中铁上海工程局集团华海工程有限公司 上海市 201101
摘要：在苏州地铁2号线、无锡地铁1号线、宁波地铁1号线等铺轨工程施工中，通过对铺轨专用设备、专用器具、专用技术的研究总结施工工艺。该方法的成功运用，节约了成本、缩短了工期，提升了安全性，为今后此类工程提供了借鉴，为城市地铁快速铺轨施工拓展了新的研究方向。
关键词：城市地铁；快速铺轨；施工工艺
1 引言
地铁铺轨前接车站、区间等土建施工，目前土建结构移交普遍存在时间上、空间上不连续的问题，为满足铺轨总体进度，多采取增加施工资源增开作业面的方式，生产峰谷效应凸显，短期内组织大量资源降低了利用效率，增加了成本。
中铁上海工程局华海工程有限公司从提高单作业面工效出发，先后研制了道床施工移动搅拌车、公铁两用焊轨车、变跨铺轨机等专用设备和轨底坡测控尺、轨排整体性加固及锁定装置等器具，研发了塑料模板、感应正火、浮置板钢筋笼轨排预制等技术，在苏州轨道交通2号线、无锡1号线、宁波1号线等工程应用的基础上，形成城市地铁快速铺轨施工技术工艺。
2 施工技术原理
2.1设备技术原理
公铁两用焊轨车安装了轨轮和轮胎两套走形系统，自带动力能够在公路和铁路上行驶，垂直支撑系统能实现两套走形系统的转换，可自行完成作业面间的转移。
道床施工移动搅拌车自带搅拌罐，从下料口接收砼后在行驶中搅拌罐对混凝土均匀搅拌，实现了长距离的砼输送，减少了下料口的设置，可有效防止砼离析。
变跨铺轨机支腿可上下伸缩以适应隧道空间内的高度转换，横梁可伸缩以适应1508～3800mm间距走行轨满足地铁铺轨多种工况，最小变跨至1435mm轨距可走行正线轨以快速拖拉转移作业面，并无需整体解体即可整机装车运输。
2.2专业器具技术原理
轨底坡测控尺利用了高差测量原理实现对轨底坡的测量；轨排整体性加固及锁定装置应用了螺栓紧固和间隔布置大梁增加约束的原理增强轨排的整体性；水沟模板悬挂于钢轨上实现道床与水沟的一次浇筑，简化工序。
2.3专业施工方法技术原理
将塑料模板于步步紧技术综合应用于道床模板支设，发挥了塑料模板耐腐蚀、轻质、少用脱模机、使用次数多的有点和步步紧安拆方便的优点；感应正火利用了交变磁场产生交变电流加热金属和感应线圈仿形钢轨安装的原理，按设定的程序加热，实时测温反馈，并自动调整功率，保温透热，实现均匀加热；浮置板钢筋笼轨排预制技术将隧道内作业前置与基地预制，改善环境，大幅提高工效，应用钢筋焊接增强轨排稳定性和固定装置约束变形原理，实现安全吊装，提高整体进度；将高铁CPⅢ测量原理应用于城市地铁铺轨测量，提高测量点数和精度，减少精调时间，加快进度。
3 快速铺轨施工工艺流程及操作要点
3.1快速铺轨施工工艺流程图
施工工艺流程图具体参见图1所示。
3.2快速铺轨各工序操作要点
3.2.1施工准备
熟悉施工图纸，按道床类型编制施工组织设计和施工方案，施工人员经过安全、技术交底，并经培训，熟练掌握各工序和设备操作要领；与土建单位办理场地交接手续，场地移交质量符合要求；对进场材料检查外观质量和试验检验合格后方可施工；施工所需的机械设备和周转材料提前进行检修、调试和保养，确保状态良好。
3.2.2 CPⅢ测量
1.CPⅢ点控制点的埋设要求：一般为60 m左右，且不大于80 m。当曲线半径小于400m时受施工影响通视条件困难，此时CPⅢ点间距为30m，自由测站间距为60m。控制点应设置在稳固、可靠、不易破坏和便于测量的地方，并进行编号和保护标识。
2.CPⅢ控制网平面和高程测设，测设完成后将外业数据导出并用软件进行平差，平差结果由监理和业主测量队进行复核，确保数据精确、无误。
