谷進(jìn)朝

(中鐵一局，陜西 西安 710000)

1 概述

近年來，由于中國城市軌道的高速發(fā)展，它在緩解了城市交通擁堵問題的同時(shí)，也帶動(dòng)了城市經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，但也造成了較多的負(fù)面問題，比如在運(yùn)營過程中所出現(xiàn)的震動(dòng)和噪聲等問題[1]，給人們的日常生活環(huán)境帶來了不良影響。所以，緩解中國城市軌道交通的降震除噪等問題就顯得尤為重要。鋼軌及其相關(guān)構(gòu)件逐漸成為直接承載體,并成為重大問題的研究關(guān)鍵，因而受到了更多科學(xué)家的重視。而隨著鋼軌阻尼、浮軌扣件聯(lián)接、鋼彈簧浮置板道床設(shè)計(jì)施工等技術(shù)的迅速發(fā)展，通過安裝鋼軌阻尼、更換浮軌扣件聯(lián)接、重新制造鋼彈簧浮置板道床等措施，已經(jīng)成為軌道減振措施發(fā)展的主流方向。

2 鋼軌阻尼和浮軌扣件組合減振降噪技術(shù)

2.1 鋼軌阻尼

鋼軌阻尼為降低地鐵軌道噪聲和污染而研制的設(shè)備，由鄭州地鐵集團(tuán)有限公司組織，設(shè)計(jì)單位、施工等單位展開科研攻關(guān)，進(jìn)行前期大量的論證及專題討論，進(jìn)行大量工藝實(shí)驗(yàn)，經(jīng)過不斷總結(jié)、分析、改進(jìn)，形成其相應(yīng)施工工序?yàn)椋合葘π杓友b鋼軌阻尼區(qū)間進(jìn)行鋼軌污染物清理及鋼軌除銹打磨，待運(yùn)輸鋼軌阻尼至施工現(xiàn)場，分段進(jìn)行安裝阻尼器減振塊和阻尼彈性夾，阻尼材料的物理指標(biāo)如表1所示，最后統(tǒng)一檢查安裝是否合格，確保滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。

表1 阻尼材料性能指標(biāo)

鋼軌阻尼吸振器[2-4]具體安裝前,應(yīng)該用鋼絲刷子將鋼軌軌腰及軌底角部位(吸振器安裝部位)進(jìn)行除銹處理,然后使用干燥的毛氈去灰,把黏附在軌腰和軌底角上的灰塵全部擦掉,并根據(jù)軌枕間距選擇適當(dāng)尺寸的吸振器,并在鋼軌上標(biāo)明吸振器的部位,具體安裝要求有以下幾點(diǎn)：

1)鋼軌內(nèi)外側(cè)軌腰吸振器規(guī)格相同。

2)安裝完畢的吸振器底部外邊緣距軌底角邊緣為10 mm，允許誤差-2 mm。

3)吸振器與鋼軌軌腰密貼、規(guī)格相同，不影響扣件的拆裝。

彈性夾安裝采用專用安裝工具進(jìn)行安裝。安裝過程中應(yīng)避免過度將彈性夾開口擴(kuò)張，以免損傷彈性夾剛度，安裝完畢的彈性夾應(yīng)保持垂直，卡爪完全進(jìn)入吸振器凹槽內(nèi)，現(xiàn)場安裝效果如圖1所示。

2.2 浮軌扣件

浮軌扣件屬于軌腰約束型式的扣件[5-7]，當(dāng)其在正常工作狀態(tài)時(shí)，鋼軌處于懸浮狀態(tài)，可以有效地實(shí)現(xiàn)減振效果。經(jīng)過進(jìn)行大量工藝實(shí)驗(yàn)和分析及改進(jìn)，形成其相應(yīng)施工工序?yàn)椋菏┕に韪≤壙奂纱媪蠀^(qū)通過吊車吊裝至貨車上并倒運(yùn)至所需施工地段就近車站，再由人工搬運(yùn)存放于車站大斷面木箱內(nèi)并碼放整齊，以防止材料侵入電客車運(yùn)行限界，之后由倒運(yùn)材料班組用小平板車將浮軌扣件倒運(yùn)到施工地段，并按照施工順序進(jìn)行擺放。

