地鐵換乘車站軌道柱式檢查坑整體道床鋪設方法研究

孫 超

（中鐵三局集團線橋工程有限公司，河北 廊坊 065201）

0 引言

地鐵換乘車站越來越多。為了保障地鐵車站的行車安全，換乘節(jié)點車站的道床鋪設方法亟需得到優(yōu)化。

為了提高施工質量，該文研究了地鐵換乘車站軌道柱式檢查坑整體道床鋪設方法。通過ANSYS 有限元軟件分析整體道床受力變形規(guī)律，創(chuàng)新性地將測量基標設置在混凝土結構表面；動態(tài)調整軌道間距，設置偏差閾值；采用竹夾板固定模板，控制道床鋪設的線形，完成整體道床鋪設。試驗結果表明該方法對換乘車站節(jié)點建設具有現(xiàn)實意義。

1 地鐵換乘車站軌道柱式檢查坑整體道床鋪設方法

1.1 整體道床的受力變形規(guī)律建模分析

為了降低地鐵換乘車站軌道柱式檢查坑整體道床鋪設施工誤差，減少道床受力后的位移，利用ANSYS 有限元軟件，建立無碴軌道空間模型研究整體道床的受力變形規(guī)律。

無碴軌道包括鋼軌、扣件、感應板、整體道床和基床等部分。建立無碴軌道各組成部分的圖形拓撲模型，簡化軌道結構。鋼軌作為一個等截面的細長結構，采用梁單元進行模擬；鋼軌與道床之間的扣件，采用縱向非線性彈簧單元和垂向、橫向線性彈簧單元模擬；彈性支承塊和整體道床部分，由于結構形狀比較規(guī)則，可選用三維實體單元來模擬，建模時將其視為一種均勻材料；道床以下結構簡化為一層線性彈簧。

通過ANSYS 的后處理程序，可以獲得整體道床的位移和應力云圖，如圖1 所示。

圖1 整體道床的位移和應力云圖

從圖1 中可以明顯地看出，最大拉應力和最大位移值都出現(xiàn)在輪對的作用處，分別為0.571MPa 和0.361mm。根據(jù)整體道床力學特征，在鋪設施工中縮減位移誤差，控制軌道變形。

1.2 鋪軌基標測設

設置測設基標，貫通測量車站、盾構等線路結構限界，減少土建施工誤差，并不斷復核基標測量數(shù)據(jù)。

將測量基標的設置位置選擇在立柱對面的混凝土結構表面，后期軌道鋼軌組排工序能夠根據(jù)測量數(shù)據(jù)動態(tài)調整軌道間距尺寸。測量基標的具體設置位置如圖2 所示。

圖2 測量基標設置（單位：mm）

由圖2 可知，根據(jù)整體道床的力學特征和工程測量中的相關測量標準，采用直徑350mm 的混凝土立柱，2 個混凝土立柱之間的基標間隔設置為1200mm。短軌枕設置為190mm。為了提高軌道接頭的對位精度，需要在每段短軌枕的接頭處增設加密的測量基標，并利用鋼構專業(yè)混凝土保護措施對基標進行保護。為了后續(xù)施工照明，需要在測試基標下方開出燈槽。由此完成測量基標的安裝位置設置。

1.3 軌道鋼軌組排與尺寸調整

利用組成卡具在提前布置好的T 字換乘車站鋪設臺位上進行軌排組裝。

在直線段中，將短軌枕位置標示在軌腰內側，曲線段則標示在外軌的軌腰外側，根據(jù)整體道床最大拉應力和最大位移值設置軌腰內側和軌腰外側的間距。在過渡段短軌枕布置中，應保持短軌枕與軌道中軸線垂直。嚴格根據(jù)圖2 所示的示意圖擺放馬凳，固定卡具完成后將軌道置于卡具槽內，測量扣件安裝間距，利用螺旋道釘將其固定在軌道上，安裝支撐架和軌距拉桿，數(shù)據(jù)復核后，形成25m 軌排。具體軌排組裝如圖3 所示。

