摘 要:介绍北京地铁5号线高架桥整体道床一次性铺设无缝线路施工工艺和施工过程中的质量控制,阐述施工过程中影响施工质量的主要因素、施工过程中遇到的难点与解决方法。
关键词:北京地铁5号线;无缝线路;应力放散与锁定;质量控制;接触焊焊轨
随着城市轨道交通的发展,整体道床无缝线路以其低噪声、低维修率、高平顺性成为城市轨道交通中轨道结构的首选。一次性铺设无缝线路的施工工艺在城市轨道施工中逐渐成熟,其中钢轨接头焊接、应力放散与锁定则是整个施工中的关键工序,无缝线路应力放散与锁定的质量直接关系到无缝线路后期的稳定与使用效能。
1 工程概况
北京地铁5号线从北四环路以北至终点太平庄北站为高架线及地面线,长度为10.8km,占全线39%,其中地面线810m,路堑过渡段196m,设车站7座,其中高架车站6座,地面车站1座。高架线及地面线均为整体到床,双线铺轨长度21.6km,其中无缝线路长度20.5km,有缝线路长度1.1km,接触轨安装21km,铺道岔13组,其中60kg/m-1/9单开道岔12组,3.6m单渡线1组,d=5m交叉渡线1组,单向钢轨伸缩调节器8组,双向钢轨伸缩调节器8组,防脱护轨3.102km。线路主要技术标准如下。
正线数目为双线,列车最高行车速度80km/h,车辆轴重14.1;t最小曲线半径:正线400m,出入段线和联络线180m;轨距:采用1435mm标准轨距,轨底坡1/40;最小线间距3.6m;最大坡度:正线24‰,出入段线和联络线34‰;钢轨:采用60kg/m钢轨;扣件与轨枕:dtⅶ2型扣件及短轨枕、轨道减振器扣件及短轨枕、dtⅵ2型扣件及短轨枕。WWW.11665.com
2 工程特点及施工难点
(1)工程特点
①轨道工程施工要求一次铺设无缝线路,验交行车速度标准为一次达到80km/h,需要线路具有较高的平顺性和稳定性,施工工艺要求很高。
②改进了原来整体道床施工工艺,混凝土一次性浇筑整体道床,没有浇筑支墩这一工序。
(2)施工难点
①线路主要在高架桥上,最高处20多米,且处在两公路、商场、居民区、公路交通十字路口等交通拥挤地段,铺设线路所需材料和设备均需吊至桥上作业,材料进场和上桥困难,作业面受到限制,桥上倒运工作繁重,桥下安全防护困难。
②线下单位施工进度不一致,共有12处施工断点,且施工断点长度在200~400m,导致轨道工程施工不能连续作业,只能分段施工后倒运施工工具和机械设备,增大了劳动强度。
③采用ams60移动式接触焊轨车在线路上直接将25m钢轨焊成单元轨节,焊轨设备用轨道车和平板车配合,车辆重、坡度大、曲线半径小,使焊轨操作难度增加。
④施工段因有dtⅶ2型扣件及短轨枕、轨道减振器扣件及短轨枕、dtⅵ2型扣件及短轨枕等,在线路上不够集中,分段较多,造成大量配套工具倒运。
⑤因施工时间跨度较长,冬季寒冷施工和夏季高温施工,混凝土浇筑施工时必须采取不同措施,才能保证施工质量。
3 施工方案及方法
为保证施工进度,线路采用多断面、多工点同时施工,路基验交一段,施工一段,最后在断点处连通。整体道床采用“钢轨支撑架法”进行施工,整体道床进行测设基标、轨枕布设、钢轨联接、混凝土浇筑等工序时,采用平行交叉作业,分段分期完成;混凝土枕采用25t吊车从桥下吊至桥面或者用5t电动葫芦从桥下吊至桥上,钢轨、道岔、钢轨伸缩调节器用25t吊车吊至桥面后用自制炮车、单轨车和滚筒共同运输铺设;采用移动式ams60焊轨车在桥上进行钢轨焊接;采用“滚筒放散法”进行应力放散,“连入法”进行无缝线路锁定。
4 主要施工工艺及关键工序的质量控制
测设基标、钢轨联接、混凝土枕布设、布置钢筋、立模、线路精调、混凝土浇筑、钢轨焊接、焊头检测、无缝线路锁定、质量检查。
4.1 测设基标
组织测量人员对测设资料和控制桩办理相关交接手续,利用线路中线点或施工控制导线点和施工控制水准点对有关的控制桩进行测量复核。复核完成后,做铺轨基标,基标是调整钢筋高度、确定线路方向的基准。根据测设的梁面高程以及预埋筋是否在设计允许范围内(梁面高程允许偏差-30mm~+10mm,钢筋方向和高程允许偏差±10mm),进行铺轨和钢筋调整(主要是箍筋高度的调整)。铺轨基标直线地段一般间距6m,曲线地段一般间距5m。
4.2 混凝土浇筑
混凝土浇筑比较容易出问题的是冬季寒冷施工和夏季高温施工。冬季气温低,夏季温差大,为此搭设了暖棚,内置加热设备,初春加盖大面积的工业电热毯,草垫,采用“蓄热法”或“暖棚法”施工方案,确保了冬季混凝土施工质量。夏季高温施工主要是难以控制道床产生裂纹,钢轨所受的温度力和轨温温差有密切关系,温差变化较大时施工(一般在6~9月昼夜轨温温差大于20℃),需要选好时间段。混凝土施工后到初凝期间,尽量选在轨温温差变化不大的时间段(晚上零点至第二天上午8点前),最好是在晚上10点之前施工完混凝土,第二天上午8点前混凝土已达到初凝强度。在施工前将钢轨洒水湿润以便降温,使轨温温差在混凝土施工后到初凝期间变化不大,混凝土凝结后,松开接头鱼尾板和扣件并洒水养护。若初凝期间不在这个时间段,轨温变化较大时,需要用湿草帘盖住钢轨以保整钢轨轨温变化不大。达到初凝后,应及时松扣件或者及时向钢轨覆盖,保持钢轨轨温温差变化幅度较小,经过施工过程中测量轨温,轨温温差在20℃之内时,混凝土表面短枕墩两侧基本不产生裂纹。
