城市轨道交通长枕式钢弹簧浮置板道床道岔施工关键技术探析

城市轨道交通长枕式钢弹簧浮置板道床道岔施工关键技术探析

李朋谦沈韫王仕瑜

李朋谦沈韫王仕瑜

（中铁四局，安徽，合肥，230041）

【摘要】随着我国城市化进程的不断推进，城市人口规模不断扩大，为了解决市民出行交通问题，轨道交通工程在越来越多的城市中开工建设。城市轨道交通车辆通行时会产生噪声与振动，对沿线居民生活造成显著干扰，工程建设领域始终在寻找相应的新型结构体系与施工技术降低这种不良影响。本文以国内首次施工的南昌市轨道交通1号线城市轨道交通长枕式钢弹簧浮置板道床道岔施工为例，分析探讨相关内容，旨在填补相关空白，提供一定的参考与借鉴。

【关键词】城市轨道；长枕式钢弹簧浮置板道床道岔；施工；关键技术

引言

城市轨道交通均穿越繁华市区，产生的振动和噪音，对附近居民生活造成影响。研究表明，振动和噪音不超过65dB，对人的睡眠影响不大，超过69dB的振动和噪音，会惊醒浅睡的人。通过对城市轨道交通减振降噪的研究，钢弹簧浮置板道床减振降噪效果达25~40dB，减振效果在众多减振道床类型中名列前茅，已被广泛应用于区间轨道，而对于减振降噪要求更高的道岔，目前国内尚未采取有效的减振降噪措施。研究分析长枕式钢弹簧浮置板道床道岔施工具有重要的现实意义。

1．工程概况

南昌市轨道交通1号线是南昌市轨道交通线网中一条L形的骨干线，一期工程起点为双港站，终点为奥体中心站，线路长28.843km。为满足八一起义纪念馆和附近居民对减振降噪的要求，在轨道工程设计中，首次将该段的6组道岔设计为长枕式钢弹簧浮置板道床道岔。

目前国内仅在深圳等城市应用了短枕式钢弹簧浮置板道床道岔，长枕式钢弹簧浮置板道床道岔国内尚无施工先例。长枕式钢弹簧浮置板道床道岔全长45.15m，岔前道床宽3.4m，岔尾道床宽6.78m，总平面布置图见图1。

图1长枕式钢弹簧浮置板道床道岔总平面布置图

长枕式钢弹簧浮置板道床道岔较短枕式而言，整体结构的稳定性优于短枕式，但由于长枕式钢弹簧浮置板道床道岔岔枕长度长（最长达4.6m），道床内钢筋骨架和钢弹簧隔振器等组件密集，施工时基底平整度控制和钢弹簧隔振器放样定位精度要求高，道岔内密集的钢筋、长岔枕和钢弹簧隔振器放样联合控制难度大。

2．长枕式钢弹簧浮置板道床道岔减振降噪原理

长枕式钢弹簧浮置板道床道岔主要由长枕道岔、钢弹簧隔振器和钢筋混凝土组成，从下至上分别为基底、40mm顶升间隙、浮置板面板、钢弹簧隔振器、长岔枕和道岔，见图2。

图2长枕式钢弹簧浮置板道床道岔结构图

长枕式钢弹簧浮置板道床道岔是将具有一定质量和刚度的道岔浮置板面板通过钢弹簧隔振器浮置于基底上，构成质量-弹簧隔振系统。地铁列车运行经过长枕式钢弹簧浮置板道床道岔时将作用在钢轨上的力传递给浮置于基底上的浮置板面板，浮置板面板可以提供足够的惯性质量来抵消车辆产生的动荷载，浮置板面板受力后，在惯性作用下将受到的力经过重新分配后，只有静荷载和少量残余动荷载会通过钢弹簧隔振器传递到基底中去，在此过程中由钢弹簧隔振器进行调谐、滤波、吸收能量，达到减振降噪的目的。

3．长枕式钢弹簧浮置板道床道岔施工控制关键环节

通过对长枕式钢弹簧浮置板道床道岔减振原理和设计图纸研究，归纳总结出施工过程中的关键环节有以下四点：

3.1基底平整度精密控制

长枕式钢弹簧浮置板道床道岔浮置板面板，最终是依靠钢弹簧支撑悬浮架设在基底上，基底平整度直接影响钢弹簧隔振器受力是否均匀，是否达到设计的减振降噪效果。施工过程中需通过精密控制基底，给钢弹簧隔振器提供一个平整支承悬浮面。

