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摘要:軌道工程作為城市軌道交通設(shè)計(jì)及建設(shè)中的重要環(huán)節(jié),起到了承上啟下的作用。軌道工程設(shè)計(jì)中,與其他相關(guān)專(zhuān)業(yè)接口眾多,例如結(jié)構(gòu)、給排水、工藝等。結(jié)合深圳地鐵10號(hào)線的設(shè)計(jì)及施工配合經(jīng)驗(yàn),對(duì)預(yù)制軌道板設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)、線路、綜合管線專(zhuān)業(yè)的接口問(wèn)題,區(qū)間軌道排水設(shè)計(jì)與給排水專(zhuān)業(yè)、結(jié)構(gòu)專(zhuān)業(yè)的接口問(wèn)題,車(chē)輛段立柱式檢查坑道床與工藝專(zhuān)業(yè)的接口問(wèn)題進(jìn)行了探討,并就已出現(xiàn)的接口問(wèn)題提出了優(yōu)化設(shè)計(jì)建議。
關(guān)鍵詞:軌道;接口設(shè)計(jì);預(yù)制軌道板;排水;立柱式檢查坑
近年來(lái),我國(guó)城市軌道交通建設(shè)處于蓬勃發(fā)展當(dāng)中。據(jù)統(tǒng)計(jì),2011年—2020年,城市軌道交通新增運(yùn)營(yíng)里程將達(dá)到6560km,預(yù)計(jì)到2020年,我國(guó)城市軌道交通累計(jì)運(yùn)營(yíng)里程將達(dá)到7395km[1]。地鐵設(shè)計(jì)工作一般分為前期工程設(shè)計(jì)、土建工程設(shè)計(jì)及站后工程設(shè)計(jì),其中軌道工程介于土建工程與站后工程之間,是土建與站后極其重要的銜接專(zhuān)業(yè)[2]。軌道工程的施工圖設(shè)計(jì)工作一般滯后于土建工程設(shè)計(jì),但稍微先于站后設(shè)備工程設(shè)計(jì)。因此,在土建工程展開(kāi)施工圖設(shè)計(jì)前,做好相關(guān)的接口控制,是確保后期軌道工程設(shè)計(jì)及施工順利推進(jìn)的關(guān)鍵。在軌道工程設(shè)計(jì)開(kāi)始前,梳理清楚相關(guān)站后設(shè)備工程的接口要求,是確保站后設(shè)備工程設(shè)計(jì)順利推進(jìn)的關(guān)鍵。因此,接口設(shè)計(jì)在整個(gè)地鐵工程設(shè)計(jì)過(guò)程中是十分重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。本文將結(jié)合深圳地鐵10號(hào)線的軌道工程的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)及施工配合經(jīng)驗(yàn),提出部分典型的接口問(wèn)題,并就相關(guān)問(wèn)題提出優(yōu)化處理建議。
1預(yù)制軌道板接口問(wèn)題
為適應(yīng)深圳地鐵預(yù)制裝配式建造要求,積極踐行“綠色建造”理念,深圳地鐵積極推廣預(yù)制軌道板在深圳地鐵中的應(yīng)用。從工程實(shí)體的施工質(zhì)量、建設(shè)項(xiàng)目全壽命周期成本及后期的養(yǎng)護(hù)維修便利性等方面綜合考慮,預(yù)制軌道板明顯優(yōu)于現(xiàn)澆整體道床軌道[3]。根據(jù)深圳地鐵10號(hào)線的施工統(tǒng)計(jì),在鋼彈簧浮置板道床地段,預(yù)制軌道板的施工效率可達(dá)60m/作業(yè)面/d,相較于傳統(tǒng)的鋼筋籠法25m/工作面/d的施工效率有極大提升。預(yù)制軌道板雖然有其優(yōu)勢(shì),但是其施工靈活性相比于現(xiàn)澆道床差。因?yàn)榈罔F施工相關(guān)專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)接口眾多,為確保接口準(zhǔn)確,在前期預(yù)制板設(shè)計(jì)中,必須予以提前考慮。
1.1預(yù)制軌道板與土建設(shè)計(jì)接口
