CRTS-Ⅰ型雙塊式無砟軌道施工技術

王建文

(中鐵十四局集團第二工程有限公司,山東 泰安 271000)

0 引言

當前,我國高速鐵路規模已位居世界第一,無砟軌道已成為高鐵軌道施工的主流形式。我國的無砟軌道以CRTS型為主,分別有CRTS板式、CRTSⅠ型雙塊式、CRTSⅡ型雙塊式、CRTSⅢ型雙塊式幾種型號。無砟軌道有以下特點:

1)與傳統有砟軌道結構相比,軌道穩定性好,線路養護維修工作量顯著減少,對列車運營干擾少,線路利用率高。

2)軌道幾何形位能持久保持,平順性及剛度均勻性好,耐久性好,服務期長,提高了列車運行的安全性。

3)相比有砟軌道,避免了列車高速運行時道砟粉化與飛濺。

4)無砟軌道自重輕,可減輕橋梁二期恒載,結構高度低,可減少隧道開挖斷面。

5)無砟軌道必須建于堅實、穩定、不易變形基礎上,先期投入較大,另外,一旦下部基礎殘余變形超出扣件調整范圍或導致軌道結構殘損,對其修復和整治比較困難[1-2]。

1 工程案例

京張鐵路一標線正線形式為CRTS-Ⅰ型雙塊式雙向無砟軌道,長度約670 km。其中明斜及挖斜式隧道工段長度及U字型渡槽工程段落總長度合計205 km,盾構隧道工段長度共400 km。

管段隧道系統內設計的軌道結構設計主要包括分向盾構隧道、U型槽結構設計。每塊U型槽長19.5 m,在結構變形縫道床板段間均需斷開,使盾構道床伸縮縫與結構變形縫對齊;然后在盾構隧道內的各段落地面全部采用預應力混凝土連續灌注法分層澆筑,伸縮縫每間隔100 m應設置一處。明洞范圍內,道床板伸縮和主體結構伸縮縫設置在同一里程處。伸縮縫鋼軌的寬度一般小于20 mm,縫材內面用泡沫板等進行填充,頂面鋼軌和兩側用正線鋼軌均須采用抗拉強度600 MPa、非淬火無油銹U71Mn型鋼材,鋼軌高度大于176 mm,標準軌距1 435 mm。扣件規格均統一采用WJ-8B型。

軌枕為SK-2型雙塊式瀝青混凝土軌枕,間距600 mm,深度不小于600 mm,厚度不大于650 mm。盾構隧道和明挖隧道內典型橫斷面圖如圖1,圖2所示。

2 主要施工準備

無砟軌道橋梁施工作業前應注意按照安全規范要求,嚴格做好各項應急準備保障工作,重點需做好以下幾個方面準備。

2.1 鋪設條件評估

對線下構筑物沉降、變形進行分析評估,路基、橋隧工完成后的沉降量應當滿足設計規范標準和施工設計條件要求,并通過國家專業機構驗收評估認可之后方可進行地下無砟軌道開挖[3]。

2.2 CPⅢ控制網測設

1)依據設計提供的CPⅠ和CPⅡ控制網,進行CPⅢ控制網的測設和平差,合格后形成CPⅢ網控制成果,用于軌道控制測量。

2)與CPⅢ標志點成垂直方向進行布設,測點一般離地面50 m～70 m,間距不應大于80 m。點位可選在軌道接觸網桿面或在其基礎、隧道邊及護邊墻面上等的水平位置上。CPⅢ標志點表面與被布設的軌道高度面之間一般應等高,應盡量設在離所設計的軌道面0.3 m高度以上。CPⅢ的標志點采用后端預埋固定方式。在隧道內,布置在電纜槽頂面,相鄰兩端CPⅢ點成對布設,相距50 m,如圖3所示。

