混凝土短軌枕式施工工藝論文

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摘要通過對混凝土短軌枕式整體道床的施工方法總結,改進了混凝土灌注過程中存在的不足之處,設計出一種一次性澆注混凝土道床、不設邊模板、一次性鋼軌鋪設的施工工藝。該工藝在保證較高工程質量和施工安全的情況下,能有效地降低作業人員勞動強度,較大幅度地提高施工進度;同時在復雜環境中具有更廣的適用性。

關鍵詞地鐵,短軌枕式,整體道床,施工工藝

國際上,地鐵隧道內的線路構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過多年的經驗積累,已有多種。合理地選擇和改進施工工藝,揚長避短,可縮短施工工期并能節約工程造價。本文通過對短軌枕式整體道床施工方法的總結,改進了混凝土灌注過程中存在的不足,設計出一種新的施工工藝。新工藝在保證較高工程質量和施工安全的情況下,能有效地降低作業人員勞動強度,較大幅度地提高施工進度,同時在復雜環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流程

短軌枕式整體道床的施工工藝因采用的作業步驟不同而使施工方法有所不同,但作業流程都大同小異。其作業流程為:道床基底清理、鑿毛→鋪軌基標測設→鋪設道床內部鋼筋網→軌道鋪裝用料運輸到位→安裝軌排→安裝軌排支撐架→軌排初調、精調到位→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→應力放散及鎖定。

2現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到位,組裝扣件并將短軌枕按照基標懸掛到位,經過調軌、復檢后,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。泵送法需將泵管接到待灌注區最遠的位置,按照泵管接頭長度分為若干灌注段進行灌注;當道床指定位置達到灌注量后,解開一段泵管,使泵管出口到達下一個灌注段。依次類推。

泵送法的優點是:

1)施工作業略去混凝土運輸這一環節,可直接將混凝土泵送到灌注區,作業速度快、周期短,和其他作業步驟交叉少,便于施工組織和軌道運輸設備的組織。

2)對施工機械依賴較小,待水溝模板設立后,不用鋪軌門吊配合,即可進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,施工后續工作少。

4)灌注的作業段長,若施工條件具備,一次性作業可灌注300m左右的道床。

泵送法存在的不足是:

1)勞動強度大、作業環境惡劣。道床作業縱向距離長、剖面小,泵管及配件需人工搬運;且作業面都需灌注混凝土,作業人員需負重作業,對作業人員的體能消耗很大。

2)通信不便,灌注量難以掌握。泵機(車)距施工現場較遠,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內。

4)作業環境對施工作業影響嚴重。受泵送距離和泵送高程的限制,有些施工現場無法實現泵送作業。

5)施工噪聲嚴重,不利于環境保護。泵機(車)自身噪聲較大,即使制定相關的防噪方案,也難以達到理想的效果,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到位,組裝扣件并將短軌枕按照基標懸掛到位,進過調軌、復檢后,固定好模板;然后將混凝土裝到專用的混凝土輸送箱內,采用動力設備將混凝土牽引到混凝土待灌注區前方已成型道床,再由鋪軌門吊運至混凝土灌注區進行灌注。

普通輸送法的優點:

1)勞動強度較小、機械化程度高,易于施工作業?；炷劣绍壍佬≤嚭弯佨夐T吊配合運至待鋪地段,主要作業量由機械承擔。

2)對施工現場作業環境的適應性強,適合復雜環境作業。混凝土下料口與待鋪地段的距離較遠時也可以滿足施工要求。

3)物料、設備搬運方便,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,作業人員輕裝上陣,作業條件相對較好。

5)灌注量可根據灌注區截面計算出來,灌注量便于把握,施工作業便于組織。

6)施工作業便于程序化、系統化,作業分工較細,施工進度易于保證。

普通輸送法的缺點:

1)混凝土需要軌道運輸設備和鋪軌門吊配合運輸,對機械設備依賴性較高,機械設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,尤其對水溝設在道床中間的整體道床?，F行作業辦法都采用混凝土二次灌注法,即將混凝土道床兩側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行灌注;待鋪軌門吊走行軌拆除后,再對其所占用的空間進行二次灌注。其作業程序較為繁瑣。

3)邊模板占工程總模板數約1/2,增加了工程造價;設立、拆除邊模板增加了施工作業量。

4)邊模板影響混凝土道床鋼筋網的鋪設,給施工造成不便。

5)采用二次灌注,混凝土道床有結合縫,易影響工程質量和成品外觀。

6)為避免混凝土初凝影響工程質量,需及時將混凝土運輸到施工地點,故要求合理組織軌道運輸作業。

3混凝土灌注方法的改進

為降低作業人員勞動強度、提高施工進度及在復雜環境中具有更廣的適用性,根據以上短軌枕式整體道床兩種混凝土灌注方法的優缺點,宜選擇普通輸送法。針對其存在的不足,經過現場實驗,采用以下方法對其灌注工藝進行改進。

3.1混凝土灌注方法的改進思路

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”)基礎為鋼支墩底座,它位于正式軌道兩側。設立邊模板的作用在于使鋼支墩不被澆注在混凝土道床內。現使用的鋼支墩下部設法蘭盤,用于和道床基底固定,屬于螺栓外置式?，F將混凝土支墩改造為螺栓內置式,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,在走行軌拆除后將鋼支墩從成型道床上拔出,最后對道床進行填補即可。

