武广铁路客运专线CRTSⅠ型双块式无砟轨道施工工艺及质量控制

刘 彬

(武广铁路客运专线有限责任公司，武汉 430060)

1 概况

武广铁路客运专线全长1 068.6 km,除武汉综合试验段(乌龙泉东—咸宁北区间)和广州北—广州南区间采用了部分CRTSⅠ型板式无砟轨道外(共计约60 km),其他地段全部采用了CRTSⅠ型双块式无砟轨道结构,共计约1 000 km。其中武汉综合试验段双块式轨枕类型有Rheda2000型双块式和自主再创新型双块式2种类型,共计铺设40.662 km,其中Rheda2000型9.299 km,再创新型31.363 km。

1.1 施工概况

武广铁路客运专线CRTSⅠ型双块式无砟轨道施工首先是从武汉综合试验段开始,自2008年4月至2008年7月,其他区段自2008年6月至2009年5月(大面积施工自2008年10月至2009年4月),历时约13个月。

通过对武汉综合试验段CRTSⅠ型双块式无砟轨道施工工艺的研究和总结,取得了一定的经验,以此指导了全线的无砟轨道施工,有效地控制了无砟轨道施工质量和精度,各阶段联调均顺利地达到了目标速度(350 km/h),为全线开通奠定了基础。

1.2 设计情况

武广铁路客运专线CRTSⅠ型双块式无砟轨道总体上可分为桥梁、路基和隧道3种结构形式。桥上无砟轨道结构由底座(保护层)、抗剪凸台(凹槽)、道床板、双块式轨枕、扣件系统及60 kg/m钢轨组成。道床板和底座之间设置中间层,中间层材料为聚丙烯纤维土工布,铺设在保护层上和抗剪凸台的上表面,抗剪凸台(凹槽)四个侧面安装弹性垫板。道床板通过凸台(凹槽)传递轨道纵横向荷载至底座,底座通过防撞墙底部预置横向钢筋或桥面预置竖向钢筋与桥面相连。路基上双块式无砟轨道由混凝土支承层、道床板、双块式轨枕、扣件系统及60 kg/m钢轨组成。隧道内无砟轨道结构与路基上基本相同,其基础为找平层(C20混凝土),而路基上为支撑层,其他基本一致。如图1、图2所示。

图1 路基上直线段无砟轨道横断面(单位：mm)

图2 桥上直线段无砟轨道横断面(底座结构)(单位：mm)

2 施工准备

无砟轨道施工前应按照规范要求做好各项准备工作,重点做好以下几个方面准备：

(1)沉降评估及梁体徐变 对线下构筑物沉降变形观测资料进行分析评估,确认满足规范和设计要求；钢筋混凝土简支箱梁、连续梁徐变观测周期和徐变量均满足规范和设计要求；

(2)CPⅢ测设及评估 应完成无砟轨道基桩控制网(CPⅢ)的测设,测量精度满足规范要求,并通过专业机构评估；

(3)技术交底 无砟轨道施工设计图经建设单位审核,施工单位完成现场核对,由建设单位组织进行了设计技术交底；

(4)工艺试验 施工单位已完成施工工艺性试验段施工,试验成果通过相关部门评估并形成正式评估报告；

(5)人员培训 施工单位施工管理人员、工程技术人员及操作人员应经过培训,考试合格后方可上岗,特别是测量人员必须是由经过严格专业培训,确认合格的人员担任；

(6)工装设备 工装设备应齐全,标定合格有效；

(7)路基支承层、桥梁保护层、隧道找平层均已施工完毕,并已通过验收。

3 物流组织

物流组织方案对无砟轨道施工进度产生重大影响,是无砟轨道施工组织设计的重要组成部分。

(1)在施工区段红线外侧修建贯通施工便道,作为施工运输组织的主要通道。

(2)根据无砟轨道施组安排、现场实际情况编制详细的物流组织方案。

(3)无砟轨道施工可按照左右线交替施工的顺序组织施工,即可以先施工远离施工便道的一线,二线可以作为运输通道；二线施工时,则施工便道可以作为运输通道。

(4)详细物流组织方案可以参照《客运专线铁路无砟轨道物流组织手册》。

4 主要施工装备

武广铁路客运专线CRTSⅠ型双块式无砟轨道施工主要采用了工具轨法,同时采用了机械和简易2种不同的成套工装设备。

4.1 机械工装

成套机械工装主要有成套引进(德国RAIL ONE公司)和国产研发生产两种。

成套机械工装主要专用设备包括：散枕装置、粗调机组、混凝土浇筑设备、模板安拆机等，见图3～图6。散枕装置主要用于散枕和铺枕,可以按照设计的位置和间距进行调整,一次可以铺设5根轨枕。粗调机组主要用于轨排精度初步调整(高程和平面可以控制在3 mm以内),工效约200～400 m/d。混凝土浇筑设备主要用于道床板混凝土浇筑。模板安拆机主要用于道床板模板安装和拆除。其中散枕装置、粗调机组也可用于简易工装施工。