3.CPⅢ测量流程图参见图2所示。
图1 施工工艺流程图
3.2.3 铺轨机走行轨安装
铺轨机走行轨中心线为线路中心线，跨距根据施工环境的具体情况设计，铺轨机走行轨施工步骤有安装位置弹墨线、支架固定、安装及固定走行轨、跨径调整、检测验收，走行轨的支撑基础钢支墩布设间距为1.2m，最大不超过1.4m，接头处需增设支承点，每只钢支墩用4个膨胀螺栓固定在隧道底板上。
3.2.4一般整体道床施工
1.一般整体道床轨排组装
按照设计每公里轨枕数量计算每副轨排的轨枕间距及所配套的扣件类型，曲线地段计算内外股钢轨的缩短量对内外股轨枕间距调整，组装轨排时预留好内外轨相错量。
2.一般整体道床轨排吊装和运输
轨排组装验收合格后利用铺轨基地门式起重机和蟹形工具将轨排吊运至安装有转向架的轨道平板车上，用轨道车牵引平板车运输至施工作业面附近已成型的道床地段，再利用快速过站变跨铺轨机铺轨机将轨排搭接吊运至对应的设计安装位置。轨排吊装参见图3所示。
3.一般整体道床轨排架设和粗调
一般整体道床轨排用钢轨支撑架进行架设，钢轨支撑架间距为直线段宜3m、曲线段宜2.5m设置一个，并使其在直线段垂直于线路方向，曲线段垂直线路的切线方向。轨排架起后结合CPⅢ轨道控制网配合精调小车对其几何状态进行粗调，使其符合设计及规范要求。轨排粗调按施工顺序操作，即先调水平、后调轨距；先调基标部分，后调基标之间；先粗调后精调，反复调整。
图4 热塑模板步步紧应用图
4.一般整体道床钢筋绑扎和防迷流焊接
根据设计要求对道床钢筋间距及线路中心位置进行布设和绑扎固定。按设计要求进行道床防迷流焊接和铜端子预留。
5.一般整体道床水沟模板安装
高架线道床采用短枕道床热塑复合材料模板与步步紧结合技术进行道床模板安装；地下线道床采用一次性水沟模板固定在钢轨上安装，浇筑时把水沟模板固定牢固，防止水沟模板上浮变形。整体道床混凝土的伸缩缝和水沟模板支立应牢固，接缝紧密；道床伸缩缝按设计要求留置，伸缩缝板安装时必须与线路中线垂直。热塑模板和步步紧应用图参见图4所示。地下线水沟模板参见图5所示。
图5 地下线水沟模板图
6.一般整体道床轨道状态精调
利用轨检小车配置全站仪来完成轨道状态精调，在直股钢轨线路上一对CPⅢ点前15m处设置三脚架安装仪器。对于轨道和钢轨上缘的精确的几何尺寸，在高度和位置（弯道、标高、超高道）上重要的数据，在计算机上事先计算好，然后通过轨检小车对轨道状态进行比较。进行自由测站后，轨检小车将驶过每个校正点，通过全站仪的目标追踪系统，获得棱镜的三位坐标，以及持续地显示偏差，根据数据对轨道状态进行精调。
7.一般整体道床混凝土浇筑运输和浇筑
浇筑前应清理干净基底杂物和积水，再次检测轨道几何尺寸，确认符合验收标准后方可浇筑道床混凝土。混凝土运输在洞内采用泵送或串筒的方式将混凝土送至预留口下的轨道平板车上的移动搅拌车，再用轨道车将移动搅拌车运送到施工作业面，采用地泵分层、水平、分台阶浇筑混凝土。道床混凝土初凝前应及时进行面层抹面，并清理灰浆。混凝土浇筑终凝后及时养护，养护期一般不少于14天，其强度达到5MPa时方可拆除钢轨支撑架和水沟模板。
3.2.5 浮置板整体道床施工
1.浮置板基底施工
浮置板基底施工与常规施工内容一致，主要完成基底钢筋绑扎、中心水沟模板安装、浇筑基底混凝土及隔离层铺设工作内容。
2.浮置板钢筋笼轨排整体组装
1）浮置板钢筋笼拼装台位的设置
拼装浮置板钢筋笼的台位按28m×3.7m设置，台位为混凝土硬化的水平面。在台位上设置浮置板端头线、浮置板钢筋笼中心线、套筒位置中心线、钢筋笼外轮廓线等，作为拼装钢筋笼轨排的基准线。
