CRTSⅢ型板式無砟軌道新型壓板工裝及配套設施的應用

冉紅玲，舒磊，徐書飛，任振宇，曾曉輝，劉建芬

（1.京津冀城際鐵路投資有限公司，北京 101520；2.中鐵四局集團有限公司，安徽 合肥 230012；3.中南大學 土木工程學院，湖南 長沙 410075；4.湖南鐵科軌道科技有限公司，湖南 長沙 410012）

0 前言

CTRSⅢ型板式無砟軌道相對于其他建造技術具備更低的建造成本和建造難度，更有推廣性[1]。目前，國內針對CTRSⅢ型板式無砟軌道的標準化工藝工裝、標準化流程管理、集成便捷化信息系統等尚存在不足之處。

軌道板標高控制關系到軌道結構平順性，進而影響列車運營的穩定性、安全性及乘客的舒適性[2]。由于自密實混凝土灌注過程中的水擊效應（流體流動受阻，流速突然下降時動能轉化為勢能，由于流體的不可壓縮性，產生大的壓強），混凝土灌注過程中極易造成軌道板上浮，從而對軌道標高控制及軌道結構的平順性產生影響。

1 國內技術現狀

為保證軌道板在自密實混凝土灌注過程中不出現上浮現象，需在軌道板精調完成后，在混凝土底座預埋孔中插入錨固銷子，安裝抗上浮裝置[3]。壓緊裝置安裝是影響軌道板施工的關鍵工序，壓緊力度過大會發生軌道底座板開裂，壓力過小會造成軌道板上浮較大。

目前，CRTSⅢ型板式無砟軌道施工過程中采用了圖1所示的壓桿裝置將軌道板壓緊，壓桿的預緊力通過緊固螺栓來實現[4]，而緊固螺栓一般采用扭力扳手進行操作，只有操作人員能看到每個緊固螺栓的扭力值，而檢測或監理人員只能通過抽檢，使用扭力扳手進行復查。如果操作人員作業不規范，會導致緊固螺栓的扭力值達不到規定要求，而檢測或監理人員只能抽檢，存在不合格緊固螺栓的質量隱患。

圖1 普通軌道板壓緊裝置Fig.1 Ordinary pressing device for track slab

對于傾斜軌道板，現有施工保證主要通過安裝抗側拉力工裝來防止在軌道板與地基間隙灌注自密實混凝土時產生位移，而在實際施工過程中，由于抗側拉力工裝不能及時顯示拉力和位移，發生位移時也不能進行報警，因此現場作業人員主要根據經驗施工，由此容易出現軌道板上浮及側移超出標準的現象，影響軌道板的安裝質量[5]。

2 新型壓板工裝的應用

本文以雄安至大興機場快線工程三標段揭板試驗為依托，驗證新型軌道板壓板工裝的實用性。

2.1 工程概況

雄安至大興機場快線工程全長約86千米。全線高架段最高運行速度200km/h，地下段最高運行速度160km/h。

2.2 揭板試驗

2.2.1 試驗流程

揭板試驗按照模擬現場實際工況最不利原則進行，連續灌注4塊軌道板，分別模擬兩直兩曲灌注，并按本標段最大縱坡和最大超高設置。流程見圖2。

圖2 揭板試驗流程Fig.2 Process of plate uncovering test

2.2.2 試驗目的

通過帶拉力顯示的扣壓裝置，研究軌道板安裝時的緊固螺栓預緊力。通過帶位移檢測的傳感器，監測軌道板上浮、側移變形量。

2.3 工藝原理

軌道板安裝分為直線段和曲線段兩種方式。

直線段安裝軌道板時，每個軌道板安裝5根壓桿，在壓桿兩端安裝拉力傳感器和位移傳感器，拉力傳感器可在灌注前顯示壓桿的預緊力，在灌注過程中顯示軌道板受到的上浮力，位移傳感器可在灌注時顯示軌道板的上升量（精度達0.01mm），達到設定值時及時報警。

曲線段安裝軌道板時，每個軌道板安裝5根壓桿，在壓桿低端側安裝拉力傳感器和位移傳感器，在灌注前顯示壓桿的預緊力，在灌注過程中顯示軌道板受到的上浮力和上升量，在壓桿高端側還需在抗側拉力工裝上安裝測量側位移和側拉力的傳感器，可在灌注過程中顯示壓桿的側拉力和軌道板的側位移量。

2.4 工藝流程

新型軌道板壓桿的施工流程見圖3。

圖3 扣壓裝置受力監控施工工藝流程圖Fig.3 Process flow diagram for force monitoring of clamping device

