CRTSⅠ型雙塊式無砟軌道施工精度和動靜態精調工作要點

張 峰

(中鐵四局集團有限公司,合肥 230023)

1 工程概況

武廣鐵路客運專線 XXTJⅡ標第 3設計單元范圍內正線全部采用CRTSⅠ型雙塊式無砟軌道,設計時速350 km。管內正線全長 100.975雙線公里,起訖里程DK1 455+202.7～ DK1592+585.18,其中:路基段長度 48.457 km,橋梁段長度 44.007 km,隧道段長度8.511km。管段地處湖南省汨羅、長沙及湘潭境內,線路經過地段多為丘陵,全線結構物較多,共有橋梁 70座,隧道 11座。雙塊式無砟軌道道床板設計寬度為2.8 m,采用 C40混凝土,設計使用年限不少于 60年,在路基和隧道段為單層配筋,在橋梁上為雙層配筋。

2 CRTSⅠ型雙塊式無砟軌道道床板施工與精調

2.1 道床板施工

CRTSⅠ型雙塊式無砟軌道是將雙塊式軌枕用工具軌組裝成軌排,以現場澆筑混凝土方式將軌枕澆入連續均勻的鋼筋混凝土道床內,形成無砟軌道道床板,在無砟軌道道床板養護達到設計強度后鋪設 500 m廠焊長鋼軌,然后進行長鋼軌工地焊接成無縫線路,在設計規定的鎖定軌溫條件下進行無縫線路鎖定形成無縫線路無砟軌道。

無砟軌道道床板施工工藝流程:縱向及底層鋼筋綁扎→軌枕鋪設→工具軌鋪設→扣件固定→安裝調整螺桿支撐架→初始定向→粗調→安裝上層鋼筋、接地施作→安裝模板及固定體系→精調→澆筑范圍清潔、整理→灌注前軌檢小車檢測→灌注道床板→松扣件→拆支撐架、工具軌→養護。

2.2 精調工作

由于采用工具軌和無縫鋼軌線路工作狀況不同,且施工中由于工具軌(含接頭)的精度、軌枕與扣件系統誤差、施工過程中造成的偶然誤差和人為誤差等因素,造成無縫線路鎖定后,部分段落或部分點位軌道幾何狀況不能滿足驗收標準和行車舒適性的要求,必須進行軌道精調。無砟軌道精調工作分為靜態精調和動態精調兩個階段,其中靜態精調在長鋼軌鋪設并完成鎖定后開始,檢測車檢測前結束;動態精調在檢測車檢測后開始,直至線路各項動、靜態指標達到驗收標準。

軌道精調工作的總體要求為:軌道幾何精度和狀況滿足驗收標準,軌道具備持續開行 350 km/h及以上高速動車條件,并具有高平順性、高舒適度、高安全性。

CRTSⅠ型雙塊式無砟軌道精調步驟如下。

(1)軌道靜態調整步驟:CPⅢ復測→扣件調查→焊縫檢查→軌道測量→現場標識→調整量計算→軌道調整→軌道復測。

(2)軌道動態調整步驟

①添乘 160 km/h軌檢車和 350 km/h動檢車,分析軌檢車的軌距、軌向、高低、三角坑、200 m TQI值和單項 T值等指標,記錄動檢車添乘時明顯晃車地段,分析動檢車波形圖中三角坑、高低、水平、200 mTQI值和單項 T值、垂向加速度和橫向加速度等動力學指標超標點、波形圖突變、不平順段和周期性多波不平順段。

②對上述問題點和問題段落,對照波形圖的曲線起終點確定問題點和問題段落的準確里程,根據波形圖初步分析原因并記錄。

③現場采用人工排查和軌檢小車測量,對問題段落和問題點進行系統查找和分析,進行缺陷處理和調整量計算,完成現場標識、軌道調整和軌道復測。

2.3 雙塊式無砟軌道幾何形位產生偏差的原因分析

2.3.1 施工過程中的精度

雙塊式無砟軌道在施工過程中的精度主要由以下幾個環節控制。

(1)基樁控制網(CPⅢ)精度與穩定性。

(2)環境對全站儀和軌檢小車測量精度的影響。

(3)軌枕擋肩清潔及與扣件密貼程度。

(4)扣件系統的清潔程度。

(5)工具軌的加工精度與清潔程度。

(6)相鄰軌排連接精度。

(7)軌排支撐系統的剛度與穩定性。

(8)灌注及混凝土等強期間的防碰撞。

2.3.2 精調過程中的精度

雙塊式無砟軌道在精調過程中的精度控制主要由以下幾個環節控制。

(1)基樁控制網(CPⅢ)精度與穩定性。

(2)軌檢小車測量精度、控制與調整量計算方法。

(3)扣件系統的完好性與清潔程度。

(4)扣件系統與鋼軌的密貼程度及扣壓力控制。

(5)焊縫的打磨質量與平直度。

(6)精調作業的工作質量。

(7)單一的數據采集和分析手段造成精調工效低,效果不好。

2.4 雙塊式無砟軌道施工與精調期間精度控制方法

2.4.1 基樁控制網(CPⅢ)精度與穩定性控制

CPⅢ基樁必須經過復測,并經精度評估合格后方可進行無砟軌道施工與精調作業。CPⅢ基樁在路基及過渡段,自由設站需采用沉降變形小且穩定的點位。在橋梁特別是大跨連續梁段,由于橋梁基礎下沉和梁體后期荷載引起的徐變上拱值的變化造成的綜合變位必須予以重視,自由設站在橋梁段采用的 CPⅢ基樁,應盡量采用靠近橋梁固定支座附近的點。