2）布置隔振器外套筒、观察筒
根据台位上标识的外套筒位置，按设计图纸布置隔振器外套筒。
3）钢筋的加工及钢筋笼的拼装
按图纸尺寸进行钢轨加工，按图纸中浮置板板块钢筋的布置方式，预铺底部横向钢筋，并绑扎保护层垫块，穿纵向钢筋，并在穿筋过程中考虑搭接量，搭接长度严格按照设计图纸进行。为了固定外套筒及观察筒的位置，防止在吊运过程中移动，需将外套筒的吊耳固定于浮置板结构钢筋上，用铁丝绑扎并焊联。
4）钢筋笼轨排的整体性加固及锁定
为了保证浮置板钢筋笼轨排的整体稳定性，满足钢筋笼的吊装及运输要求，避免轨排的变形和不同部位、结构之间的相互移位，采用专用器具对钢筋笼的整体性进行加固和锁定。具体加固及锁定装置图参见图6所示。
图6 浮置板钢筋笼轨排加固及锁定装置示意图
浮置板钢筋笼吊装和运输
运输过程中为防止钢筋笼变形，在轨道平板车上放置2 处转向架，轨排、钢筋笼联接采用新型固定装置加强固定。每副钢筋笼用2个轨排吊装专用蟹型吊具进行吊装，吊点选择在距板端约5.18m处，对称布置。轨道平板车推进轨排至铺轨机下，铺轨机吊运轨排至施工作业面，根据测量点位，调整轨排中心线及前后位置，确保钢筋笼中心线同设计轨道中心线的重合（曲线段为斜向垂直）、浮置板的前后位置同测量的板端线重合。轨排吊装具体参见图7、8所示。
图8 铺轨机吊装浮置板钢筋笼图
浮置板钢筋笼架设和粗调
因吊装运输过程中，浮置板轨排内部结构部件间可能产生一定的变形、移位，就位后需对钢筋笼轨排进行检查，对轨排结构部件存在的变形、移位进行整修。剪力铰在轨排架设时预先将两个部件穿在相邻轨排端部对应位置，在轨排吊装到位时进行剪力铰对位。并根据板缝基标及轨道中心线进行剪力铰精确调整。按一般道床轨道状态粗调进行钢筋笼轨排调整。
浮置板钢筋笼架两翼钢筋绑扎和伸缩缝板安装
浮置板架设粗调到位后，进行“两翼”钢筋绑扎，先绑扎横向筋，再穿纵向钢筋，纵向钢筋搭接设计图纸进行；伸缩缝板采用20mm厚泡沫板外包5mm厚三合板，伸缩缝板固定须牢固，保证在混凝土浇筑过程中不变形、不跑模。
浮置板轨道状态精调和混凝土浇筑施工方法同一般整体道床施工一致。
3.2.6道床混凝土养生
混凝土浇筑完成后12小时内及时覆盖土工布，并进行洒水养护，养护时间为14天。
3.2.7浮置板顶升作业
顶升应在浮置板道床混凝土达到设计强度后进行，且要清除现场杂物，用胶条将浮置板周围缝隙密封，检查孔加盖板。使用专用设备在厂家的技术人员指导下进行，为避免浮置板产生过应力，浮置板要逐步抬起达到规定高度，至少要分两步进行，允许误差±1mm，顶升后轨面高程应满足设计及规范要求。
3.2.8过站道床施工
过站道床施工同区间施工基本一致，不同之处需铺轨机采用变跨铺轨机进行过站施工，首先在站台板施工区间按预设要求铺设好供铺轨机运行的临时轨道，轨距3.0米，其标高必须调整准确，然后准备好变跨所需的2根4.2米的横移轨道、垫墩、枕木、千斤顶、垫板等变跨附件并摆放到位。最后由专人指挥操作工按要求快速把铺轨机由原3.8米作业轨距变跨为3.0米作业轨距。
3.2.9无缝线路施工
短轨铺设施工具有一定的长度时，具备铺轨条件区段将进入下一道工序施工即无缝线路施工。
1.公铁两用钢轨接头焊接施工车进出场