圖4 壓桿裝置及抗側拉裝置Fig.4 Pressure rod and anti side tension device

2.5 操作要點

1）壓桿安裝

壓桿放置后，安裝兩側的拉力傳感器和位移傳感器，并對緊固螺栓進行預緊力設定。對曲線段軌道板，還需在高端側安裝抗側拉力工裝。

對直線段軌道板，安裝10個拉力傳感器和位移傳感器。對曲線段軌道板，安裝10個拉力傳感器和位移傳感器，同時在高端側安裝5個側拉力傳感和側位移傳感器。

2）軌道板的受力、位移報警參數設定

在灌注自密實混凝土前，對拉力傳感器和位移傳感器進行參數設定。

根據自密實混凝土的擴展度不同，所設置的拉力也不一樣?？蛇x擇擴展度650mm、680mm、700mm、750mm、800mm的不同灌注模式，設定的傳感器報警數據也不相同。

上升位移傳感器報警可設定為1.5mm。在軌道板灌注過程中，當軌道板上浮量達到1.5mm時進行報警，灌注流量及時降低。

3）自密實混凝土的灌注

根據檢測的自密實混凝土的擴展度，在操作界面選擇相應的擴展度操作按鈕，按設定的流量下料。在灌注過程中，傳感器會實時將檢測到的數據反饋回控制系統，判斷是否達到設定的報警值。達到報警值時，下料流量會及時減小，確保軌道板的受力和上升位移量或下滑位移量滿足施工要求。

4）自動化監測技術

對直線段軌道板，在長度方向的兩側安裝5個拉力傳感器和位移傳感器，在灌注前檢測壓桿的預緊力（軌道板的預緊力），灌注過程中檢測軌道板受力情況和位移量。

對曲線段軌道板，在長度方向的兩側安裝5個拉力傳感器和位移傳感器，在灌注前檢測壓桿的預緊力（軌道板的預緊力），灌注過程中檢測軌道板受力情況和位移量，同時在高端側面安裝5個側拉力傳感和側位移傳感器，檢測軌道在灌注過程中的側拉力和側位移量。

3 結果分析

由于5根壓桿受力有差異，當任意一個傳感器監測到受力或位移達到設定報警值，即會觸發自動灌注料斗減小卸料速度，使軌道板上浮量和受力穩定在規定范圍內。本文選取受力和位移均為最大值的一組壓桿進行分析。

3.1 平面軌道板壓桿受力及軌道板位移變化

在多次自密實混凝土灌注過程中，選取最接近實際施工的工況，自密實混凝土到達灌注點時測得的擴展度為680mm，T500=3.26s，含氣量5%，符合灌注要求。從圖5可見，隨著灌注時間的推移，平面軌道板的受力呈快速上升趨勢，相對應的軌道板上浮量也迅速上升，當軌道板上浮量達到設定的預警值1.5mm時，自動灌注系統中的中轉料斗會減小閘閥的開啟程度，減緩灌注速度，此時平面板受力增加值明顯減小，對應的軌道板上浮量也不再發生明顯變化，整個灌注過程持續472s，軌道板受力和軌道板的位移保持在規范允許的范圍內。

圖5 平面軌道板灌注過程受力及位移變化Fig.5 Changes in force and displacement during the pouring process of flat plates

3.2 曲線軌道板板壓桿受力及軌道板位移變化

同樣，在多次自密實混凝土灌注過程中，選取有代表性的灌注，測得的自密實混凝土擴展度為660，T500=3.5s，含氣量5%。從圖6可見，與平面軌道板灌注過程相同的是，隨著灌注時間的推移，在快速灌注的60～330s之間，曲線軌道板受力呈拋物線快速上升，相對應的上浮量也呈直線上升趨勢，側移量也迅速上升，當軌道板上浮量到達設定的預警值1.5mm時，自動灌注料斗減小了下料閘閥的開合度，灌注速度下降，軌道板的上浮量和側移增加變得緩慢。在灌注的后期（320～480s），曲線軌道板的受力出現了一定程度的下降，到480s灌注完成時，軌道板受力從最高的30.9MPa下降到27.34MPa，受力指標和位移指標都在規范允許范圍以內。

圖6 曲線板灌注過程受力及位移變化Fig.6 Changes in force and displacement during the pouring process of curved plates

4 結論

通過使用帶監測裝置的壓板和抗側拉裝置，配合自動灌注系統進行CRTSⅢ型板式無砟軌道自密實混凝土揭板試驗，較真實反映出灌注過程中軌道板的受壓情況、上浮量和側移量的實時變化。灌注過程中，任意一個拉力傳感器或位移傳感器報警都會觸發自動灌注系統減小閘閥的開啟程度，使灌注速度下降，以實現正常灌注，且數據實時存入電腦。此新設備在CRTSⅢ型板式無砟軌道自密實混凝土灌注過程中節省了人力、物力，能有效減少人為操作失誤導致的灌注失敗等。