随着城市化进程的加快和人们节能环保意识的增强,城市原有的交通出行方式越来越不适应交通的需求,越来越多的城市加入了建设城市轨道交通的行列。
作为城市轨道交通的主要技术装备之一,轨道直接承受列车荷载,并把荷载传布给路基或桥隧建筑物。当地铁列车在规定的最大荷载和最高速度通过时,轨道结构能提供足够的强度并确保列车平稳通过,安全准时地把乘客输送到目的地。轨道结构的设计施工质量直接关系到整个轨道交通系统的正常运营和行车安全。
目前城市轨道交通使用较多的轨道结构为传统的有砟轨道和新型的无砟轨道。传统的有砟轨道结构由钢轨、轨枕、道砟、道岔、联结部件等组成,具有结构简单,铺设容易,弹性好等优点,但有砟轨道也存在易于变形、沉降,不利于保持几何形位,养护维修工作量大等不足。常用于地面敷设的辅助线路上。
无砟轨道与有砟轨道的区别在于用塑性变形小、耐久性好的钢筋混凝土代替了有砟轨道结构中容易磨耗、粉化和破碎的道砟材料,具有良好的稳定性、平顺性、耐久性,道床整洁美观,轨道变形缓慢,养护维修量小。
目前国内城市轨道交通轨道结构通常采用轨枕埋入式整体道床,为现浇混凝土结构,轨道施工以小型机械为主、大量依靠人工,铺轨测设精度还有进一步提升的空间。
近年来,随着人们对城市轨道交通平稳性、舒适性要求的提高以及国家号召坚持“人文、绿色、科技”三大理念,各大城市轨道交通建设部门都在积极研究及推进PC技术在城市轨道交通工程轨道设计领域的应用。
引进高铁技术,研发适用于城市轨道交通的装配式轨道结构,提升轨道建设质量,进而提高列车行驶的平稳性和舒适性,也是城市轨道交通轨道结构发展的趋势。因此越来越多的城市轨道交通采用了装配式轨道结构。
广州地铁4、5号线直线电机制式的高架线路率先采用板式无砟轨道,其中4号线已经通车10年,运营状况良好;上海市轨道交通在12、16号线完成了装配式轨道试验段,随后在整个轨道交通线网中推广使用;深圳地铁7、9、11号线、天津地铁5号线部分地段也开始铺设了装配式轨道试验段。北京的新机场线、天津B1线也设计采用了装配式轨道。
装配式轨道结构由上而下由钢轨、扣件、承轨台、轨道板、自密实混凝土、土工布隔离层和基底组成。
装配式轨道的优越性
铺设精度高。轨道板为工厂预制构件,承轨台尺寸稳定,轨枕间距精确,轨距稳定可靠。配套引进高速铁路精密测量CPⅢ技术,轨道铺设精度高,后期铺轨精调量小,有利于消除初始不平顺,提高乘坐舒适性。
轨道稳定性好。装配式轨道采用凹凸限位结构,凹凸限位结构处于混凝土内部,可避免大气环境中的材料老化;凹凸限位结构有较高的承载能力,大大提高了轨道结构的横向稳定性。
提供轨道沉降后的可维修性。装配式轨道上部结构通过土工布与底座隔开,可通过填充自密实层实现轨道板的抬高,不影响运营。
具有更好的施工便捷性。预制轨道板尺寸较小,既可通过轨排井下料,也可以利用盾构井下料,大大缩短了运输距离,方便轨道铺设。
轨道板美观,整洁。大大减少了现场的钢筋笼绑扎和混凝土浇筑量。
既可满足普通段道床需要,也可满足高等减振段需要。配合减振垫可实现高等减振要求的减振效果。
需要进一步研究的问题
装配式轨道应用在城市轨道交通中,尤其应用在城市轨道交通地下线,还有一些需要进一步研究的问题:
工期的要求。装配式轨道施工质量控制要求高,目前施工进度较慢,因此需要的工期较长,或需要设置更多的铺轨基地,开设更多的作业面。
施工工艺和工装机具要配套。施工工艺调整,且需要研制配套的施工机具和设备。
造价相对较高,由于采用预制结构,轨道结构验收质量控制更加严格,在模板制作、运输成本等方面均需增加费用。
装配式轨道在国铁已经大量使用,技术在不断的进步。近年来,随着我国经济发展和社会进步,越来越多的城市地铁秉承科学发展理念,在城市轨道交通建设中采用了装配式轨道结构。装配式轨道技术成熟可靠,有效提高轨道精度和平顺性,实现了无砟轨道的可维修,城市轨道交通目前用量较小,因此造价偏高,后期大范围推广应用后,成本会趋于降低。
“十三五”以来,国家提出了“创新、协调、绿色、开放、共享”的发展理念。在这个背景下,采用装配式轨道结构,实现城市轨道交通轨道设计施工的标准化、工厂化和机械化,提高了轨道结构整体技术水平,是改善作业环境、提高施工效率、实现轨道设计施工可持续发展的必由之路,将带来十分显著的经济和社会效益。
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