摘要：通過對混凝土短軌枕式整體道床的施工方法總結(jié)，改進(jìn)了混凝土灌注過程中存在的不足之處，設(shè)計出一種一次性澆注混凝土道床、不設(shè)邊模板、一次性鋼軌鋪設(shè)的施工工藝。該工藝在保證較高工程質(zhì)量和施工安全的情況下，能有效地降低作業(yè)人員勞動強度，較大幅度地提高施工進(jìn)度；同時在復(fù)雜環(huán)境中具有更廣的適用性。
關(guān)鍵詞：地鐵；短軌枕式；整體道床；施工工藝
國際上,地鐵隧道內(nèi)的線路構(gòu)造大多采用整體道床及無縫線路。常用的整體道床有短軌枕式,長軌枕式,以后又發(fā)展有整體灌注式、承軌臺式、浮置板和軌道板等多種型式。其中短軌枕式整體道床的施工工藝經(jīng)過多年的經(jīng)驗積累,已有多種。合理地選擇和改進(jìn)施工工藝,揚長避短,可縮短施工工期并能節(jié)約工程造價。本文通過對短軌枕式整體道床施工方法的總結(jié),改進(jìn)了混凝土灌注過程中存在的不足,設(shè)計出一種新的施工工藝。新工藝在保證較高工程質(zhì)量和施工安全的情況下,能有效地降低作業(yè)人員勞動強度,較大幅度地提高施工進(jìn)度,同時在復(fù)雜環(huán)境中也具有更廣的適用性。
1 短軌枕式整體道床施工的作業(yè)流程
短軌枕式整體道床的施工工藝因采用的作業(yè)步驟不同而使施工方法有所不同,但作業(yè)流程都大同小異。其作業(yè)流程為:道床基底清理、鑿毛→鋪軌基標(biāo)測設(shè)→鋪設(shè)道床內(nèi)部鋼筋網(wǎng)→軌道鋪裝用料運輸?shù)轿弧惭b軌排→安裝軌排支撐架→軌排初調(diào)、精調(diào)到位→灌注混凝土道床→拆除模板、軌排支撐架→混凝土道床、水溝修整→鋼軌接頭焊接→應(yīng)力放散及鎖定。
2 現(xiàn)行混凝土灌注的輸送方法分析
2.1 泵送法
泵送法是指先將鋼軌鋪設(shè)到位,組裝扣件并將短軌枕按照基標(biāo)懸掛到位,經(jīng)過調(diào)軌、復(fù)檢后,固定好模板;然后采用混凝土輸送泵機或混凝土輸送泵車將混凝土泵送到澆注區(qū)。泵送法需將泵管接到待灌注區(qū)最遠(yuǎn)的位置,按照泵管接頭長度分為若干灌注段進(jìn)行灌注;當(dāng)?shù)来仓付ㄎ恢眠_(dá)到灌注量后,解開一段泵管,使泵管出口到達(dá)下一個灌注段。依次類推。
泵送法的優(yōu)點是:
1)施工作業(yè)略去混凝土運輸這一環(huán)節(jié)，可直接將混凝土泵送到灌注區(qū)，作業(yè)速度快、周期短,和其他作業(yè)步驟交叉少，便于施工組織和軌道運輸設(shè)備的組織。
2)對施工機械依賴較小，待水溝模板設(shè)立后，不用鋪軌門吊配合，即可進(jìn)行混凝土道床的灌注，施工方法簡單，便于操作。
3)可一次性灌注,施工后續(xù)工作少。
4)灌注的作業(yè)段長，若施工條件具備,一次性作業(yè)可灌注300m左右的道床。
泵送法存在的不足是:
1)勞動強度大、作業(yè)環(huán)境惡劣。道床作業(yè)縱向距離長、剖面小，泵管及配件需人工搬運；且作業(yè)面都需灌注混凝土，作業(yè)人員需負(fù)重作業(yè),對作業(yè)人員的體能消耗很大。
2)通信不便,灌注量難以掌握。泵機(車)距施工現(xiàn)場較遠(yuǎn),混凝土輸送機或輸送車旁噪聲較大,尤其是地下線,對通信設(shè)備的依賴性較大。
