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城铁新型钢弹簧浮置板道床快速施工技术
【摘 要】：结合长沙轨道交通2号线钢弹簧浮置板整体道床施工工艺，根据钢弹簧浮置板道床的特点及减震降噪原理结合“钢筋笼法”施工工艺流程及现场经验得出一套适合我国地铁新型钢弹簧浮置板道床施工工艺，能提高钢弹簧浮置板施工效率，降低安全风险，并为以后类似工程施工提供参考。
【关键词】： 城市轨道 减震降噪 浮置板道床 施工工艺
1 前言
目前国内城市轨道交通快速发展，在解决人口密集城区交通拥挤问题的同时，也对轨道周边环境造成了振动影响。列车运营中，主要由于轮轨系统中各结构不同频率的振动，造成对周围环境振动及噪声污染。浮置板轨道为一种新型的轨道结构，采用隔离减振的措施，将轨道结构的道床板与结构基础用弹性体整体隔离，利用具有一定质量和刚度的混凝土道床板在弹性体上进行惯性运动来隔离和衰减列车运行产生的振动。浮置板隔振系统的固有频率低，可有效地减振、消除固体声，一般减振效果为20～30dB。同其它减振轨道结构比较，浮置板隔振效果彻底，技术优势明显，为城市轨道交通的振动噪声环境控制提供了有效的技术手段，在城市轨道交通有特殊隔振的地段具有广阔的应用前景。适用于地铁线路从建筑物下面或附近通过，以及建筑物隔振要求较高的区域，如研究机构、医院、博物馆和音乐厅等场所。
但由于浮置板轨道施工难度大、技术要求高、施工工序复杂，传统采用“散铺法”进行浮置板轨道施工进度仅为6～8m/天·面，浮置板轨道施工速度成为控制工程项目建设工期、影响浮置板轨道广泛应用的瓶颈。
2 施工特点
2.1浮置板轨道“钢筋笼轨排法”施工新工艺，采用铺轨基地进行浮置板钢筋笼预拼装，实现了浮置板钢筋笼轨排拼装、浮置板基础施工（隧道仰拱回填）、轨道板混凝土浇筑3大工序平行流水作业，加快了浮置板轨道施工进度，突破了浮置板轨道在国内外应用及施工领域的瓶颈，提高浮置板道床施工的工效，节约了工程成本。
2.2对国内目前成熟及广泛应用的“轨排架轨法”施工普通整体道床的施工机具、设备进行局部改进，即可同步满足普通道床和浮置板道床施工的需要。同时确保了道床施工的连续性（传统施工在遇到浮置板地段时，采用提前预铺或浮置板地段临时过渡的方案进行浮置板地段的施工，施工难度大，施工组织复杂，需间断跳跃施工）。施工投入新增设备少，施工灵活、方便。配套的小型工器具，设计合理、施工方便，能满足轨道施工的要求。
2.3 能满足浮置板轨道施工技术要求，精确控制轨道位置、轨距、水平、方向及轨顶高程等轨道几何尺寸。
2.4 浮置板轨道“钢筋笼轨排法”施工新工艺改善了隧道内施工场地小、施工作业面狭窄、钢筋绑扎困难等施工难题，降低了浮置板轨道洞内作业的施工难度，减轻了现场施工人员的劳动强度。
3 适用范围
本技术适用于城市轨道交通（高架线、地下线）对减振降噪有特殊要求、设置浮置板轨道的地段。
4 工艺原理
浮置板轨道“钢筋笼轨排法”施工新工艺同目前国内已成熟及广泛应用的整体道床“轨排架轨法”相结合，对浮置板施工工序进行优化、改进，实现了浮置板钢筋笼轨排拼装、隧道仰拱回填、轨道板混凝土浇筑3大工序平行流水作业（见图1浮置板道床“钢筋笼轨排法”施工工艺流程图）。利用铺轨基地场地进行浮置板钢筋笼轨排拼装，轨道车运输轨排至作业面，利用前方洞内作业面的铺轨门吊将“钢筋笼轨排”吊运至已浇筑完成的浮置板基底面，洞内进行钢筋笼的就位、轨道几何尺寸的调整、混凝土的浇筑等作业。浮置板轨道基础混凝土施工（隧道仰拱回填）提前于道床板施工。
图1 浮置板轨道“钢筋笼轨排法”施工工艺流程图
5 浮置板轨道结构及主要技术标准
5.1 浮置板轨道结构
浮置板轨道结构主要包括：浮置板基础、隔振器、钢筋混凝土道床板、钢轨及其扣配件（见图2）。

