特殊季節下的無砟軌道施工技術研究

朱赟

（中鐵二十四局集團浙江工程有限公司，杭州310009）

1 研究背景

在我國高速鐵路發展的大環境下，無砟軌道作為常見的軌道板形式，其質量可以直接決定高鐵線路的使用壽命。因為在高速列車荷載作用下，橋梁下部結構或路基是道床板的支撐體系，軌道板經過鋼軌傳遞列車荷載，接觸面有限，故它產生的彎矩作用較小，所以，單一的列車荷載使軌道結構出現破壞的可能性小。在1 年的施工過程中，季節及溫度不斷發生變化。因此，溫度變化因素對軌道板長期的使用性能起著決定性的作用，因此，可以將溫度場與氣候條件以及它們之間的關系作為對無砟軌道進行系統測試和試驗的研究對象，統計和確定無砟軌道設計中的溫度荷載取值。而無砟軌道的主要材料為鋼筋混凝土，其材料性能為耐壓不耐拉，溫度應力的本質為拉應力，拉應力又是產生混凝土裂縫的主要因素，所以，溫度荷載是道床板受到的主要荷載之一，可直接影響道床板的正常使用[1]。

由于無砟軌道相對于有砟軌道具有很多的優勢，如養護工程量少、成本低、強剛度、變形量可控、耐久性好等特點，我國客運專線軌道結構均以無砟軌道為主。但是由于我國無砟軌道鋪設起步較晚，總體數量少，在設計理論和施工經驗上還缺乏相關權威的資料和經驗。因此，研究道床板在溫度應力作用下的系統變形、位移響應和應力響應，對無砟軌道混凝土施工技術的提升具有十分重要的現實意義。

2 CRTS I 型雙塊式無砟軌道結構組成

2.1 結構組成

CRTS I 型雙塊式無砟軌道結構自上到下分別為：60kg/m 鋼軌、扣件、雙塊式軌枕、混凝土道床板、限位凸臺、混凝土底座板。

道床板由鋼筋混凝土單元板組成，橋梁段道床板采用分塊澆筑，道床板寬度為2 800mm，厚度為260mm，長度一般為5～7m。橋上每塊道床板設置2 個凸向底座板方向的限位凸臺，限位凸臺在高度方向成四棱臺型，凸臺高度110mm。道床板與底座板之間采用4mm 聚丙烯土工布作為隔離層，限位凸臺四周密貼彈性墊層。

道床板配筋：縱向19 根φ20mm 鋼筋，配筋率0.8%～0.9%（高配筋率是為了保證在低溫條件下產生有控制的裂紋，即裂縫間隔2～2.5m，裂縫寬度小于0.5mm）。

2.2 軌道板技術參數

混凝土保護層的最小厚度35mm，混凝土強度等級：C40，抗壓強度：40MPa，彈性模量：32 500MPa。

3 溫度荷載作用與小結

3.1 溫度荷載

無砟軌道道床板處在冬季嚴寒氣候條件下施工，其間最低溫度約-7℃，最高氣溫13℃。溫度變化以及外部環境溫度與新澆筑混凝土溫度形成的溫差會使道床板產生熱應變和熱變形，如果熱變形受到約束，會導致結構體內產生溫度應力和溫度內力。熱應變等于材料的線性膨脹系數和單元溫度變化（溫差）的乘積，材料的線性膨脹系數由材料的本身性質決定[2]。

道床板屬于具有彎曲剛度的單元，無砟軌道道床板混凝土施工時溫度溫度梯度與結構的初始溫度沒關系。定義溫度梯度為10℃，即單元上部溫度加5℃，下部溫度減5℃。

3.2 施工經驗小結

在冬季施工時，無砟軌道道床板頂部呈現“收縮”的趨勢，底部呈現“膨脹”的趨勢，最大的拉應力出現在無砟軌道的頂層，當混凝土還未達到初凝強度時，此過程中產生的溫度拉應力極易使道床板頂面產生裂縫。為了控制裂縫的出現，需采取冬季施工措施對道床板混凝土采取保溫措施。因此，設計了一種在施工過程中可移動的棚架。

