装配式轨道成套技术在苏州地铁中的优化应用

王占生，陈 鹏，徐寿伟，翟贝贝，代 彪

（1. 苏州市轨道交通集团有限公司，江苏苏州 215004；2. 北京城建设计发展集团股份有限公司北京市轨道结构工程技术研究中心，北京 100037；3. 中铁电气化局集团有限公司，北京 100036）

我国的城市轨道交通正处在快速发展期。轨道作为承载并引导列车安全运行的重要系统，其结构类型目前仍以现浇整体道床为主，这种轨道结构在部分运营线路上存在施工质量控制不佳、线路平顺性差、病害多等问题。鉴于此，近些年部分城市开始探索并尝试“预制式轨道”的技术，并进一步提出了“装配式轨道”技术理念，将装配式建造理念融入轨道结构设计、制造及施工中，形成了新一代轨道结构技术体系[1-2]。

1 预制板式轨道的应用现状

1.1 高速铁路

我国的高速铁路技术已走在世界前列，其中板式轨道在总结日本及德国应用成果的基础上，自主研发了CRTS Ⅲ型板式无砟轨道结构[3-5]。目前在建高铁线路的板式轨道均采用了此种形式。

CRTS Ⅲ型板式无砟轨道，由钢轨、弹性扣件、预制板、自密实混凝土层、隔离层、弹性缓冲垫层以及具有限位结构的钢筋混凝土底座等部分组成(见图1)。预制板下设门型钢筋，在自密实混凝土灌注后，通过门型钢筋，使预制板和自密实混凝土层连接成为一体，形成“复合板”结构。自密实混凝土层与底座板之间设置两层土工布，底座板中部设置限位凹槽，与上部自密实混凝土层相连，凹槽内侧填充弹性垫层。

图1 CRTS Ⅲ型板式无砟轨道Figure 1 CRTS Ⅲslab ballastless track

CRTSIII型板式无砟轨道主要根据高铁线路及工况特点进行研发，具有结构简单、施工便捷、稳定耐久、方便维修的特点。

1.2 城市轨道交通

上海地铁在国内率先借鉴了高铁CRTS Ⅲ型板式轨道技术，在城市轨道交通领域开展了预制板式轨道技术的研究，并在上海地铁12、16、17号线完成了预制轨道板试验段，随后在整个线网中推广使用。

西安地铁于2017年在4号线铺设了减振垫板式轨道试验段，主要采用了预制板(复合减振垫)+自密实混凝土+板两侧混凝土挡台的方案(见图2)。

图2 西安地铁4号线板式减振轨道Figure 2 Vibration-damping slab track of Xi’an Metro Line 4

除上海、西安地铁外，北京、天津、深圳、成都等地铁也在逐步采用预制板式轨道，板式轨道已成为未来城市轨道交通轨道技术发展的主要方向。目前，城市轨道交通板式轨道的应用主要存在以下问题：

1) 施工工艺及工序仍显复杂。混凝土底座需提前进行浇筑，并预留水沟及限位凹槽，隔离层与限位凹槽缓冲隔离层需采用人工铺设施工，受城市轨道交通地下线空间狭小的影响，钢筋绑扎、模板支立的施工更加困难。

2) 自密实混凝土一般采用市区内的商品砼，原材料控制、拌制、运输要求高，浇筑质量难以保证，且成本较高。

3) 预制板精调需人工操作。预制板吊装就位后，需在轨道板起吊套筒处安装预制板精调装置，用人工进行调整(见图3)。调板速度慢，调板精度对人为因素的依赖性较大。

图3 人工精调预制板Figure 3 Manual adjustment of track slab

2 装配式轨道的主要技术特点

装配式轨道技术理念是在我国大力推广“绿色建造”、装配式建筑技术的背景下提出的，涵盖了轨道结构设计、轨道施工、专用装备等多方面，其主要技术特点包括：

1) 道床采用预制板结构。预制板在满足承载力、抗裂等设计要求的前提下，优先采用非预应力厚板，避免预应力带来变形和徐变的问题，且厚板有利于提高减振效果及轨道自身的稳定性，能尽量保证减振及非减振地段预制板类型的统一，便于生产制造。