2.3 資源配置

現場主要管理人員、技術人員必須事先經過上崗技能培訓,考核合格方可上崗;工裝設備應做到型號規格齊全、驗收合格。

3 道床板施工

3.1 雙塊式無砟軌道施工流程

CRTS-Ⅰ型雙塊式無砟軌道施工流程見圖4。

3.2 主要施工步驟

3.2.1 軌排運輸與存放

1)運輸裝卸。枕垛使用輕型專用汽車運輸,吊裝采用專用輕型吊具,嚴禁碰撞軌枕使之出現扭曲、變形。軌枕層墊木用12 cm×12 cm方木支撐,各層墊木上下對齊。

2)質量驗收。枕垛運輸車輛到達現場,在該枕垛下卸車位進場檢驗,檢驗項目包括:表面材料的正常損壞或者修補完好情況、混凝土表面裂縫、鋼筋變形、鋼筋斷面的正常突出情況和鋼筋長度。單個軌枕外觀質量檢查項目不合格或有明顯破損,在其端部處用亮黃漆面予以標注[4-5]。

3.2.2 測量放線

1)測設線路中線、軌枕控制線和立模邊線,復測底座頂面高程。

2)在直線地段每2塊～3塊道床板測設線路中線控制點,并以此為參照,放出軌枕兩側的邊緣控制點;曲線地段每一塊軌枕板測設中線控制點和軌枕兩側的邊緣控制點,用墨斗彈線。

3.2.3 底層鋼筋擺放

按設計圖將鋼筋擺放到支承層或底座上。

3.2.4 軌排模板組裝施工

直線及曲線半徑大于800 m地段采用軌排框架法施工。軌排框架包括集軌道、支撐架、通用托梁、高低調整支腿、縱橫向模板。排架有7.1 m,6.5 m,6.3 m共3種類型;模板長2.2 m,高度有0.3 m,0.07 m,0.15 m共3種型號。

曲線半徑小于1 000 m地段,由于軌排框架之間連接剛度較大,模板單元之間無法形成過渡,采用工具軌法。工具軌法主要由螺桿調節器、工具軌、軌距撐桿、斜支撐組成。工具軌法基本步驟同軌排框架法,區別在于軌排粗調時工具軌法是在軌排兩側均勻布置4對起道機,將軌排一次頂起,利用方尺、垂球、軌距尺對軌排進行粗調。先調中線,后調高程,經過3遍調整,軌排方向和標高基本處于正確位置,粗調完成后使軌排幾何位置偏差在5 mm之內。軌排粗調后安裝調節器螺桿,根據不同超高選擇螺桿調節器托盤,旋入螺桿,安裝波紋管。擰緊全部螺桿后拆除起道機。

1)吊裝。每次起吊5根軌枕以內,將待用軌枕利用專用吊具吊放在軌排組裝平臺上,每個軌排8根～10根軌枕。

2)勻枕。根據組裝平臺上彈出的軌枕塊定位線勻枕。

3)調整軌枕塊位置,彈出螺栓孔布線,偏差小于1 mm。

4)吊裝軌道排架。人工配合吊車將軌排扣件螺栓孔與軌枕上螺栓孔位置對齊,將排架放置于軌枕上。根據軌排結構高度,用鋼尺粗略確定框架支腿大致高度,同時將橫向調節裝置調至中位,保證精調時框架的左右調整量。

5)上緊扣件?？奂惭b前清理螺栓孔,在螺紋上涂抹專用油脂;將螺栓旋入螺栓孔內,試擰螺栓應無卡住現象,否則重新對準、旋入;使用專用扳手按照160 N·m扭矩上緊螺栓,軌枕與鋼墊板、鋼墊板與橡膠墊板之間必須密貼,彈條前端三點要與軌距塊密貼。軌排模板組裝施工圖見圖5。

3.2.5 軌排粗調

1)大型龍門吊車直接從組裝好的軌道平臺框架軌上運行,參照軌排框架軌道上已經固定的框架軌道中心基準器位置,進行軌排架中線點坐標精確定位修正及誤差調整,軌道誤差-10 mm～0 mm、中線誤差±10 mm。