图2 浮置板轨道结构示意图
浮置板基础：隧道仰拱进行混凝土回填，为了解决排水，在隧道仰拱回填时，需设置道床中间排水沟。
隔振器：主要由三部分组成：外套筒（置于钢轨下、铁垫板之间，浇筑于钢筋混凝土内）、螺旋弹簧隔振器（包含螺旋钢弹簧和粘滞阻尼）、弹簧隔振器上的高度调节片及锁紧系统。
剪力铰：径向刚度很大，可以传递垂向载荷，纵向可以相对自由伸缩。为消除相邻两轨道板端接缝处的垂直剪切力，在相邻两块浮置板端位置分别设置剪力铰和剪力筒。
钢筋混凝土道床板：具有一定的质量和刚度的钢筋混凝土结构。道床板内预埋外套筒，道床板与结构基础用置于外套筒内的隔振器（弹性体）整体隔离，达到减振降噪的目的。
钢轨及其扣配件：钢轨为列车走行的基础，用扣件将钢轨同道床板连接。
5.2 浮置板轨道主要技术标准
浮置板轨道采用60kg/m钢轨，普通扣件，扣件间距一般按600mm进行布置。浮置板设计轨道高度为885mm，浮置板顶升高度按30mm设计，浮置板基础采用（隧道仰拱混凝土回填）C30混凝土，设计理论高度为315mm（根据实际调线调坡测量的数值进行调整）。在直线地段，浮置板基础横断面为水平线，曲线地段为倾斜基底，基底混凝土横断面高程随曲线超高进行调整。浮置板道床采用C40混凝土，道床钢筋采用HRB400钢筋。
浮置板的排水采用浮置基底中间设置300*100mm的排水沟排水，坡度同线路坡度。浮置板地段的排水同普通道床排水的顺接，通过在浮置板下坡地段的普通整体道床，设置中央明沟进行顺接。
浮置板设置排水管，每块道床板按设计要求设置若干检查孔。为了确保基础同轨道板混凝土之间的分离，在施工中轨道板同基底用隔离膜进行隔离。盾构隧道曲线地段外轨超高，按外轨超高一半、内轨降低一半设置曲线超高。
6 施工工艺流程及操作要点
6.1施工工艺流程图（见图3）
图3“钢筋笼轨排法”施工工艺流程图
6.2 操作要点
6.2.1测量放线及结构尺寸偏差检查
1 调线调坡测量
因车站、隧道土建施工误差及结构不均匀沉降等综合原因，造成设计线路中线同实际存在差异，为确保轨道满足列车运行限界要求，需对线路的平面位置及高程进行调整。并按每100～200m左右（曲线地段增设曲线五大桩）设置线路中心控制桩及高程控制桩。
2 控制基标复测及基标加密
控制基标进行复测，复测完毕后进行施工基标加密，加密基标每5m设置一处，测量误差满足规范要求。对现场施工测量的伸缩缝位置、基底高程控制线、轨顶高程控制线、线路中心线等不同的桩位进行标识。
3 浮置板地段隧道结构尺寸偏差检查
根据测设的施工基标点，检查铺设浮置板地段的实测轨道高度同设计轨道高度、线路设计中心线同实测轨道中心线的偏差是否满足浮置板轨道设计的需要（具体各线性关系示意图见图4）。对于设计线路中心线同实际线路中心线偏差大，浮置板轨道无法按设计要求施工的地段，由测量人员将测量数据反馈至设计单位，设计单位根据具体情况确定处理方案。

