预制钢弹簧浮置板道床限界测量与施工精度分析

2021年11月1日00:00:53施工测量评论889

1 引言

钢弹簧浮置板隔振道床是近年来地铁行业广泛采用的一种新型高等级轨道隔振主流技术措施,是将具有一定减震性能的钢筋混凝土道床板和浮置于特定刚度的阻尼弹簧隔振器上,构成的质量——弹簧隔振系统,具有三维弹性和稳定性,且能抑制和吸收固体声传导,从而减小轨道交通对周边环境的振动和噪声影响。由于钢弹簧浮置板隔振道床工程内容多、工序复杂、施工周期长,为满足提高现场施工效率和质量的要求西安地铁四号线轨道施工特殊减震道床采用了预制钢弹簧浮置板施工工艺。和现浇钢弹簧浮置板隔振道床相比较预制钢弹簧浮置板隔振道床具备以下优点: 浮置板的钢筋混凝土及预埋件施工改为厂内标准化生产、效率高、质量好,钢弹簧浮置铺轨速度快、节约工期。文章源自轨魅网-https://www.guimei8.com/7672.html

2 预制钢弹簧浮置板设计和相关生产工艺要求

西安地铁四号线设计采用B 型车、轴重14 t、最高时速80 km/h、钢轨60 kg /m、采用1435 mm标准轨距,特殊减震道床采用预制钢弹簧浮置板施工。文章源自轨魅网-https://www.guimei8.com/7672.html

预制钢弹簧浮置板长3.6 m,板厚度340 mm,道床板间伸缩缝宽度为30 mm。浮置板使用寿命期内,在要求隔振地段的振动敏感建筑物处,由列车通过时传到圆形隧道壁的振动加速度级比普通整体道床减少20 dB以上或VLZ10 振级减少15 dB以上。文章源自轨魅网-https://www.guimei8.com/7672.html

预制钢弹簧浮置板轨道主要由浮置板基础、隔振器、工厂预制混凝土板、剪力铰、钢轨及其扣配件等组成,如图1 所示。文章源自轨魅网-https://www.guimei8.com/7672.html

预制钢弹簧浮置板道床限界测量与施工精度分析

图1 浮置板轨道结构示意图

2.1主要材料及加工工艺文章源自轨魅网-https://www.guimei8.com/7672.html

(1)预制钢弹簧浮置板设计使用年限按100年,环境等级按“二a”类设计,C60混凝土钢模预制,基底采用C40混凝土,粗骨料应采用碎石,碎石的最大粒径不大于25mm。文章源自轨魅网-https://www.guimei8.com/7672.html

(2)预制钢弹簧浮置使用HRB400钢筋,基底采用HRB400钢筋。纵向钢筋最大搭接率≥50%,纵向钢筋搭接接头最大面积搭接率≥50%,搭接长度≥50d。钢筋保护层厚度≥40mm。文章源自轨魅网-https://www.guimei8.com/7672.html

(3)结构钢筋兼做杂散电流汇流钢筋。文章源自轨魅网-https://www.guimei8.com/7672.html

(4)预制板内预埋DTVI2型扣件锚固尼龙套管,承轨台孔眼位置应与DTVI2型扣件相匹配,套管中心位置及孔距精度为±1mm,垂直度≤1°,管顶面与板面公差为(0mm,-1mm)。文章源自轨魅网-https://www.guimei8.com/7672.html

(5)预制板在养护到混凝土立方体抗压强度标准值的75%后方可脱模。文章源自轨魅网-https://www.guimei8.com/7672.html

(6)预制板内预埋构件、隔振器套筒及尼龙套管等应牢固,不得遗漏。主要技术要求如表1所示。文章源自轨魅网-https://www.guimei8.com/7672.html