3.2鋼支墩設計

鋼支墩可按施工現場實際情況進行設計。本案將鋼支墩設計成底座部分和互換部分,整體采用倒梯型結構。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個側面斜率均為30/1。支墩兩側設有螺栓。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前后的施工圖示

1)原施工工藝需兩次灌注,道床鋼筋網受邊模板影響,不能放置到設計位置,見圖1~3。

2)改進施工工藝后可一次性灌注,不設立邊模板,鋼筋網及鍍鋅扁鐵位置可按設計圖施工。施工示意見圖4~6。

4灌注工藝改進后的施工工藝簡介

目前,地鐵隧道的整體道床施工中鋼軌的鋪設有兩種方法:①換軌鋪設法,即先用工具軌鋪設混凝土道床,將永久軌在鋪設基地焊接成長軌后,運至施工地點進行換軌;②一次性鋼軌鋪設法,直接用標準長度永久軌鋪設整體道床,鋼軌接頭采用現場焊接。

換軌鋪設法的鋼軌焊接質量易于保證,同時避免了施工現場的空氣污染,但工具軌的鋪設與拆除增加了工程投資,施工周期較長,且長軌條運輸不便;一次性鋪設法易造成施工現場空氣污染,施工干擾較大,但施工工期短,可節約大量工程投資。兩種鋼軌鋪設方法對采用本工藝的影響不大。由于焊接技術的發展,現在比較主流的施工工藝為一次性鋼軌鋪設法。本文以一次性鋼軌鋪設法對本工藝進行闡述。

4.1施工工藝流程

施工工藝流程圖見圖7所示。

本工藝不需設置邊模板,一次性對道床進行灌注;采用軌排支撐架架軌法,軌排支撐架立柱上需套設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使用。

鋼支墩拔除后,其空缺部分的道床需進行補填。與混凝土二次灌注法相比,混凝土道床沒有縱向結合縫,可省去結合縫鑿毛工序,成品外觀更佳。

4.2施工工藝要求

4.2.1基標設置

根據施工圖要求及線路線形、坡度調整資料設置控制基標和加密基標?？刂苹鶚税粗本€120m、曲線60m以及曲線起止點、緩圓點、圓緩點、道岔起止點各設1個;混凝土道床加密基標按直線6m、曲線5m各設1個。基標設置允許偏差:控制基標的方向為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軌道架設安裝

鋼軌應采用支撐架架設。支撐架架設間距直線段宜為3m、曲線段宜為2.15m;直線段支撐架應垂直線路方向,曲線段支撐架應垂直線路的切線方向。

架設于支撐架上的鋼軌或道岔應調整水平、線形、軌距、軌底坡和高程。其調整精度應符合DB11/311.1-2005《地下鐵道工程施工及驗收標準》的有關規定。調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置并應牢固?；炷翍謱?、水平、分段灌注,并振搗密實,嚴禁振搗器觸及支撐架和鋼軌。道床混凝土應及時進行抹面。抹面允許偏差:平整度為3mm,高程為0~5mm?；炷琉B生不少于14天,其強度達到5MPa時方可拆除鋼軌支撐架;混凝土強度未達到設計強度的70%時,道床上不準行駛車輛和承重。

4.2.4鋪軌門吊走行軌設置要求

1)走行軌宜采用24kg/m軌。兩側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。走行軌與安裝基準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鋼支墩的布設間距不大于1000mm,鋼支墩應用4根M10以上膨脹螺栓固定在道床基礎上。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?？杖辈糠謨炔胯徝幚?、清理干凈并涂抹混凝土粘合劑后再進行混凝土的填補。

5施工進度比較

5.1原工藝施工進度測算

5.1.1采用鋪軌基地預裝短軌排,混凝土灌注采用普通輸送法

按75m作為流水施工作業段長度,分別進行清理基底、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度約75m左右。鋪軌基地和鋪軌現場作業人員共需78人左右。后續工作為混凝土的二次灌注。二次灌注日進度約為100m,需作業人員24人。

5.1.2采用鋪軌基地預裝短軌排,混凝土灌注采用泵送法

可不用鋪軌門吊配合,經過合理組織,作業段長度可提升到325m,同時進行基底清理、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,折合日進度為65m。鋪軌基地和鋪軌現場作業人員須148人左右。后續工作較少,但施工干擾較大,計劃進度不易完成。

5.2工藝改進后的施工進度

工藝改進后的立模人員可減少3人,其余人員不變。混凝土灌注區沒有邊模板阻礙,易于施工,鋼支墩拆除方便(原工藝常有混凝土凝結在底部螺栓上),基底鋼筋網鋪設無阻礙,可將工作段長度提高到100m,各流水線均在1天內完成。后續道床填補可與水溝修補一起進行,施工進度基本不受影響。

參考文獻

[1]GB50247—1998起重設備安裝工程施工及驗收規范[S].

[2]GB50157—2005地鐵設計規范[S].

[3]DB11/311.1—2005地下鐵道施工及驗收標準[S].