地鐵軌道施工與國(guó)鐵的一個(gè)重要區(qū)別在于施工環(huán)境。地鐵軌道主要鋪設(shè)于地下,施工空間狹小,極大的制約了施工效率[4],因此預(yù)制軌道板的尺寸設(shè)計(jì)除了應(yīng)該考慮受力條件外,還應(yīng)考慮與車(chē)站設(shè)計(jì)尺寸、隧道設(shè)計(jì)尺寸的匹配性,否則將導(dǎo)致預(yù)制軌道板安裝困難甚至無(wú)法安裝。深圳地鐵10號(hào)線盾構(gòu)隧道內(nèi)徑為D5400mm,隧道結(jié)構(gòu)限界為D5200mm,隧道施工誤差允許值為100mm。為確保減振性能,10號(hào)線高等減振地段預(yù)制軌道板設(shè)計(jì)斷面尺寸為2400mm×260mm,預(yù)制軌道板下黏貼有30mm厚的減振墊。設(shè)計(jì)要求土建結(jié)構(gòu)預(yù)留軌道結(jié)構(gòu)高度為820mm(軌面至限界圓)。軌道板與隧道結(jié)構(gòu)的相對(duì)位置關(guān)系如圖1所示。以上尺寸設(shè)計(jì)在工程實(shí)踐中出現(xiàn)了以下兩個(gè)問(wèn)題:1)在不考慮隧道施工誤差的情況下,軌道板下自密實(shí)混凝土調(diào)整層厚度能夠滿足100mm的設(shè)計(jì)要求。但是在實(shí)際施工中,盾構(gòu)施工誤差是不可避免的,一旦盾構(gòu)發(fā)生上浮,將使得自密實(shí)混凝土層厚度無(wú)法達(dá)到設(shè)計(jì)要求。2)預(yù)制軌道板下角與隧道壁距離過(guò)近,在施工過(guò)程中,軌道板的精調(diào)是通過(guò)精調(diào)爪(如圖2所示)來(lái)實(shí)現(xiàn)的,過(guò)小的空間致使精調(diào)爪安裝存在諸多困難。為解決上述困難,線路調(diào)線調(diào)坡對(duì)高等減振地段開(kāi)展了大量的調(diào)線調(diào)坡設(shè)計(jì)工作,無(wú)形中增大了設(shè)計(jì)工作量。針對(duì)上述出現(xiàn)的問(wèn)題,提出如下建議:1)調(diào)整盾構(gòu)選型尺寸。為適應(yīng)預(yù)制軌道板的安裝需求,建議在初步設(shè)計(jì)階段,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與軌道設(shè)計(jì)即穩(wěn)定接口要求,盾構(gòu)內(nèi)徑按照不小于5.5m進(jìn)行設(shè)計(jì);2)優(yōu)化預(yù)制軌道板設(shè)計(jì)。預(yù)制軌道板的優(yōu)化設(shè)計(jì)有以下兩種思路。一是減小軌道板斷面寬度,將軌道板斷面寬度縮小為2.2m(見(jiàn)圖3);二是對(duì)軌道板下角處進(jìn)行倒角設(shè)計(jì)(見(jiàn)圖4)。以上兩種設(shè)計(jì)均能在滿足減振性能的前提下,有效應(yīng)對(duì)盾構(gòu)施工誤差對(duì)自密實(shí)混凝土土層厚度及軌道板安裝帶來(lái)的困難。深圳地鐵10號(hào)線鋼彈簧預(yù)制板設(shè)計(jì)斷面尺寸為2700mm×340mm,如圖5所示。當(dāng)該預(yù)制板在車(chē)站地段安裝時(shí),需通過(guò)小型鋪軌龍門(mén)吊調(diào)運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng),再對(duì)照線路中心線落入準(zhǔn)確的位置。在實(shí)際施工時(shí)發(fā)現(xiàn),因線路中心線距離站臺(tái)板邊緣為1600mm,因此軌道板邊緣距離站臺(tái)板邊緣的距離僅250mm,該寬度小于龍門(mén)吊走行軌安裝寬度及龍門(mén)吊自身寬度,因此軌道板運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)后,無(wú)法直接落至設(shè)計(jì)中心線位置,需要再人工橫向推動(dòng)約200mm,增加了施工難度(見(jiàn)圖6)。從施工角度來(lái)看,預(yù)制軌道板寬度越小,施工越便利。但是浮置板設(shè)計(jì)不能僅考慮施工便利,還需要滿足預(yù)制軌道板受力以及浮置板的減振要求。根據(jù)相關(guān)線路的既有設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn),在車(chē)站地段將預(yù)制板寬度縮小至2500mm,能夠滿足車(chē)站地段的減振要求,且有利于施工便利。優(yōu)化方案如圖7所示。
