板应支立牢固,其允许偏差:横向位置±5mm,高度±2mm。灌筑混凝土的脚手架需独立设置并应牢固。混凝土应分层、水平、分段灌注,并振捣密实,严禁振捣器触及支撑架和钢轨。道床混凝土应及时进行抹面。抹面允许偏差:平整度为3mm,高程为0~5mm。混凝土养生不少于14天,其强度达到5MPa时方可拆除钢轨支撑架;混凝土强度未达到设计强度的70%时,道床上不准行驶车辆和承重。
4.2.4 铺轨门吊走行轨设置要求
1)走行轨宜采用24kg/m轨。两侧走行轨以线路中心线为其中心位置,以线路轨面为走行轨轨面水平基准。走行轨与安装基准线水平位置偏差不大于5mm,两走行轨跨度偏差不大于±3mm,走行轨水平面标高允许偏差为±10mm,两走行轨水平偏差不大于±10mm。
2)铺轨门吊走行轨的支撑基础钢支墩的布设间距不大于1000mm,钢支墩应用4根M10以上膨胀螺栓固定在道床基础上。螺栓扭力符合GBT16823.2—1997《螺纹紧固件紧固通则》的要求。
4.2.5 整体道床的填补
钢支墩需涂抹脱模剂,以便走行轨拆除后可顺利拔出钢支墩。空缺部分内部凿毛处理、清理干净并涂抹混凝土粘合剂后再进行混凝土的填补。
5 施工进度比较
5.1 原工艺施工进度测算
5.1.1 采用铺轨基地预装短轨排,混凝土灌注采用普通输送法
按75m作为流水施工作业段长度,分别进行清理基底、铺小龙门吊走行轨、绑扎钢筋、安装轨排、浇筑道床混凝土等工序。一般情况下短轨枕式整体道床施工日进度约75m左右。铺轨基地和铺轨现场作业人员共需78人左右。后续工作为混凝土的二次灌注。二次灌注日进度约为100m,需作业人员24人。
5.1.2 采用铺轨基地预装短轨排,混凝土灌注采用泵送法
可不用铺轨门吊配合,经过合理组织,作业段长度可提升到325m,同时进行基底清理、绑扎钢筋、物料倒运、轨排安装等,大约4天可以完工,混凝土灌注需1天,折合日进度为65m。铺轨基地和铺轨现场作业人员须148人左右。后续工作较少,但施工干扰较大,计划进度不易完成。
5.2 工艺改进后的施工进度
工艺改进后的立模人员可减少3人,其余人员不变。混凝土灌注区没有边模板阻碍,易于施工,钢支墩拆除方便(原工艺常有混凝土凝结在底部螺栓上),基底钢筋网铺设无阻碍,可将工作段长度提高到100m,各流水线均在1天内完成。后续道床填补可与水沟修补一起进行,施工进度基本不受影响。