4 移動棚架

4.1 移動棚架組成

主體骨架：主體骨架橫向每間隔2m 設置直徑3cm 的拱形空心鋼管，拱腳處為50cm 長的直鋼管；縱向拱頂設置1 根同規格直鋼管，橫向和縱向鋼管搭接處采用套管連接，構成骨架。整個棚架用防水布覆蓋在表面，雨季防水，冬季保溫。為了防止整個棚架被風吹起，在防水布面層在網一層5cm×5cm 的安全繩網，繩子端綁在欄桿或聲屏障立柱上。

行走裝置：行走裝置是由兩側各一個寬度2cm、直徑6cm的滾輪和直徑4cm 的鋼管軸承組成。將軸承固定裝置焊接在一個直徑為4cm，高度6cm 的套管上，套管套在骨架上，通過插銷和骨架固定在一起。

固定裝置：固定套管采用直徑5cm 的鋼管，鋼管骨架套在套管內，通過插銷固定。套管固定在防護墻2m 一道的1cm 寬的斷縫處，防護墻外側橫放兩根長20cm 的5cm×5cm 方木，鐵絲通過斷縫將套管與方木綁扎牢固。

保溫防水裝置：骨架頂面用防水油布全覆蓋，兩端封閉，配合1 臺50kW 的鼓風機保溫。

4.2 工作原理

主體骨架橫縱向采用輕質空心鋼管，橫橋向為拱形，縱橋向直鋼管，橫向和縱向鋼管搭接處采用套管連接，構成骨架的整體穩定。整個骨架分成6m 一段，通過插銷固定在防護墻斷縫處防止傾斜。骨架與行走裝置焊接，行走輪防止在兩側防護墻頂面。整個移動棚用防水布覆蓋在表面，雨季防水，冬季保溫。為了防止整個移動棚被風吹起，可在防水布面層在鋪設一層5cm×5cm 的安全繩網，繩子端綁在欄桿或聲屏障立柱上。澆筑混凝土時，需2 個人工配合將6m 一段的棚架一段段推送至已澆筑的混凝土部位。

4.3 使用方法

首先，在工廠將空心鋼管骨架和行走裝置加工好，用平板車運送至施工現場。后將固定套管擺放在每個防護墻斷縫內側，2 根5cm×5cm 的方木放在內側，通過鐵絲與套管固定牢固。安裝完固定套管后，將行走裝置的套管套在鋼管骨架上，通過插銷固定，人工將一段段的鋼管骨架抬至防護墻斷縫處，將骨架底部插入到固定套管內，用插銷固定。依次拼裝成一個整體。待整體拼裝完成后，將油布完全覆蓋在骨架頂面，油布邊緣繩子固定在骨架上，開啟鼓風機。最后，施工下一段時，將固定套管上的鐵絲全部松開，分段通過人工推至下一施工部位，然后用鐵絲將方木和套管綁扎牢固。

4.4 移動棚架優點

移動棚架優點包括：（1）安裝使用方便，構造輕便，需要的人力少，可循環使用；（2）可在雨天及低溫天氣澆筑混凝土，有效地保護混凝土面，配合鼓風機可保溫，防止混凝土受凍而影響混凝土質量；（3）該工法有效解決了雨天及低溫天氣不能施工無砟道床混凝土工程，保證了混凝土質量以及工期進度，避免了人員窩工，節約了成本。

5 結論

移動棚避免了因天氣原因而造成的人員窩工，在施工工期緊、難度大的條件下縮短了工期。同時移動棚施工工藝有效保障了雨天施工混凝土的外觀平整度以及低溫下施工的混凝土質量，使用方法簡單，易上手，原材循環利用，取得了良好的經濟和社會效益，值得推廣。