CRTS雙塊式無砟軌道新型嵌套式軌排支撐架施工技術

（中鐵四局集團第五工程有限公司，江西 九江 332000）

0 前言

CRTS雙塊式無砟軌道因其結構整體性強、穩定性高、平順性好、結構耐久性強、經濟性好、維修少等特點[1]，廣泛應用于我國高速鐵路建設中。無砟軌道施工技術，一直采用傳統施工技術，勞動力投入量大，既費時又費力，施工功效低，施工精度控制難度大，后期扣件更換率高，施工成本亦是居高不下[2]目前各方面均未得到較大發展。其中用于道床板施工的軌排支撐架的穩定性是決定道床板混凝土澆筑前后軌面數據是否穩定的關鍵因素。該文通過研究CRTS雙塊式無砟軌道道床板施工技術，對傳統軌排支撐架進行改進優化。優化后的新型嵌套式軌排支撐架托梁采用了內外嵌套式結構，通過內外套滑動的方式實了軌向與高低的調節互不干涉以及精調后內外套單獨鎖定，解決了傳統軌排支撐架精調時費時費力，精調后軌排支撐架整體穩定性差、應力集中造成精度不易控制的問題。該文主要闡述了新型嵌套式軌排支撐架在橋梁無砟軌道施工中的應用。

1 傳統的施工技術

CRTS雙塊式無砟軌道道床板傳統施工技術的主要框架是軌排支撐架。傳統軌排支撐架因其結構簡單、適用性強等特點廣泛應用于各種工況的雙塊式無砟軌道道床板的施工中，在托梁兩側以設置橫向可調節撐桿的方式進行固定[3]（如圖1所示）。施工精調是通過反復調整軌排支撐架，橫向可調節撐桿和豎向調節螺桿，使軌排支撐架軌面數據滿足要求。橫向調整是通過硬撐托梁兩側的可調節撐桿完成的，這種采用傳統軌排支撐架的施工技術精調至少需要4遍以上（日進度120 m需耗時3 h～4 h以上）的循環調整才能滿足要求，工序煩瑣，需耗費大量勞動力，費時費力，施工功效低。并且精調后軌排支撐架豎向調節螺桿與地面之間受兩側撐桿的硬撐作用會產生反作用力，極易造成軌排支撐架局部應力較集中的現象，在道床板混凝土澆筑過程中受混凝土沖擊作用和振搗影響產生應力釋放導致軌排支撐架軌面數據超限，整體穩定性差，施工精度不易控制，也是后期長軌精調時扣件更換率較高的原因之一，施工成本更是居高不下。

圖1 傳統軌排支撐架固定圖

2 新型嵌套式軌排支撐架施工技術

2.1 新型嵌套式軌排支撐架結構設計

新型嵌套式軌排支撐架是結合傳統軌排支撐架的缺點，為配合智能精調機的使用而設計的。新型嵌套式軌排支撐架打破固有思維，將托梁優化為內外嵌套式結構。托梁內套與橫向調節螺桿連接，橫向調節螺桿轉動帶動托梁內套，相對托梁外套橫向移動，實現了對軌向的單獨調節；托梁外套與豎向調節螺桿連接，帶動托梁外套上下移動，實現了對高低的單獨調節[4]。新型嵌套式軌排支撐架由托梁系統、調節螺桿、角度調節裝置、工具軌及固定扣件、固定及鎖定裝置等組成（如圖2、圖3所示）。

圖2 新型嵌套式軌排支撐架結構設計圖

圖3 新型嵌套式軌排支撐架實物圖

2.1.1 托梁系統

托梁系統為嵌套式結構，分托梁內套和托梁外套。內外套相對獨立，通過十字銷軸在豎向調節螺桿處連接，托梁內外套可相對滑動而不影響豎向高低的調節，可實現軌排支撐架的高低（高程）和軌向（中線）單獨調節而不互相牽扯。

2.1.2 調節螺桿

調節螺桿分為豎向調節螺桿和橫向調節螺桿。旋轉豎向調節螺桿可實現軌排支撐架的高低調節，豎向調節螺桿結構圖如圖4所示。旋轉橫向調節螺桿可實現軌排支撐架的軌向調節，橫向調節螺桿結構圖如圖5所示。避免了傳統軌排支撐架軌向與高低的調節相互干擾的問題。

2.1.3 角度調節裝置

角度調節裝置主要由調節螺栓和連接板組成。調節螺栓與豎向調節螺桿通過連接板連接，調節螺栓的正、反向旋轉通過連接板實現豎向調節螺桿的角度調整，如圖6所示。

2.1.4 固定及鎖定裝置

固定及鎖定裝置包括托梁內外套鎖定裝置、防護墻側上層外套鎖定拉桿及下層內套鎖定拉桿和線間的橫向輔助鎖定拉桿。精調前先通過防護墻側上層外套鎖定拉桿對托梁外套進行鎖定，精調完成后通過防護墻側下層內套鎖定拉桿及線間橫向輔助鎖定拉桿對托梁內套進行鎖定。為了消除內外套托梁的間隙誤差，在復核軌面數據無誤后通過托梁內外套鎖定裝置實現軌排支撐架的最終鎖定（如圖7所示）。從結構力學的角度分析，防護墻側鎖定拉桿、線間的橫向輔助鎖定拉桿及內外套鎖定裝置使新型嵌套式軌排支撐架與梁體之間形成了超靜定結構，整體穩定性較好（如圖8所示）。

