武广铁路客运专线 CRTSI型双块式无砟轨道施工关键技术

李方东

(中铁十四局集团第二工程有限公司武广项目部,湖南衡阳 421900)

1 工程概述

中铁十四局二公司武广项目部承担施工的武广客运专线 Ш标二单元,起止里程为D K 1 695+161.00～D K 1 713+536.18,全长 18.375 k m/双线(其中隧道2.302 k m/双线、路基 6.030 k m/双线、桥梁 10.043 k m/双线)。负责线路位于湖南湘潭、衡阳市境内。

2 双块式无砟轨道施工工艺流程

施工工艺流程详见图1。

3 施工关键技术

3.1 CPⅢ网测量技术

CPⅢ基桩控制网是在基础平面控制网(CPI)、线路控制网(CPⅡ)基础上采用导线测量、自由设站法施测的,是为铺设无砟轨道和运营维护提供控制基准的控制网。

3.1.1 CPⅢ控制网的建立

CPⅢ控制点距离布置一般为 60 m左右,且不应大于 80 m,成对布设于桥梁、隧道、路基两侧,成对布设在线路两侧的两个基标点里程差不超过 1 m。为防止接头处过多,CPⅢ控制网最短不得小于 2 k m,最好要达到 4 k m以上。

图1 施工工艺流程

对路基地段,CPⅢ桩点布设在接触网基础旁的辅助支柱上,立柱采用直径 20 cmPVC圆柱,内浇注钢筋混凝土,高度 1.3 m,且在 1.2 m处,应事先将 PVC管提前钻直径 20 mm小孔,以便浇注混凝土时埋设基点锚固螺栓。桥梁地段,CPⅢ桩点设置在桥梁固定支座位置的防撞墙上,低于防撞墙顶面 10 cm处。隧道地段,设置于隧道两侧电缆槽外侧的混凝土墙上,埋设高度控制在内衬上,位距电缆槽边墙表面 30～50 cm,见图2。

图2 隧道地段的 CPⅢ点布设

CPⅢ控制点布设高度应与轨道面高度保持一致的高度间距,一般高出设计轨面至少 35 cm。在辅助支柱、防撞墙、隧道内衬壁上钻孔锚固螺栓,在外漏螺栓上安装专用测量连接螺栓,在专用的连接螺栓上安装棱镜,即可进行平面控制测量。在高程测量时,利用专用的测量连接螺栓的顶面作为立尺点。

CPⅢ点号按公里数递增进行编号,其编号反映里程数。为便于测设与无砟轨道测量施工配套并便于输入操作的方法,即所有位于线路左侧的点,使用 01,03,05…等单号,位于线路右侧的点,使用 02,04,…等双号,如 1700304,1700表示 D K 1700+…,3表示 CPⅢ,04表示 CPⅢ点序号,在有长短链地段应注意编号不能重复。

3.1.2 CPⅢ控制网平面测量

1)仪器精度要求。采用带目标自动搜索及照准(A T R)功能的全站仪,每台仪器配 12个棱镜。现场使用两台 Leica TC A2003,其角度测量精确度:±0.5″;距离测量精确度:±1 mm+p p m。

2)CPⅢ控制点测量方法及与上一级控制网的关系。自由测站的测量,从每个自由测站,将以 2×3对CPⅢ点为测量目标,每次测量应保证每个点被重复测量 3次,并进行不少于两个测回观测。

为保证每次测量时同一个点使用同一个棱镜,对测量需要的 12个棱镜进行 1～12编号,并对每一个CPⅢ点使用的棱镜号和连接器进行记录。

在自由站上测量 CPⅢ同时,将靠近线路的 CPI点及全部 CPⅡ点进行联测,纳入网中,C PⅠ/CPⅡ点至少在两个自由站上进行联测,有可能时应联测 3次,联测长度控制在 150 m之内。当受观测条件限制,只能有一个自由站点和 CPI/CPⅡ通视时,设置辅助点,如图4。

