陈鹏、李静敏、陈亮
北京设计发展集团股份有限公司，西安市轨道交通集团有限公司运营分公司
【摘要】地裂缝是西安地质条件比较突出的特点之一，在地裂缝一定范围内隧道沉降较大，对线路的平顺性产生了较大影响。为确保线路平顺性满足要求，需对地裂缝地段变形较大的框架板进行调整时，但既有的抬升设备及调整工艺较为复杂，且天窗点时间也较短，导致框架板的调整效率很低。基于此，结合框架板式轨道结构的特点，研发了专用的框架板抬升装置，并成功进行了试用，试用表明该装置大幅提高了框架板的调整效率，为今后框架板道床的运营维保可起到一定的指导意义。
【关键词】 地裂缝 框架板 抬升装置 研制及应用
一、西安地铁现状
西安是中国西部地区重要的中心城市、也是具有历史文化特色的国际化大都市，于2011年9月16日开通运营第一条线路，截至2020年12月西安市开通运营地铁线路共有8条，运营里程长度共计244.31千米;共设车站153座；预计到2025年，形成12条线路运营、总长423千米的轨道网。
西安地区的地裂缝较多，穿越每条地铁线路的地裂缝也较多，具体统计如下：
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二、地裂缝的成因及应对方案
地裂缝是一种国内少见的、特殊的地区性地质灾害。根据长安大学最新的研究结果，西安地裂缝的形成是以隐伏断裂构造的发育为基础，过量开采地下水为诱因，二者共同作用的结果。地裂缝是土层中的剪切破碎带在近地表处的扩展延伸，但其超常活动却是由于过量抽取地下水，使弱透水层（粘土层）压缩而改变土层中的应力状态所引起的。
目前国内外穿越活动断裂带地段隧道工程设计主要是依靠结构专业采取“结构加强”、“隔离消能”、“超挖设计”和“铰接设计”等措施进行抗断防护设计，而轨道专业多采取碎石道床。城市轨道交通仅有乌鲁木齐对断层地段进行了专题的研究，轨道专业采用宽枕固化道床方案，但是断层主要针对地震瞬间的破坏，而西安的地裂缝主要针对100年内的缓慢的过程沉降。
根据长安大学研究成果，地铁整体式衬砌隧道和盾构隧道均无法适应地裂缝的变形要求，地铁隧道穿越地裂缝带时必须采取分段设变形缝加柔性接头进行处理，由于西安地裂缝的倾角一般较大（≥75°），当地铁隧道与地裂缝正交时，地裂缝的活动会导致分段隧道结构产生两个方向的位移运动即垂直方向和轴向位移；当地铁隧道与地裂缝斜交时，由于受斜交夹角的影响，地裂缝的活动会导致分段隧道结构产生三维空间位移运动，即产生垂直方向、横向和轴向三向位移分量，从而引起相邻分段隧道结构竖直向和横向彼此错位以及轴向拉伸变形，如下图 所示，图中ab为垂直位移量，ab＇为轴向位移量，ac（即Δx）为横向位移量。这反映到隧道结构上，斜交条件下分段隧道将产生明显的三向位移引起其内部净空减小，严重影响列车行车安全，故分段隧道三维空间预留位移量（或称预留内净空量）是地铁隧道穿越地裂缝带结构抗裂设防极其重要的参数之一。
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针对地裂缝的特殊性，地铁穿越地裂缝地带需要线路、限界、结构、接触网、轨道等多个相关专业协同采取措施，以确保地铁的运营安全。经各专业研究线路预留调坡条件，限界扩大净空要求，结构采用暗挖法扩大隧道断面、分段设置结构缝，以适应后期的结构沉降，接触网预留垂向大调量。
轨道专业为了在隧道结构变形后能的及时调整，适应线路调线或保持原线路几何形位，采用可调式框架板道床+大调量扣件的方案，可实现轨道线路垂向500mm的调整及横向104mm的调整。具体详见下图，隧道结构的沉降量x≤50mm时，可通过在扣件来实现垂向，当隧道结构的沉降量x＞50mm时，可通过框架板下的垫板及扣件来实现垂向调整，横向通过大调量扣件来实现调整。
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（1）作业时间长。夜间天窗点仅3.5个小时，道床扣件的拆卸、安装、线路精调、场地清理、抬升及抬升过程的垫块作业等均需要占用时间，在夜间的天窗点时间内，相关施工作业非常紧张。
（2）作业空间狭小，作业人员多。四个千斤顶需要四个人操作，框架板中间操作空间仅为940mm×1760×700mm，作业过程四个人相互影响，另外还需要线路工、安全员等相关配合人员。
（3）施工精度差。轨道结构对于框架板的精度控制很高，碰到框架板整体道床轨道结构在沉降量过大时，原抬升方案在抬升时限位榫两侧的橡胶块容易与道床挤死，造成道床破坏，抬升过程中四台液压千斤顶不能同步，导致框架板四个角受力不均，严重时使框架板出现破坏性裂纹，个别限位榫两侧的橡胶块容易与道床挤死后，千斤顶打压不起来。
（4）施工效率低，根据既有的施工工艺及施工设备每个天窗点仅可调整2～3块框架板，而每个地裂缝设防地段的框架板最少120m，需要约20个作业点。
四、同步抬升装置的原理
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同步抬升装置系统由数控系统控制箱、液压泵站、抬升千斤顶、传感器组成。数控系统基于PLC、触摸屏、传感器组成的闭环控制系统，系统根据传感器反馈的信号对相对应的电磁阀进行控制，控制油量的变化从而控制抬升顶千斤顶得自动抬升或下放。数控系统控制箱与数控油泵间采用无线联接，无线连接距离300m。通过触摸屏数控系统，可自动抬升、自动下放、也可手动操作。
五、同步抬升装置的组成及抬升工艺
本装置由一台数控系统控制箱，2台数控油泵，6台数控抬升千斤顶（4个主千斤顶，2个备用千斤顶）组成。通过数控控制可实现4台抬升千斤顶同步抬升、下放的目的，也可以点动微调和1台或多台千斤顶随意组合进行同步抬升或下放。抬升速度约为6米每小时、下放速度约为4米每小时，速度可调节。同步抬升装置的同步控制误差可控制在正负5mm以内，最大载荷20t。
抬升、下放在数控操作台上操作，设置好参数一键完成自动抬升、下放，数控操作台上可以看到每台千斤顶的行程、压力（即抬升吨位）、累计行程。自动抬升或下放过程中系统会实时监测，如果超出设定参数系统会暂停工作并弹窗报警，待故障排除后恢复正常工作。
采用此装置抬升效率由原来一个天窗点抬升2-3块板，提升到一个天窗点抬升8块板。
六、总结
通过同步抬升装置的研发，克服了目前地裂缝地段轨道结构的抬升存在的诸多缺陷，可大大提高夜间天窗点内的框架板道床抬升的效率，有效的提高运营维保的水平，对后续线路的维保具有一定的指导意义。
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