首先對軌道幾何尺寸進(jìn)行測量，將數(shù)據(jù)記錄于對應(yīng)鋼軌上，并將待更換浮軌扣件區(qū)段、鋼軌需打起區(qū)段分別用噴漆標(biāo)出，便于后續(xù)施工。因浮軌扣件高度較高，需將更換浮軌扣件區(qū)段各往大小里程10 m～15 m的彈條和軌距塊拆除，用壓機(jī)將鋼軌打起并用方木支墊，確保鋼軌穩(wěn)固。更換浮軌扣件時(shí)先施工左股，完成后再施工右股，依次循環(huán)。為了以后現(xiàn)場施工方便，線路所有活動(dòng)擋肩安裝到鋼軌的同一側(cè)。在線路過渡部分安裝浮軌扣件時(shí)，必須在過渡扣件的第1，2根軌枕上面分別加放一塊2 mm及1 mm厚的軌下小膠墊，以保證過渡扣件的高度與浮軌扣件高度一致，順接平順。浮軌扣件系統(tǒng)如圖2所示，安裝步驟如下：

1)鋪設(shè)耦合墊板，將耦合墊板放在軌枕上，絕緣耦合墊板道釘孔中心與軌枕上預(yù)埋尼龍?zhí)坠苤行膶?yīng)。

2)放置扣件基板，將扣件基板放置在耦合墊板之上，其道釘孔中心與預(yù)埋尼龍?zhí)坠苤行膶?yīng)。

3)設(shè)置軌底襯墊，落鋼軌，組裝橡膠支撐塊與前側(cè)板，將前側(cè)板凸出頂柱插入橡膠支撐塊底面圓形凹孔內(nèi)，使橡膠支撐塊與前側(cè)板組合。

4)放置橡膠支撐塊與前側(cè)板組合體，將兩個(gè)橡膠支撐塊與前側(cè)板組合體放置于扣件底板兩端邊緣，分別從兩端將該組合體推向鋼軌腰部，使橡膠楔塊表面與鋼軌腰部貼合。

5)安裝T型螺栓，將T型螺栓頭部插入基板擋肩與前側(cè)板之間預(yù)留位置(固定柱)后順時(shí)針旋轉(zhuǎn)約90°，然后進(jìn)行上提使T型頭完全的嵌入槽中。

6)安裝定位塊，將扣件兩側(cè)的定位塊自上而下套入T型螺栓、固定柱。若有輕微卡阻可用橡皮錘向下敲擊定位塊使其套入固定柱。

7)鎖緊扣件，鎖緊蓋板依次套入T型螺栓上，將重型彈簧墊圈和螺母擰到T型螺栓上，擰緊T型螺栓螺母。

8)調(diào)整軌距，用軌距尺測量兩條鋼軌的軌距，存在偏差的地方，調(diào)整扣件位置保證兩邊鋼軌軌距保持1 435 mm。

9)安裝錨固螺栓，將調(diào)距齒塊置于基板的道釘孔上，確保調(diào)距齒塊的齒與道釘孔上齒能夠吻合，將重型彈簧墊圈在道釘上，調(diào)整扣件位置，將道釘擰緊，使扣件和軌枕連接起來，安裝道釘前須涂抹黃油。

浮軌扣件裝配時(shí)要在起終點(diǎn)處將過渡扣件連接順序調(diào)節(jié)到位，以確定過渡扣件連線的高度和浮軌扣件連線高度統(tǒng)一，在安裝扣件連接的同時(shí)需對鋼軌幾何長度進(jìn)行精調(diào)，軌頂水平及高度容許誤差均為±4 mm，左右股鋼軌在頂面處水平高度容許誤差均為4 mm，且在長度18 m的間距 范圍內(nèi)無超過4 mm的三角坑。軌頂水平差用10 m弦量，不應(yīng)超過4 mm。軌距用1 435 mm標(biāo)準(zhǔn)軌距,最大允許誤差為-2 mm～+3 mm，最大變動(dòng)率也不應(yīng)超過1‰。浮軌扣件安裝后,橡膠墊應(yīng)居中和方正,螺栓扭矩應(yīng)在120 Nm～150 Nm之間?，F(xiàn)場安裝效果如圖3所示。

2.3 效益分析

鄭州市軌道交通5號線工程綜合技術(shù)改造施工利用天窗點(diǎn)進(jìn)行浮軌扣件更換、鋼軌阻尼安裝的新型施工工藝的研究與應(yīng)用，極大提高了減振降噪工效，降低對周圍居民影響，此工藝施工組織科學(xué)合理，施工工藝經(jīng)濟(jì)、實(shí)用，高質(zhì)量、高標(biāo)準(zhǔn)完成了正線浮軌扣件更換及鋼軌阻尼安裝改造施工。

3 預(yù)制浮置板軌道結(jié)構(gòu)減振降噪技術(shù)