预制板技术要求表 表1文章源自轨魅网-https://www.guimei8.com/7672.html

序号 公差项目 公差范围
1 预埋套管定位公差 ±1 mm
2 隔振器外套筒位置公差 ±2 mm
3 板面平整度公差 ±2 mm/m²
4 预制板长度、宽度公差 ±5 mm
5 预埋套管垂直度公差 ≤⊥1
6 外套筒垂直度公差 ≤⊥1

(7)沿线路纵向每1.2m设置一对内置式阻尼弹簧隔振器、非钢弹簧浮置板道床过渡段调整为每0.6m设置一对,隔振器横向间距为1.86m。文章源自轨魅网-https://www.guimei8.com/7672.html

2.2 结构设计文章源自轨魅网-https://www.guimei8.com/7672.html

(1)预制板单元板之间连接方式有两种:水平剪力板、侧置式剪力板,水平剪力板和侧置式剪力板各为两块。其中,水平剪力板和侧置式剪力板分别有两种结构形式:一种提供刚性连接,一种提供可伸缩连接。文章源自轨魅网-https://www.guimei8.com/7672.html

可伸缩式的水平剪力板和侧置式剪力板每隔7块预制板布置一处。文章源自轨魅网-https://www.guimei8.com/7672.html

(2)刚度过渡:采用加密两对隔振器的方式来增加浮置板端部的刚度实现与非钢弹簧浮置板道床间的刚度过渡。文章源自轨魅网-https://www.guimei8.com/7672.html

(3)每隔10.8m在基底一条伸缩,为增加对差异性沉降的适应,基底变形缝应与板缝及结构缝设置在同一位置,变形缝宽度20mm为宜,施工时要求避开隔振器位置。文章源自轨魅网-https://www.guimei8.com/7672.html

3 预制钢弹簧浮置板限界研究

3.1 行车限界判定和预制板限宽文章源自轨魅网-https://www.guimei8.com/7672.html

地铁四号线盾构圆形隧道设计内直径5400mm,隧道轴线平面位置施工限差±100mm,隧道轴线高程施工限差±100mm。文章源自轨魅网-https://www.guimei8.com/7672.html

行车限界判定设计要求:采用盾构机施工的圆形隧道直径为5400mm、建筑限界直径为5200mm,区文章源自轨魅网-https://www.guimei8.com/7672.html

间直线地段矩形隧道建筑限界,宽度为4400mm、高度(自轨面起)4500mm,马蹄形隧道建筑限界断面最大宽度4880mm、拱顶高度(自轨面起)4500mm。文章源自轨魅网-https://www.guimei8.com/7672.html

地铁四号线采用两种尺寸规格的预制钢弹簧浮置板,其一轨面线距离基底顶面为616mm,基底顶面宽为2210mm,其二轨面线距离基底顶面为607mm,基底顶面宽为2050mm。本文施工案例采用的是基底顶面宽为2210mm的预制刚弹簧浮置板。文章源自轨魅网-https://www.guimei8.com/7672.html

3.2 预制板限宽测量方法研究文章源自轨魅网-https://www.guimei8.com/7672.html

预制钢弹簧浮置板道床施工对土建施工精度要求较高,尤其是在盾构施工圆形隧道允许误差为负误差,在小半径地段轨道几何尺寸调整时,对施工单位的现场施工增加了调整难度和测量的精度。在预制钢弹簧浮置板道床施工前需测量线路中心线至两侧结构的距离,以判定是够满足浮置板安装条件。测量时以设计线路中心线为基准线,基底顶面为平面,测量中心线至两侧结构的距离,如图2所示。文章源自轨魅网-https://www.guimei8.com/7672.html

预制钢弹簧浮置板道床限界测量与施工精度分析

图2 预制钢弹簧浮置板限宽测量示意图

为提高测量精度,先后研究了四种测量方法:钢尺测量法、坐标高程放样法、全圆拟合计算法、两点拟合圆计算法。文章源自轨魅网-https://www.guimei8.com/7672.html