图4 浮置板轨道曲线地段线性关系示意图
6.2.2 浮置板基础施工（隧道仰拱回填）
1 基底清理
对隧道基底面的垃圾、泥浆、杂物等进行清理。
2 钢筋基底绑扎
加工完成的浮置板基础钢筋在铺轨基地装车，轨道车运输至前方，铺轨门吊运至施工作业面，现场人工进行钢筋绑扎。
由于曲线地段浮置板基础为倾斜基础，同断面上浮置板基础顶面始终与左右股轨顶面的横向连线平行，浮置板基础中心与轨道中心产生偏心（线性关系见图4）。曲线地段施工时，基底钢筋网中心线向曲线外股，偏离线路中心线一定值。具体偏离值，可按如下公式进行计算：
d=H*tg(arcsin(Δh/1500)) （均按mm取值）（6.2.2-1）
式中：d—浮置板基础顶面中心线同轨道中心线的偏离值；
H—为浮置板轨顶面至基础表面的高差，按设计570mm取值；
Δh—外轨超高值；
1500—左右股钢轨轨顶面距离。
3 支立中心水沟模板
浮置板基础中心水沟模板采用专用矩形封闭式钢模板，具有可重复使用、不易变形、设计合理、施工便捷等优点。模板安装必须平顺，位置正确，并牢固不松动。支立中心水沟模板需注意曲线地段水沟中心线同线路中心线的偏差。
4 道床基底混凝土施工
轨顶设计高程值下返570mm为浮置板基础高程控制线，施工时，根据测量提供的高程控制基线，严格控制浮置板基础的高程及表面平整度，曲线倾斜基础施工控制尤为关键。同时注意曲线内侧基底横向排水沟的设置（用于将曲线内侧基础的水引入中心水沟）。混凝土运输根据施工情况，可灵活采用轨道车运输或泵送混凝土方案进行混凝土浇筑施工。混凝土施工完毕后，对散落于隧道管壁的混凝土及时进行清理。
5 基底高程及水平度检查、整修
基础混凝土浇筑完毕后，对隔振器位置的高程、水平度进行检查，对于偏差尺寸不满足设计要求的地段进行整修。可采用整体打磨或垫高的办法进行处理，严禁采用在混凝土表面局部垫高或挖深的方法来满足隔振器放置要求。
6 中心水沟盖板的安装及隔离膜的铺设
浮置板基础施工完毕，混凝土表面、基底水沟中杂物应全部清理干净，然后再设置水沟盖板、铺设隔离层。水沟盖板上按设计要求设置锚筋（将水沟盖板同顶升的轨道板连接）。
6.2.3 浮置板钢筋笼轨排拼装
1 浮置板钢筋笼轨排生产线的布置
浮置板钢筋笼轨排拼装场地需兼顾普通道床轨排作业场地的布置，根据铺轨基地的大小及规模、轨排孔位置等因素，统筹兼顾，合理布置各生产作业区。典型浮置板钢筋笼生产线见图5钢筋笼轨排拼装流水线示意图。

图5 钢筋笼轨排拼装流水线示意图
图中未涉及浮置板钢筋加工区、轨枕存放区、配件存放区、钢轨存放区、轨排存放台位等生产作业区，具体位置及场地需根据铺轨基地的实际情况，兼顾普通道床轨排作业场地的布置，综合考虑，以方便施工、合理布局为原则。
2 浮置板钢筋笼拼装台位的设置
拼装浮置板钢筋笼的台位可按26m*3m设置，台位为混凝土硬化的水平面，表面平整。在台位上设置浮置板端头线、浮置板钢筋笼中心线、钢轨中心线、套筒位置中心线、凸台边线等关键线，作为拼装钢筋笼轨排的基准线。
曲线地段浮置板钢筋笼轨排按直线进行拼装，但必须考虑不同曲线半径地段因曲线外股、内股不等长，造成的钢筋笼轨排长度的差异，具体如图6所示。

图6 曲线钢筋笼轨排示意图
3布置隔振器外套筒
根据台位上标识的外套筒位置，按设计图纸布置隔振器外套筒，注意套筒摆放的内外方向，具体位置见图7隔振器外套筒布置示意图。
布置隔振器外套筒时，需考虑因曲线内外股长度差异造成的隔振器位置的差异，曲线外侧套筒间距大于理论值，曲线内侧套筒小于理论值。

