石武客运专线CRTSⅡ型轨道板生产技术

薛 琪,韩建红,李志强

(中铁二十局集团有限公司,西安 710016)

1 CRTSⅡ型无砟轨道板简介

CRTSⅡ型轨道板具有单块尺寸大、质量大、混凝土早期强度高(16h达到48MPa),采用长线多块先张法反面预制生产线,翻转后打磨承轨台,承轨台打磨精度高,单块板在线路上的位置具有唯一性等特点。标准的轨道板长6450mm,宽2550mm,厚200mm,每块混凝土板体积3.45m3,质量约8.6t。轨道板横向配置60根φ10mm预应力钢筋,纵向配置6根 φ20 mm精轧螺纹钢筋,用于轨道板的纵向连接,预应力钢筋的上层和下层均有1层钢筋网片,钢筋之间的交叉点均做绝缘处理,每组承轨台之间设有1道控制开裂的“V”形槽。每块板共10对承轨台。

2 CRTSⅡ型轨道板生产线建设

2.1 总平面规划方案

CRTSⅡ型轨道板厂需要设置8个生产及生活区:轨道板生产区、钢筋加工区、轨道板打磨区、混凝土搅拌区、毛坯板存放区、成品板存放区、辅助生产区、现场办公生活区。石武项目部轨道板厂,根据生产量规划了各个生产区,共计租用临时用地7.87hm2(118亩)。

石武客运专线轨道板厂平面布置见图1。

图1 石武客运专线轨道板厂平面布置

生产区根据轨道板的生产量及生产工期规划所需建设的生产线数量。

石武项目轨道板厂根据生产1.8万块板和14个月生产工期的要求,设置2条长线台座生产线,每条生产线设置27组钢模,日生产能力为54块,生产线按直列式布置,另设2条毛坯板存放线。厂内配备3台16 t的双梁桁车,2套自动张拉系统,2套钢筋切割设备、轨道板脱模设备,1套轨道板灌注设备、混凝土运输设备。

钢筋加工区内设置7个钢筋编架台位、6个存放台位,配备 2台 5t桥式起重机等。

厂房内配置数控磨床、滚轮运输线、产品运输车、弹条扣件装配设备、特殊板生产线及1台16t的双钩桥式起重机等;外部配置轨道板翻转设备、滚轮运输线及切除突出预应力钢筋锯等设备。

配备具有计算机自动控制系统的180m3/h的混凝土搅拌站1座。

设置存放产品的混凝土基座,场地进行绿化,配置4台跨度33m双悬臂9m、起重16t的门式起重机;毛坯板每跺存放12层,共364个毛坯板存板台座,存板能力为4368块;成品板每垛存放9层,共564个成品板存板台座,存板能力为5076块。

砂石料存放区分为露天料场和保温料仓2部分。露天料场场地进行硬化,设置挡风墙,配备1台筛沙机、2台洗石机,3条输送带将清洗完的砂石料输送至保温料仓;保温料仓场地进行硬化,保温材料全封闭保温,设置地暖采暖保证保温料仓内温度不低于20℃,配置ZL50装载机2台。

设置变电站、发电站、值班室、热交换站、锅炉房、水房等。轨道板厂供电配备1座1000kVA变电站、1座630kVA变电站,另配1台500kVA发电机,配备1台6t蒸汽锅炉。

办公区占地1900m2,设置2层活动板房18间办公室。

生活区占地4500m2,设置2层活动板房,可以容纳职工350人居住,生活区设置篮球场、羽毛球场、乒乓球室等业余活动项目场地,绿化面积达到2000m2。

2.2 生产设备建设

2.2.1 封闭料仓

封闭料仓搭建为钢结构厂房,房顶及四周采用5 cm厚保温PU板保温,料仓长77m,宽24m,厂房内地面硬化。

混凝土硬化层内设置地暖管,循环热水对砂石料进行加热,保证砂石料冬天温度不低于20℃。

2.2.2 拌和站与试验室

轨道板厂设置HZS180混凝土拌和站1座,配备1台3m3搅拌主机、3个150t水泥罐、2个 150t掺和料罐。

现场试验室配备生产需要的各种试验设备,配备足够的试验人员,并经业主、监理单位共同验收合格。

2.2.3 轨道板存放区

轨道板存放区建设包括存放区硬化、轨道板存放台、龙门吊基础3部分建设。

2.2.4 供热系统

供热系统采用1台6t快装锅炉,每小时产生6t蒸汽,利用1台热交换装置转化为热水,热水在模具底部循环达到养生效果。

2.2.5 供气系统

供气系统采用1台OGFD-6.3空气压缩机,产生气体,2台储气罐储气,无缝镀锌钢管输送至各个用气设备处。

2.2.6 车间生产设施

(1)台座

生产台座为钢筋混凝土结构,混凝土强度等级C30,由底板、侧板(轨道基础)、张拉台座、冲洗池等组成。

(2)模板安装与调试

模板由专业工厂制作,现场安装、调试。模板与张拉设备配套同时安装调试。模板的现场调试采用专用的调试软件进行控制,对整条生产线进行现场调试,确保每块板的模板安装检查指标全部合格。