(1)钢尺测量法文章源自轨魅网-https://www.guimei8.com/7672.html

计算出测量断面上左、右轨道上的平面坐标,并放样到实地位置,在放样位置树立左、右两根标尺,计算出轨顶设计高程以下616mm的高程,在标尺上做好标记,根据左、右两标记所连成的直线测量计算左半宽和右半宽的长度。曲线地段测量需结合实际里程断面的超高旋转角度测量斜面横距。优点:测量工作比较直观,计算量小。缺点:测量过程烦琐,影响测量工作的过程因素较多,计算量大,测量精度不易保证,调线调坡后还需要二次重复测量。文章源自轨魅网-https://www.guimei8.com/7672.html

(2)坐标高程放样法文章源自轨魅网-https://www.guimei8.com/7672.html

根据线路数据计算出左测点、右测点的设计三维坐标,使用全站仪将左测点和右测点平面位置的放样到实际位置,并做好标记,然后测量放样点的高程,将测量高程和钢弹簧浮置板设计基底面的高程进行比文章源自轨魅网-https://www.guimei8.com/7672.html

较,若左测点和右测点的高程有一个大于设计基底面的高程,则浮置板无法安装。优点:测量方法简单直观,可有效保证测量工作的高效率和高精度,计算量小。缺点:只能判定浮置板是否能够安装,调线调坡后还需要再次进行测量。文章源自轨魅网-https://www.guimei8.com/7672.html

(3)全圆拟合计算法文章源自轨魅网-https://www.guimei8.com/7672.html

根据管环的内径2700mm,在同一断面管片上任意均匀测量3个~8个测点的三维坐标,根据管片圆半径、测点三维坐标拟合圆,在拟合的空间圆上切割出钢弹簧浮置板左半宽和右半宽。优点:测量方案简洁可行,全圆拟合精度高,调线调坡后不需要二次重复测量。缺点:实际施工完成后的盾构环非真圆,全圆拟合的真圆存在和真实的结构尺寸不相吻合的情况,内业计算量大。文章源自轨魅网-https://www.guimei8.com/7672.html

(4)两点拟合圆计算法文章源自轨魅网-https://www.guimei8.com/7672.html

根据管环的内径2700mm,采用铝合金制作一铝合金尺,铝合金尺长2210mm(等于预制钢弹簧浮置板基底顶面宽)。测量时,首先用水平尺把铝合金尺精确整平,在管片上标记铝合金尺两端点,用全站仪测量出铝合金尺两端点的三维坐标。根据管片圆半径、两点三维坐标拟合圆,在拟合的空间圆上切割出钢弹簧浮置板左半宽和右半宽。优点:测量方案简洁可行,和真实的结构尺寸吻合度高,调线调坡后不需要二次重复测量。缺点:内业计算量大。文章源自轨魅网-https://www.guimei8.com/7672.html

为比较三种测量方法的测量精度,分别由不同的测量组分别采用两种测量方法独立测量,统计两组测量成果之差的重复测量较差统计图,如图3~图6所示。文章源自轨魅网-https://www.guimei8.com/7672.html

4种测量方案重复测量较差统计图显示钢尺测量法重复测量互差在±4cm、坐标高程放样法重复测量互差在±1cm、全圆拟合计算法重复测量互差在±2cm~3cm、两点拟合圆计算法重复测量互差在±1cm,坐标高程放样法和两点拟合圆计算法重复测量精度最高。文章源自轨魅网-https://www.guimei8.com/7672.html

3.3 盾构法施工隧道预制钢弹簧浮置板限宽分析文章源自轨魅网-https://www.guimei8.com/7672.html

某盾构区间特殊减震道床采用预制钢弹簧浮置板施工,设计轨面线距离基底顶面为616mm,基底顶面宽为2210mm,根据盾构隧道横断面设计净空和预制钢弹簧浮置板的设计尺寸,分析隧道轴线平面和高程施工偏差对钢弹簧浮置板安装的影响,如图7所示,施工曲线段测量预制板限宽时需考虑曲线段的偏移和超高,取最大曲线偏移144mm,超高120mm,对此问题进行研究分析,如图8所示。图7、图8中平面误差曲线上方的误差区域,钢弹簧浮置板限宽不够,钢弹簧浮置板限宽无法安装。文章源自轨魅网-https://www.guimei8.com/7672.html