1.2預(yù)制軌道板與過(guò)軌管設(shè)計(jì)接口
地鐵工程軌道結(jié)構(gòu)高度范圍內(nèi)的過(guò)軌管線多、預(yù)留管溝多、涉及專(zhuān)業(yè)多[5]。在地鐵10號(hào)線中,考慮到預(yù)制軌道板采用工廠標(biāo)準(zhǔn)化預(yù)制,埋設(shè)過(guò)軌管對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)存在諸多不利,因此本線在設(shè)計(jì)中,將存在過(guò)軌管的位置均將預(yù)制軌道板調(diào)整為現(xiàn)澆道床。圖8為深圳地鐵10號(hào)線某區(qū)間的鋼彈簧浮置板道床設(shè)計(jì)圖。為滿足過(guò)軌管設(shè)置要求,板554為現(xiàn)澆道床。據(jù)施工反饋,因預(yù)制板地段中現(xiàn)澆道床的存在,施工中在推進(jìn)到現(xiàn)澆道床部分,存在調(diào)整施工工藝、龍門(mén)吊邊跨等工作,嚴(yán)重制約施工進(jìn)度。且通過(guò)工程完工后的設(shè)計(jì)回訪發(fā)現(xiàn),全線有大量預(yù)留的過(guò)軌管并未使用,大量過(guò)軌管仍然直接從道床面敷設(shè)穿過(guò)。鑒于以上的實(shí)際情況,建議:1)嚴(yán)格控制道床范圍內(nèi)的過(guò)軌管數(shù)量及管徑,在前期設(shè)計(jì)中,即提出要求,要求過(guò)軌管應(yīng)盡量從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)范圍內(nèi)過(guò)軌;2)根據(jù)預(yù)制板工廠方面的反饋信息,過(guò)軌管直接在預(yù)制板工廠預(yù)制時(shí)進(jìn)行埋設(shè)是可行的,因此建議設(shè)計(jì)中采用預(yù)制板直接埋設(shè)過(guò)軌管的方式進(jìn)行過(guò)軌管設(shè)置,盡量減少預(yù)制板段出現(xiàn)現(xiàn)澆道床的數(shù)量。1.3預(yù)制軌道板與線路設(shè)計(jì)接口在城市軌道交通中,為降低預(yù)制軌道板的制造成本,布置在曲線地段的預(yù)制軌道板承軌臺(tái)仍然按照直線布置,即曲線地段采用“以直代曲”的設(shè)計(jì)思路。在該設(shè)計(jì)思路下,曲線地段預(yù)制軌道板的設(shè)計(jì)長(zhǎng)度就是必須要考慮的要點(diǎn)。根據(jù)相關(guān)經(jīng)驗(yàn),軌道板設(shè)計(jì)不宜過(guò)短,過(guò)短的軌道板將降低線路的整體性,在浮置板道床地段軌道板長(zhǎng)度的選取尚需考慮動(dòng)力效應(yīng)及振動(dòng)衰減。從受力角度方面分析,我國(guó)高速鐵路常用軌道板長(zhǎng)度在3.6m~6.5m[3],也即每塊軌道板布置6對(duì)~11對(duì)承軌臺(tái)。在曲線地段軌道板設(shè)計(jì)中,下限按照布置6對(duì)承軌臺(tái)考慮。同時(shí),曲線地段軌道板長(zhǎng)度也不宜過(guò)長(zhǎng)。在城市軌道線路中,正線線路最小設(shè)計(jì)曲線半徑為350m,困難情況下不小于300m[6]。過(guò)長(zhǎng)的軌道板長(zhǎng)度將使得曲線地段軌道板矢距加大,扣件偏離線路中心線的距離均需通過(guò)扣件自身來(lái)調(diào)整,這就無(wú)形中減小了后期運(yùn)營(yíng)階段的扣件可調(diào)整量(見(jiàn)圖9)。曲線地段軌道板基于“以直代曲”原則,采用半矢法布板,即按軌道板第2組扣件中心線處線路中心線與軌道板中心線偏離值為0布置,其余扣件中心線處矢距通過(guò)扣件調(diào)整[2]。并以2mm的矢距作為極限控制值確定曲線地段軌道板的長(zhǎng)度。以下對(duì)一塊軌道板布置6對(duì)承軌臺(tái)以及7對(duì)承軌臺(tái)2種方案進(jìn)行比選,承軌臺(tái)中心線間距均為600mm。2種方案下各曲線半徑條件時(shí)的承軌臺(tái)矢距如下。由表1,表2可知,一塊軌道板上布置6對(duì)承軌臺(tái)時(shí),軌道板能夠適應(yīng)350m以上曲線半徑的工況;一塊軌道板布置7對(duì)承軌臺(tái)時(shí),軌道板能夠適應(yīng)450m以上曲線半徑的工況。因此,建議城市軌道交通中,曲線地段軌道板按照布置6對(duì)承軌臺(tái)的方案進(jìn)行長(zhǎng)度設(shè)計(jì),即軌道板長(zhǎng)度在3.6m左右較為合適。