3)测量中点位横向允许偏差不大于 ±5 mm。

4)平面测量根据测量需要分段测量,其测量范围内的 CPI及 CPⅡ点应联测。

图3 辅助点设置示意

5)CPⅢ控制点的定位精度要求(表1)。

表1 CPⅢ控制点的定位精度表 mm

3.1.3 CPⅢ控制网平面数据处理

CPⅢ网的平面数据采用专业软件进行处理,处理结果不能满足所要求的精度指标时,进行返工测量。

3.1.4 CPⅢ控制网高程测量方法

CPⅢ控制点水准测量按精密水准测量的要求施测,并进行严密平差,平差计算按有关精密水准测量的规定执行。每一测段至少与 3个二等水准点进行联测,形成检核,联测时以轨道两侧的 CPⅢ水准点为主线贯通水准测量。

3.1.5 CPⅢ控制网的平差

1)自平软件:CPⅢ网的平面和高程数据处理采用中铁二院与西南交大联合研制的 CPⅢ测量专用软件进行处理。即 CPⅢ数据采集软件和 CPⅢ数据平差计算软件,这两种软件是专为我国无砟轨道客运专线铁路施工中 CPⅢ控制网测量数据采集、平差而设计的观测自动化软件。配合使用可实现 CPⅢ控制网外、内业数据采集和处理的一体化和自动化。

2)第三方评估:自平合格后,数据上报铁道第四勘察设计院,铁四院用自研软件进行重新平差计算,对成果进行对比,如差值超过允许范围,需进行重新测量。

3.2 轨排组装和粗调技术

3.2.1 轨排组装

1)散枕及铺设钢轨之前,对路基、隧道地段道床板的纵向钢筋直接预留摆放,桥梁为提高钢筋绑扎速度,先进行道床板底层钢筋绑扎。

2)路基、隧道地段用散枕机直接散布轨枕,桥梁地段为防止轨枕桁架变形,在凸台两侧各垫 15 cm厚的方木,轨枕散布在方木之上。

3)铺工具轨前认真检查工具轨及轨枕有无变形、污染,轨底面和承轨垫板顶面是否保证清洁。拧紧扣件螺栓时,应保证扣件弹条与轨距挡块密贴,并用 0.5 mm塞尺检查拧紧弹条和工具轨之间的缝隙。

3.2.2 机械粗调

粗调机是针对武广客运专线开发的一种集轨道几何形状测量与轨道自动调整为一体的高效施工设备,用于双块式无砟轨道板的粗调作业,可显著提高生产效率,是由牵引动力单元和 4个调整单位组成的。

1)粗调机的作业程序和操作技术要点

①线路曲线要素及 CPⅢ控制网点坐标的输入。粗调作业前,首先在粗调机控制管理系统软件中选择线路曲线要素的输入程序,按照程序的引导分别输入要调整线路的平面曲线要素、竖曲线要素、外业断链等信息。在全站仪中,输入 CPⅢ控制网点的三维坐标,输入的数据应经过复核并确认正确无误。

②测量小车的标定。包括超高传感器的标定、轨距传感器的标定和测量小车观测目标归算改正数的标定。测量小车必须在粗调机每次组装完成后进行以上的标定工作,之后才能进行粗调作业,并在粗调作业过程中每天检查已调整过的轨排的超高、轨距、中心位置是否正确,如果发现偏差较大,重新标定。

③全站仪的校准。TCRP 1201全站仪轴系误差校准的主要项目:双轴补偿器纵、横向指标差(l,t)、垂直度盘指标差(I)、水平视准差(C)、水平轴倾斜误差(i)、自动目标识别与照准的准直差(ATR),并在首次使用前、每次精密测量前、长途运输后、长期工作后、温度变化大于 20℃、计量单位检定时等情况下应依照仪器中相应的操作程序,对全站仪的轴系误差修正值进行重新校准。

④粗调机作业时的操作要点:遥控器、定位、调整、移位。

2)注意事项

①全站仪应架设在不受施工干扰、通视条件良好的位置。

②螺杆调节器安装注意安装位置和对应螺栓孔角度的选择,一要保证轨排在后期钢筋帮扎、混凝土浇注时不被扰动,二要保证螺杆与路基支撑层面、桥梁保护层面垂直。

③经粗调后轨排轨顶高程满足设计值,允许偏差为 -5～0 mm。轨道至设计中线位置,允许偏差为±5 mm。粗调机将轨排调整到位后,螺杆调节器的螺栓拧紧扭矩 5 N·m,避免扭力过大引起轨排位置变化。