预制钢弹簧浮置板道床限界测量与施工精度分析

图9 某区间盾构法隧道轴线偏差

某区间盾构法隧道轴线偏差和浮置板限宽测量成果如图9、图10所示,图10中偏差为负值表示限宽不足,不满足安装条件,为正值表示满足安装条件,测量成果和图7、图8的研究成果相一致。文章源自轨魅网-https://www.guimei8.com/7672.html

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图10 某区间盾构法隧道浮置板限宽偏差

3.4 相关限界问题解决方案文章源自轨魅网-https://www.guimei8.com/7672.html

侵限处首先根据土建结构定制钢弹簧浮置板,并调整轨道结构高度至760mm,如还不能解决问题,可使用调整线路、坡度的方案,调线、调坡困难地段也可考虑局部改预制钢弹簧浮置板为现浇施工。文章源自轨魅网-https://www.guimei8.com/7672.html

区间隧道调线调坡后,盾构区间可能出现接触网安装限高不足的问题,存在局部侵限时可通过调整支架安装位置满足接触网安装需求。圆形隧道接触网安装限高要求可调整为一般情况4420mm,极限情况接触线悬挂点至轨面取值4040mm、接触线悬挂点至螺母顶部取值340.8487mm,如图11所示。文章源自轨魅网-https://www.guimei8.com/7672.html

预制钢弹簧浮置板道床限界测量与施工精度分析

图11 接触网限高示意图

4 预制钢弹簧浮置板道床施工实践

4.1 预制钢弹簧浮置板铺设施工工艺文章源自轨魅网-https://www.guimei8.com/7672.html

(1)基底混凝土的浇筑文章源自轨魅网-https://www.guimei8.com/7672.html

①预制板的基底高度以轨面高程为基准,误差要求为0mm~-5mm,位置误差要求为±5mm。文章源自轨魅网-https://www.guimei8.com/7672.html

②混凝土浇筑完毕后,应按《混凝土结构工程施工质量验收规范》的规定进行养护,基底强度不小于设计强度的75%后,方可吊装预制板。文章源自轨魅网-https://www.guimei8.com/7672.html

③混凝土抗压试件留置组数:同一配合比,每灌注100m应取两组试件,一组在标准条件下养护,另一组与基底同条件养护。文章源自轨魅网-https://www.guimei8.com/7672.html

④基础混凝土浇筑完毕,收平抹面后应及时对隔振器部位的标高进行复测,隔振器部位标高允许偏差应控制在-5mm~0mm范围内,表面平整度控制在2mm/m²。文章源自轨魅网-https://www.guimei8.com/7672.html

(2)预制板的铺设文章源自轨魅网-https://www.guimei8.com/7672.html

①将浮置板轮廓放样在基底混凝土面上确定预制板就位的位置。文章源自轨魅网-https://www.guimei8.com/7672.html

②采用龙门吊配合专用吊装工具吊装预制板。文章源自轨魅网-https://www.guimei8.com/7672.html

③按已标示位置吊装就位,采用专用调节装置初步调整其位置。文章源自轨魅网-https://www.guimei8.com/7672.html

(3)预制板的顶升就位文章源自轨魅网-https://www.guimei8.com/7672.html

①预制板铺设完好后方可进行道床的顶升作业。文章源自轨魅网-https://www.guimei8.com/7672.html

②顶升前与预制板以外的控制基标联测,记录每个水准点的初始高程值,在顶升过程中及结束后,再与控制基标联测,为最后一次顶升提供参考数据以及检查最后顶升的结果。文章源自轨魅网-https://www.guimei8.com/7672.html

