CRTSⅠ型双块式无砟轨道施工精度和动静态精调工作要点

张 峰

(中铁四局集团有限公司,合肥 230023)

1 工程概况

武广铁路客运专线 XXTJⅡ标第 3设计单元范围内正线全部采用CRTSⅠ型双块式无砟轨道,设计时速350 km。管内正线全长 100.975双线公里,起讫里程DK1 455+202.7～ DK1592+585.18,其中:路基段长度 48.457 km,桥梁段长度 44.007 km,隧道段长度8.511km。管段地处湖南省汨罗、长沙及湘潭境内,线路经过地段多为丘陵,全线结构物较多,共有桥梁 70座,隧道 11座。双块式无砟轨道道床板设计宽度为2.8 m,采用 C40混凝土,设计使用年限不少于 60年,在路基和隧道段为单层配筋,在桥梁上为双层配筋。

2 CRTSⅠ型双块式无砟轨道道床板施工与精调

2.1 道床板施工

CRTSⅠ型双块式无砟轨道是将双块式轨枕用工具轨组装成轨排,以现场浇筑混凝土方式将轨枕浇入连续均匀的钢筋混凝土道床内,形成无砟轨道道床板,在无砟轨道道床板养护达到设计强度后铺设 500 m厂焊长钢轨,然后进行长钢轨工地焊接成无缝线路,在设计规定的锁定轨温条件下进行无缝线路锁定形成无缝线路无砟轨道。

无砟轨道道床板施工工艺流程:纵向及底层钢筋绑扎→轨枕铺设→工具轨铺设→扣件固定→安装调整螺杆支撑架→初始定向→粗调→安装上层钢筋、接地施作→安装模板及固定体系→精调→浇筑范围清洁、整理→灌注前轨检小车检测→灌注道床板→松扣件→拆支撑架、工具轨→养护。

2.2 精调工作

由于采用工具轨和无缝钢轨线路工作状况不同,且施工中由于工具轨(含接头)的精度、轨枕与扣件系统误差、施工过程中造成的偶然误差和人为误差等因素,造成无缝线路锁定后,部分段落或部分点位轨道几何状况不能满足验收标准和行车舒适性的要求,必须进行轨道精调。无砟轨道精调工作分为静态精调和动态精调两个阶段,其中静态精调在长钢轨铺设并完成锁定后开始,检测车检测前结束;动态精调在检测车检测后开始,直至线路各项动、静态指标达到验收标准。

轨道精调工作的总体要求为:轨道几何精度和状况满足验收标准,轨道具备持续开行 350 km/h及以上高速动车条件,并具有高平顺性、高舒适度、高安全性。

CRTSⅠ型双块式无砟轨道精调步骤如下。

(1)轨道静态调整步骤:CPⅢ复测→扣件调查→焊缝检查→轨道测量→现场标识→调整量计算→轨道调整→轨道复测。

(2)轨道动态调整步骤

①添乘 160 km/h轨检车和 350 km/h动检车,分析轨检车的轨距、轨向、高低、三角坑、200 m TQI值和单项 T值等指标,记录动检车添乘时明显晃车地段,分析动检车波形图中三角坑、高低、水平、200 mTQI值和单项 T值、垂向加速度和横向加速度等动力学指标超标点、波形图突变、不平顺段和周期性多波不平顺段。

②对上述问题点和问题段落,对照波形图的曲线起终点确定问题点和问题段落的准确里程,根据波形图初步分析原因并记录。

③现场采用人工排查和轨检小车测量,对问题段落和问题点进行系统查找和分析,进行缺陷处理和调整量计算,完成现场标识、轨道调整和轨道复测。

2.3 双块式无砟轨道几何形位产生偏差的原因分析

2.3.1 施工过程中的精度

双块式无砟轨道在施工过程中的精度主要由以下几个环节控制。

(1)基桩控制网(CPⅢ)精度与稳定性。

(2)环境对全站仪和轨检小车测量精度的影响。

(3)轨枕挡肩清洁及与扣件密贴程度。

(4)扣件系统的清洁程度。

(5)工具轨的加工精度与清洁程度。

(6)相邻轨排连接精度。

(7)轨排支撑系统的刚度与稳定性。

(8)灌注及混凝土等强期间的防碰撞。

2.3.2 精调过程中的精度

双块式无砟轨道在精调过程中的精度控制主要由以下几个环节控制。

(1)基桩控制网(CPⅢ)精度与稳定性。

(2)轨检小车测量精度、控制与调整量计算方法。

(3)扣件系统的完好性与清洁程度。

(4)扣件系统与钢轨的密贴程度及扣压力控制。

(5)焊缝的打磨质量与平直度。

(6)精调作业的工作质量。

(7)单一的数据采集和分析手段造成精调工效低,效果不好。

2.4 双块式无砟轨道施工与精调期间精度控制方法

2.4.1 基桩控制网(CPⅢ)精度与稳定性控制

CPⅢ基桩必须经过复测,并经精度评估合格后方可进行无砟轨道施工与精调作业。CPⅢ基桩在路基及过渡段,自由设站需采用沉降变形小且稳定的点位。在桥梁特别是大跨连续梁段,由于桥梁基础下沉和梁体后期荷载引起的徐变上拱值的变化造成的综合变位必须予以重视,自由设站在桥梁段采用的 CPⅢ基桩,应尽量采用靠近桥梁固定支座附近的点。