(3)纵向运输车及临时存放架基础

纵向运输车及临时存放架基础采用钢筋混凝土结构,混凝土强度等级C30。

(4)车间内机械设备的安装

车间内的桥式吊车、布料机、轨道板横移设备、切割小车、拉毛机等机械设备安装调试合格,对桥式吊车等大型设备经地方安全监管部门检查颁发验收合格证后方可投入正式使用。

3 CRTSⅡ型轨道板生产技术

3.1 钢筋热缩管加工[1]

轨道板纵向连接钢筋在特制的胎具上加工,胎具的高度可调,以适应加工人员的具体情况。胎具的一边固定1根用油漆标注热缩管位置的钢筋。热缩工序完成后,人工将钢筋放入钢筋托盘中,运至安装工位。钢筋热缩管加工见图2。

图2 钢筋热缩管加工

3.2 焊接接地装置

接地由4根接地钢筋、1根扁钢、2个接地端子组成,钢筋网片绑扎前利用二氧化碳保护焊进行焊接。

3.3 钢筋网片制作

钢筋网片在钢筋加工车间进行,网片在定制胎具上利用绝缘扎丝绑扎成型,两层纵、横向钢筋交叉处垫绝缘垫片进行绝缘。钢筋网片加工见图3。

图3 钢筋网片加工

3.4 模板清洗、清理[2～4]

在浇筑混凝土前,应用刮刀、工业吸尘器将模板和中间挡板上的杂物清理干净。其中,工业吸尘器用来清理模具中的粉尘、杂物,刮刀则用来刮掉模具及其部件上的黏结物,模板清理见图4。其工作程序如下:

图4 模板清理

混凝土浇筑后约2h,具体时间视混凝土坍落度而定。掀起覆盖在轨道板上的帆布,在保证构件棱角完整、板体不开裂前提下,将模板间的中间挡块板从混凝土中取出,放在工作托盘上。在抽出所有挡板后,重新在轨道板表面覆盖帆布。

喷脱模油:脱模油喷涂一定要均匀适量,避免存在过量和不足。喷涂完毕后,再次检查脱模油喷涂效果,没有喷到的地方要补喷,喷涂过量的地方一定要用面纱擦拭均匀,做到薄厚适中,避免造成轨道板表面污染。

以下部(构)件在混凝土浇筑以前安装。

(1)扣件套管:应在每次浇筑混凝土之前,将套管(每块轨道板40个)安装在承轨台模具的专用栓销上,必须保证套管牢实可靠。

(2)轨道板端切槽体:在每次浇筑混凝土之前,将轨道板端切槽体(每块模具4个)与φ20mm螺纹钢(6根)组装后,安装到设计位置。密封槽体与模板、精轧螺纹钢与槽体预留孔,避免混凝土灌入,影响拆模。

(3)横向档板:应在每次安装好预应力钢筋并进行初步张拉后,将模具横向档板插入,并通过张拉环固定。

3.5 钢筋网片入模

φ5mm预应力定位钢筋采取人工安装,预应力筋放入定位槽口后,手工安装锚具,将预应力筋固定在横梁上。

(1)钢筋网片的安装与预应力筋安装、张拉交错进行,期间需要吊车、多功能车、钢筋托盘等设备、工装配合作业,在安装完φ5mm预应力筋后,开始安装下层钢筋网。φ5mm预应力筋与下层钢筋网用热缩套管绝缘。

(2)在预应力筋安装并张拉完毕后,开始安装上层钢筋网片。上层钢筋网片与φ10mm预应力筋之间用热缩套管绝缘。上层钢筋网片安装就位后,用模具两端的切槽体固定。放下钢筋网片,用模具两端的切槽体固定φ20mm精轧螺纹钢筋。

(3)安装完轨道板钢筋后,应系统采用500MΩ电阻表测试钢筋的绝缘性能,合格后,即可开始浇筑轨道板混凝土;应系统地检查钢筋的保护层厚度,发现不合格处,及时纠正,钢筋保护层的容许误差为±5mm。

3.6 预应力钢筋张拉

预应力材料采用φ5、φ10mm预应力钢筋。每套张拉装置由4个液压油缸,1台有2个控制箱的PC控制装置驱动,2个张拉横梁组成。各油缸里均内置1个向PC控制装置反馈活塞位置的位移测量系统和传输实际张拉压力的压力传感器。

预应力钢筋张拉采取双向双控方案,张拉完成后,实际张拉力、伸长量读数与理论计算值的误差不得超过5%,否则,停止使用该张拉设备。张拉分2个过程:先张拉到理论拉力的20%,用环形螺母锁紧,静停30min,在此期间安装上层钢筋网片、纵向模板;再张拉到理论拉力的100%,并放上支承板,锁紧环形螺母,稳定后断开全部预加应力设备。

