伊朗德黑蘭地鐵軌道施工方法研究與應(yīng)用


【摘 要】 依托伊朗德黑蘭地鐵一、二號線工程，針對地鐵單洞甲線采用的軌道施工軌排法存在的不足，根據(jù)單洞雙線隧道的特點，提出了利用組裝好的軌排直接鋪設(shè)在隧道結(jié)構(gòu)底板上作為軌道平板車臨時軌道的施工新方法。
【關(guān)鍵詞】地鐵 軌道機構(gòu) 整體道床 軌道施工 單洞單線 單洞雙線 軌排法 臨時軌道法

1 前 言
伊朗德黑蘭地鐵一、二號線工程，早在1978年就由法國RATP SOFRETU咨詢公司完成了一、二號線的工程設(shè)計和34km隧道及大部分主體結(jié)構(gòu)的施工，后來由于兩伊戰(zhàn)爭的原因而擱淺。1991年德黑蘭地鐵一、二號線工程建設(shè)實行國際招標，中國國際信托投資公司作為總承包商，北京城建設(shè)計研究院作為設(shè)計總體單位與國內(nèi)最具實力的企業(yè)組成聯(lián)合體與法國、俄羅斯等國家的大公司共同參加投標，中方經(jīng)過幾年的激烈競爭而中標，1996年正式開始工程設(shè)計工作。
德黑蘭地鐵一、二號線，線路全長約50km，其中地下線34lan，地面線16km；共沒43座車站、2座車輛段、1處控制中心。全線車站均為側(cè)式站臺形式，有效站臺長度140m，近遠期列車編組7輛，遠期行車間隔為2分鐘。工程分三期實施，一期為二號線E2-M2段，二期為—號線R1-A1-6，三期為二號線M2-X2段。
2 隧道結(jié)構(gòu)概況
該工程隧道結(jié)構(gòu)為單洞雙線形式，結(jié)構(gòu)斷面形式有明挖法施工的直墻拱形、矩形和暗挖法施工的馬蹄形、圓形四種，其中圓形隧道結(jié)構(gòu)是采用盾構(gòu)法施工的。隧道結(jié)構(gòu)內(nèi)輪廓尺寸，直墻拱形和矩形隧道大部分斷面寬度為7400mm，部分斷面寬度為7 600mm，圓形隧道直徑為8 150mm；34km隧道在20多年前就已施工完畢。通過對既有隧道進行斷面測量后得出結(jié)果是：施工誤差較大、隧道平面局部最大誤差達619mm，曲線地段的隧道沒有設(shè)置加寬、線間距為3．2m。詳細見圖1。

3 軌道結(jié)構(gòu)概況
該工程軌道結(jié)構(gòu)，鋼軌采用規(guī)格為54kg／m、18m長；一般地段采用彈性分開式扣件，配用2．4m預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土長軌枕，較高減振地段采用軌道減振器扣件，配用短軌枕。34km隧道內(nèi)線路軌道采用長軌枕C30混凝土整體道床，地下較高減振地段采用短枕式C30混凝土整體道床，道床寬度為2．7m，道床建筑高度為600rain左右，縱向水溝設(shè)在左右線中心即隧道中心，一般寬度為500mm、深度為280mm，道床靠隧道結(jié)構(gòu)邊墻兩側(cè)設(shè)有20kV電纜槽，如圖2歷示。

圖2 直墻拱形隧道軌道結(jié)構(gòu)圖
4 我國地鐵長軌枕式整體道床軌道施工特點
我國地鐵地下線路—般采用整體道床形式，整體道床一般又分為無枕式、短枕式、縱向浮置板式和長軌枕式等。長軌枕式整體道床軌道施工大都采用軌排法，其主要程序是在軌排場地用扣件將標準軌與軌枕組成軌排，然后用軌道平板車將軌排運到施工工作面，再用小型龍門吊將軌排運到線路位置，用鋼軌支撐架將軌排架起，調(diào)整好鋼軌方向、軌距和水平后，用小型龍門吊運輸并灌注整體道床混凝土，施工進度約為每天單線50m。其特點如下：
4．1 先組裝軌排
按照軌道設(shè)計圖在軌排場地用扣件將鋼軌與長軌枕組裝成軌排。