2) 预制板与下部填充层分离。有减振需求时，板与减振垫通过一定的构造设计方式，实现工厂化的复合，减振垫弹性根据减振要求进行针对性设计。无减振需求时，减振垫改为仅起隔离作用的隔离层，采用喷涂工艺实现工厂内复合，也可采用土工布等隔离材料进行隔离。

3) 预制板下部填充层结构简化。轨道结构高度较小时(如5.5 m的盾构内径)，板下填充层优先采用一次灌注方式，取消底座，减少现场施工环节；轨道结构高度较大时(如5.9 m的盾构内径)，为减少填充层的灌注量，提高施工进度，可预铺一层底座；同时，在保证填充层抗裂要求的前提下，优化配筋或取消配筋设计，以简化施工。

4) 轨道板内的限位桩与灌注孔及观察孔合并设置，并与板下填充层灌注一次成型。地下线预制板轨道结构优化后，填充层空间相对于传统板式轨道结构较大，且为开放式灌注，降低了填充材料的流动性要求，因此成本相对较低，技术经济性更佳。

5) 采用配套的系列化施工装备进行施工。施工装备涵盖运板、卸板、调板、换板及板下混凝土灌注等工序环节，其中预制板精调等关键工序采用自动化调板装备，配备专用测控系统，实现预制板自动精调，调整精度可达到1 mm以内，且稳定性高于人工铺板进度。采用的轮胎式走形机构可适应各种隧道底部轮廓，避免了传统施工必须安装辅助轨的限制，并可实现交叉施工。

3 装配式轨道成套技术的应用

3.1 铺设地段概况

铺设地段位于苏州地铁5号线上供路—木渎南区间左线盾构隧道内，长414 m。线路坡度10.938‰，线路平面包含直线及R600 m曲线，曲线超高为90 mm。

3.2 主要技术特点

预制板轨道由钢轨、扣件、预制板(含隔离层)、钢纤维细石混凝土填充层等部分组成。采用与填充层一体化施工的凸台限位，限位凸台与预制板之间通过缓冲层[3-8]隔离(见图 4)。

图4 装配式轨道结构Figure 4 Prefabricated track structure

1) 预制板采用工厂化制作。预制板为非预应力钢筋混凝土结构，混凝土强度C50，长3 450 mm×宽2 200 mm×厚330 mm。为提高隧道断面的适应能力，断面两端下部边角倒棱处理。

2) 预制板底部国内首次采用了厂内喷涂四羟络合酯喷涂型隔离材料的方法，实现了预制板与下部填充层的隔离，省去了传统预制板隔离层与限位凹槽采用人工现场铺设施工的工序(见图5)。在简化施工工序的同时，提高了隔离层的耐久性和绝缘性能，有利于杂散电流防护。四羟络合酯喷涂型隔离材料常温下与板的黏结强度≥1 MPa，拉伸强度≥2 MPa，断裂伸长率≥500%。

图5 厂内喷涂完隔离层的预制板Figure 5 Track slab with an isolation layer

3) 板下填充层国内首次采用了 C40钢纤维细石混凝土[10]，连同两侧水沟一次浇筑成型，取消了以往板下需采用混凝土底座及板下调整层的两层结构，且填充层内无需绑扎钢筋。在确保板下填充层抗裂性满足要求的同时，大幅简化了施工工序。同时，相比传统的自密实混凝土填充材料，其拌制、运输及浇筑的要求较低，从而大幅降低了施工质量控制难度。为确保钢纤维细石混凝土应用效果，在实施前通过抗裂性检算及多次的厂内试配及揭板试验后，制定了钢纤维细石混凝土的技术条件。本工程中的C40钢纤维细石混凝土采用长度50 mm、直径0.75 mm、长径比67、抗拉强度1 230 MPa的钢纤维，设计掺量20 kg/m3；钢纤维混凝土的设计弯曲韧度比≥0.5。