3.2钢弹簧隔振器位置精准定位

浮置板面板受力后通过钢弹簧隔振器传递到基底上，在此过程中弹簧隔振器进行调谐、滤波、吸收能量，达到减振降噪的目的，设计每个钢弹簧隔振器的位置都是通过计算受力情况确定的，钢弹簧隔振器位置决定降噪减振效果。施工过程中需要对钢弹簧隔振器精准放样定位。

3.3钢筋、长岔枕和隔振器外套筒联合定位控制

一组长枕式钢弹簧浮置板道床道岔平面面积为219.8m2，体积为87.92m3。单组长枕式钢弹簧浮置板道床道岔钢筋使用量为30.5t、隔振器外套筒67个，长岔枕82根，最长达4.6m，现场放样交错干扰大，各组成部件精度的联合控制难度大。

3.4逐级往复顶升，联合控制

单组长枕式钢弹簧浮置板道床道岔由2块浮置板组成，且与前后线路轨道浮置板道床相接，道岔浮置板面板之间、道岔浮置板面板与前后线路轨道浮置板道床之间通过剪力铰和钢轨连接，浮置板道岔面板顶升过程中，容易因钢轨、浮置板和剪力铰的受力不均匀产生变形。采取正确的顶升方法，确保顶升的整体质量是关键。

4长枕式钢弹簧浮置板道床道岔施工关键环节分解探析

4.1施工流程

长枕式钢弹簧浮置板道床道岔采用“原位分块组装浇筑法”进行施工，施工工艺流程见图3。

图3长枕式钢弹簧浮置板道床道岔施工工艺流程图

4.2关键施工步骤及方法解析

（1）布设SCP精密控制网

工程创新布设SCP精密测量轨道控制网进行精密测控。SCP精测控制网是在消化吸收高铁轨道控制模式的基础上，自主研发的城市轨道交通轨道精密测量控制系统，主要分两级控制，第一级为建立首级平面控制网（SCPS），主要为轨道施工提供控制基准，第二级为轨道控制网，主要为轨道铺设和运营维护提供控制基准。

控制桩布设在两侧的隧道壁上，每隔30~40米布设一对，设计院将地面上的控制点引入隧道内，然后每隔200m~300m布设一个的隧道内导线控制点（SCPS），根据导线控制点测设SCP测量控制点，采用自由测站边角交会法测设。

图4SCP控制网平面位置图

（2）布设钢筋控制桩

在岔位底板范围内植入钢筋控制桩，进行整组岔位范围的基底精密控制，钢筋控制桩长15cm，采用电钻植入5cm，植入数量平均为1个/㎡，利用SCP控制网对钢筋控制桩进行复测、标识。混凝土浇筑前，试验计算混凝土收缩量，计算基地混凝土顶面浇筑标高。将基底混凝土浇筑标高标记在钢筋控制桩及模板上，根据标记高度控制基底浇筑顶面。

（3）基底施工

基底大体积混凝土浇筑，现场引入公路罐车运输设备，改造为轮轨运输，并自主研发地铁混凝土布料设备，解决了地铁狭长作业空间内大体积混凝土运输浇筑困难，离析严重的难题。

施工人员根据钢筋控制桩及模板上标记高度控制基底顶面，基底混凝土浇注一次成型，采用平板振捣器振捣密实，混凝土浇筑完成后对基底面标高和平整度进行复测，标高允许偏差应为-5～0mm范围内，表面平整度允许偏差为2mm/m2。

（4）隔振器外套筒定位

隔振器外套筒是浮置板面板与钢弹簧隔振器之间力的传递装置，圆柱形筒体，浇注在浮置板混凝土里。单组长枕式钢弹簧浮置板道床道岔设置67个钢弹簧隔振器，即需设置67个隔振器外套筒。施工前，根据设计图纸将钢弹簧隔振器位置转换为SCP控制网坐标，在铺设隔离膜前预先在施工完成的基底上采用全站仪放出每个钢弹簧隔振器的中心点，再根据钢弹簧隔振器中心点精准定位并固定隔振器外套筒，位置允许偏差控制在±5mm内。