圖3 軌排組裝示意圖

由圖3 可知，在軌排組裝時，短軌枕的前后3 塊的懸掛偏差允許值在±10mm 以內，在吊運軌枕的過程中應避免碰撞，如果軌枕質量未達到施工要求則禁止使用。采用熱鍍鋅魚眼帶孔活節(jié)軌距調節(jié)螺絲將待組鋼軌緊密固定在已掛鋼軌上。在軌排組裝步驟中，應先進行軌枕的安置，再搭設鋼軌。利用撬棍撬、吊鏈吊、頂溜器頂?shù)姆椒▽④壍烙蔡е玲數(shù)捞帲壍婪欧€(wěn)，道頭對齊。同時為了保持待組鋼軌在鋼軌支撐架的穩(wěn)定性，需要在軌枕下方兩側加入木楔，安設阻車器、五星輪。進架道中心線距每5m 加一根軌距拉桿，線路彎道部分不超過2m 加1 根軌距拉桿。鋼軌支撐架的中柱前利用金屬摩擦柱支設1～2 根偏中柱。鋼軌支撐架與待掛軌枕軌腰外側軌道用直道接通。根據(jù)線路中的基標設置和整體道床最大位移值0.361mm，將軌道坡度以及方向進行相應地調整。其中進架道軌面以上至頂板最突出部分凈高不低于2.2m，進溜道軌面以上至頂板最突出部分凈高不低于2.0m。軌道中心線與設計要求中的偏差值允許在±2mm 內，對軌道的方向有更高的精度要求，必須保證偏差在±1mm 以內。

1.4 立柱模板安裝與軌道鋪設

采用竹夾板進行立柱模板的安裝與固定，保證檢查坑整體道床預制模板尺寸與基礎接口和支柱式檢查坑的線路形狀一致。

該文設計的方木模板厚度為16mm，在模板安裝時，采用扣壓的方式進行，并利用方木實現(xiàn)相鄰模板的連接與加固，從而控制軌道線路的方向和道床鋪設的線形，如圖4 所示。

圖4 立柱模板安裝連接圖

由圖4 可知模板安裝連接情況。復核模板安裝位置，采用懸接方式接頭，接頭直線段對稱，相對錯差控制在50mm以內。鋼軌接頭處兩軌道高低和內錯誤差小于2mm；直線段兩軌面頂面高低差控制在0mm～8mm；軌縫偏差控制在5mm以內；垂直度偏差需要控制在2mm 以內。根據(jù)施工要求，在結構沉降縫處設置隧道內的道床伸縮縫，設置間隔為15mm，伸縮縫使用20mm 的瀝青板來實現(xiàn)。短軌枕在鋪設中應注意將伸縮縫設置在隧道洞口55m 處，伸縮縫間隔設為6m。在模板完成加固和安裝后，經監(jiān)理單位檢驗，在符合要求后即可進行整體道床的混凝土澆筑。

1.5 坑式整體道床混凝土澆筑

該文涉及的工程中，柱式檢查坑整體道床澆筑的混凝土采用C30 混凝土。道床施工部門與供電單位、給排水單位以及通信部門形成協(xié)調統(tǒng)一的指揮機制。經牽引供電系統(tǒng)施工方技術確認后施工。預留道床排水溝、排水管路過軌接口、道岔轉轍機集水坑。在綜合弱電機房、車控室、電源室的位置預留通信電纜孔洞、地槽。混凝土灌注的技術要求見表1。

按照表1 所示的混凝土澆筑質量要求，將混凝土通過攪拌機和泵送的方式運送至工作面，通過分層澆筑使混凝土澆筑施工保持連續(xù)，這是為了讓混凝土一次性凝結為平面。在道床澆注前利用能抵抗住道床澆注震動不偏移的自制專用預埋模，包括300 個以上的預埋套管，將螺紋道釘?shù)哪猃執(zhí)淄补潭ㄔ谲壍罊M向限界位置。然后在道床中心線接縫面垂直澆筑。采用人工方式澆筑每個立柱的混凝土，每個立柱所用的混凝土方量為0.2m。在澆筑的過程中，需要采用分層直落的方式用搗固棒對澆筑的混凝土立柱進行振搗。振搗后保證每層澆筑部分的厚度為270mm。由于立柱的澆筑截面較小，采用較大的搗固棒振搗較為困難，容易出現(xiàn)澆筑面傾斜，因此需要同時采用尺寸為20 mm 的鋼筋振搗混凝土立柱。為了提高短軌枕下鋪設道床的混凝土密實度，在用鋼筋振搗混凝土的同時采用電動搗固棒在道床的非立柱側面進行搗固。為了保證混凝土澆筑滿足質量要求，應對振搗密實的混凝土進行塌落度檢驗。實時監(jiān)測軌道與軌枕的位置是否出現(xiàn)偏差，如果存在偏差需要立即調整。振搗完成后進行抹面處理，其抹面的平整度為2mm。道心充填時埋住軌枕2/3，沒有埋住軌枕上平面?；覞{清理干凈后進行涂刷養(yǎng)護及混凝土養(yǎng)護，該文采用的混凝土養(yǎng)護方式為滿水法。采用100mm 寬、15mm 厚的夾板條隨著澆搗混凝土立柱進行抹平步驟，立即沿立柱各個側面進行緊密鋪貼，然后每隔一米用長為29mm的鐵釘固定；為了保證鋪貼平整，檢查每塊板條的高度誤差小于2.5mm；貼板養(yǎng)護按照澆筑截面大小分區(qū)域養(yǎng)護，同時在各區(qū)域的交界處采用150mm 寬的板條緊靠臨邊鋪貼；抹平養(yǎng)護過程分為兩個階段：第一個階段是完成混凝土澆筑和振搗后，混凝土灰漿初凝前，及時采用粗木蟹配合噴霧抹平養(yǎng)護；第二個階段是在灰漿終凝前，在立柱表面先鋪設一張三夾板，噴澆的水流過三夾板面，流進夾板條縫內，漫過混凝土截面，溢出板條后停止?jié)菜缓箴B(yǎng)護5 天。