③使用专用液压千斤顶顶升预制板至设计高度;从预制板的一端向另一端依次进行顶升,同时顶升一对隔振器,首次顶升的高度不得大于10mm,每对隔振器的顶升采用4轮顶升逐步完成。文章源自轨魅网-https://www.guimei8.com/7672.html

④若与预制板相接的道床是在预制板顶升以后施工,须采取有效措施防止混凝土砂浆进入预制板底部(顶升后形成)的间隙内。文章源自轨魅网-https://www.guimei8.com/7672.html

⑤预制板顶升到位后,清理预制板间及与隧道壁间的杂物,最终完成密封条的安装,确保无杂物进入空隙。文章源自轨魅网-https://www.guimei8.com/7672.html

(4)预制板现场精调文章源自轨魅网-https://www.guimei8.com/7672.html

预制板顶升就位完成后采用调节装置,根据设计及施工精度要求将其调整到位,保证线路整体平顺。文章源自轨魅网-https://www.guimei8.com/7672.html

对于由于施工累计误差等原因造成相邻预制板间板面出现不平顺,需对不平顺面进行调整以保证板面不平顺≤1mm。文章源自轨魅网-https://www.guimei8.com/7672.html

(5)隔振器安装文章源自轨魅网-https://www.guimei8.com/7672.html

预制板隔振器的安装流程与现浇板安装流程大体一致。文章源自轨魅网-https://www.guimei8.com/7672.html

(6)防迷流电缆线安装文章源自轨魅网-https://www.guimei8.com/7672.html

浮置板内钢筋兼做排杂散电流钢筋,在预制浮置板板块时由预制厂商在板端预埋一对排流连接端子,待浮置板就位完成后板与板之间用铜电缆线连接,电路贯通。文章源自轨魅网-https://www.guimei8.com/7672.html

(7)剪力铰、橡胶密封条等附属项目安装文章源自轨魅网-https://www.guimei8.com/7672.html

①预制板调整就位后,安装剪力铰,如相邻预制板板面存在高差,采用垫板找平后安装剪力铰,严禁不找平直接安装。文章源自轨魅网-https://www.guimei8.com/7672.html

②在轨道板预制中,预埋剪力绞螺栓孔,轨道板铺设就位完成后安装剪力绞。文章源自轨魅网-https://www.guimei8.com/7672.html

③在板板缝位置安装橡胶密封条,板与板的凹槽位置安装盖板。文章源自轨魅网-https://www.guimei8.com/7672.html

4.2 轨道施工效率分析文章源自轨魅网-https://www.guimei8.com/7672.html

和现浇法钢弹簧浮置板施工相比预制钢弹簧浮置板铺轨施工只需做好基底垫层即可安装钢弹簧浮置板道床,不需要在施工现场绑扎钢筋,浇筑并养护混凝土,从而在施工工艺上节约了时间。为准确分析预制钢弹簧浮置板施工效率,表2对全线预制钢弹簧浮置板施工段完成短轨通所用时间进行统计。文章源自轨魅网-https://www.guimei8.com/7672.html

序号 区间 左线/右线 长度/m 短轨铺轨用时/d 日平均铺轨延米/m/d
1 航天新城至航天东路 左线 320 6 53.33
2 神州大道至东长安街 左线 1 050 17 61.76
3 右线 1 050 17 61.76
4 金滹沱至雁南四路 左线 120 3 40.00
5 大唐芙蓉园至大雁塔 左线 132.89 3 44.30
6 右线 186.608 4 46.65
7 和平门至大差市 左线 120 3 40.00
8 右线 120 3 40.00
9 大差市至五路口 左线 120 3 40.00
10 右线 120 3 40.00
11 火车站至含元殿 左线 495 9 55.00
12 右线 495 8 61.88
13 常市区间 右线 200 4 50.00
14 行文区间 左线 420 8 52.50
15 右线 420 8 52.50
平均值 49.31

