CRTSⅠ型雙塊式無砟軌道道床混凝土施工裝備研究

張銳 何喆 李康 高春雷 何國華

中國鐵道科學研究院集團有限公司鐵道建筑研究所，北京 100081

CRTSⅠ型雙塊式無砟軌道具有整體穩定性好、結構耐久性強、施工造價低等特點，是高速鐵路首選軌道形式之一［1］。但作為主要部分的現澆道床混凝土板存在抗裂性能差、易產生八字形裂紋等現象，尤其在雨水多、凍害較為嚴重的地區，混凝土耐久性降低，導致道床混凝土表面粉化、碎裂，影響其使用壽命、增加了維護成本，甚至可能影響線路安全［2-4］。

根據現場施工經驗可知，造成道床板混凝土開裂的原因除混凝土材料自身抗裂性不足外，還與現行施工技術密切相關［5］。

1 施工現狀及存在的問題

CRTSⅠ型雙塊式無砟軌道現場施工流程［6］如圖1所示。施工時，利用鋼軌、扣件、預制雙塊式軌枕等組成臨時軌排，經精調及固定后進行混凝土澆筑施工，形成整體道床。混凝土施工工藝流程為：混凝土輸送→澆筑→振搗→抹面→噴養護劑→土工布養護→拆模→側模養護等［7］。其中，混凝土澆筑及振搗作業方式將直接影響無砟軌道板的質量。

圖1 雙塊式無砟軌道現場施工流程

1）混凝土澆筑。現有道床混凝土施工時，混凝土澆筑采用吊車斗送方式，需大量人工鋪料，澆筑不均勻，且施工效率低，嚴重影響整體施工進度，施工成本也難以控制。應進行混凝土均勻分布式澆筑，保證澆筑施工質量［8］。

2）混凝土振搗。現場進行混凝土振搗施工時，多采用人工振搗方式［9］，容易出現過振或漏振現象，漏振會造成混凝土內部密實度不足，而過振又會引起混凝土分層、離析等其他問題。因此，應逐步采用機械化振搗方式代替人工振搗，通過合理的振搗模式控制，避免漏振、過振現象，保證混凝土結構質量。

2 混凝土施工裝備設計

2.1 混凝土澆筑裝置

2.1.1 澆筑點位設計

為實現混凝土均勻澆筑，每個斷面設置4個澆筑點，澆筑口半徑為100 mm，假定澆筑點布料輻射半徑為325 mm，基本能夠實現全斷面均勻澆筑，如圖2所示。

圖2 澆筑點位及布料輻射范圍（單位：mm）

2.1.2 澆筑裝置初步設計

混凝土機械化澆筑裝置由料斗、長短螺旋輸送機、走行小車等組成，如圖3所示。

圖3 澆筑設備整體設計（單位：mm）

1）料斗用來儲存混凝土，料斗容積不小于3根雙塊式軌枕間的混凝土需求量；料斗下部設分料裝置，將混凝土均勻分配至2個螺旋輸送機上。

2）螺旋輸送機為U形，上蓋可打開，方便布料結束后清洗；長螺旋輸送機負責輸送混凝土至道床板兩側2個澆筑點處，短螺旋輸送機負責輸送混凝土至道床板中間2個澆筑點處；每個螺旋輸送機的輸送效率單獨可調，使得道床板4個澆筑點同時啟動和結束澆筑，如圖4所示。

圖4 U形開口式混凝土螺旋輸送機

3）料斗和螺旋輸送機通過支撐桿件固定在具有自動走行功能的小車上，走行小車通過電機控制；同時，整個布料環節的作業通過可編程控制系統控制，大幅提高施工效率。

2.2 混凝土振搗裝置

2.2.1 振搗點位設計

為實現混凝土均勻振搗，每個斷面設置12處振搗點，選用常規50#振搗棒，振搗輻射半徑為200 mm，基本能夠實現全斷面均勻振搗，如圖5所示。

圖5 振搗點位置及振搗輻射范圍（單位：mm）

2.2.2 振搗裝置初步設計

混凝土機械化振搗裝置由振搗棒平臺、升降裝置、走行小車等組成，如圖6所示。

圖6 振搗裝置設計

1）振搗棒平臺可通過升降裝置進行上下移動，以確保全斷面道床混凝土的振搗密實；振搗棒的振搗參數（振搗時間和振搗深度）可根據工作狀態實時調整。具體作業時，12個振搗棒同時啟停。

2）升降裝置采用電傳動方式提供動力，通過卷揚機實現振搗棒的升降，如圖7所示。利用振搗棒自身重量保證振搗棒在下壓時切實插入混凝土中。

圖7 振搗小車的升降裝置設計

3）走行小車具有自動走行功能。同時，整個振搗環節的作業通過可編程控制系統控制，大幅提高施工效率。

2.3 混凝土施工裝備整體聯動

混凝土澆筑裝置自帶走行功能，可將振搗裝置連掛在澆筑車上跟隨走行。澆筑完成后，振搗裝置可跟隨進行振搗作業，實現混凝土施工的連續作業，見圖8。

圖8 混凝土施工裝備連掛

3 結語

無砟軌道板施工是高速鐵路線路施工的后期階段，往往面臨施工工期短、進度要求高等問題，如何更合理地利用機械設備提高作業效率，成為了施工階段的重要研究方向。同時，混凝土施工方式將直接影響工程質量，CRTSⅠ型雙塊式無砟軌道混凝土施工中采用機械化均勻布料及振搗方式，能夠高效、高質量完成施工任務，提高無砟軌道的施工效率。