表1 混凝土灌注質量要求

滿水法養(yǎng)護可以保證混凝土立柱一直在恒濕恒溫的環(huán)境中得到潤濕養(yǎng)護。傳統(tǒng)的自然養(yǎng)護法因溫濕度變化會引起立柱表面出現(xiàn)收縮裂縫，而滿水法能夠避免出現(xiàn)這種問題，控制立柱澆筑面的平整度、外觀質量，從而保證混凝土表面的力學強度，減少后續(xù)的找平、護角等施工成本。

通過上述方法保證了混凝土立柱的養(yǎng)護質量。經檢驗混凝土達到了5MPa 時強度后，拆除固定模板和支撐架，清理立柱澆筑表面的殘余混凝土塵渣，完成整體施工。

2 應用效果分析

為了驗證該方法的柱式檢查坑整體道床鋪設效果，對施工過程中既有5 號線換乘車站和新建8 號線換乘車站進行監(jiān)測?；趯I(yè)的Geomos 監(jiān)測軟件輔以精密的監(jiān)測設備，分別在道床左線和右線布設11 個監(jiān)測斷面，每個斷面布設2個監(jiān)測點，在換乘車站內共布設4 個監(jiān)測點，具體監(jiān)測點布置如圖5 所示。

由圖5 可知監(jiān)測點布置情況。為了單獨分析該文設計的柱式檢查坑整體道床施工對既有車站的影響，整理既有車站道床沉降情況。既有車站結構變形控制標準見表2。

圖5 監(jiān)測點布置圖

由表2 可知，既有車站的最大沉降值規(guī)范要求為既有車站（5 號線換乘車站）結構變形量達到10mm 時，監(jiān)測點Geomos 監(jiān)測軟件對該監(jiān)測點標記預警；當結構變形量在10mm～15mm 時，Geomos 監(jiān)測軟件自動進行報警，并確定某監(jiān)測點存在變形威脅；當結構絕對變形量超過15mm，代表地鐵換乘車站軌道柱式檢查坑整體道床鋪設工程對5 號線換乘車站的沉降量影響較大，應該進行控制。在坑式整體道床的鋪設工序中，選擇對5 號線車站影響較大的4 個工序完成后的變形監(jiān)測數(shù)據(jù)，以及拆除模板和支撐架完成整體施工后的監(jiān)測數(shù)據(jù)進行分析。整理左線道床和右線道床的豎向位移，具體結果見表3。

表2 既有結構變形控制標準

由表3 可知，在第4 道工序完成后，左線道床測點出現(xiàn)最大沉降值為-0.98mm。在施工完成3 個月后，完成對新舊結構混凝土應力監(jiān)測，其換乘車站節(jié)點混凝土的最大拉應力為0.95MPa，未出現(xiàn)增大趨勢，且在混凝土拉應力的限值范圍內，各工序中的沉降量均在既有結構變形控制標準范圍內，證明該方法的施工質量穩(wěn)定性較高。

表3 各工序下道床豎向位移

3 結語

該文通過設置測量基標、輔助軌道組裝與尺寸調整、立柱模板安裝與軌道鋪設、柱式檢查坑式整體道床混凝土澆筑完成了地鐵換乘車站的柱式檢查坑整體道床鋪設施工。經過實例驗證，該文設計方法的施工質量穩(wěn)定性較高，具有一定的實用價值。由于時間和條件的限制，因此該文研究未涉及道床鋪設的具體質量控制措施，對軌道幾何形位測量與控制的研究較少。未來還將對施工中產生的精度誤差進行分析，全方位管理各施工環(huán)節(jié)。