3)泵管橫向移動能力差,需要勞動力較多。泵管為剛性連接,橫向移動時需有一個較大的緩和長度,泵管放置在軌排支撐架上易受擋礙,混凝土難以均勻地泵在灌注區(qū)內(nèi)。
4)作業(yè)環(huán)境對施工作業(yè)影響嚴(yán)重。受泵送距離和泵送高程的限制,有些施工現(xiàn)場無法實現(xiàn)泵送作業(yè)。
5)施工噪聲嚴(yán)重，不利于環(huán)境保護(hù)。泵機(車)自身噪聲較大，即使制定相關(guān)的防噪方案，也難以達(dá)到理想的效果，尤其是夜間施工，更易擾民。
2.2 普通輸送法
普通輸送法是指先將鋼軌鋪設(shè)到位，組裝扣件并將短軌枕按照基標(biāo)懸掛到位，進(jìn)過調(diào)軌、復(fù)檢后，固定好模板；然后將混凝土裝到專用的混凝土輸送箱內(nèi)，采用動力設(shè)備將混凝土牽引到混凝土待灌注區(qū)前方已成型道床，再由鋪軌門吊運至混凝土灌注區(qū)進(jìn)行灌注。
普通輸送法的優(yōu)點:
1)勞動強度較小、機械化程度高,易于施工作業(yè)?；炷劣绍壍佬≤嚭弯佨夐T吊配合運至待鋪地段,主要作業(yè)量由機械承擔(dān)。
2)對施工現(xiàn)場作業(yè)環(huán)境的適應(yīng)性強,適合復(fù)雜環(huán)境作業(yè)?；炷料铝峡谂c待鋪地段的距離較遠(yuǎn)時也可以滿足施工要求。
3)物料、設(shè)備搬運方便,也可以依靠鋪軌門吊吊運,施工條件便利。
4)灌注時只需混凝土振搗器配合作業(yè),作業(yè)人員輕裝上陣,作業(yè)條件相對較好。
5)灌注量可根據(jù)灌注區(qū)截面計算出來,灌注量便于把握,施工作業(yè)便于組織。
6)施工作業(yè)便于程序化、系統(tǒng)化,作業(yè)分工較細(xì),施工進(jìn)度易于保證。
普通輸送法的缺點:
1)混凝土需要軌道運輸設(shè)備和鋪軌門吊配合運輸,對機械設(shè)備依賴性較高,機械設(shè)備的投資增加了工程造價。
2)鋪軌門吊走行軌道和灌注道床有沖突,尤其對水溝設(shè)在道床中間的整體道床?，F(xiàn)行作業(yè)辦法都采用混凝土二次灌注法,即將混凝土道床兩側(cè)需安裝鋪軌門吊走行軌的部分用模板隔離,先對混凝土道床主體進(jìn)行灌注;待鋪軌門吊走行軌拆除后,再對其所占用的空間進(jìn)行二次灌注。其作業(yè)程序較為繁瑣。
3)邊模板占工程總模板數(shù)約1/2,增加了工程造價;設(shè)立、拆除邊模板增加了施工作業(yè)量。
4)邊模板影響混凝土道床鋼筋網(wǎng)的鋪設(shè),給施工造成不便。
5)采用二次灌注,混凝土道床有結(jié)合縫,易影響工程質(zhì)量和成品外觀。
6)為避免混凝土初凝影響工程質(zhì)量,需及時將混凝土運輸?shù)绞┕さ攸c,故要求合理組織軌道運輸作業(yè)。
3 混凝土灌注方法的改進(jìn)
為降低作業(yè)人員勞動強度、提高施工進(jìn)度及在復(fù)雜環(huán)境中具有更廣的適用性,根據(jù)以上短軌枕式整體道床兩種混凝土灌注方法的優(yōu)缺點,宜選擇普通輸送法。針對其存在的不足,經(jīng)過現(xiàn)場實驗,采用以下方法對其灌注工藝進(jìn)行改進(jìn)。
3.1 混凝土灌注方法的改進(jìn)思路