西安地铁三号线特殊减震段采用现浇工艺施工钢弹簧浮置板,轨道施工综合工效为30m每天,四号线采用预制钢弹簧浮置板的施工工艺时平均每天可施工50m左右,大大提高了施工效率,节约了时间。文章源自轨魅网-https://www.guimei8.com/7672.html

4.3 施工质量评估文章源自轨魅网-https://www.guimei8.com/7672.html

现浇钢弹簧浮置板施工过程中会出现扣件状态异常、隔振器检修更换困难、轨下净空不足和隔振套筒的可靠性、耐久性和阻尼材料的可靠性等问题。采用预制钢弹簧浮置板道床施工轨道,扣件安装不受现场条件限制,难确保所有扣件套管位置精确可靠,保证扣件安装面平整密实,尤其是解决了小半径曲线地段,扣件套管歪斜,扣件下混凝土不平整或有空洞,扣件状态异常,导致扣件零部件损坏、轨道几何状态异常,影响行车平稳性情况的发生。避免了隔振器需要向线路中心偏移,进入轨下位置,隔振器的施工安装和浮置板顶文章源自轨魅网-https://www.guimei8.com/7672.html

升以及运营期间的检查维修都必须先拆除钢轨才能进行的问题。轨下净空满足对护轨安装、钢轨急救器、小型液压起道机、钢锯机、钢轨钻孔机等设备的正常施工。采用工厂化的预制钢弹簧浮置板不仅有效解决了这些问题,还有效地保证了浮置板道床的混凝土强度和耐久性,在项目验收过程中得到了行业专家的认可。文章源自轨魅网-https://www.guimei8.com/7672.html

长轨施工完成后对预制钢弹簧浮置板施工段轨道进行轨道精调,某区间隧道初次精调后轨道静态几何尺寸施工偏差统计,如图12所示,轨距偏差为-2mm~3mm,中线偏差小于5mm,高程偏差为-5.5mm~6mm,规范轨道静态几何尺寸偏差要求轨距偏差为-2mm~4mm,中线偏差小于10mm,高程偏差为±10mm,长轨通后初次精调的施工误差即满足了规范要求,大大提高了轨道精调施工的效率。文章源自轨魅网-https://www.guimei8.com/7672.html

预制钢弹簧浮置板道床限界测量与施工精度分析

图12 某区间隧道预制钢弹簧浮置板施工段轨道施工偏差统计图

5 结语和建议

预制钢弹簧浮置板采区标准化生产,预制和安装速度快、效率高、质量好;施工精度高,更利于质量控制,且大大加快了施工进度。对于工程应用在出现的预制钢弹簧浮置板施工时盾构隧道底部,净宽不足的问题,在设计和施工过程中可采用以下方法处理:盾构隧道施工过程中控制平面和高程偏差,隧道轴线平面偏差建议控制在-60mm~+60mm,隧道轴线高程偏差建议控制在-100mm~+20mm。在出现钢弹簧浮置板侵入盾构管片段的隧道采取调线、调坡来解决预制钢弹簧浮置板道床无法安装的问题,如还无法解决可局部采取现浇法施工。地铁项目轨道工程如采用钢弹簧浮置板施工,应在设计阶段充分研究钢弹簧浮置板尺寸和盾构管片内径、道床结构高度等关系,在满足使用功能和结构安全的前提下尽量减小预制钢弹簧浮置板尺寸。文章源自轨魅网-https://www.guimei8.com/7672.html

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文章作者:胡自全1 ,胡银林2,白亮1文章源自轨魅网-https://www.guimei8.com/7672.html

作者信息:1. 西安市轨道交通集团有限公司,陕西西安710018;文章源自轨魅网-https://www.guimei8.com/7672.html

2. 中铁十一局集团城市轨道工程有限公司,湖北武汉430074文章源自轨魅网-https://www.guimei8.com/7672.html

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