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1 概述

跨座式单轨是通过单根轨道进行支承、稳定和导向，车体骑跨在轨道梁上运行的轨道交通，以其环保低噪、爬坡能力强、转弯半径小等优点成为城市轨道交通的重要发展方向之一。“云轨”又称云中轨道交通系统，是比亚迪汽车工业有限公司（简称比亚迪）对其自主研发的跨座式单轨列车交通系统的别称。2016年10月23日，我国首条“云轨”试验线在深圳坪山比亚迪工业园完成试运行。

跨座式单轨交通有三大关键技术：道岔、车辆、预应力混凝土轨道梁（简称PC轨道梁）。PC轨道梁作为一种桥梁结构，既起到承受质量和承载供电及信号等系统的作用，也是车辆行驶的轨道。作为集多种功能于一体的建筑结构，不仅要保证较高强度，还必须具有足够的精度[1]。制作每榀PC轨道梁时，都会根据线路布置需要，在梁的跨度、平面曲线、竖曲线及预埋件种类等方面进行相应调整。不能通过调节道砟、轨道配件等措施调节轨道线形，只能在制作时控制制造工艺，使PC轨道梁严格满足规划及设计尺寸要求，其精度对线路工程质量影响极大[1-4]。

2 预制工艺

2.1 工艺原理

PC轨道梁采用后张法实现混凝土结构的预应力，预制生产过程中需要使用特殊的高精度可调式模板[1]。“云轨”PC轨道梁采用矩形截面，梁宽700 mm、高1 500 mm（见图1）。其工艺原理为：用钢结构拼焊成可移动的台车作为梁体底模，把待生产的PC轨道梁的线形控制点及各类预埋件位置标注于底模，先在台车面进行尺寸放线及钢筋骨架制作，设置预应力预留管道，安装各类预埋件、一次性内膜、端模及支座等，随后移入模板并调整线形，复核无误后灌注混凝土，随即进行蒸汽养护，待强度达到设计要求时进行预应力张拉，通过锚具和钢绞线传力使梁体达到预压[1，5]。PC轨道梁预制工艺流程见图2。

2.2 工艺特点

跨座式单轨轨道梁结构的特殊性决定了PC轨道梁预制工艺的特殊性，该工艺主要特点如下[5]：

图1 PC轨道梁矩形截面

图2 PC轨道梁预制工艺流程

（1）采用一套可调整弯曲曲线及超高值（翻转）的PC轨道梁专用高精度可调式模板系统（简称PC轨道梁模板系统），具有较高的强度和稳定性，以保证PC轨道梁的线形尺寸及预埋件位置严格符合设计要求[2]；既能制作直线PC轨道梁，也可制作曲线PC轨道梁。

（2）梁体混凝土为C60级以上的高强混凝土，采用抗拉、压铸钢支座。

（3）轨道梁制作底模为可移动台车。

（4）轨道梁制作模具能够固定相应部位的预埋件，如底模固定铸钢支座、电缆桥架，端模固定指形板座（PC轨道梁间连接结构），侧模固定绝缘子固定预埋管、车体接地固定预埋管等。

3 PC轨道梁模板系统

3.1 模板结构

PC轨道梁模板系统主要由顶部平台、立柱、侧模板、端模、侧模悬吊机构、线形板、侧模板调节机构、底模台车等部件组成[4]（见图3）。

图3 PC轨道梁模板系统截面示意图

3.1.1 立柱

立柱底部与地面固定，用于支承侧模悬吊机构、顶部平台及侧模板调节机构，承受侧模板调节时的反作用力。

3.1.2 侧模板

侧模板由厚钢板、背部纵筋及横筋、铰接装置、密封装置等组成，用于形成PC轨道梁的平面曲线及竖曲线。侧模板上安装了线形板，既能控制梁两侧顶部线形及高度，又能固定轨道梁梁体两侧的各类预埋件[3-4]。

3.1.3 端模

端模由端模板、指形板、固定工装、锚具工装、密封胶圈等组成，根据不同平面曲线和竖曲线需要，可在制梁时调整梁体端部高度、倾角及转角。

3.1.4 侧模悬吊机构

侧模悬吊机构由吊臂、滑动轨道、吊顶等部件组成，能支承侧模板质量，并调整侧模板高度。

3.1.5 侧模板调节机构

一套模板的单侧由上、下调节机构组成（部分工况会增加中间的快速调节机构），通过丝杆进行传动和加力，其上有标尺杆，可精确控制调节量。

3.1.6 底模台车

底模台车由面板、面板支架、端模可调支座、端模固定支架、含轮对的行走底座及长度可调墩架等部件组成。作为PC轨道梁预制的底模，其长度、高度可调，并能调节和固定端模。

3.2 模板线形控制原理

3.2.1 平面曲线形成原理

根据沿梁长方向不同位置的平面曲线设计值，通过拉、压相应位移调节机构丝杆，使梁体模板发生位移，并利用大、小位移调节机构丝杆的位移标尺测定位移量，达到平面曲线的线形精度。