混凝土普通輸送法采用鋪軌門吊配合吊運混凝土,鋪軌門吊走行軌(以下簡稱“走行軌”)基礎(chǔ)為鋼支墩底座,它位于正式軌道兩側(cè)。設(shè)立邊模板的作用在于使鋼支墩不被澆注在混凝土道床內(nèi)?，F(xiàn)使用的鋼支墩下部設(shè)法蘭盤,用于和道床基底固定,屬于螺栓外置式。現(xiàn)將混凝土支墩改造為螺栓內(nèi)置式,將鋼支墩改為密封式,并使鋼支墩外部形成光滑的表面,一次性澆注混凝土道床;并將鋼支墩灌注在混凝土道床內(nèi),在走行軌拆除后將鋼支墩從成型道床上拔出,最后對道床進(jìn)行填補即可。
3.2 鋼支墩設(shè)計
鋼支墩可按施工現(xiàn)場實際情況進(jìn)行設(shè)計。本案將鋼支墩設(shè)計成底座部分和互換部分,整體采用倒梯型結(jié)構(gòu)。底座部分分為三類,即矩形底座、梯形Ⅰ底座和梯形Ⅱ底座,分別適用于矩形、馬蹄形和盾構(gòu)斷面隧道;互換部分可以通用;兩部分使用螺栓連接成整體,支墩4個側(cè)面斜率均為30/1。支墩兩側(cè)設(shè)有螺栓。拔除時將螺栓向下擰動至道床面,即可將鋼支墩由道床頂出。
3.3 混凝土灌注方法改進(jìn)前后的施工圖示
1)原施工工藝需兩次灌注,道床鋼筋網(wǎng)受邊模板影響,不能放置到設(shè)計位置,見圖1~3。
2)改進(jìn)施工工藝后可一次性灌注,不設(shè)立邊模板,鋼筋網(wǎng)及鍍鋅扁鐵位置可按設(shè)計圖施工。施工示意見圖4~6。
4 灌注工藝改進(jìn)后的施工工藝簡介
目前,地鐵隧道的整體道床施工中鋼軌的鋪設(shè)有兩種方法:①換軌鋪設(shè)法,即先用工具軌鋪設(shè)混凝土道床,將永久軌在鋪設(shè)基地焊接成長軌后,運至施工地點進(jìn)行換軌;②一次性鋼軌鋪設(shè)法,直接用標(biāo)準(zhǔn)長度永久軌鋪設(shè)整體道床,鋼軌接頭采用現(xiàn)場焊接。
換軌鋪設(shè)法的鋼軌焊接質(zhì)量易于保證,同時避免了施工現(xiàn)場的空氣污染,但工具軌的鋪設(shè)與拆除增加了工程投資,施工周期較長,且長軌條運輸不便;一次性鋪設(shè)法易造成施工現(xiàn)場空氣污染,施工干擾較大,但施工工期短,可節(jié)約大量工程投資。兩種鋼軌鋪設(shè)方法對采用本工藝的影響不大。由于焊接技術(shù)的發(fā)展,現(xiàn)在比較主流的施工工藝為一次性鋼軌鋪設(shè)法。本文以一次性鋼軌鋪設(shè)法對本工藝進(jìn)行闡述。
4.1 施工工藝流程
施工工藝流程圖見圖7所示。
本工藝不需設(shè)置邊模板,一次性對道床進(jìn)行灌注;采用軌排支撐架架軌法,軌排支撐架立柱上需套設(shè)高于道床灌注高度的PVC管,以便拆除軌排支撐架;走行軌鋼支墩拆除后循環(huán)使用。
鋼支墩拔除后,其空缺部分的道床需進(jìn)行補填。與混凝土二次灌注法相比,混凝土道床沒有縱向結(jié)合縫,可省去結(jié)合縫鑿毛工序,成品外觀更佳。
4.2 施工工藝要求
4.2.1 基標(biāo)設(shè)置
根據(jù)施工圖要求及線路線形、坡度調(diào)整資料設(shè)置控制基標(biāo)和加密基標(biāo)?？刂苹鶚?biāo)按直線120m、曲線60m以及曲線起止點、緩圓點、圓緩點、道岔起止點各設(shè)1個;混凝土道床加密基標(biāo)按直線6m、曲線5m各設(shè)1個。基標(biāo)設(shè)置允許偏差:控制基標(biāo)的方向為6″,高程為±2mm,直線段距離相對較差為1/5000、曲線段距離相對較差為1/10000;加密基標(biāo)的方向為±1mm,高程為±2mm,直線段距離較差為±5mm,曲線段距離較差為±3mm。
4.2.2 軌道架設(shè)安裝