（5）道岔组装架立

在铺轨基地组装整组道岔，对各部分分组编号后，组合试拼接。试拼合格确认无误后，在每根钢轨轨顶用白油漆标出岔枕中心位置，再利用龙门吊通过轨排井口将岔轨、长岔枕和扣配件吊运至洞内，利用叉车倒运至铺设现场，最后人工倒运至铺设位置进行组装。人工初装岔枕、岔轨，架立道岔。

道岔架立采用特制道岔支承架，每隔5根岔枕布置一套。道岔粗调先调整直线基本轨，再调整曲线基本轨，逐渐向内调整好其他各部分，使道岔几何状态达到设计要求，再根据道岔基桩用直角道尺和万能道尺调整水平。用支距控制曲股基本轨位置，调整就位后用道尺控制水平及中线，定出侧股的准确位置。为固定轨距和加强道岔的整体性，岔轨组装完成时在适当位置加装特制轨距拉杆。

道岔组装架立完成后开始对道岔的方向和标高进行粗调，方向和标高偏差控制在±5mm范围内，减少钢筋骨架绑扎完成后的调整量。

道岔支撑架及轨距拉杆在混凝土强度达到5MPa后方可拆除。

（6）排列绑扎中层和上层钢筋

道岔架立并粗调完成后开始绑扎中层钢筋，中层钢筋和底层钢筋之间的高度通过架立筋控制，中层钢筋绑扎时隔振器外套筒周围钢筋应加强绑扎，并把隔振器外套筒的吊耳和结构钢筋绑扎牢固，然后开始排列并绑扎上层钢筋。

钢筋网格间距调整完成后开始防迷流焊接，临近每根钢轨下方分别选2根纵向贯通钢筋与所有的横向钢筋焊接；在每个板块内，每隔5m选1根横向钢筋与所交叉的所有纵向钢筋焊接，并在道床的两侧引出连接端子。钢筋焊接过程中在焊接位置下面加垫石棉板，防止焊渣烧坏隔离膜。

（7）钢筋、长岔枕和隔振器外套筒位置联合定位调整

施工过程中现场放样采取先整体放样再局部控制，先固定关键部位再微调普通部位，反复协调，道床混凝土浇筑前，再依据SCP控制网采用精调小车对整组道岔进行精调控制就位。该方法避免了长枕式钢弹簧浮置板道岔整体道床内密集的钢筋、长岔枕和隔振器外套筒相互干扰、重叠占位及偏移超标现象，确保了各组成部件的联合精准就位。

（8）道岔几何尺寸精调

道岔精调依据SCP精密控制网采用精调小车对整组道岔进行精确调整。混凝土浇筑施工过程中需随时检查道岔和混凝土轨枕的位置，道岔各部的几何状态，发现超标立即调整。道岔几何尺寸铺设应符合下列规定：里程位置偏差为±15mm；轨顶水平道岔全长范围内高低差不应大于2mm，高程偏差为±1mm；查照间隔1391mm，允许偏差为+2~0mm；护背距离1348mm，容许误差为0~－1mm；轨面应平顺，滑床板在同一平面内，轨撑与基本轨密贴，其间隙不应大于0.5mm；道岔范围内各接头以及与轨道连接处轨面无错台，轨头内侧应直顺无错牙，其允许误差为0.5mm；轨缝：允许偏差为0～+1mm。

（9）面板混凝土浇筑

浮置板面板混凝土采用商品混凝土，混凝土强度等级为C40。混凝土灌注过程中注意不碰撞岔轨，振捣棒严禁碰撞隔振器外套筒和钢筋，发现问题及时处理。混凝土振捣时轨枕四周加强捣固，混凝土浇筑根据试验确定初凝时间，对浮置板表面进行多次压光抹平，确保表面平整。在自然气温条件下覆盖洒水养护，及时清理钢轨支承架、钢轨、扣件及隔振器外套筒盖板上的混凝土残渣，混凝土强度达到5MPa时拆除模板，同时拆除道岔支承架。