2軌行區(qū)排水接口問(wèn)題
軌行區(qū)的排水主要通過(guò)道床排水溝來(lái)解決。道床排水溝起到了軌行區(qū)積水的引流作用,將區(qū)間水引至廢水泵房處,以順利排出區(qū)間水。城市軌道交通中,受減振影響,一般存在多種道床型式,其水溝類(lèi)型也不一樣。以深圳地鐵10號(hào)線為例,共存在6種道床類(lèi)型,分別為普通地段現(xiàn)澆道床、減振扣件地段現(xiàn)澆道床、普通地段預(yù)制板道床、梯形軌枕道床、預(yù)制板式道床墊浮置板道床、預(yù)制板式鋼彈簧浮置板道床。各類(lèi)型道床的水溝溝底標(biāo)高如表3所示。不同道床間的排水過(guò)渡,屬于軌道設(shè)計(jì)內(nèi)部接口問(wèn)題,一般做法是通過(guò)設(shè)置中心水溝排水過(guò)渡段來(lái)解決。中心水溝過(guò)渡段的設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為:其中,L為中心水溝排水過(guò)渡長(zhǎng)度,mm;C2為上游浮置板地段水溝溝底至軌面的高差,mm;C1為下游普通道床地段水溝溝底至軌面的高差,mm;i為水溝過(guò)渡段處的線路縱坡。與土建等外部專(zhuān)業(yè)存在的主要接口問(wèn)題有以下兩個(gè):1)廢水泵房接入口管底高程高于道床排水溝溝底高程。該情況主要出現(xiàn)在浮置板道床地段,因浮置板道床水溝溝底高程相較于普通道床更低,如果接口管理不到位,極有可能出現(xiàn)廢水泵房接入管管底高程高于道床水溝溝底高程的情況。過(guò)往的接口管理中,軌道專(zhuān)業(yè)往往會(huì)針對(duì)不同的道床類(lèi)型,提出不同地段的廢水泵房接入管管底高程要求。根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),該提法極易造成相關(guān)接口專(zhuān)業(yè)誤解,不易做到接口管理的準(zhǔn)確性。因此建議:在初步設(shè)計(jì)階段,軌道專(zhuān)業(yè)在對(duì)給排水、結(jié)構(gòu)專(zhuān)業(yè)提出廢水泵房接入管管底高程的統(tǒng)一要求,可要求在盾構(gòu)區(qū)間,廢水泵房接入口管底高程不得高于-750mm(相對(duì)于軌面),在車(chē)站及礦山法地段,廢水泵房管底應(yīng)緊貼結(jié)構(gòu)底板或仰拱回填層設(shè)置。只要廢水泵房接入管管底高程足夠低,軌行區(qū)積水排入廢水泵房也越容易。2)當(dāng)出現(xiàn)區(qū)間在上游、車(chē)站在下游,上游區(qū)間設(shè)計(jì)為浮置板道床、下游車(chē)站設(shè)計(jì)為普通道床,且浮置板道床設(shè)計(jì)終點(diǎn)正好截止于離車(chē)站端頭不遠(yuǎn)處時(shí),容易出現(xiàn)區(qū)間水溝無(wú)法順接至車(chē)站內(nèi)廢水泵房處的情況。如果上游為預(yù)制板式鋼彈簧浮置板道床,中心水溝溝底高程為-750mm。車(chē)站地段為普通道床,結(jié)構(gòu)底板高程為-580mm(相對(duì)于軌面),為使得上游區(qū)間的中心水溝能夠順接至車(chē)站,則在浮置板道床設(shè)計(jì)終點(diǎn)至車(chē)站端頭的這段距離內(nèi),中心水溝至少應(yīng)抬升至不低于車(chē)站結(jié)構(gòu)底板高程,也即-580mm,抬升高度至少應(yīng)為170mm。假設(shè)上游水溝過(guò)渡段線路縱坡為19‰,參考上述式(1),浮置板設(shè)計(jì)終點(diǎn)至車(chē)站端頭的距離至少應(yīng)為10m。當(dāng)該段距離不足10m時(shí),則將發(fā)生水溝無(wú)法順接至車(chē)站的情形,如圖10所示。為避免該情況的發(fā)生,建議:凡是出現(xiàn)上游區(qū)間為浮置板道床、下游車(chē)站為普通道床的情況,且浮置板道床設(shè)計(jì)終點(diǎn)距離車(chē)站端頭較近、可能發(fā)生排水過(guò)渡段長(zhǎng)度不足的時(shí)候,建議將下游車(chē)站的軌道結(jié)構(gòu)高度統(tǒng)一加大至不小于750mm。由此造成的軌道工程數(shù)量的變動(dòng),應(yīng)在設(shè)計(jì)概算里加以考慮。