4．2 作業(yè)空間小
我國地鐵地下線路大部分是采用單洞單線形式，隧道的作業(yè)空間比較小，限制了一些施工設(shè)備的使用，需要進行交叉作業(yè)，容易造成施工工序的重疊和矛盾。
4．3 進料口少
由于組裝好的軌排一般都在18~25m，所以在區(qū)間隧道中能用于軌排進料的口較少，一般隧道的兩頭進出口可以用于軌排的進料口。
4．4 運輸距離長
一條地鐵線路長約為15km左右，可軌排場地只設(shè)1個，混凝土攪拌場也只設(shè)1～2個，這樣就造成運輸距離比較長。
4．5 依靠小龍門吊
龍門吊是軌排法中運送軌排和混凝土的主要機具，由于新灌注的道床混凝土達到要求強度需要時間，所以，只有依靠小龍門吊通過走行軌將軌排和混凝土從距工作面一定距離的軌道車上吊運到工作面。而小龍門吊的速度是有限的，需要運量卻較大。
4．6焊軌場地大
最后一道工序是鋪設(shè)無縫線路，需要用150~200m的長鋼軌運到隧道內(nèi)將原來組裝軌排的工具軌換下，此時用的長鋼軌又需要在地面焊軌場地先加工好，焊軌場地一般需要面積為250m 40m左右。
5 德黑蘭地鐵試驗段軌道施工方法
1998年7月13日在德黑蘭地鐵二號線E2-M2段開始進行軌道施工試驗段工作，由于對承包商的施工設(shè)備、機具和技術(shù)力量不了解，建議采用類似以上介紹的我國在單洞雙線上采用的軌排法，主要工序是將組裝好的軌排由軌道平板車從鋪軌基地運送到隧道內(nèi)臨近工作面時，再用2刊嚨門吊通過38ks／m走行軌進行軌排的吊運和鋪設(shè)，等軌排調(diào)整固定好后又用小龍門吊從平板車上將混凝土斗吊運到工作面進行道床混凝土的灌注。此方法由于受新灌注的道床混凝土強度的限制，軌道平板車不能直接到軌道施工作業(yè)面進行鋪設(shè)軌排和灌注道床混凝土的作業(yè)，所以，主要依賴小龍門吊來進行約100m距離的往復(fù)運輸，而小龍門吊的運行速度和起吊重量都是有限的，另外，小龍門吊走行軌的安裝也比較復(fù)雜，其所在的位置對其他工序的作業(yè)有較大的影響，這樣就使得軌道施工速度比較慢，大約每個工作面每天進度在50m左右。
軌排法施工相對于寬度為7．6m單洞雙線隧道和新施工設(shè)備等條件，存在以下幾點不足：
(1)過分依賴小龍門吊；
(2)沒有充分利用單桐雙線隧道的較大空間；
(3)沒有發(fā)揮組裝好軌排的作用；
(4)工序交叉重疊；
(5)混凝土運輸距離長。
6 德黑蘭地鐵軌道施工新方法
德黑蘭軌道施工要求嚴、工期緊，需要在總結(jié)試驗段軌道施工方法及工藝流程的基礎(chǔ)上，結(jié)合德黑蘭地鐵特點及伊方施工設(shè)備進行研究開發(fā)一種新的軌道施工方法，其主要思路如下：
6．1 少用小龍門吊、多用軌道平板車
為了克服小龍門吊的不足，盡可能地少使用小龍門吊，而盡量使用軌道平板車進行軌排和混凝土的運輸，并盡量靠近工作面，只在右線鋪設(shè)軌排時使用小龍門吊，右線灌注道床混凝土和左線任何作業(yè)都不使用小龍門吊，提高運輸工作效率。
6.2 利用空間、左右線互動
充分利用單洞雙線隧道的空間，左右線同時交叉作業(yè)，可以利用右線進行左線各工序的施工，利用左線進行右線各工序的作業(yè)，做到左右線互動，減少工序間的重疊和矛盾。
6．3 利用組裝好的軌排作為軌道平板車的臨時軌道
為了使左右線做到互動，需要解決平板車受道床混凝土強度限制的難題，如果將組裝好的軌排直接鋪設(shè)到隧道結(jié)構(gòu)底板的左右線平面位置上，先不架設(shè)，作為軌道平板車施工運輸用的臨時軌道，這樣就可以充分發(fā)揮軌道平板車的作用和效率，實現(xiàn)左右線互相倒運的目的。改造利用新設(shè)備新機具

圖3 正在利用右線灌注左線混凝土
6.4改良利用新設(shè)備新機具
由于采用了軌排直接鋪設(shè)在隧道結(jié)構(gòu)底板上作為軌道平板車的走行軌，所以為充分利用軌道平板車創(chuàng)造了條件，原來將運送混凝土斗的做法需要改進，改為在平板車上安裝混凝土攪拌機，直接運送混凝土到工作面灌注混凝土，同時保證在運輸途中對混凝土進行攪拌，提高工作效率；另外，在軌道平板車上還可以安裝能方便軌排裝卸的小型起重設(shè)備，為左線軌排的設(shè)置創(chuàng)造條件。
軌道施工臨時軌道法思路的創(chuàng)新點是改變了原來用小龍門吊架設(shè)左右線軌排和灌注道床混凝土的方法、充分利用了單洞雙線隧道的空間和利用組裝好的軌排作為軌道平板車臨時軌道，使得混凝土攪拌設(shè)備和軌排裝卸機具可以直接安裝在軌道平板車上，實現(xiàn)了左右線互動和倒運，既保證了道床質(zhì)量，又大大提高了工作效率，其各工序間的銜接關(guān)系見框圖4。