鋼軌應(yīng)采用支撐架架設(shè)。支撐架架設(shè)間距直線段宜為3m、曲線段宜為2.15m;直線段支撐架應(yīng)垂直線路方向,曲線段支撐架應(yīng)垂直線路的切線方向。
架設(shè)于支撐架上的鋼軌或道岔應(yīng)調(diào)整水平、線形、軌距、軌底坡和高程。其調(diào)整精度應(yīng)符合DB11/311.1-2005《地下鐵道工程施工及驗收標(biāo)準(zhǔn)》的有關(guān)規(guī)定。調(diào)整合格后必須固定牢固,驗收合格后及時灌筑道床混凝土。
4.2.3 灌筑道床混凝土
灌筑混凝土前需綁扎鋼筋、立伸縮縫和水溝模板。模板應(yīng)支立牢固,其允許偏差:橫向位置±5mm,高度±2mm。灌筑混凝土的腳手架需獨立設(shè)置并應(yīng)牢固?；炷翍?yīng)分層、水平、分段灌注,并振搗密實,嚴(yán)禁振搗器觸及支撐架和鋼軌。道床混凝土應(yīng)及時進(jìn)行抹面。抹面允許偏差:平整度為3mm,高程為0~5mm。混凝土養(yǎng)生不少于14天,其強度達(dá)到5MPa時方可拆除鋼軌支撐架;混凝土強度未達(dá)到設(shè)計強度的70%時,道床上不準(zhǔn)行駛車輛和承重。
4.2.4 鋪軌門吊走行軌設(shè)置要求
1)走行軌宜采用24kg/m軌。兩側(cè)走行軌以線路中心線為其中心位置,以線路軌面為走行軌軌面水平基準(zhǔn)。走行軌與安裝基準(zhǔn)線水平位置偏差不大于5mm,兩走行軌跨度偏差不大于±3mm,走行軌水平面標(biāo)高允許偏差為±10mm,兩走行軌水平偏差不大于±10mm。
2)鋪軌門吊走行軌的支撐基礎(chǔ)鋼支墩的布設(shè)間距不大于1000mm,鋼支墩應(yīng)用4根M10以上膨脹螺栓固定在道床基礎(chǔ)上。螺栓扭力符合GBT16823.2—1997《螺紋緊固件緊固通則》的要求。
4.2.5 整體道床的填補
鋼支墩需涂抹脫模劑,以便走行軌拆除后可順利拔出鋼支墩。空缺部分內(nèi)部鑿毛處理、清理干凈并涂抹混凝土粘合劑后再進(jìn)行混凝土的填補。
5 施工進(jìn)度比較
5.1 原工藝施工進(jìn)度測算
5.1.1 采用鋪軌基地預(yù)裝短軌排,混凝土灌注采用普通輸送法
按75m作為流水施工作業(yè)段長度,分別進(jìn)行清理基底、鋪小龍門吊走行軌、綁扎鋼筋、安裝軌排、澆筑道床混凝土等工序。一般情況下短軌枕式整體道床施工日進(jìn)度約75m左右。鋪軌基地和鋪軌現(xiàn)場作業(yè)人員共需78人左右。后續(xù)工作為混凝土的二次灌注。二次灌注日進(jìn)度約為100m,需作業(yè)人員24人。
5.1.2 采用鋪軌基地預(yù)裝短軌排,混凝土灌注采用泵送法
可不用鋪軌門吊配合,經(jīng)過合理組織,作業(yè)段長度可提升到325m,同時進(jìn)行基底清理、綁扎鋼筋、物料倒運、軌排安裝等,大約4天可以完工,混凝土灌注需1天,折合日進(jìn)度為65m。鋪軌基地和鋪軌現(xiàn)場作業(yè)人員須148人左右。后續(xù)工作較少,但施工干擾較大,計劃進(jìn)度不易完成。
5.2 工藝改進(jìn)后的施工進(jìn)度
工藝改進(jìn)后的立模人員可減少3人,其余人員不變。混凝土灌注區(qū)沒有邊模板阻礙,易于施工,鋼支墩拆除方便(原工藝常有混凝土凝結(jié)在底部螺栓上),基底鋼筋網(wǎng)鋪設(shè)無阻礙,可將工作段長度提高到100m,各流水線均在1天內(nèi)完成。后續(xù)道床填補可與水溝修補一起進(jìn)行,施工進(jìn)度基本不受影響。