图7 隔振器外套筒布置示意图
4 钢筋的加工及钢筋笼的拼装
浮置板钢筋数量大、规格多，纵横钢筋嵌套、交叉，钢筋绑扎复杂、繁琐，施工进度慢。为了解决浮置板钢筋绑扎的难题，加快浮置板钢筋笼的绑扎进度，将钢筋绑扎分为若干工序，平行流水进行浮置板钢筋笼的绑扎安装作业，提高了浮置板钢筋笼的绑扎质量和速度。具体流程见图8浮置板钢筋笼绑扎流程示意图。
浮置板台位布置
隔振器外套筒
横向钢筋加工
横向钢筋
网片绑扎
浮置板台位布置横向钢筋网片
纵向通长钢筋堆焊施工
穿纵向通长钢筋，绑扎成型
浮置板轨道钢筋笼

图8 浮置板钢筋笼绑扎流程示意图
1）加工钢筋
根据设计图纸，对不同规格的钢筋进行切断、弯曲，因浮置板加工成的钢筋规格、尺寸较多，要求加工完的钢筋按规格、型号分类堆码，方便后道工序施工。
2）绑扎钢筋网片
对直、曲线浮置板的横向钢筋断面进行分析，钢筋横向配筋主要分为6种配筋断面形式，具体见图9浮置板横向配筋断面分析图和图10浮置板3#断面钢筋网片示意图，将每个断面绑扎成钢筋网片。采用加工的“钢筋固定架”进行钢筋网片的绑扎作业，能准确固定断面不同位置钢筋的相对位置，提高钢筋网片绑扎的质量和速度。对加工成型的不同规格钢筋网片集中堆放，分类、集中堆放，方便后续工序施工。

图9 浮置板横向配筋断面分析图

图10 浮置板3#断面钢筋网片示意图
3）钢筋对焊施工
采用钢筋闪光对焊机，将定尺的钢筋对焊成25m通长的纵向钢筋（非标准板的纵向钢筋根据实际长度确定，曲线内外侧钢筋长度存在差异）。注意纵向钢筋对焊接头位置在钢筋笼中应分散布置，并满足规范要求。设置钢筋对焊台位方便施工人员对钢筋进行对焊作业，提高钢筋对焊的质量和速度。
4）绑扎浮置板钢筋笼
根据设计图纸布置及固定横向钢筋网片位置，一块板的横向钢筋网片固定完毕后，根据纵向钢筋设计位置穿浮置板纵向钢筋，并同横向钢筋网片进行绑扎。为了固定外套筒的位置，防止外套筒在吊运过程中移动，需将外套筒的吊耳固定于浮置板结构钢筋上。
采用该特殊的钢筋笼绑扎工艺，浮置板钢筋笼的加工及安装划分为若干小工序，形成各工序平行流水作业，加快了钢筋绑扎进度，提高了浮置板钢筋笼的绑扎质量。
5 钢筋笼的防迷流焊接
根据设计要求，进行浮置板钢筋笼的防迷流焊接，确保纵横钢筋的电路流通。
6 钢筋笼轨排横向连接架及配件安装
浮置板轨架采用钢轨横向连接同垂直支撑分体式设计（具体见图11），实现了直、曲线地段无枕形式轨道的钢轨轨底坡控制，解决直、曲线地段轨排架设丝杠垂直受力的难题，有效的保证了轨道几何尺寸的实现。

图11 浮置板分体式设计轨架模型示意图
1）横向连接架的安装
浮置板钢筋笼绑扎焊接完毕后，在钢筋笼上固定钢轨位置，安装钢轨横向连接架，具体支架样式见图12钢轨横向连接架示意图。

图12 钢轨横向连接架示意图
2） 配件的安装
根据设计位置安装铁垫板，布置铁垫板时注意铁垫板的内外侧方向、铁垫板同隔振器相对位置、铁垫板的间距（见图13），是否满足设计及规范要求，同时注意曲线地段内外股长度差异造成铁垫板间距的变化。
因铁垫板的大螺栓拧入尼龙套管后，在尼龙套管集中力的作用下，铁垫板下的橡胶垫产生翘曲变形，另铁垫板下大胶垫表面不平整等原因，需采用木垫板替代铁垫板，以确保混凝土浇筑时铁垫板底部混凝土的密实性。