4) 限位凸台在填充层灌注时，插入钢筋笼，连同填充层同步浇筑完成。

5) 板缝处无过轨需求及排水需求地段，填充C40补偿收缩混凝土以消除板缝。

3.3 系列化铺轨装备

采用了系列化的装配式轨道施工专用装备，实现了运输、铺设、精调、灌注全过程的机械化施工和无轨化作业。主要装备及其功能如下：

1) 自变形轮胎式轨道施工车(见图 6)。可根据现场施工的断面结构尺寸进行调节变形，以满足圆形隧道、矩形隧道及马蹄形隧道的施工要求。施工作业时，可用于预制板及其他物料的装卸、倒运、调整，能与自变形轮胎式混凝土施工车交叉运行，避免各工序间施工干涉。此类装备已在上海、深圳等多个城市的地铁中推广应用。

图6 自变形轮胎式轨道施工车Figure 6 Self-deformable tire track construction vehicle

2) 有轨/无轨双模式混凝土施工车(见图7)。自变形轮轨式混凝土施工车是集混凝土运输、搅拌、浇筑布料等功能于一体的新型施工装备，可满足矩形隧道断面、马蹄形隧道断面、圆弧形隧道断面及桥梁桥面等工况的施工要求。为提高施工效率，长距离行走时，用内轨行走系统在标准轨道上高速行驶；到达作业面时，变跨到外轮胎运行布料；短距离行走时，直接用外轮胎行驶运输并布料施工。钢纤维细石混凝土通过此装备运至工作面进行灌注。此装备已在上海、深圳等多个城市地铁中推广应用。

图7 有轨/无轨双模式混凝土施工车Figure 7 Rail / trackless dual-mode concrete construction

3) 第三代精调装备及测控系统(见图 8)。研发的“测-控-调”一体化自动精调技术及精调装备，打破了传统预制板精调须采用人工调板的模式。通过测控系统指挥全站仪和精调设备自动完成轨道板位置测量、调整量计算、形位调整等作业程序，实现了轨道板的快速、自动调整到位。精调装备及测控系统的研发，提升了轨道施工的自动化、智能化程度，为实现全过程的机械化施工作业提供了重要支撑。

图8 精调装备及测控系统示意Figure 8 Schematic diagram of fine adjustment equipment,and measurement and control system

3.4 施工工艺流程

装配式轨道的施工工艺流程在传统预制板式轨道的基础上大幅简化，主要工序仅包括：控制网测设、轨道板的铺设及精调、钢纤维细石混凝土灌注、安装扣件及钢轨精调、板缝回填及水沟防水等(见图9)。单个工作面的用工数量仅需约25人，综合施工进度可达到100～120 m/d，施工质量相比传统现浇整体道床大幅度提升(见图10)。

图9 装配式轨道施工工艺流程Figure 9 Construction process of prefabricated track

图10 铺设完成的装配式轨道Figure 10 Finished fabricated track

4 结语

苏州地铁5号线通过对预制板式轨道结构方案及材料的优化改进、精调装备及测控系统的研发及应用，简化了施工工艺。实施结果表明，与传统预制板轨道技术相比，具有以下的改进和优势：

1) 关键技术指标比传统预制板轨道有大幅提升。相比传统预制板轨道技术，节省工序10余道，用工数量减少70%，填充层灌注效率提高约3倍，综合施工进度提高约2倍。

2) 研发的精调装备及测控系统，弥补了预制轨道板运输、铺设、精调、灌注等全过程机械化施工和无轨化作业的短板，提升了轨道施工的自动化、智能化程度。

3) 采用厂内喷涂的四羟络合酯喷涂型隔离材料，减少了现场工序，降低了对施工质量的依赖性；采用板下钢纤维细石混凝土，省去了传统预制板道床结构中的钢筋设计，免去了传统自密实混凝土的拌制、运输及浇筑，有效降低了施工质量控制难度。

苏州地铁装配式轨道成套技术的研究及应用，提升了苏州地铁轨道技术水平，为其后续线路建设及国内其他城市轨道交通新线建设中的推广应用提供了技术储备和参考借鉴。目前装配式轨道技术正处于不断完善、发展的阶段，在当前我国城市轨道交通快速发展的大背景下，该项技术的研究及应用前景将非常广阔。