图3 散枕机

图4 粗调设备

图5 混凝土浇筑机

图6 模板拆装设备

4.2 简易工装

成套简易工装主要专用设备包括：手摇钢轨千斤顶、路基上地锚螺栓、桥梁上斜撑等。

手摇钢轨千斤顶主要用于轨排高程调整。地锚螺栓主要用于路基地段轨排横向调整和固定(图7)。桥梁上斜撑主要用于桥梁地段轨排横向调整和固定(图8)。

图7 路基上地锚螺栓

图8 桥梁上斜撑

4.3 通用工装设备、工具及材料

两种工装通用设备及材料主要包括：螺杆调节器、精调小车、模板、工具轨、混凝土运输车、混凝土泵送设备、钢筋加工设备等。

螺杆调节器主要用于轨排支撑和工具轨精确调整(图9)。精调小车主要是对工具轨精度进行测量和调整(图10)。主要施工设备见表1，两种工装对比分析见表2。

图9 地锚螺栓

图10 轨道精调小车

表1 主要施工设备(一个作业面)

表2 两种工装对比分析

5 道床板施工

5.1 工艺流程

CRTSⅠ型双块式无砟轨道施工流程见图11。

图11 CRTSⅠ型双块式无砟轨道施工流程

5.2 主要施工步骤

5.2.1 轨枕运输和存放

(1)出厂验收。验收项目包括轨枕外观质量和尺寸检查。

(2)运输装卸。可采用汽车运输,轨枕垛按5根×6层摆放,层间用10 cm×10 cm方木支撑于承轨槽顶面,并绑扎牢固。采用汽车吊或龙门吊装卸轨枕。

(3)存放。在指定的地点存放。在轨枕和地面、轨枕和轨枕之间放置垫木,层数不超过4层。

5.2.2 施工放线

(1)清理支撑层或底座表面。

(2)每10 m放线路中线点,据此标出轨枕两侧边缘线和侧向模板安装位置。

5.2.3 底层钢筋摆放

按设计图将钢筋摆放到支承层或底座上。

5.2.4 轨排组装

(1)布枕。可采用散枕机或人工布枕,位置和间距偏差满足规范和设计要求。应对轨枕进行检查,伤损掉块、桁架变形的轨枕不得使用。路基地段可以直接在支撑层顶面布枕。桥梁地段设计为凸台底座时,应在凸台两侧沿线路方向设置不低于凸台高度的方垫木,在垫木上布设轨枕；桥梁为凹槽底座时,可以直接在底座上布设轨枕。

(2)安装工具轨。安装前应对工具轨进行测量,变形超标的钢轨不得使用；应对承轨槽和扣件进行清理。扣件扭力矩应达到设计要求,弹条中部前端下颏与轨距块间隙不大于0.5 mm,钢轨底部应密贴,不得有杂物和间隙。

(3)检查轨距。应每根轨枕检查轨距,全部达到规范标准。

(4)工具轨接头应采用鱼尾板联结,轨缝宜控制在20～30 mm。

5.2.5 轨道粗调

(1)安装螺杆调节器钢轨托盘,每隔3根轨枕安装1对。

(2)轨道粗调,机械工装采用粗调机调整,简易工装采用钢轨起道机和全站仪人工调整。高程误差应控制在-2～-5 mm,中线误差应控制在±2 mm以内(靠站台侧0～2 mm)。

(3)安装螺杆调节器螺杆,螺杆与支撑层(底座)顶面接触部位安装铁垫片(50 mm×50 mm×4 mm),垫片中间设防滑凹槽。

(4)安装轨排横向支撑。路基地段每隔3根轨枕安装1个地锚螺栓,桥梁地段每3根轨枕安装1个斜撑(机械工装不能安装,否则影响工装走行)。

5.2.6 道床板钢筋绑扎

(1)按照设计要求绑扎钢筋,钢筋交叉部位设置绝缘卡,用尼龙自锁绑扎带绑扎牢固。

(2)接地钢筋焊接,单面焊接长度不小于200 mm,双面焊接长度不小于100 mm。

(3)钢筋绝缘检测,钢筋绑扎和焊接完成后应进行绝缘测试,接地钢筋以外的任何两根钢筋之间的电阻值不小于2 MΩ。

5.2.7 模板安装

(1)模板内侧应平整、光滑,无变形、无杂物。

(2)模板安装位置正确,满足规范和设计要求。

(3)模板安装牢固,底部应密封。

(4)混凝土保护层厚度满足规范和设计要求。

5.2.8 轨道精调

(1)轨枕编号。精调之前应对轨枕编号,便于测量和调整。

(2)全站仪设站。全站仪采用自由设站法定位,观测前后4对连续的CPⅢ点,自动平差、计算确定位置。改变测站位置,必须至少交叉观测后方利用过的4个控制点。为加快进度,每工作面宜配备2台全站仪。如图12所示。