2.4.2 环境对全站仪和轨检小车测量精度的影响控制

在施工和精调过程中,气象条件和外界因素对采集数据的精度影响非常大,全站仪和轨检小车在工作全过程中,应利用温度比较恒定、风力较小、湿度低于85%的时段(夜间和湿度较小的阴天最佳),现场必须杜绝强杂光干扰、施工机械振动、车辆经过和人员走动。

2.4.3 轨枕挡肩清洁及与扣件密贴程度控制

轨枕是采用固定尺寸的刚性模具生产,模具的各部尺寸均进行周期性全检,在出厂时已经过检验合格,但出厂的轨枕是采取随机抽取的方式检验并有若干次倒运,因此到达工地后要对扣件与挡肩之间的密贴情况进行检查,对挡肩与扣件之间夹杂的污物进行清理,确保扣件与挡肩之间间隙≯0.3 mm。

2.4.4 扣件系统的清洁程度控制

双块式无砟轨道道床板由于需要使用工具轨,扣件在轨道板施工时就已经就位,到换铺长钢轨时,最长的要经历 10个月,期间造成的钢垫板浮锈,施工及运输造成的砂、土、混凝土污染不可避免。局部垫板的缺失也由于种种外部原因经常存在。在长钢轨铺设前,必须将扣件逐套拆开检查,清除浮锈和砂、土、混凝土(含承轨槽及挡肩部位),并清洗扣件,补充丢失和损坏的垫板和挡块。

在工具轨拆除后、长钢轨铺设前、每次精调工作开始前均需要进行一次全面检查、清理。

2.4.5 工具轨的加工精度与清洁程度控制

工具轨的挑选与处理极为重要,每次使用前必须认真检查,采用目测和 1 m靠尺进行检查,有硬弯的钢轨必须报废不用,轨头不平直的,将不平直部分切除。

工具轨在使用后,其底面、轨底侧面、轨头内侧面有浮锈、水泥浆等污染物,下次使用前必须进行检查,人工辅以小型工具进行清理,切不可打磨和凿除,防止造成工具轨伤损。

2.4.6 相邻轨排的连接精度控制

工具轨轨缝应控制在 10 mm以内,轨缝应在 2根轨枕之间悬空,不得放置于轨枕上,并用鱼尾夹板可靠连接。连接完成后,对轨头侧面和顶面平顺性进行检查,不平顺宜控制在 0.3 mm以内,并不得超过0.5 mm。

2.4.7 轨排支撑系统的刚度与稳定性控制

工具轨轨排横向约束(路基段横向地锚和桥隧段侧向拉杆)不足时,灌注道床板时由于施工人员荷载和混凝土灌注、振捣荷载极易造成轨排横向偏位;螺杆调节器在与支承层顶面的接触点必须稳固、无虚渣,否则在灌注过程中容易下沉。

2.4.8 灌注与混凝土等强期间防止碰撞控制

道床板灌注时,应采取可靠措施防止机具与设备碰撞模板与轨排。至初凝前,应禁止运输车辆等机具通过,无法避免时,必须设置专人防护,防止碰撞造成道床板局部变位。

2.4.9 扣件系统与钢轨的密贴程度及扣压力控制

扣件系统的轨底面与垫板之间不密贴、弹条中部前端下颏与轨距块凸台间隙 ＞0.5 mm、轨距挡块与轨底侧面不密贴(＞0.3 mm)、轨距挡块底部与承轨槽顶面不密贴等问题,是造成轨检小车采集数据不真实、精调不到位的主要原因,也是造成动检时三角坑、轨向、大小轨距、横向加速度、垂向加速度等指标超限的重要原因,严重时会危及行车安全。必须对组装后的工具轨排、每次精调轨检小车采集数据前逐根轨枕、逐套扣件采用目测和塞尺检查,不满足要求的必须处理,垫板不密贴可采用调高垫板先行处理至密贴,扣压力不足的使用扭矩扳手重新拧紧,轨距挡块与轨底侧面不密贴的采用合适的轨距调整挡块使之密贴,轨距挡块底部与承轨槽顶面不密贴,可采用合适的轨距调整挡块使之密贴或清除扣件中的杂物进行消除,处理完后再组织复查,确保轨道扣件系统“零缺陷”。