公铁两用钢轨接头焊接施工车自行到公路和轨道的平交道口处，使公铁两用运输车顺着轨道方向就位在轨道上，操作公铁两用运输车的垂向支撑系统把车辆支撑起来，缓慢放下轨道行走引导轮系统并固定好，然后缓慢把公铁两用车落下，使得轨道行走引导轮平稳地、正确地落在轨道上，走形轮胎落在轨面上；继续操作把公铁两用车的垂向支撑系统的支脚提升到最高位置，并用销钉固定支脚和底座，然后操作公铁两用车沿轨道行走到作业位置准备焊轨作业。
2.钢轨焊接
正式焊接前按要求进行型式检验，确定焊接参数，制定相应规程，待焊钢轨符合地铁钢轨相关技术条件规定。钢轨焊接由焊轨车在已施工完成的整体道床上直接焊接，采用公铁两用焊轨车承载焊轨车车体在已铺设的整体道床标准轨距钢轨上行走，在待焊接头区，将四个千斤顶分别置于道床上，并将平板车四个角顶起，使平板车车轮脱离轨道，顶起放在临时滚道线上进行焊接，焊接前需对钢轨接头断面和钢轨500mm范围内进行打磨，打磨后完成对轨、焊接、推溜、移机等工作。钢轨焊接参见图9所示。
图9 公铁两用焊轨车钢轨焊接图
3.感应正火
钢轨焊接完成后采用感应正火设备进行钢轨接头正火，正火主要步骤有准备工作、正火车移动到作业面、耦合电阻测温片安装、安装高硅氧布隔热毯、安装感应线圈、启动发生器正火、关闭冷却水、拆卸线圈。钢轨焊接接头感应正火参见图10所示。
图10 钢轨焊接接头感应正火图
4.无缝线路锁定施工
钢轨焊接完成后进行长轨条锁定时，其锁定轨温必须符合设计规定。
3.2.10验收
线路施工完成后，按验收标规范要求进行线路整改，整改合格后进行线路验收。
4 现场应用效果及成本分析
4.1现场应用效果
应用专用设备，机械化程度高。道床施工移动搅拌车、公铁两用钢轨焊接施工车、快速过站变跨铺轨机等专用设备提高了施工机械化程度，减少了用工量，降低了工人劳动强度，提高了单作业面日铺轨进度指标。
应用专用器具和技术工程质量稳定。轨底坡测控尺、轨排整体性加固及锁定装置和塑料模板、感应正火、浮置板钢筋笼轨排预制技术改善了作业环境和施工工艺，创新了测控手段，工序质量稳定安全可靠。
节能环保，降低成本。专用设备应用降低了油耗，感应正火减少了碳排放，模板循环使用，节能环保。
4.2成本分析
城市地铁快速铺施工与传统施工方法比较，人力资源的利用大大减少，机械利用率充分提高，节约大量的劳动力资源，城市地铁快速铺轨施工与传统施工相比日进度可提高1～2倍，效率显著。结合苏州地铁二号线、无锡地铁一号线、宁波地铁一号线施工统计，共计节约费用为1393.45万元。具体参见表1所示。
5 结论
本研究通过对城市轨道结构和环境特点、铺轨设备及技术现状的研究与分析，采用专业设备快速变跨铺轨机、公铁两用焊轨作业车、道床施工移动搅拌车等设备，以及轨排吊具、调轨支架、轨底坡检测尺等工具，解决了影响铺轨进度关键环节的技术难题，提高了单作业面铺轨工效，实现了快速铺轨；应用精确配轨、轨底坡测控、接触轨支架安装面检测、近似平差调整轨道控制基标点、开合式线圈感应正火等技术，提高了轨道精度，保证了工程质量；通过对快速变跨铺轨机等自制设备的运用，降低了劳动强度，简化了工序，提高了施工速度。
参考文献
[1]刘习生、徐明发等.城市地铁快速铺轨施工工法，2013-2014年度国家级工法，中铁上海工程局集团有限公司，2015.
[2]地下铁道工程施工及验收规范.GB 50299-1999（2003年版），北京：中国计划出版社，2003.
论文作者:徐明发
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第9期
论文发表时间:2018/8/28
标签：钢轨论文; 钢筋论文; 轨道论文; 作业论文; 正火论文; 混凝土论文; 模板论文; 《建筑学研究前沿》2018年第9期论文;