2)軌道排布及粗調。遵循先中線后高程原則,高程粗調由全站儀交匯測定內軌排的軌道頂面直徑與地面標高,軌道超高由測道尺確定,中線粗調利用軌道中心基準器配合錘球儀準確定位。調節軌排用4 t～6 t千斤頂,粗調完成后軌道高程誤差在-5 mm～0 mm、中線±5 mm。軌道粗調后,相鄰軌道兩排軌道架塊間用夾板接頭重新聯結,每兩排軌道接頭需先安裝固定好4套軌道固定螺栓,軌縫長度可再留6 mm～10 mm。

3.2.6 側向模板安裝

1)安裝縱向模板。道床板縱向模板底座可以通過緊靠模板底座的側面安裝,通過模板底座側面上的螺桿系統進行模板高度調整。為有效避免砂漿外側漏,漿模板縫段內及漿模板縫段與混凝土底座側面之間的接觸點位置采用雙面膠條進行封堵[6]。依次循環,安裝完段縫段內剩余的混凝土所有漿模板。

2)安裝橫向模板。安裝縱向模板前將模板放入底座板伸縮縫處,橫向模板由大模板拼裝組成。

3.2.7 上層鋼筋安裝

1)軌排粗調后鋪設上層鋼筋,鋼筋加工和安裝要求同底層鋼筋。

2)為避免道床板水化熱及環境溫差引起的道床板裂紋,上層鋼筋綁扎時需要在SK-Ⅱ軌枕兩側綁扎八字形抗裂絕緣鋼筋。

3)綜合接地鋼筋接頭及接地端子須按圖紙選取,符合設計要求才能進行焊接檢驗,接地鋼筋之間的電氣連接部分宜采用金屬絕緣膠卡固和絕緣塑料帶絲固定。上層鋼筋安裝絕緣卡設置圖見圖6。

3.2.8 軌排精調

軌排精調儀采用精調小車,將軌排高程、中線坐標和偏位線坐標等相關測量數據實時顯示在每臺專用電腦顯示屏上,小車在使用前輸入相關線路參數、CPⅢ等信息,反復測調,使軌道排布和線形滿足設計要求。應注意以下幾點:

1)必須進行軌枕編號,每次進行調試安裝前就必須首先對各個軌枕進行排分組,對各軌枕進行編號。

2)利用全站儀自動觀測設站。通過自動旋轉觀測目標附近的6個CPⅢ棱鏡組件,自動平差,確定觀測目標位置。當誤差顯著超標時,應立即重測。改變交叉設測站位置,必須利用調整過的前方4個高程控制點。

3)測量衛星的軌道數據。精調軌道小車自動停放在所需進行精確調整的軌道上的軌排上,全站儀會自動測量軌道上精調的軌道小車頂端棱鏡,采集軌道上每根軌枕處軌道數據。

4)數據處理。接收車輛軌道跟蹤觀測任務所得數據信息匯總后,通過測控系統或配套專用數據處理平臺軟件,自動計算出軌道平面位置、水平、超高、軌距誤差值等數據,將各種誤差迅速自動反饋到小車駕駛艙內的專用車載平板電腦屏幕面板上,指導車輛軌道參數正確調整。

5)調整中線、高程。精調過程中,將待調整的小車螺桿置于與調整框架中心線對應的水平位置。先在調整框中心偏差較大處,相鄰方向人員應對同一小車螺桿方向同時調整。曲線段調整方向時必須注意在垂直向和水平向之間同時調整。一次作業只能手動調整一組,調整軌道高程用普通六角螺帽扳手,旋轉兩個軌道豎向螺桿。調整螺柱時要交替進行,旋轉120°軌道高程變化約1 mm,旋轉到位后檢查螺柱周圍是否已受力,如未清晰看到受力點時需重新調整旋轉附近位置上的螺柱。對特定排架而言,精調順序一般為:1→4→5→8→2→3→6→7→1→2→3→4→5→6→7→8(見圖7)。調整完成后,再逐根軌枕行走采集一次數據,數據合格后完成精調,否則重新精調。考慮混凝土澆筑后軌排上浮,精調后頂面標高按低于設計頂面0.5 mm控制。