3.2.2 竖曲线及预设拱度形成原理

根据沿梁长方向不同位置的梁顶标高设计值，调整侧模高度调节器和线形板，并利用水准仪进行测量，达到竖曲线及预设拱度的线形精度。

3.3 系统优势

与传统预制梁模板（拼装）相比，PC轨道梁模板系统具有以下优势：（1）侧模板采用屈服强度高、焊接性能好的厚钢板焊接成一体，使用寿命长，有效消除梁体表面连接缝痕迹；（2）悬吊机构采用滑块及高精度导轨导向，提高模板系统运行稳定性；（3）模板采用PLC控制，通过电机驱动各连杆机构，实现侧模同步运动，操作方便，大大降低劳动强度，在保证工法精度的同时提高生产效率；（4）侧模工位移动方式降低生产用地面积，简化生产工艺；（5）采用透明有机玻璃封闭，保证轨道梁养护工艺要求，实现目视化管理与生产。

4 生产施工操作要点

4.1 钢筋工程

PC轨道梁梁体内钢筋密集、箍筋外型复杂，且钢筋保护层要求较高，因此要求钢筋制作尺寸准确，需要注意以下几点[3]：（1）PC轨道梁线形多变，不同线形梁在同一部位的钢筋下料长度不等，每榀梁钢筋下料前需技术人员根据设计线形进行交底，从而保证钢筋的成型精度；（2）根据对应梁体不同部位的超高对钢筋进行逐一弯制，并按组立顺序进行叠放；（3）根据台车放线所示平面曲线进行钢筋组立，并按台车放线所示的预埋件种类及数量进行定位安装。

4.2 模板工程

4.2.1 内模制作

根据PC轨道梁不同梁型，按设计要求对应制作内模。内模随梁体跨度、平面曲线半径的变化而作相应变化；要求内模能承受混凝土挤压变形及破坏的刚度及强度，一般以优质层板作为隔板（1个/m），以矩形木条拼装在隔板上作为内模骨架，将0．5～1．0 mm的薄铁皮覆盖钉装于内模骨架上作为外壳[1]。

4.2.2 端模配装

（1）端模组装操作要点：①在安装指形板预埋件时，要保证指形板座与相应定位支座贴合紧密[6]；②通过螺栓将锚具支承板固定于端模；③设计图纸规定了PC轨道梁梁体端部的超高，应加工相应尺寸的木垫板，并通过螺栓安装于端模底部。

（2）端模安装操作要点：①将端模固定支座安装于台车两端固定位，吊装端模到放线位置，通过拉杆及销轴连接端模与台车上固定的拉杆支柱；②通过端模拉杆将端模底部内边线与台车上的梁底端边线调整至重合，并使端模倾角、转角符合设计图纸的各项规定角度值[6]；③安装完成后重新测量各项参数（梁长、倾角及转角等）[7]。

4.2.3 入模

入模操作是控制PC轨道梁线形的关键，操作要点如下：

（1）在台车进入模具内部前，应依据设计图纸调整线形板及端模，同时将绝缘子固定预埋管及车体接地用固定预埋管安装完毕。将侧模板下刀口到台车面板的高度差调整为梁边倒角值。通过跨中处竖曲线调节丝杆，将两侧线形板台面至台车面板的距离调整为梁高。调节每个线形板调节点处线形板与台车面板的高度差，使其符合设计图纸中对应的预留反拱值。

（2）移动台车，使PC轨道梁的钢筋骨架随其进入模板的灌注工位。精确调节台车纵、横向位置，用固定装置定位。

（3）依据尺寸工法调节模板各千斤顶丝杆的拉压量，将模板调整至设计图纸规定的线形。侧模调整示意见图4。

（4）安装内模防浮压栓、底部密封胶条、侧模板锁紧装置。

（5）复核入模数据[6-7]。

4.3 混凝土工程

4.3.1 振捣

混凝土振捣是PC轨道梁梁体成型的重要工序。梁体外观质量特别是混凝土表面的气泡、麻面多少，与混凝土振捣工艺的优劣紧密相关。为保证梁体成型精度，摒弃传统附着式振动器振捣方式，全部采用高频插入式振动棒进行振捣密实。振捣时间、振点布设是影响振捣质量的关键因素。振捣过程中严格做到分层布料、分层振捣，布料厚度每层不超过30 cm，振点按梅花形布设[8]。