图12 CPⅢ自由设站示意(单位：m)

(3)测量轨道数据。使用全站仪测量轨道精调小车棱镜,小车自动测量轨距、水平、轨向、轨面高程、中线位置,通过配套软件自动计算实际测量数据和设计理论数据的偏差值,并迅速显示到精调小车电脑显示屏幕,指导轨道调整。

⑷调整高程。旋转竖向支撑螺杆,调整轨道水平、高程。

⑸调整轨道中线和轨向。采用双头调节扳手调整,路基上也可以采用地锚螺栓调整,桥梁上也可以采用斜撑调整。

(6)精调完成后要尽快浇筑混凝土(间隔时间不宜超过2 h),暂不能浇筑混凝土时要加强保护,作业人员不经允许不得上轨排作业,其他人员严禁上轨排行走,若轨温变化幅度超过±15 ℃,或受到外部条件影响,必须重新调整。

(7)轨道精调控制标准：轨距±1 mm,轨向1 mm/30 m弦、10 mm/300 m弦,水平(超高)1 mm,高低1 mm/30 m弦、10 mm/300 m弦,轨面高程±2 mm,轨道中线±2 mm。

5.2.9 道床板混凝土浇筑

(1)混凝土浇筑前应对浇筑面进行清理和洒水湿润,对模板、支撑系统进行复查,对钢轨和扣件进行覆盖。

(2)混凝土运输到现场后应检测坍落度、含气量和入模温度。坍落度宜控制在100～140 mm,最佳为120 mm；入模温度应控制在5～30 ℃,最佳为5～15 ℃。

(3)混凝土浇筑时应沿轨枕空格连续浇筑,让混凝土从轨枕下面漫流至下一个轨枕空格,当两轨枕之间空格填满并略高于设计高程时,方可移至下一格浇筑,避免在轨枕下面出现空洞。

(4)人工捣固时,宜采用4根捣固棒(中间2根、两侧各1根)同时捣固,并紧跟混凝土浇筑面,面朝浇筑方向略向后倾斜斜插捣固,利于挤出枕底气泡。

(5)抹面和清理。抹面分3次进行,第1道是在混凝土浇筑约0.5 h后进行初步抹平；第2道是在混凝土浇筑1 h后进行精细找平；第3道是在混凝土初凝前将表面压光。按设计设置横向排水坡,表面平整、光滑,要特别注意钢轨托盘下方和轨枕块四周的处理。

在抹面的过程中应及时完成对钢轨、轨枕和扣件的清理。

5.2.10 松动支撑螺栓和松开钢轨扣件

混凝土初凝后,将竖向支撑螺拴松动1/4～1/2圈,松开钢轨扣件和钢轨接头鱼尾板螺栓。

5.2.11 混凝土养护

覆盖湿养不少于7 d,夏季应落实防晒、保湿措施,冬季应落实防冻、保温措施。

5.2.12 复测

混凝土终凝后,应拧紧钢轨扣件,对轨道进行复测,并与混凝土浇筑前的数据进行对比分析。如果出现较大变化,分析原因,改进施工工艺。

5.2.13 拆卸模板、螺杆调节器和工具轨

混凝土终凝2～4 h后即可拆除螺杆调节器并松动模板,完成轨道复测后即可拆除工具轨,混凝土抗压强度不小于5 MPa时可以拆除模板。拆除后的模板、螺杆调节器和工具轨应进行彻底清理和保养,运至下一施工段落重复使用。

采用无收缩砂浆封堵螺栓孔。

6 CRTSⅠ型双块式无砟轨道施工精度对比分析

在武广铁路客运专线双块式无砟轨道施工中分别采用了2种不同类型的工装。

(1)机械工装,未设轨排横向支撑；

(2)简易工装,设置了轨排横向支撑。

6.1 精度对比分析(表3～表6)

表3 混凝土浇筑前精调(直线)

表4 混凝土浇筑后复测情况(直线)

表5 混凝土浇筑前精调(曲线)

表6 混凝土浇筑后复测情况(曲线)