（10）钢弹簧隔振器安装、浮置板顶升

当混凝土浇筑28天且达到设计强度后，采用厂家设计提供的专用液压千斤顶从浮置板基底将浮置板面板顶升40mm到设计标高。

顶升前准备工作：顶升前应将浮置板面板和两侧挡墙间及伸缩缝处的模板、泡沫板、垃圾全部清除，用橡胶密封条将所有浮置板周围的缝隙密封，确保顶升后杂物无法进入顶升间隙。浮置板顶升时，为了测量浮置板的顶升高度和均匀变形，在每块浮置板上至少要布置8个测量点，测量浮置板的标高。打开外套筒上的盖，检查外套筒内是否干净，并切除钢弹簧隔振器外套筒内的隔离膜。根据设计要求，在需要安装固定销的钢弹簧隔振器基础环中心钻孔，压入限位销。水平限位销按设计要求布置。

安装钢弹簧隔振器：利用安装杆，把弹簧组放到外套筒里直到落座在浮置板支承基础上。这时水平限位销已安装，并被盖住。支撑板与外套筒之间有足够的空隙，旋转弹簧组使三角形状的上支撑板的三个角和焊在外套筒内壁上的下支架相平，去掉安装杆。

浮置板顶升：每组钢弹簧浮置板道岔道床分段设置，共由两段道岔浮置板组成，且与前后线路轨道浮置板道床相接，道岔浮置板面板之间、道岔浮置板面板与前后线路轨道浮置板道床之间通过剪力铰和钢轨连接，浮置板道岔面板顶升过程中，容易因钢轨、浮置板和剪力铰的受力不均匀产生变形。顶升时采取分段顶升，综合考虑钢轨、浮置板和剪力铰的受力及变形，联合道岔前后各4块（100m）浮置板道床进行顶升控制，每段浮置板一次顶升量不超过15mm，总顶升量40mm分3至4步顶升，其中第一步、第二步共顶升30mm，第三步、第四步共顶升10mm。采用便携式千斤顶分段依次往复逐步顶升到位，先从岔前向岔尾依次完成每段板的首轮顶升，然后从岔尾往岔前方向进行第二轮顶升。往复完成浮置板道岔的三至四轮顶升。顶升时前后4块浮置板道床同时进行，靠近道岔的第1块浮置板与道岔同步顶升4轮，依次往后向第4块浮置板逐步递减。

图5浮置板顶升布置示意图

每一步的顶升高度，要通过放置在下支架和上支承板之间的调平钢板来控制。为减小调平钢板和下支架之间的缝隙，把力传递到外套筒上，调平钢板和下支架和上支承板之间的接触面必须接触密实。

每轮顶升完成之后，对布设在每块面板上的8个测量点高程和方向进行复测，测量结果均需进行详细记录。将所有测量点的数据进行比对，并将测量点的位移差进行对比，分析测量点间高程、方向差之间存在的误差，依据数据分析，检查是否达到设计要求，调整掌握顶升的整体质量，最后整体达到设计的顶升高度及平顺度，浮置板顶升高度允许误差为±1mm。

5．结语

综上所述，在南昌地铁轨道交通1号线上应用的该项长枕式钢弹簧浮置板道床道岔施工技术，能够有效提升工程质量，在基底平整度控制，钢弹簧隔振器精准定位，钢筋龙骨、长岔枕及隔振器外套筒联合精准放样，顶升控制方面均进行了优化和提高，减少了劳动力投入、提高了施工工效，施工质量得到了有效控制。经国际查新，该技术在国内外所检文献中未见相同记载，填补了相关空白，为后续同类型施工提供了宝贵经验。

参考文献：

[1]樊斌,杨宏伟.城铁钢弹簧浮置板道床道岔施工技术[J].铁道标准设计,2013,03:15-18.

[2]甘灿.深圳地铁钢弹簧浮置板整体道床施工技术实践[J].中国铁路,2011,05:74-77.

[3]黄洋.浅谈城市地铁钢弹簧浮置板整体道床施工技术[J].黑龙江科技信息,2015,02:115.

[4]朱志强.地铁钢弹簧浮置板道床施工质量控制[D].华南理工大学,2012.

[5]王富双.钢弹簧浮置板减振轨道优化设计研究[D].青岛理工大学,2014.

[6]陈高峰,王建.钢弹簧浮置板技术的应用与发展[A]..重庆工程师论文集[C].:,2014:7.