7 應(yīng)用效果
根據(jù)新研究的軌道施工臨時軌道法方案及工序框圖，很陜于1998年9月在一期工程的二號線E2-M2段中實施，首先是承包商依據(jù)限界要求，在軌道平板車上進行起吊和混凝土攪拌設(shè)備以及配合軌道平板車進行左線軌排裝裝卸設(shè)備的準備；其次是將軌排鋪軌基地用軌道平板車運送到隧道中，將軌排直接鋪設(shè)在隧道結(jié)構(gòu)的右線中心地板上，然后將軌排調(diào)順、連接好及適當用廢膠墊墊平，又作為軌道平板車的走行軌，直至軌排鋪設(shè)在一個區(qū)間甚至兩個區(qū)間更好，此時如果有條件可以盡可能地利用空閑時間多鋪設(shè)右線軌排。在右線軌排鋪設(shè)到一個區(qū)間后就應(yīng)該利用右線鋪設(shè)左線的—個區(qū)間軌排，然后進行左線工作面的各工序工作，此時利用軌道混凝土攪拌車走在右線臨時軌排上進行左線道床混凝土的灌注；當完成左線—個區(qū)間(800m左右)的道床混凝土灌注后，即可進行右線工作面的各工序工作，此時利用軌道混凝土攪拌車走在左線正式軌道上進行右線道床混凝土的灌注；左右線如此循環(huán)實施，效果非常明顯，具體如下：
7．1 減少小龍門吊使用頻率、工序銜接良好
由于小龍門吊只用來進行軌排鋪設(shè)，左線軌排鋪設(shè)、道床混凝土灌注及右線道床混凝土灌注都不使用小龍門吊，使得小龍門吊使用頻率減少，同時還省去了小龍門吊走行軌的架設(shè)工序，工序銜接良好，右線可以盡可能地持續(xù)將軌排鋪設(shè)到隧道結(jié)構(gòu)底板上。
7．2左右線互動、運輸速度加快
由于右線此前已經(jīng)將軌排鋪設(shè)了兩個區(qū)間以上，右線作業(yè)工序減少，而左線的軌排鋪設(shè)和道床混凝土灌注都通過右線臨時軌道來實施，充分利用了單洞雙線隧道的空間，實現(xiàn)了左右線互相倒運，運輸速度明顯加快，其中灌注道床混凝土速度比用小龍門吊要快3倍左右。
7．3 有利于保證質(zhì)量
由于混凝土運輸中可以進行攪拌，解決了混凝土由于運輸距離長容易造成混凝土離析和坍落度損失的問題，由于運輸速度加快和混凝土運輸量加大，保證了道床混凝土的連續(xù)灌注，所以較好地保證了道床混凝土的質(zhì)量。由于作業(yè)工序減少，工序銜接良好，較好地保證了軌排調(diào)整和固定的質(zhì)量。
7．4 臨時軌道軌枕損壞少
在設(shè)計臨時軌道法時，由于軌排是直接鋪設(shè)在隧道結(jié)構(gòu)底板上的，預(yù)計軌枕由于受力不均勻，可能會損壞嚴重，經(jīng)過德黑蘭地鐵實踐證明，軌枕損壞極少，新方法實施順利。
7．5保證了工程的順利實施
采用臨時軌道法后，使得軌道施工效率大大提高、速度大大加快，一個工作面每天進度為120m左右，保證了德黑蘭地鐵—期工程二號線E2-M2段和二期工程BI-R1段的順利開通和商業(yè)運營。
7．6推廣價值
經(jīng)過德黑蘭地鐵實踐檢驗并成功應(yīng)用的地鐵地下線軌道施工臨時軌道法，操作簡單，工序銜接良好，突出了適宜性、充分性和有效性，極具推廣價值。比如，在單洞單線隧道中也可以利用臨時軌道鋪設(shè)軌排直至終點，然后按照終點至起點的順序進行架軌、調(diào)軌和灌注道床混凝土的作業(yè)，此時如果采用泵送混凝土進行道床混凝土灌注，效果將更好。

參考文獻
【1】 施仲衡地下鐵道設(shè)計與施工 .西安：陜西科學(xué)技術(shù)出版社，1997