6.2 结论

(1)直线地段：未设横向支撑的轨向变化不大(1 mm合格率下降3.3%,2 mm合格率下降1.5%),基本满足要求；设置横向支撑的轨向无变化。

(2)曲线地段：未设横向支撑的轨向变化较大(1 mm合格率下降12.4%,2 mm合格率下降2.45%)；设置横向支撑的轨向基本无变化(1 mm合格率下降1.42%,2 mm合格率无变化)。

(3)横向支撑较好地控制了轨排的横向位移,在道床板混凝土浇筑过程中对轨向的控制作用明显,特别是在曲线地段效果更为显著,应在双块式无砟轨道施工中推广应用。

(4)应对现有施工工艺的支撑体系进行加强和完善,具体措施为：路基地段设置地锚螺栓；桥梁上曲线地段设置斜撑；尽快研究成套机械工装施工中控制轨向的措施和办法。

7 影响双块式无砟轨道质量的主要因素

7.1 影响无砟轨道施作精度的主要因素

(1)混凝土浇筑之前轨道精度控制不严,直接导致长轨铺设后测量数据合格率不高。

(2)轨排支撑系统没有足够的横向稳定性,导致在混凝土浇筑施工过程中轨道方向发生变化；竖向支撑安装不规范,导致混凝土浇筑施工过程中轨排发生位移。

(3)混凝土浇筑之后没有及时复测,有些问题未能尽早发现、分析和处理,导致同样的问题重复发生。

(4)部分轨枕因变形或制造误差超标,导致轨距超标,且难以调整,现场未作处理就浇筑混凝土。

(5)工具轨变形,未及时检测,直接用于施工。

(6)轨排组装过程中扣件未按设计标准拧紧,钢轨底部、垫板、轨枕承轨槽顶面之间存在间隙。

7.2 影响无砟轨道道床板混凝土质量的主要因素

(1)原材料质量控制不严。

(2)混凝土质量控制不严,运输到施工现场后未经检测直接用于浇筑施工。

(3)混凝土浇筑工艺不完善或未严格按照程序施工。

(4)混凝土浇筑完成后,在轨温发生较大变化时未及时松开扣件,导致沿轨枕边缘混凝土开裂。

(5)钢筋保护层不足。

(6)混凝土浇筑后养护不到位。

(7)道床板顶面坡度、平整度控制不好。

(8)非正常裂纹。

8 体会

8.1 双块式无砟轨道施工质量控制核心：精度和寿命(耐久性)

施工精度控制永远是第一位的,没有可靠的精度,质量再好的道床板仍然是废品。

使用寿命是至关重要的,若达不到设计使用年限,修复是非常困难的,后果是致命的。

无砟轨道施工管理就是围绕“轨道精度”和“使用寿命”两个主题来开展。

在“轨道精度控制”方面,主要控制好“混凝土浇筑前的轨道精调”、“支撑系统稳定性”和“混凝土浇筑后的复测”3个关键环节。

在“轨道使用寿命”方面,主要控制好“混凝土浇筑工艺”、“松开工具轨扣件时间”、“养护”3个关键环节。

8.2 加强现场施工管理

以施工作业面为管理单元进行管理,一是配齐施工管理人员、工程技术人员、测量人员以及关键工序的操作人员,应相对固定；二是做好人员培训工作；三是加强过程控制,无砟轨道施工应按照工序要求展开施工,严格过程控制,每道工序完成后经过监理验收方可转入下道工序。

8.3 建立首段评估制度

施工单位现场施工的第一个作业面或新增加作业面施工的第一段无砟轨道(100～150 m)应通过建设单位组织的评估,方可继续施工。评估的主要内容：人员配备和培训情况、沉降评估报告、CPⅢ测设和评估报告、工装设备、施工工艺和实体质量等。

8.4 及时总结经验

施工单位应及时做好阶段性总结,每施工完成10～20 km宜做一次总结,全面分析现场施工存在的问题和成功的经验,及时采取措施,完善工艺,加强管理,达到不断完善不断提高的目的。

建设管理单位应适时组织施工、设计、监理和咨询做好各阶段的总结工作,根据现场施工总体情况,制定相应的管理措施和办法,在保证施工质量的前提下,尽可能加快施工进度。

[1] 铁道部,铁建设[2007]85号,客运专线无砟轨道铁路工程施工质量验收暂行标准[S].

[2] 中铁十八局，八局，十一局.关于CRTSⅠ型双块式无砟轨道施工总结[R].武汉：2008.

[3] 中国铁建股份有限公司.CRTSⅠ型双块式无砟轨道施工工艺细则(报批稿)[S],2008.