地铁轨道结构浇筑自密实混凝土的施工技术研究

温荣琦

摘要：简述了自密实混凝土的性能和用途，阐述了自密实混凝土的配制、运输和浇筑技术以及自密实混凝土施工要点，进行了地铁轨道受力分析，通过地铁工程实例验证了本文所述自密实混凝土的施工技术提高了轨道抗压强度，满足了地铁列车提高运行速度的需要。

关键词：地铁轨道；自密实混凝土；浇筑施工；技术研究

0   引言

轨道交通在大城市发展迅速，其优点是节省土地空间、缩短交通时间、减少环境污染和提高乘客流量[1]。然而，目前的地铁工程通常使用整体式现浇道床，存在施工强度大、施工场地小、安全风险高以及后续维护困难等缺点。

近年我国开发出一种在城市轨道交通工程中自密实混凝土浇筑施工技术，具有中国知识产权[2]。与国外轨道板技术相比，我国开发的第三类板件采用自密实混凝土，而不是CA（水泥沥青）砂浆，与最初的技术相比，降低了施工过程中对环境温度的要求[3]。本文在实践中以地铁工程施工技术为基础，对地铁轨道结构中采取的自密实混凝土的施工技术要点进行了阐述。

1   自密实混凝土性能和用途

自密实混凝土是具有高流动性、均匀性和稳定性，浇筑时无需外力振捣，能够在自身重力作用下流动和密实的混凝土。自密实混凝土用于地铁轨道板与底座板（道床）之间的填充层，具有支撑、限位、调整轨道板标高等功能。根据地铁板式无砟轨道的实际需求，确定自密实混凝土配比。自密实混凝土的性能、环境控制指标以及施工过程的损失值，应通过实验确定。

2   自密实混凝土配制运输浇筑技术

2.1   自密实混凝土配制

为了满足地铁轨道特定的强度和耐久性要求，选择适宜的方案进行自密实混凝土配制，如提高填充率、减少碱含量和氯离子含量[4]。在进行配比试验时，必须进行减水剂和水泥的调整试验，搅拌后的混凝土不得析水和泌浆。为防止混凝土固化过程中的析出现象，应添加足量的分散剂，并根据现场操作距离和使用要求，相应调整固化的具体时间。

在达到上述要求后，在地铁施工现场进行工艺性浇筑试验，并根据试验结果调整混凝土配比。在确定混凝土比例时，应使用绝对体积法进行设计或计算，以确保混凝土的成分达到最佳配比状态[5]。在研究混凝土组成材料配比的基础上，进一步研究其与添加剂和用水量之间的关系，最终形成合格的自密实混凝土。自密实混凝土配比参考值如表1所示，自密实混凝土主要性能指标如表2所示。

2.2   自密实混凝土运输

自密实混凝土拌合后，由混凝土搅拌运输车运输到地铁施工现场的下料口。在运输过程中，应采取措施保持（或降低）温度和湿度。使用直径为300mm钢管制成的管道，将自密实混凝土从地面垂直输送到地下，然后水平输送到作业面，此过程尽可能避免泵送。

应计算自密实混凝土从开始混合到混合结束的时间，该过程通常不应超过60min。在使用混凝土搅拌运输车运输时，罐体应保持低速运转，在输送自密实混凝土之前进行20～30s高速旋转。在将其运输到地铁施工现场的地面时，测量其含气量应≥3%，塌落扩展度为650～700mm，T50扩展时间为3～4s，温度为5～30℃。应使用特定类型的施工车进行自密实混凝土的地下运输，该施工车应满足地下双向运输功能。施工现场的双向运输施工车如图1所示。

2.3   自密实混凝土浇筑

当施工车处于施工位置时，必须将自密实混凝土拌合20～30s，然后才可进行浇筑。在自密实混凝土灌入管道之前，要验证其是否因延时产生积水，若有积水必须立即清除干净，还要进行气体含量测试，以满足其性能指标。在自密实混凝土灌入管道后，其流量应控制在0.14～0.23m3/min之间。

地铁一般采用CRTS Ⅲ型板式无砟轨道结构，其轨道板与自密实混凝土形成复合板。一个轨道板位置的自密实混凝土用量应控制在1.4m3，所用时间应控制在6～10min。如果流速过快，容易导致轨道堵塞；如果流速太慢，容易导致流量不足。

每个轨道板位置的自密实混凝土应在一个灌入口一次性填充，而不是填充两次。当自密实混凝土从所有排气管冒出时，即可停止浇筑。在混凝土浇筑后重载3h内，不得拆除防渗漏管道和监测管道。

3   自密实混凝土施工要点

3.1   控制混凝土性能指标

作为轨道板与底座板之间的填充层，自密实混凝土层的面积大、厚度小、流动距离长，且与底座板的凹槽紧密结合。自密实混凝土的坍落扩展度应控制在合理范围内。一般情况下，其入口位置为630～680mm。