2.4.10 焊缝的打磨质量与平直度控制

钢轨焊缝的平整度和平直度对行车影响很大,但焊缝都在轨枕之间,即使采集了数据,也无法通过调整件调整其几何形态,必须用 1 m靠尺对焊缝前后及焊缝位置进行检查,平整度和平直度不满足要求时,采用打磨或重新焊接的方式解决。

2.4.11 精调作业的工作质量

(1)数据计算与分析

根据轨检小车采集的数据,按照“先高低、后水平;先轨向、后轨距”的工作程序调整超限点,在有超限点的地点必须进行不少于 60m成段系统整治,切不可对单点进行处理,防止出现新的病害。

另外,CPⅢ平面网可重复性测量精度 1.5 mm、高程网可重复性测量精度 2 mm,相对 350 km/h无砟轨道静态检测标准大多指标必须达到 1 mm以内的高标准,完全达到绝对精度是不可能的。因此,在根据采集的轨道数据使用精调软件计算静态和动态调整量时,计算原则是控制变化率,处理高低与水平(超高)值短波和长波的不平顺、轨距的递变率和高程的递变率,不可将轨道中线和高程按照设计值和实际值偏差量来计算,否则将造成反复调整、调整工作量和调整扣件用量过大。

(2)现场工作质量的控制

进入动态调试阶段,由于精调作业多在停止行车的夜间天窗点进行,由于作业环境照明不足,采集数据前扣件状况检查难以保证无缺陷,部分轨距挡块与轨底侧面缝隙没有消除,造成采集和分析数据在个别轨枕位置不准确,反映在现场作业的结果是造成了人为的轨向不良,且由于天窗时间短,复测与精调作业又无法在同一工作面同时进行。可采用专人检查更换后的扣件质量,同时在直线地段用人工拉 10 m弦线对更换扣件段落的轨向进行检查、处理;圆曲线地段也可用人工拉 10 m弦线检查正矢的变化率,有异常时再使用轨检小车进行复测、处理。

2.4.12 采用多种手段进行数据采集和分析,提高精调效果和工效

动态调试过程中,除“优先公里”和Ⅲ级及以上超限点需要当天消除外,“计划公里”和Ⅲ级以下超限点可隔日消除,此时可采用轨检小车采集数据,并结合观察轮对在钢轨顶面形成的“光带”、目视观察轨向,以及弦线检查等传统轨道测量方式综合确定轨道精调方案,确保精调一次到位。

3 几点体会

(1)施工期间轨道几何精度是无砟轨道精度的基础。必须从多环节把关,确保施工期轨道几何精度最佳,以减少无缝线路铺设后的精调工作量。

(2)确保扣件系统和无缝线路“零缺陷”是轨道静态和动态调整的前提。轨枕承轨槽、挡肩及扣件系统的污染、扣件系统与钢轨不密贴会造成轨检小车检测数据不能真实反映轨道几何状况,必须在认真检查、消除后才可以进行轨道数据的采集和分析、计算工作。

(3)动车检测前,静态调整必须按照规范要求的精度完成,并完成全管段静态调整后的轨道数据复测工作。

(4)分析数据和计算调整量不能机械地将轨道强行按照设计位置调整,而是以设计中线、高程、超高为参考,以轨距、轨向、高低、水平等为基准,变化率为控制指标,才能以最经济的工作量确保行车的最佳舒适性。

(5)动态调整期间,结合各指标超限点,重点分析低速轨检和高速动检波形图,以每 200 m TQI值和各指标分项 T值超限段作为精调的依据,系统地对轨道进行成段采集数据和调整,不得简单地根据超限点类别和里程进行单点处理,否则事倍功半。

(6)单一的轨道几何状态数据采集与分析方式,不易发现轨道的个别问题点,结合传统的目视、弦线和观察“光带”的方法,可全面掌握轨道的病害位置和类型。

(7)长轨铺设与线下土建施工单位的责任划分应明确。线下土建单位将扣件检查清理完毕后,有关单位应牵头组织双方进行现场交接,铺轨单位接收线路后,应负责铺轨前的扣件防护,长轨条铺设完成线路锁定后,双方再进行交接。这样双方各负其责,相互交接的过程,其实也是互相把关和检查的过程,虽然增加了工作程序和工作量,但可以确保扣件不会丢失、损坏,或丢失、损坏后能及时发现和处理。

[1] TZ217—2007,客运专线无砟轨道铁路工程施工技术指南[S].

[2] TZ211—2005,客运专线铁路轨道工程施工技术指南[S].

[3] 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].

[4] 赵东田,孙 晖.CRTSⅠ双块式无砟轨道综合整理技术[J].铁道标准设计,2009(11).

[5] 朱高明.CRTSⅠ型板式无砟轨道施工工艺研究[J].铁道标准设计,2009(11).

[6] 赵国堂.高速铁路无砟轨道结构[M].北京:中国铁道出版社,2006.

[7] 左玉良.从钢轨光带异常看高速铁路轨道平顺性[J].铁道标准设计,2009(4):13 16.