3.1 軌道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

預(yù)制鋼彈簧浮置板軌道主要由浮置板基礎(chǔ)、隔振器、預(yù)制板、剪力板、水平限位器、鋼軌及其扣配件等組成[8-9]。隔振器一般采用內(nèi)置式阻尼彈簧隔振器，線路的縱向間隔為1.2 m，橫向布置間隔為1.860 m，與非鋼彈簧浮置板道床銜接處的端部采用0.6 m間距加密過渡。浮置板地段采用60 kg/m鋼軌，扣配件采用彈條Ⅲ型分開式扣件，或者帶軌底坡普通扣件，扣件連接距離一般按600 mm進(jìn)行布置，相關(guān)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)見表2。

表2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)

浮置板地段按隧道半徑R-2 750 mm進(jìn)行設(shè)計(jì)，理論設(shè)計(jì)軌道高度為885 mm，而浮置板頂升高度按30 mm設(shè)計(jì)。浮置板的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)理論高度為269 mm，但在直線區(qū)域，浮置板基礎(chǔ)的橫斷面為水平走向，在曲線區(qū)域采用傾斜基底，基底的混凝土橫斷面高程隨著曲線超高來進(jìn)行及時(shí)調(diào)整。預(yù)制板為工廠定型產(chǎn)品，其長度L為3.6 m，寬度D為2.7 m，單塊板凈重約7.8 t，布置平面圖及斷面圖如圖4,圖5所示。浮置板的排水通過在浮置基底的中間設(shè)置350 mm×134 mm的排水溝排放，排水和普通道床的排水依次順接，水溝的過渡段在其他相鄰的道床地段來實(shí)現(xiàn)，坡度和線路坡度相同，應(yīng)在上游設(shè)置沉沙坑及鐵箅子防止雜物進(jìn)入浮置板地段水溝。

浮置板基礎(chǔ)的粗骨料使用碎石，并且碎石的最大粒徑d應(yīng)低于25 mm，基礎(chǔ)混凝土所用的砂、石、水泥及水等材料應(yīng)符合相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范。預(yù)制板骨料宜采用碎石，碎石的最大粒徑d應(yīng)低于25 mm，且采用C50混凝土鋼模在工廠進(jìn)行預(yù)制，預(yù)制板混凝土所用的砂、石、水泥及水等材料應(yīng)符合相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范，預(yù)制板內(nèi)應(yīng)預(yù)埋隔振器外套筒、預(yù)留剪力板套管、預(yù)埋扣件套管、預(yù)埋觀察筒蓋板套管及雜散電流端子等附屬結(jié)構(gòu)。預(yù)制板和結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)使用隔振器來整體隔離，用來實(shí)現(xiàn)減振降噪的目的，相關(guān)設(shè)計(jì)要求如表3所示。

表3 混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

剪力板的結(jié)構(gòu)包括水平剪力板和側(cè)置式剪力板兩種形式，并且水平剪力板和側(cè)置式剪力板各分為兩塊。其中水平剪力板和側(cè)置式剪力板各自有著兩種結(jié)構(gòu)形式:一種為提供直線段剛性連接，另一種為提供曲線段可伸縮的連接。當(dāng)預(yù)制板精調(diào)就位后，在每個(gè)隔振器對應(yīng)的基底鉆孔，并設(shè)置了水平限位器，所有隔振器應(yīng)該設(shè)置水平限位器。

3.2 預(yù)制浮置板軌道施工工藝

3.2.1 預(yù)制浮置板軌道施工

由于施工誤差及結(jié)構(gòu)沉降問題，為保證道床厚度設(shè)計(jì)并符合列車運(yùn)行限界要求，須對線路的中線位置和高程實(shí)行調(diào)線調(diào)坡。并按每100 m～200 m以內(nèi)設(shè)計(jì)線路中心控制樁和高程控制樁，曲線地段采用增設(shè)曲線五大樁。完成后應(yīng)對控制基標(biāo)進(jìn)行復(fù)測，經(jīng)測量確認(rèn)無誤后，需要按每3.6 m進(jìn)行施工基標(biāo)加密測量，即按現(xiàn)場鋪板的模數(shù)及板端位置進(jìn)行測量放線。

通過對現(xiàn)場的測量放線，完成預(yù)制板鋪設(shè)地段的限界測量，以達(dá)到預(yù)制板鋪設(shè)的限界尺寸要求。曲線上還需要按照軌道高程，幾何線位的變化情況加以測量，具體幾何關(guān)系如圖6所示。浮置板基礎(chǔ)高程按照調(diào)線調(diào)坡后的軌道高程來進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，而基礎(chǔ)收面高程按照軌頂高度向下返值約616 mm。在進(jìn)行基底混凝土澆筑前，應(yīng)該將高程控制線測設(shè)在盾構(gòu)壁上，后期作為基底混凝土施工時(shí)的參考基準(zhǔn)線。需要注意的是曲線和直線的差異，由于曲線內(nèi)側(cè)及曲線外側(cè)高程的不同，直線區(qū)域基底的橫斷面為水平走向，曲線區(qū)域基底的橫斷面為傾斜線。