在装载自密实混凝土之前，应检查塌落扩展度、T50扩展时间、含气量和倾斜度。只有检查合格后，才可进行装载。在浇筑混凝土时，其温度必须控制在5～30℃之间，与运输车罐体的温差不得超过15℃。夏季应采取降温措施，冬季环境温度较低时应采取保温措施。应观察细分区域中未检测到的环境温度，如果温度低于5℃，必须停止施工。

在轨道板装配施工过程中，为了确保混凝土均匀，混凝土流动的时间不得超过7s，为了保证混凝土强度和外观质量，气体含量不得低于3%，也不得超过6%。

3.2   严控浇筑流程

当混凝土运输车到达施工现场时，必须在卸载之前以20～30s/min的速度旋转其罐体。考虑到相关车辆的运输特性和自密实混凝土强大的流动性，长时间旋转的部分混凝土流动总量可能偏大，因此建议弃除混凝土料头，并仔细观察混凝土是否在渗出或完全沉降，如果有渗出现象，禁止进入浇筑模具。

在浇筑施工过程中应密切监测混凝土流速，这对浇筑结果至关重要。每罐自密实混凝土的输送时间控制在7～15min，不要太快，也不要太慢。混凝土从自动搅拌到浇筑结束的时间应控制在120min之内。当时间超过120min时，应检查混凝土情况。如果混凝土是合格的，則可以继续入模。如果不合格，必须弃除。自密实混凝土浇筑的每个轨道板，应沿着一个方向浇筑，不允许二次浇筑。浇筑完工后，保湿养护累计时间不少于14d。达到设计强度后，轨道板才可承受全部设计荷载。

4   地铁轨道受力分析

4.1   受力参数

地铁轨道的静力计算采用二次计算法。用于计算的线路条件为：线路半径为1200m，钢轨为高锰钢U75V型，钢轨标准长度为25m，钢轨质量为60kg/m，轨枕间距为600mm，钢轨支点弹性系数取值为70000N/mm，地铁列车以5km/h的速度运行。此时地铁轨道载荷如图2所示。

4.2   受力计算方法

计算钢轨基础弹性模量的公式如下：

（1）

式（1）中：k为钢轨基础弹性模量；D为钢轨支点弹性系数，取值70000N/mm；α为轨枕间距，取值600mm。在此基础上，计算钢轨基础与钢轨的刚比系数的公式如下：

（2）

式（2）中：β为轨道基础与钢轨的刚比系数；E为钢轨垂向抗弯刚度，取值2.1×105MPa；I为轨道相对于水平中性轴的惯性矩，取值32170000mm。钢轨荷载Pz的表达式：

Pz=                             （3）

式（3）中：P为每条钢轨的载荷，x为每条钢轨位置与计算截面m之间的距离。钢轨载荷的最大值取185.12kN，该取值用于计算地铁列车行驶时对钢轨的动压。根据地铁列车运行工况下铁路低速应力系数，计算速度系数α：

（4）

计算钢轨的偏载系数βp：

（5）

在式（4）和（5）中，v为地铁列车速度，△h为外部轨道高度。基于上述计算结果，使用下列公式计算轨道板顶面上的应力σb：

（6）

式（3）中：m为底座板（道床）分布不均匀系数，α是钢轨下部宽度，单位为mm；b是道床支撑的有效长度，单位为mm。

5   施工技术的实际应用

5.1  工程概况

北京地铁某工程途经大兴区和丰台区，轨道全长41km，设计时速为160km。通过提高设计时速，该地铁线路对轨道的稳定性、耐久性和减振性提出了更高的要求。特别是在敏感的城市地区，传统形式的轨道不符合运行和环保要求。为此，应用本文提出的上述施工技术，对其轨道进行自密实混凝土浇筑施工。

5.2  应用结果

完工后的该地铁轨道结构，自下而上主要由钢筋混凝土底座板（道床）、自密实混凝土填充层、钢筋混凝土轨道板和钢轨等组成。经浇筑后的过程检测，其自密实混凝土填充层的抗压强度明显提高。3种施工方法的自密实混凝土填充层的抗压强度比较如表3所示。

5.3  应用结果分析

通过对该地铁轨道应用本文所述自密实混凝土填充层的施工技术，与两种传统施工技术进行比较，可以得出以下结论：本文所述施工技術在浇筑完成后的2天即可满足通车条件，而传统方法则需要3天以上。从总体施工情况来看，本文所述施工技术提高了轨道抗压强度，满足了地铁列车提高运行速度的需要，具有明显优势。

6   结束语

本文在研究自密实混凝土配制、运输和浇筑技术的基础上，提出了自密实混凝土浇筑施工要点，分析了地铁轨道受力情况，通过地铁轨道施工实例验证了本文提出的自密实混凝土浇筑施工技术提高了轨道施工质量，满足了轨道强度要求，为城市轨道交通建设提供了参考。

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