图4 侧模调整示意图

4.3.2 抹面

PC轨道梁混凝土抹面应符合以下要求：

（1）振实的混凝土浇筑至线形板标定面时，随即进行抹面工序。

（2）先将振实段的内模防浮压栓拆除，再进行粗抹（以线形板标定面为基准）。

（3）将专用抹面水平尺放置在线形板标定面进行精确抹面。水平尺在线形板标定面前后推动，使梁体混凝土顶面与线形板台面一致。当混凝土表面接近初凝时，使用专用洁净毛刷沿横向轻刷梁体顶面，使表面形成均匀的长纹路[8]。

4.3.3 养护

PC轨道梁混凝土养护包括以下阶段：

（1）蒸汽养护。在模板内部完成，其要求为：①包括静停、升温、恒温及降温4个阶段。无论升温、降温，速度均不大于15 ℃/h；②脱模时，梁体表面温度与环境温度最大差值为15 ℃；③提供蒸汽后，做好查温记录（1次/h），并注意调整温度。

（2）自然养护。洒水次数不得过多或过少，应保证混凝土表面充分潮湿。冬季对梁体采取保温措施，在温度低于5 ℃时不得进行洒水养护[9]。

5 材料与设备

5.1 原材料

PC轨道梁在跨座式单轨交通系统中的设计寿命为100年，除要求较高强度外，还要保证一定的耐久度，因此对原材料质量要求较高。PC轨道梁主要原材料见表1。

5.2 机具设备

制造PC轨道梁所需的主要机具设备见表2。

6 质量控制

6.1 工程质量控制标准

PC轨道梁的质量检验包括但不限于以下标准：

（1）GB 50614—2010《跨座式单轨交通施工及验收规范》。

（2）GB 50204《混凝土结构工程施工质量验收规范》。

（3）GB 50458《跨座式单轨交通设计规范》。

6.2 质量保证措施

采取以下措施保证PC轨道梁的质量符合验收规范：

（1）鉴于PC轨道梁工艺的特殊性，开工前由技术人员对各班组进行技术交底。

（2）严把材料关，必须对所有原材料抽样试验，检验合格后方可使用，在生产过程中严格执行“三检制”（自检、互检、专检），严把过程控制，对测量项目严格执行换手复测制度，确保梁体线形精度。

表1 PC轨道梁主要原材料

表2 制造PC轨道梁主要机具设备

（3）制定可行的专项方案，如夏季施工专项方案、梁体防裂养护专项方案等。

（4）加工PC轨道梁预制专用工装，如钢筋及预应力管道定位工装、内模穿入工装、移梁摆渡车、吊梁专用夹具等。

6.3 监控项目

PC轨道梁线形多样、制作精度要求高。由于车辆卡在轨道梁上行走，因此梁体外形尺寸、梁与梁之间的连接以及预埋件埋设精度要求较高。PC轨道梁主要质量监控项目见表3。

7 安全及环保

7.1 安全措施

在PC轨道梁生产全过程中，建立安全施工规章制度、悬挂安全警示牌、张贴安全宣传标语、创造安全施工环境。根据不同工况作出对应要求，完善安全管理制度，明确生产现场安全生产第一责任人，配置专职安全管理人员，切实贯彻执行安全检查制度和事故报告制度，严格按《安全操作规程》执行。特种设备和特殊工种作业人员必须持证上岗，杜绝违规操作。对重大危险源（如生产用电、压力锅炉、高空作业、移梁龙门吊等）制定专项方案和应急预案。

表3 PC轨道梁主要质量监控项目

7.2 环保措施

PC轨道梁生产施工环保措施如下：

（1）粉尘防治措施。混凝土搅拌站水泥筒仓安装除尘装置，装置采用多级布袋除尘器。除尘器需有足够除尘面积，泵送水泥压缩空气有足够过滤面积，不会对除尘布袋产生较大压力；干燥季节施工需经常向地面洒水，控制扬尘。

（2）废水防治措施。采用较大污水池，通过两级沉淀溢流，达到排放清水目的；沉淀池中的废渣清理堆放在指定地点，并使用专用砂石分离设备。

（3）废渣防治措施。将混凝土废渣集中存放在指定地点，倒入规定垃圾场。

8 结束语

跨座式单轨预应力混凝土轨道梁预制是否满足设计要求，直接影响线路工程质量。对于PC轨道梁的质量控制，首先要从源头开始，严抓原材料质量检测；另外，作业中要根据指导书及工艺细则要求进行工序操作，并按相关工程质量标准进行检验；最重要的是要保证高精度可调式模板的精度和可靠性。PC轨道梁在“云轨”交通应用中取得丰硕成果，但也存在诸多不足：如模板精度不足，材料、热处理工艺及焊接工艺不良，轨道基础沉降等。应加大研发投入，解决关键技术问题，实现更高的精度和可靠性。