浮置板基底變形縫及伸縮縫，按間距10.8 m設(shè)置。除特殊注明地段外，基底的變形縫一般情況下應(yīng)與板縫及結(jié)構(gòu)縫在相同部位，變形縫寬度d為20 mm，并且需要避讓隔振器的位置。浮置板基礎(chǔ)中心水溝的模板采用了專用的矩形封閉式鋼模板，曲線區(qū)域基底應(yīng)每隔10.8 m(即3塊預(yù)制板的長度)，在曲線內(nèi)側(cè)設(shè)橫向?qū)挾葹?00 mm排水溝，用來使基底的內(nèi)側(cè)水排到中心排水溝。預(yù)制板的鋪設(shè)精度允許誤差見表4。

表4 預(yù)制板的鋪設(shè)精度允許誤差

3.2.2 隔振器的安裝

內(nèi)置隔振器的安裝工序?yàn)椋菏紫热サ敉馓淄采系纳w子，然后壓入定位銷，使用安裝桿把隔振器置于外套筒中，使其接觸浮置板支承基礎(chǔ)，支承板與外套筒之間留有足夠的間隙，轉(zhuǎn)動(dòng)彈簧組使三角狀的上支撐板的三個(gè)角和焊在外套筒壁上的垂直對齊，再拔出安裝桿。接著在下支架和上支承板之間安裝調(diào)平鋼板，直至間隙被填塞密實(shí)。隔振器裝配完成滿足設(shè)計(jì)要求后，要把安全板置于相應(yīng)調(diào)平鋼板上，使用螺栓與內(nèi)筒連接在一起，防止調(diào)平鋼板產(chǎn)生移動(dòng)，采用螺栓來固定安全板，以確保傳力可靠。隔振器安裝完成后，檢查隔振器上是否存在間隙，若填充不嚴(yán)密可能會(huì)造成隔振器形成不受力狀態(tài)。當(dāng)預(yù)制板精確就位后，在隔振器未安裝和檢查完成之前，不得拆除及調(diào)整該板及相鄰預(yù)制板用來作為支撐受力的調(diào)節(jié)器。

3.3 傳統(tǒng)施工方式與預(yù)制板浮置板效益分析對比

浮置板軌道“工廠標(biāo)準(zhǔn)化預(yù)制、現(xiàn)場機(jī)械裝配”的新型施工工藝的研究與應(yīng)用，能極大提高工效，縮短項(xiàng)目建設(shè)周期。突破了以往天窗點(diǎn)散鋪法施工進(jìn)度緩慢的難題，施工進(jìn)度由6 m/d～10 m/d提高至70 m/d，進(jìn)度提高了7倍～10倍。同時(shí)該施工工藝提高了浮置板施工的質(zhì)量、減少了現(xiàn)場勞動(dòng)力、改善了現(xiàn)場人員作業(yè)環(huán)境。該施工工藝達(dá)到了目前國內(nèi)、外地鐵浮置板軌道施工的領(lǐng)先水平，經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益顯著。

4 結(jié)語

本文敘述了鄭州市軌道交通5號線工程綜合技術(shù)改造正線減震降噪的三種施工工藝，采用安裝鋼軌阻尼、浮軌扣件、預(yù)制浮置板三種方式，依據(jù)建筑工程工業(yè)化的模式來組織施工，即構(gòu)件設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化、生產(chǎn)工廠化、施工機(jī)械化、管理科學(xué)化。浮置板采用“工廠標(biāo)準(zhǔn)化預(yù)制、現(xiàn)場機(jī)械裝配”相結(jié)合的施工工藝，有效的增加了生產(chǎn)率，壓縮軌道施工工期，提高了項(xiàng)目進(jìn)度，同時(shí)也有效的減少了現(xiàn)場施工中人的因素、技術(shù)因素、環(huán)境因素對工程質(zhì)量的影響，提高浮置板軌道的施工質(zhì)量。施工中能精確監(jiān)控預(yù)制板鋪設(shè)的情況，以實(shí)現(xiàn)軌距、水平、方向、軌頂高程等軌道幾何尺寸，以確保列車的安全、平穩(wěn)運(yùn)行。