2.4.2 環境對全站儀和軌檢小車測量精度的影響控制

在施工和精調過程中,氣象條件和外界因素對采集數據的精度影響非常大,全站儀和軌檢小車在工作全過程中,應利用溫度比較恒定、風力較小、濕度低于85%的時段(夜間和濕度較小的陰天最佳),現場必須杜絕強雜光干擾、施工機械振動、車輛經過和人員走動。

2.4.3 軌枕擋肩清潔及與扣件密貼程度控制

軌枕是采用固定尺寸的剛性模具生產,模具的各部尺寸均進行周期性全檢,在出廠時已經過檢驗合格,但出廠的軌枕是采取隨機抽取的方式檢驗并有若干次倒運,因此到達工地后要對扣件與擋肩之間的密貼情況進行檢查,對擋肩與扣件之間夾雜的污物進行清理,確保扣件與擋肩之間間隙≯0.3 mm。

2.4.4 扣件系統的清潔程度控制

雙塊式無砟軌道道床板由于需要使用工具軌,扣件在軌道板施工時就已經就位,到換鋪長鋼軌時,最長的要經歷 10個月,期間造成的鋼墊板浮銹,施工及運輸造成的砂、土、混凝土污染不可避免。局部墊板的缺失也由于種種外部原因經常存在。在長鋼軌鋪設前,必須將扣件逐套拆開檢查,清除浮銹和砂、土、混凝土(含承軌槽及擋肩部位),并清洗扣件,補充丟失和損壞的墊板和擋塊。

在工具軌拆除后、長鋼軌鋪設前、每次精調工作開始前均需要進行一次全面檢查、清理。

2.4.5 工具軌的加工精度與清潔程度控制

工具軌的挑選與處理極為重要,每次使用前必須認真檢查,采用目測和 1 m靠尺進行檢查,有硬彎的鋼軌必須報廢不用,軌頭不平直的,將不平直部分切除。

工具軌在使用后,其底面、軌底側面、軌頭內側面有浮銹、水泥漿等污染物,下次使用前必須進行檢查,人工輔以小型工具進行清理,切不可打磨和鑿除,防止造成工具軌傷損。

2.4.6 相鄰軌排的連接精度控制

工具軌軌縫應控制在 10 mm以內,軌縫應在 2根軌枕之間懸空,不得放置于軌枕上,并用魚尾夾板可靠連接。連接完成后,對軌頭側面和頂面平順性進行檢查,不平順宜控制在 0.3 mm以內,并不得超過0.5 mm。

2.4.7 軌排支撐系統的剛度與穩定性控制

工具軌軌排橫向約束(路基段橫向地錨和橋隧段側向拉桿)不足時,灌注道床板時由于施工人員荷載和混凝土灌注、振搗荷載極易造成軌排橫向偏位;螺桿調節器在與支承層頂面的接觸點必須穩固、無虛渣,否則在灌注過程中容易下沉。

2.4.8 灌注與混凝土等強期間防止碰撞控制

道床板灌注時,應采取可靠措施防止機具與設備碰撞模板與軌排。至初凝前,應禁止運輸車輛等機具通過,無法避免時,必須設置專人防護,防止碰撞造成道床板局部變位。

2.4.9 扣件系統與鋼軌的密貼程度及扣壓力控制

扣件系統的軌底面與墊板之間不密貼、彈條中部前端下頦與軌距塊凸臺間隙 ＞0.5 mm、軌距擋塊與軌底側面不密貼(＞0.3 mm)、軌距擋塊底部與承軌槽頂面不密貼等問題,是造成軌檢小車采集數據不真實、精調不到位的主要原因,也是造成動檢時三角坑、軌向、大小軌距、橫向加速度、垂向加速度等指標超限的重要原因,嚴重時會危及行車安全。必須對組裝后的工具軌排、每次精調軌檢小車采集數據前逐根軌枕、逐套扣件采用目測和塞尺檢查,不滿足要求的必須處理,墊板不密貼可采用調高墊板先行處理至密貼,扣壓力不足的使用扭矩扳手重新擰緊,軌距擋塊與軌底側面不密貼的采用合適的軌距調整擋塊使之密貼,軌距擋塊底部與承軌槽頂面不密貼,可采用合適的軌距調整擋塊使之密貼或清除扣件中的雜物進行消除,處理完后再組織復查,確保軌道扣件系統“零缺陷”。

2.4.10 焊縫的打磨質量與平直度控制

鋼軌焊縫的平整度和平直度對行車影響很大,但焊縫都在軌枕之間,即使采集了數據,也無法通過調整件調整其幾何形態,必須用 1 m靠尺對焊縫前后及焊縫位置進行檢查,平整度和平直度不滿足要求時,采用打磨或重新焊接的方式解決。