3立柱式檢查坑道床接口問(wèn)題
車(chē)輛段庫(kù)內(nèi)停車(chē)列檢庫(kù)地段,一般采用立柱式檢查坑整體道床。立柱凈距是確保車(chē)輛維修人員正常維修作業(yè)的保證,因此一般設(shè)計(jì)中,工藝專(zhuān)業(yè)會(huì)對(duì)立柱凈距提出要求。在深圳地鐵10號(hào)線涼帽山車(chē)輛基地中,按照工藝要求,立柱橫向凈距為1200mm。受該凈距要求影響,扣件無(wú)法布置于立柱中心位置,致使立柱處于偏心受壓狀態(tài)。更為不利的是,扣件錨固螺栓距離立柱邊緣較近,理論上僅有約41mm的保護(hù)層厚度,考慮到施工誤差,有時(shí)甚至不足41mm?,F(xiàn)場(chǎng)施工也發(fā)現(xiàn),在立柱式檢查坑地段,立柱出現(xiàn)了部分開(kāi)裂情況,影響軌道結(jié)構(gòu)使用壽命及安全(見(jiàn)圖11~圖13)。基于上述已出現(xiàn)的問(wèn)題,建議:在前期土建設(shè)計(jì)中,協(xié)調(diào)工藝專(zhuān)業(yè)將立柱間距調(diào)整為1100m。根據(jù)調(diào)研情況,在相關(guān)線路車(chē)輛基地中,已有部分車(chē)輛基地注意到該問(wèn)題,已將立柱間距由原設(shè)計(jì)1200m調(diào)整為1100m,該間距同樣能夠滿足車(chē)輛檢修人員的正常檢修作業(yè)。
4結(jié)語(yǔ)
本文結(jié)合筆者在深圳地鐵10號(hào)線當(dāng)中的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn),提出了軌道工程設(shè)計(jì)與土建設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)、線路設(shè)計(jì)、給排水設(shè)計(jì)等相關(guān)專(zhuān)業(yè)存在的接口問(wèn)題。同時(shí)結(jié)合施工配合經(jīng)驗(yàn),對(duì)設(shè)計(jì)中不利于施工的方面,提出了相關(guān)的設(shè)計(jì)優(yōu)化建議。相關(guān)建議總結(jié)如下:1)為提高預(yù)制軌道板對(duì)盾構(gòu)區(qū)間的適應(yīng)性,在內(nèi)徑5200mm的盾構(gòu)區(qū)間中,建議預(yù)制板寬度按照2200mm設(shè)計(jì),或?qū)︻A(yù)制板角點(diǎn)進(jìn)行倒角設(shè)計(jì);2)在車(chē)站地段的浮置軌道板寬度,在滿足減振需求的前提下,建議按照寬度不超過(guò)2500mm進(jìn)行設(shè)計(jì),以避免現(xiàn)場(chǎng)軌道板吊裝運(yùn)輸?shù)轿缓蟮亩螜M向移動(dòng);3)為避免頻繁的預(yù)制板段、現(xiàn)澆段的交叉設(shè)計(jì),建議過(guò)軌管在預(yù)制板內(nèi)預(yù)埋;4)為提高預(yù)制軌道板對(duì)曲線的適應(yīng)性,同時(shí)考慮到軌道板不宜過(guò)短,建議曲線地段軌道板按照3.6m長(zhǎng)(即6對(duì)承軌臺(tái))進(jìn)行設(shè)計(jì);5)為避免區(qū)間排水受阻的問(wèn)題,凡是出現(xiàn)上游區(qū)間為浮置板道床、下游車(chē)站為普通道床的情況,且浮置板道床設(shè)計(jì)終點(diǎn)距離車(chē)站端頭較近、可能發(fā)生排水過(guò)渡段長(zhǎng)度不足的時(shí)候,建議將下游車(chē)站的軌道結(jié)構(gòu)高度統(tǒng)一加大至不小于750mm;6)車(chē)輛段庫(kù)內(nèi)立柱式檢查坑地段,建議立柱橫向凈距按照1.2m進(jìn)行設(shè)計(jì),已保證扣件能位于立柱中心,避免扣件套管保護(hù)層厚度過(guò)小的問(wèn)題。
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作者:黃河山 單位:中國(guó)鐵路設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司