6)銜接調整。下一站鋼軌的銜接調整在作業驗收合格放行后,需先重疊銜接上一站已經銜接調整過的鋼軌上的10根以上的軌枕,兩設測站點的測量小車精度與其同一個設測點站之間產生的最大絕對垂直位置偏差,中線位置不大于0.4 mm、高程誤差不大于1.5 mm。定期對各CPⅢ控制點數據進行復測,確保整體精度達標。過渡段宜從順接段后的第一個軌排架開始,每枕數據精度遞減幅值宜小于0.15 mm,直至絕對偏差降為零值。

7)精調數據的有效性。軌道精調工程完成驗收后,盡早澆筑混凝土。澆筑前,如果混凝土軌道放置時間長超過6 h,或周圍環境溫度突變超過15 ℃,必須馬上重新取樣檢查或重新調整。

3.2.9 道床板澆筑

1)軌道板混凝土基礎澆筑前,做好現場施工設備材料準備,使混凝土找平層面上保持濕潤。用金屬防護網布覆蓋軌枕,避免污染軌枕框架結構及其他金屬扣件。同時檢查模板各承重部分的支撐板和連接螺桿等是否有懸空變形。檢查接地螺栓端子等是否也已分別與同側的換變向位器模板等進行慎密拼貼[7]。

2)混凝土澆筑和施工時間宜安排在相對濕度變化最小時段,軌溫升幅10 ℃以內時臨時遮蓋鋼筋混凝土軌,同時采用織物簾幕覆蓋鋼軌。澆筑過程中,按規程要求對混凝土坍落度、含氣量等指標進行抽檢,按規范要求妥善存放留置的試件,并逐項做好現場檢查中相關數據記錄。

3)振搗時振搗棒位置應靠近軌枕邊緣,當混凝土高度達到了設計標高時,嚴禁連續長時間振搗。

4)在道床板澆筑前,注意預埋RFID芯片,和道床板上層鋼筋綁扎固定在一起,縱向間隔10個軌枕間距布置RFID芯片。芯片安裝完成后,混凝土澆筑、養護、拆模、出庫、運輸及操作程序文件中涉及的相關信息也會全部被自動錄入至系統平臺,規避了人為操控可能性。對RFID標志上方相應的位置拍照后,手機上顯示軌道板模具的所有身份信息,包括模具編號、驗收簽字單位、澆筑時間、蒸養情況等重要內容。

5)軌道板“電子檔案”功能,不僅為企業生產單位提供諸如生產過程計劃及管理、生產主要工序管理、安全生產質量記錄管理、檢驗報告記錄、技術措施證明、施工圖紙資料、出入庫憑證、產品信息采集、生產現場情況信息統計等全要素信息化,為各建設經營單位企業提供了生產現場綜合信息和生產使用情況方面的有關信息方便查詢,還可為后期檢測維修提供便利條件。

6)澆筑過程中,初凝時間根據鋼球壓痕試驗確定,使用質量2 kg、直徑大于70 mm的鋼球輕輕放在澆筑混凝土表面,靜置3 min,將鐵球慢慢提起,表面壓痕直徑小于25 mm表示混凝土體已開始初凝。及時扳松鋼筋混凝土螺桿調節器件和鋼軌扣件,釋放鋼軌溫度發生急劇變化引起的應力。將螺桿調節器轉90°,扣件螺母徹底擰松,使螺母始終處于不受外界溫度高低約束的閉合狀態,并迅速松開固定在魚尾板面上的螺栓[8]。