2.4.11 精調作業的工作質量

(1)數據計算與分析

根據軌檢小車采集的數據,按照“先高低、后水平;先軌向、后軌距”的工作程序調整超限點,在有超限點的地點必須進行不少于 60m成段系統整治,切不可對單點進行處理,防止出現新的病害。

另外,CPⅢ平面網可重復性測量精度 1.5 mm、高程網可重復性測量精度 2 mm,相對 350 km/h無砟軌道靜態檢測標準大多指標必須達到 1 mm以內的高標準,完全達到絕對精度是不可能的。因此,在根據采集的軌道數據使用精調軟件計算靜態和動態調整量時,計算原則是控制變化率,處理高低與水平(超高)值短波和長波的不平順、軌距的遞變率和高程的遞變率,不可將軌道中線和高程按照設計值和實際值偏差量來計算,否則將造成反復調整、調整工作量和調整扣件用量過大。

(2)現場工作質量的控制

進入動態調試階段,由于精調作業多在停止行車的夜間天窗點進行,由于作業環境照明不足,采集數據前扣件狀況檢查難以保證無缺陷,部分軌距擋塊與軌底側面縫隙沒有消除,造成采集和分析數據在個別軌枕位置不準確,反映在現場作業的結果是造成了人為的軌向不良,且由于天窗時間短,復測與精調作業又無法在同一工作面同時進行。可采用專人檢查更換后的扣件質量,同時在直線地段用人工拉 10 m弦線對更換扣件段落的軌向進行檢查、處理;圓曲線地段也可用人工拉 10 m弦線檢查正矢的變化率,有異常時再使用軌檢小車進行復測、處理。

2.4.12 采用多種手段進行數據采集和分析,提高精調效果和工效

動態調試過程中,除“優先公里”和Ⅲ級及以上超限點需要當天消除外,“計劃公里”和Ⅲ級以下超限點可隔日消除,此時可采用軌檢小車采集數據,并結合觀察輪對在鋼軌頂面形成的“光帶”、目視觀察軌向,以及弦線檢查等傳統軌道測量方式綜合確定軌道精調方案,確保精調一次到位。

3 幾點體會

(1)施工期間軌道幾何精度是無砟軌道精度的基礎。必須從多環節把關,確保施工期軌道幾何精度最佳,以減少無縫線路鋪設后的精調工作量。

(2)確保扣件系統和無縫線路“零缺陷”是軌道靜態和動態調整的前提。軌枕承軌槽、擋肩及扣件系統的污染、扣件系統與鋼軌不密貼會造成軌檢小車檢測數據不能真實反映軌道幾何狀況,必須在認真檢查、消除后才可以進行軌道數據的采集和分析、計算工作。

(3)動車檢測前,靜態調整必須按照規范要求的精度完成,并完成全管段靜態調整后的軌道數據復測工作。

(4)分析數據和計算調整量不能機械地將軌道強行按照設計位置調整,而是以設計中線、高程、超高為參考,以軌距、軌向、高低、水平等為基準,變化率為控制指標,才能以最經濟的工作量確保行車的最佳舒適性。

(5)動態調整期間,結合各指標超限點,重點分析低速軌檢和高速動檢波形圖,以每 200 m TQI值和各指標分項 T值超限段作為精調的依據,系統地對軌道進行成段采集數據和調整,不得簡單地根據超限點類別和里程進行單點處理,否則事倍功半。

(6)單一的軌道幾何狀態數據采集與分析方式,不易發現軌道的個別問題點,結合傳統的目視、弦線和觀察“光帶”的方法,可全面掌握軌道的病害位置和類型。

(7)長軌鋪設與線下土建施工單位的責任劃分應明確。線下土建單位將扣件檢查清理完畢后,有關單位應牽頭組織雙方進行現場交接,鋪軌單位接收線路后,應負責鋪軌前的扣件防護,長軌條鋪設完成線路鎖定后,雙方再進行交接。這樣雙方各負其責,相互交接的過程,其實也是互相把關和檢查的過程,雖然增加了工作程序和工作量,但可以確保扣件不會丟失、損壞,或丟失、損壞后能及時發現和處理。

[1] TZ217—2007,客運專線無砟軌道鐵路工程施工技術指南[S].

[2] TZ211—2005,客運專線鐵路軌道工程施工技術指南[S].

[3] 鐵建設[2007]85號,客運專線無砟軌道鐵路工程施工質量驗收暫行標準[S].

[4] 趙東田,孫 暉.CRTSⅠ雙塊式無砟軌道綜合整理技術[J].鐵道標準設計,2009(11).

[5] 朱高明.CRTSⅠ型板式無砟軌道施工工藝研究[J].鐵道標準設計,2009(11).

[6] 趙國堂.高速鐵路無砟軌道結構[M].北京:中國鐵道出版社,2006.

[7] 左玉良.從鋼軌光帶異常看高速鐵路軌道平順性[J].鐵道標準設計,2009(4):13 16.