圖4 豎向調節螺桿結構圖

2.2 新型嵌套式軌排支撐架工作原理

圖5 橫向調節螺桿結構圖

新型嵌套式軌排支撐架相比傳統軌排支撐架，其工作原理和操作流程上均發生了根本的轉變。結合無砟軌道道床板智能化施工工藝，首先在智能分枕機上完成軌排支撐架的智能組裝，松開軌排支撐架托梁內外套鎖定螺栓，通過調節橫向調節螺桿使內外套托梁完成對中，并將軌排支撐架的豎向調節螺桿的角度和高度調節至適當位置，由智能粗鋪機運送軌排支撐架至預鋪設位置；全站儀通過CPⅢ控制網自由設站后轉為自動測量模式，實時測量軌排支撐架的空間三維狀態，配合智能粗鋪機進行粗調后完成粗鋪。安裝防護墻固定座及配套拉桿，通過上層的外套鎖定拉桿并對完成粗鋪的軌排支撐架托梁外套進行鎖定。依次類推，完成當日進度的所有軌排支撐架的粗鋪和外套鎖定。智能精調機（1組2臺）上道并完成自校，全站儀重新自由設站后與智能精調機進行通信鎖定，智能精調機的機械臂伺服調整器連接至軌排支撐架的橫向和豎向調節螺桿上（如圖9所示）。啟動全站儀自動測量模式和智能精調機連續自動精調模式，實測數據通過數據管理系統實時處理并傳回智能精調機的控制系統，控制機械臂伺服調整器精確轉動軌排支撐架的橫向和豎向調節螺桿（單次動作精度可以達到0.001 mm），實現軌排支撐架的軌向（中線）和高低（高程）的調整。軌向和高低的調整雖為同時完成卻互不干擾，均為獨立調節，避免了傳統軌排支撐架人工來回調整撐桿和調節螺桿既費時又費力的現象，同時避免了大量勞動力的投入，極大地提高了軌排支撐架精調的功效。智能精調機工作時2臺為1組，聯機后同時完成每榀軌排支撐架的精調（如圖10所示）。以此類推，完成當日進度的所有軌排支撐架的第1遍精調；之后，全站儀與智能精調機重新建站聯機鎖定，智能精調機自動行走對已完成第一遍精調的所有軌排支撐架的軌面進行數據校核（智能精調機自動行走復核120 m數據僅需要4 min），發現超限數據會通過聲光系統提示預警；對局部超限點進行調整后對所有軌排支撐架的軌面數據重新進行自動復核，確認無誤后安裝防護墻側下層內套鎖定拉桿及線間橫向輔助鎖定拉桿，對托梁內套完成鎖定；確認所有軌排支撐架鎖定完成后，智能精調機再次自動行走對所有軌排支撐架的軌面數據進行復核，確認無誤后通過托梁內外套鎖定裝置實現軌排支撐架的最終鎖定并完成混凝土澆筑前軌面數據的采集。整個精調過程中軌排支撐架的鎖定均為逐級完成，避免了軌排支撐架局部應力較集中的現象，完成120 m軌排支撐架的全部精調工作用時不到1.5 h，極大地縮短了軌排支撐架的精調時間。待道床板混凝土初凝后，松開豎向調節螺栓1/4圈～1/2圈，同時松開扣件和魚尾板螺栓，避免溫度變化時軌排支撐架工具軌伸縮對混凝土造成破壞。在軌排支撐架拆除前，需先拆除防護墻側鎖定拉桿及線間橫向輔助鎖定拉桿后，重新復緊全部扣件和魚尾板螺栓，智能精調機對軌面數據進行采集（用于與混凝土澆筑前的數據進行對比分析）后按順序拆除軌排支撐架進入下1個循環作業。

圖6 角度調節裝置結構圖

圖7 軌排支撐架鎖定結構圖

圖8 軌排支撐架鎖定后穩定性示意圖

表1 新型嵌套式軌排支撐架應用效果對比

圖9 智能精調機機械臂伺服調整器與軌排支撐架調節螺桿連接圖

圖10 智能精調機聯機精調作業

3 新型嵌套式軌排支撐架應用效果

新型嵌套式軌排支撐架托鄭萬高鐵無砟軌道智能化施工改進優化而來，并在鄭萬高鐵無砟軌道施工中進行了推廣應用。通過對比傳統軌排支撐架施工技術（見表1），CRTS雙塊式無砟軌道道床板施工采用新型嵌套式軌排支撐架后，測量人員和作業人員數量大幅度減少，整個精調用時節約了一半以上，縮短了施工工期，減少了勞動力的投入和作業人員的勞動強度，施工工效有了顯著提高。新型嵌套式軌排支撐架采用的內外嵌套式托梁和獨立的橫向和豎向調節螺桿實現了軌向和高低的獨立調節，避免了精調過程中局部應力集中造成的數據超限，整體穩定性較好，施工精度容易控制。后期長軌精調扣件更換率明顯降低，實現了從傳統費時費力的施工技術向智能化施工技術的根本轉變。

4 結語

該文闡述的新型嵌套式軌排支撐架顛覆了傳統軌排支撐架設計思維，通過托梁內外套滑動的方式實現軌向調整。鎖定后的軌排支撐架有很強的穩定性，解決了傳統軌排支撐架費時費力、穩定性差及施工精度不易控制等問題。施工功效顯著提升，從根本上降低了后期長軌精調扣件的更換率和施工成本。新型嵌套式軌排支撐架配合智能精調機在高速鐵路建設方面具有廣闊的應用前景和推廣應用價值。