④工具轨的运输与堆放,应保证工具轨的顺直整齐,避免工具轨的局部变形造成调整困难,特别是两端头在安装工具轨时应观察其是否直顺。

3.3 精调技术和轨排加固技术

3.3.1 精调技术

轨排精调是轨道板混凝土浇筑前的最后一道工序,也是轨道板线性及高程控制的最关键的技术工作。

1)轨枕编号。为便于每根轨枕对应各项数据的收集和归档,精调工作进行前首先对轨枕进行编号。号码由三位阿拉伯数字构成,每隔 5根轨枕以 5的倍数从 0编到 300,即 000,005,010……300;以此作为一个精调数据单元,同法重复 000～300进行下一单元编号,编号采用红色油漆喷于轨枕线路右侧轨枕上。

2)确定全站仪坐标。全站仪采用自由设站法定位,通过观测附近 8个 CPⅢ点上的棱镜,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。

3)测量轨道数据。精调小车停于螺杆调节器对应位置后,全站仪测量轨道精测小车顶端棱镜,小车自动测量轨距、超高。

4)反馈信息。接收观测数据,通过配套软件计算轨道平面位置、水平、超高、轨距等,将误差值迅速反馈到精测小车的电脑显示屏幕上,指导轨道调整。

5)调整中线。采用双头调节扳手,调整轨道中线。

6)调整轨道高程。用普通六角螺帽扳手,旋转竖向螺杆,调整轨道水平、超高。

7)精调好轨道后,应尽快浇筑混凝土。如果轨道放置时间超过 24 h或环境温度变化超过 15℃,或受到外部条件影响,必须重新检查或调整。

8)精调后轨道几何形位允许偏差应符合下列规定:

①轨顶高程以一股钢轨为准,与设计高程允许偏差:±2 mm;紧靠站台为:0～2 mm。

②轨道中线以一股钢轨为准,与设计中线允许偏差为 2 mm;线间距允许偏差为 0～5 mm。车站线间距应与站台偏差协调调整;

③无砟轨道各检查项目的允许偏差及检验方法见表2。

表2 无砟轨道各检查项目的允许偏差及检验方法

3.3.2 轨排加固技术

前期施工完毕的道床板因缺乏同类工程施工经验,对精调后的轨排未进行固定而造成在后期的复测中发现轨道中线偏差,合格率较低,为避免同类现象再次发生,对轨排采取如下措施进行加固。

1)桥梁段轨排在调整完毕后利用梁体防撞墙用双向拉杆固定轨排。路基和隧道段在支承层上打入深5 cm的 φ 16孔,在孔内植入 φ 16钢筋头外露 5 cm,轨排精调完毕后将轨枕桁架筋与预埋筋焊接一起固定,防止轨排因扰动而横向移位。

2)钢轨端部打眼用鱼尾板连接加固,使轨排变成为整体,防止轨头错台,保证轨道线形平顺。

3)轨排支撑螺杆底部采用 4 cm×4 cm的钢垫片,增大螺杆接触面的摩擦力,防止轨排滑移。

4)保证轨距,采用轨距撑杆加固。轨距调整撑杆在外委托加工厂进行定做,撑杆材料进行了强化,满足刚度要求。通过对工具轨底的内顶或外拉,把轨距控制在允许的范围之内。

3.4 混凝土浇筑施工技术

混凝土浇筑施工是无砟轨道施工的一项关键技术,施工细节控制是无砟轨道道床板精度的保证。

1)在混凝土浇筑过程中避免混凝土对轨排的冲击和偏压,合理调整混凝土浇筑顺序,减小混凝土流动和侧压。

2)混凝土浇筑时,尽量降低料斗位置,减小混凝土冲击力。

3)混凝土浇筑时合理调整料斗位置,避开轨距撑杆和支撑螺杆,避免混凝土冲击轨距撑杆、支撑螺杆而引起轨距和轨道中线变化。

4 结束语

中铁十四局二公司武广项目部管段内的无砟轨道于 2007年 6月 24日开始首段混凝土的浇筑作业,至2008年 12月 10日全部完工,双线共计 36.75 k m。在施工过程中,项目部根据完成道床板的复测数据统计,不断地总结经验并加以改进和完善,高标准、高质量地完成了全管段的无砟轨道的施工任务。武广公司对我单位全线第一家完成无砟轨道工程给予了肯定和表扬。

[1]何华武.无砟轨道技术[M].北京:中国铁道出版社,2005.

[2]王志坚,赵新宇.京津城际铁路无砟轨道建设管理[J].铁道建筑,2008(增):1-4.