3.2.10 道床板養護

1)養護工作對混凝土的質量至關重要,由專人負責落實實施。在混凝土澆筑養護工作初步完成階段后,即應開始盡快著手搭蓋或設混凝土養護專用帳篷系統來進行混凝土灑水養護,混凝土表面混凝土初成絮凝料養護好后即開始施工,可以考慮用噴霧器來進行混凝土噴水養護,養護完約3 d時間結束后,混凝土表面就可以再覆蓋一層石棉土工模板進行混凝土灑水養護。養護及管理養護時間一般每年有不少次,平均每7 d養護一次。確保混凝土表面不得有大于0.2 mm非受力裂縫。

2)在冬季或當現場周圍空氣環境溫度長期累計低于-5 ℃時,禁止用戶對現場瀝青混凝土表面進行任何人工灑水噴霧等養護。氣溫如果始終在低于0 ℃以下連續運行一周時,混凝土或剛需澆筑或成型澆筑后混凝土仍可存在低溫凍結凝固等老化現象,則這就提示應特別注意在及時拆除打開或覆蓋了防油布網等防寒加固材料的并設有特制隔熱保溫系統的瀝青混凝土養護棚后,采用熱風炮機定期進行搗鼓射出高溫熱風,使該養護棚房內的空氣溫度一般均不至可能低于-5 ℃。

3.2.11 軌道逐枕復測

1)軌道動態逐枕復測是在長鋼軌開始鋪設前,利用高精度軌道靜態檢測和機器人小車,對鋪設軌道曲線進行全面、準確靜態調整,將軌道幾何尺寸動態調整到允許精度之內,對鋪設軌道線型尺寸進行靜態優化與調整,合理有效控制其軌距、水平、軌向、高低度等尺寸變化率,使鋪軌道靜態精度滿足重載高速鐵道行車控制條件。

2)采用軌檢測量小車對靜態軌道參數進行逐根軌枕的高精度連續跟蹤測量(見圖8)。測量前將CP Ⅲ控制點坐標表及線形參數導入軌檢小車,保證采用0級測道尺對軌檢儀小車精度進行高精度現場測量標定。

3)區間軌道測量工作應一次連續,每區間軌道測量行車距離不超過70 m。轉站軌道測量作業時,兩次相鄰軌道測量區域必須交疊至少10根軌枕。相鄰站軌道的精調和測量作業的軌道區間一般重疊一站。

4)混凝土終凝后,迅速擰緊鋼軌扣件,對混凝土軌道參數進行現場復測,與澆筑前測定的有關數據進行對比分析。若出現較大質量變化,分析查明原因,改進設計施工工藝。

4 常見病害預防及處理措施

1)道床板出現八字裂紋:在雙塊式軌枕靠近枕木端頭位置各加設2根八字環氧涂層鋼筋或者鋼筋網片。

2)漏裝扣件:施工過程中要全面檢查扣件的安裝是否到位,作業人員易漏裝,給后續線路精調造成不必要的成本浪費,甚者超出精調范圍內的需揭板處理。

3)道床板收面凹凸不平:鋼軌正下方、托架四周、撐拉桿正下方以及軌枕塊四周收面因操作受干擾,易出現收面不平整現象,要嚴格要求作業人員重點關注。

4)道床板厚度不足:施工時嚴格控制找平層頂面高程,按照比設計低1 cm～2 cm控制,施工完成后及時復核頂面高程,如超出道床板厚度允許誤差范圍提前處理。

5)軌枕離縫:澆筑前枕塊要充分潤濕,軌枕四周要注意收面壓光質量,避免后期縫隙灌漿。

6)支撐體系剛度、強度:在采用工具軌法施工,尤其在超高地段設置對撐拉桿,托架數量根據情況要適當加密,兩側支腿一定要固定牢靠,以免澆筑混凝土過程中變形移位,保證施工精度。

5 結語

經過為期3個月科學組織、緊張忙碌的施工,京張鐵路項目通過無砟軌道全部完成。經檢測各項技術指標均符合設計及規范[9]要求,同時取得了一系列技術成果。解決了隧道盾構無砟軌道、明挖無砟軌道施工中一系列難題,為今后類似項目留下了豐富的施工技術、施工經驗。