图13 浮置板轨道隔振器同铁垫板相对位置示意图
7 钢筋笼轨排的整体性加固及锁定
为了保证浮置板钢筋笼轨排的整体稳定性，满足钢筋笼的吊装及运输要求，避免轨排的变形和不同部位、结构之间的相互移位，采用专用器具对钢筋笼的整体性进行加固和锁定。具体加固及锁定装置见图14浮置板钢筋笼轨排加固及锁定装置示意图。

图14 浮置板钢筋笼轨排加固及锁定装置示意图
8 钢筋笼的吊装及运输
浮置板钢筋笼轨排加固完毕后，用吊轨钳将浮置板钢筋笼轨排吊装至平板车上，轨道车运输至前方作业面。轨排吊点位置需通过计算及现场试验，确定轨排合理吊点位置，将浮置板钢筋笼轨排在起吊悬空状态的挠度控制在最小值，具体吊点位置如图15。
单位：mm
图15 浮置板钢筋笼轨排吊点示意图
6.2.4 轨道板的现场施工及浇筑
1 浮置板轨排的吊装及就位
轨道车推进轨排至铺轨门吊下，铺轨门吊吊运轨排至施工作业面，根据测量点位，调整轨排中心线及前后位置，确保钢筋笼中心线同设计轨道中心线的重合、浮置板的前后位置同测量的板端线重合。
2 浮置板轨排的检查及整修
因吊装运输过程中，浮置板轨排内部结构部件间可能产生一定的变形、位移，就位后需对钢筋笼轨排进行检查，对轨排结构部件存在的变形、位移进行整修。
3 轨道的架设及轨道几何尺寸的初调整
安装单腿支撑式轨架的托盘及丝杠，支撑架不大于3m设置一个，支撑架在直线段应垂直于线路方向，曲线地段应垂直线路切线方向，并将各部螺栓拧紧，不得虚接。根据铺设地段线路的超高情况，选择单腿支撑架调节孔，确保轨架丝杠处于垂直状态，具体见图16浮置板轨架单腿支撑部分示意图 。轨架安装完毕后，对轨道几何尺寸进行初调。

图16 浮置板轨架单腿支撑部分示意图
4 安装浮置板钢筋笼其它部件
根据设计位置安装剪力铰、板端间隙模板、防迷流端子、泄水孔、检查孔、道床模板等结构部件。
5 轨道几何尺寸调整
根据铺轨基标，通过调整钢轨支承架各相关调节螺栓，调整轨道几何状态，用万能道尺、方尺、L型尺、锤球等工具，按设计和规范要求调整轨道的轨距、水平、高程、方向等几何尺寸。曲线地段还须增加对曲线外股正矢的调整及检查（利用10 m 或20 m 弦线）。具体轨道调整做法是：先调水平，后调轨距；先调基标部位，后调基标之间；先粗后精，反复调整。经过精调后，其精度必须符合无砟轨道铺设的技术标准要求。施工中严格按照“三步控制”的措施确保轨道的几何状态。
第一步：粗调。钢轨架设时按照中桩及标高资料初步调整轨道，初步调整完毕后，安装检查孔、防迷流端子、支立道床模板等工序；
第二步：精调。对轨道几何状态精确进行调整，目视及弦量的方法进行调整；
第三步：混凝土浇筑后检查。混凝土施工中可能对轨道几何尺寸产生影响，要求在混凝土浇筑完毕后，混凝土尚未初凝前，立即安排人员进行检查及调整。其精度允许偏差应符合表1，表2的规定。
曲线允许偏差表 （表1）
曲线半径
（m）
缓和曲线正矢
与计算正矢差mm
圆曲线正矢
连续差（mm）
圆曲线正矢
大最小值差（mm）
备 注
≤650
2
3
5