4.3 ams60焊机工地现场焊接及质量控制
全线无缝线路钢轨焊接采用经改装后的ams60型移动式接触焊轨设备,在已铺线路上将25m标准钢轨焊接成无缝线路长轨条。整个焊接过程均由swep06装置实施计算机程序控制,自动化程度较高。
整机沿轨道运行至施工现场后,吊臂系统使焊机从平板车上向前移动、提升、旋转,通过钢轨工作表面进行自动精确定位,所用扣件无高脚螺栓,焊机直接在承轨槽内焊接钢轨。焊机夹持钳口和导电钳口各自独立,夹持力作用于轨腰中部区域,使顶锻段过程中机体不变形,防止钢轨在焊接过程中打滑而形成不充分轨缝。焊机易于调整起拱量,对于调好的起拱量,钢轨冷却以后正好落在所要求的公差范围内,不需要对钢轨进行焊后调直工作。
推凸机构集成机床内,根据轨型自动推凸。焊接完成后立即推凸,钢轨外形面全部自动除瘤,推凸残余量小。焊缝处理过程由最新一代的闭式回路伺服系统控制。
焊接后对焊缝进行打磨,打磨后的焊接接头应保证焊缝两侧各500mm范围内轨头轨顶面及作用面的直线度为轨顶面及其圆弧面0.3mm/m,轨底凸出量不得超过1mm,打磨深度不大于0.5mm。
4.4 应力放散质量控制
施工中的质量控制是施工过程中的一个重要环节,正确分析影响施工质量的各种因素,并采取相对应的措施,是施工质量控制的根本,对影响应力放散的因素做具体分析,并采取相应的解决措施。
(1)摩擦力的影响
应力放散过程中长轨条与滚筒、预埋铁座、承轨槽、碎石道床上的道碴等接触物之间的摩擦力直接影响长轨条的自由伸缩,延缓长轨内部的应力释放,在长轨内部出现局部应力集中,从而留下隐患。
在应力放散前,将扣件松开并将轨距垫板拿开,与长轨接触的杂物与石碴清理干净,并每隔12根轨枕叠放两块聚四氟乙烯,并使长轨不与承轨槽上胶垫、轨枕预埋铁座(整体道床为铁垫板铁座)、石碴、杂物等接触;在放散过程中加强观察,发现上述情况应立即处理,使摩擦力降至最低。曲线半径愈小,应力放散愈不充分,采取在曲线内侧预埋铁座和曲线卡上涂油,以减少铁座和曲线卡与钢轨间的摩擦;并在曲线地段加强撞轨等方式来保障应力充分释放。
经测定,滚筒与钢轨之间的滚动摩擦系数为0.1,而聚四氟乙烯之间的滑动摩擦系数仅为0.05,采用两块聚四氟乙烯叠放代替滚筒,从而大大降低摩擦力,高放散质量。
(2)撞轨方式的影响
撞轨方式一般有两种,一种是固定式,它是通过撞轨器(用两根2.5m钢轨焊制成的带有滚轮的器械)撞击安装在长轨上的支座;一种是移动式,它是使用道钉锤均匀敲击轨腰。两种撞轨方式各有特点,固定式作用力大,能使长轨自由伸缩,移动式能使长轨内部应力分部均匀,两种方式相结合,可使长轨内部应力自由释放且分布均匀。
在施工中为使应力充分释放且均匀,一般至少要撞轨4次,每次撞轨要达到各位移观测点的位移不再变化并出现反弹时,从而来保证施工质量。
(3)测量器具的影响
施工中的所有测量器具在施工前都须经过检测、校核,合格后方能使用。锁定轨温是无缝线路中的一个很重要的技术数据,它对无缝线路的稳定性与以后的维修作业都有重要意义。为了正确测量轨温,施工中采取多个轨温计多点测量,然后取平均值的方法来达到锁定轨温的准确性。
(4)施工组织的影响
施工过程中的锁定环节所用时间愈少,长轨的轨温变化就愈小,锁定质量就愈好。应力放散与锁定组织得当可明显提高施工质量。通过论证,当长轨的自由端扣件上齐50m时,扣件的阻力就可使长轨的长度不再发生变化,也就是说此时长轨已处于锁定状态。在此理论下,在单元轨节的自由端加强力量,使下令锁定后能迅速上齐50m扣件,中间各组采取隔三上一的形式,可以在15min内(经测定轨温一般在20min内变化不会大于1℃)完成自由端连续50m、中间隔三上一的工作量,从而使长轨完全锁定且可保证钢轨内部应力分布均匀。
5 结语
北京地铁5号线高架桥轨道施工,技术含量和工艺要求高、施工组织困难、施工环境制约因素多。在施工过程中,我们克服了高架桥上料、冬季施工、现场区间焊轨、线下交工滞后、施工断点多等诸多困难,精心组织,科学施工,采用路基成形一段、施工一段,多断面多工点同时作业的施工方案,不断加强施工管理、优化施工组织方案,优质、高效地完成了轨道铺架施工。
参考文献:
[1]曾大庆.北京城铁无缝线路应力放散均匀的质量控制(j).铁道建筑,2003(增刊).