＞650
1
2
3

轨道几何形态的允许偏差表（表2）
序 号
检查项目
偏 差 要 求
1
扣件间距
±5mm
2
轨距
+2、-1，变化率≯1‰
3
水平
2mm
4
扭曲
2mm
5
轨向
直线不得大于2mm/10m弦，曲线见正矢偏差表（表1）
6
高低
轨面目视平顺，最大矢度≯2mm/10m弦
7
中线偏差
2mm
8
高程
±5mm
9
轨底坡
1/35～1/45
6 浮置板道床混凝土立模及浇筑
因轨道板结构尺寸原因（中部断面凸出），道床板需采用二次浇筑的施工方案进行施工。第一次浇筑高度为铁垫板底部位置，二次浇筑浮置板中间凸台部分混凝土。
道床模板根据两次浇筑混凝土的要求，分别支立道床板两侧模板、凸台两侧模板。模板采用不易变形的钢模板。道床模板必须平顺，位置正确，并牢固不松动。
浮置板道床混凝土运输根据现场实际情况，可灵活采用轨道车运输混凝土或固定泵直接泵送至浇筑位置的方案进行整体道床混凝土浇筑施工。混凝土浇筑前，用编织带覆盖钢轨、扣件、外套筒、轨架，以免对其造成污染后，难于清理。
混凝土灌筑时采用插入式振捣棒进行捣固，并不得碰撞钢轨、模板、轨架，特别是套筒周围、铁垫板下等不容易捣固密实的部位，应加强捣固，确保整体道床混凝土的密实性。
二次浇筑凸台混凝土前，注意新旧混凝土的结合面的处理，满足施工及设计规范要求，施工前对混凝土结合面松动石子或松散混凝土层凿除，并应用水冲洗、湿润，清理彻底干净。
混凝土施工前对浮置板钢筋笼进行全面检查，混凝土施工完毕后，应加强对模板的校正，按照设计的尺寸及允许偏差认真检查各部位几何尺寸。
6.2.5 轨道清理
施工完毕后，更换铁垫板下替代木板，安装线路钢轨配件，恢复线路，并对钢轨、扣件、混凝土道床等进行清理。
6.2.6 浮置板顶升作业
1 当混凝土浇筑28天后，且达到设计强度，用厂家提供的专用液压千斤顶从浮置板支承基础上抬起浮置板。浮置板顶升达到设计顶升高度。顶升时隔振器组装见图17浮置板隔振器内部结构示意所示。

图17 浮置板隔振器内部结构示意图
2 为了测量浮置板水平和静变形，在每块浮置板上布置8个测量点，测量浮置板的水平。
3 去掉外套筒上的盖子（12），检查外套筒内是否干净，是否潮湿，在隔离层上割一个圆孔，在需要安装固定销的隔振器基础环中心钻孔，压入定位销。安装定位销完毕后，利用安装杆把隔振器放到外套筒里，落在浮置板支承基础上。支承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（4）的三个角和焊在外套筒内壁上的（13）相平。取出安装杆。利用放在隔振器上的液压千斤顶的液压柱塞顶住上支承板（4），直到三个爪低于上挡环（10）。由压差控制的压力作用在上支承板（4）上并作用到浮置板支承基础上，作用在支撑架上的反作用力抬起浮置板。
4 考虑到浮置板和剪力铰的受力，浮置板至少要分3至4步顶升，最后达到设计的顶升高度。每一步的顶升高度，要通过放置在下支架（13）和上支承板（4）之间的调平钢板（7）来控制。调平钢板的形状和上支承板（4）的形状一致。为减小调平钢板（7）和下支架（13）之间的缝隙，把力传递到外套筒上，调平钢板（7）和（13）和上支承板之间的接触面必须水平。最后测量浮置板顶升高度，检查是否达到设计要求。
5 根据轨道几何尺寸，如需要进行高度调整，可以通过调平钢板（7）对浮置板高度进行调整。
6 安装完隔振器，并达到设计要求后，要把安全板（5）放置于调平钢板（7）上，并通过螺栓（6）与内筒连接在一起，防止调平钢板移动。利用螺栓固定安全板，保证传力可靠。

【参考文献】
[1]铁道部，《铁路轨道工程施工质量验收标准》（TB10413-2003）
[2]铁道部，《铁路混凝土工程施工技术指南》（铁建设[2010]241号）
[3]铁道部，《铁路混凝土工程施工质量验收标准》（TB10424-2010）
[4]潘泓，谭泽新．地铁运行对建筑物的振动影响【J】．建筑科学．2005(6)：90"01
[5]GB 50 1 57—2005地铁设计规范【s】
[6]GB 50090一2006铁路线路设计规范【s】
[7]GB 1 0082—2005、J448—2005铁路轨道设计规范【s】
[8]王建立，王进，尹学军，等．盾构中钢弹簧浮置板道床的设计

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