3.7 混凝土浇筑[5～9]

浇筑混凝土采用布料机摊铺、振动横梁配合振捣器捣固的方法,具体如下。

(1)布料入模:在储料斗装满混凝土后,开启排料阀门,同时走行布料机,将混凝土均匀倒入模具内。注意根据实际情况,选择混凝土输出速度,使混凝土不致溢出,均匀地注入模具内。

(2)布料方法:混凝土采取3次布料,在第1次走行到模板上方时,注入30%的混凝土;第2次走行到模板上方时,注入60%的混凝土;在第3次走行到模板上方时,将全部混凝土注入模中。如经过捣实后发现混凝土太少,可继续进行补料。

(3)混凝土振捣:第2次注入混凝土摊铺时,可启动模具下附着式振动器,对混凝土进行振捣。第3次注入混凝土时,振捣至密实为止。密实以混凝土表面泛浆,无气泡冒出为准。

(4)刮平:放下整平板并启动整平板振动器,进行辅助振捣。同时,向前运行布料机,将混凝土表面刮平,并把多余混凝土刮到相邻模具内。

3.8 混凝土拉毛

拉毛机用门架式走行机构驱动,其行驶速度在1.5～3m/min。在浇筑完混凝土,混凝土不粘手后,混凝土初凝前,立即进行拉毛作业。拉毛作业完成后,在轨道板底面沿横向形成1～2mm深的纹路。最后将调高预埋件压入混凝土,其位置和深度符合施工图纸要求,位置允许偏差0/-3mm。

3.9 混凝土养护

(1)模具加热:提前开启模具加热系统,保证模具温度在浇筑混凝土时应在10～30℃。在混凝土水化热开始散出,轨道板的温度达到30℃以上时,即可关闭热力系统。板体混凝土芯部温度不宜超过55℃。混凝土养护见图5。

图5 混凝土养护

(2)在轨道板浇筑完毕后,及时在混凝土表面覆盖帆布保温。覆盖帆布用多功能车运送专用功能托盘实现。在浇筑混凝土1～2h后,撤掉帆布,待取出轨道板之间的挡板后,重新覆盖帆布。在混凝土浇筑16h,试件强度达到48MPa以上时,即可撤掉帆布,开始轨道板脱模作业。

(3)毛坯板脱模后放置到临时存板台上,每个存放台放3块,及时覆盖帆布保温,防止轨道板产生裂缝。

(4)毛坯板在存放台上采取自然养护措施。

3.10 预应力筋放张、切割

当轨道板混凝土经过养护,试块经试验室检测强度达48MPa以上时,即可进行放张、切割预应力筋作业。预应力钢筋采取整体放张方式,4台千斤顶同步动作。预应力筋放张时,首先接通张拉设备,启动张拉装置,继续张拉预应力钢筋,直到定位环开始松动。这时打开支撑环,使油缸往回运动。当预应力钢筋切断后,张拉油缸可以回到初始位置。回油过程控制在10 min左右,直到油缸回到零位。

放张作业完成后,开始切割预应力筋。预应力筋切割采用特制的切割小车进行,为避免有害粉尘散入空中,影响人体健康,配置专用工业吸尘器即时除尘,其作业程序如下。

切割顺序安排:为最大程度地降低预应力对模具的伤害,减少模具校正次数,将第1个切口安排在张拉台座的中间,第2个切口在张拉台座的3/4处,第3个切口在台座的1/4处,之后,根据出板顺序逐个切割连接的板间预应力筋。切割预应力钢筋头在托架线的自动切割机上进行。轨道板翻转作业完成后,轨道板沿托架线按设定速度运行,此时开启电源,切割机将自动切割轨道板两侧钢筋头。

3.11 毛坯板脱模

毛坯板脱模采取桥式吊车配合真空吊具,压缩空气、振捣器辅助的方法,具体如下。

(1)吊具就位:用桁车将真空吊具横梁下放至出模毛坯板上。横梁放到模板上后,其4个吸盘在毛坯板上基本处于对称位置。轨道板脱模后在厂房内的专用支架上临时存放,每组支架上存放3层,每层间安放4个垫木,垫木要上下对齐。垫木的规格尺寸和支点位置应符合设计要求,垫木高度允许偏差±2mm。承载面应平行,误差控制在2mm以内。轨道板脱模时,轨道板表面与周围环境温差不应大于20℃。轨道板脱模后应立即进行覆盖养护,当轨道板表面温度与周围环境温度不大于15℃时,方可撤掉覆盖物运出厂房存放。

(2)解除真空:将毛坯板放置存板台上,经检查位置无误后,即可解除真空,移走吊具,开始下一循环作业。毛坯板脱模见图6。

图6 毛坯板脱模

3.12 毛坯板运输

毛坯板在车间存放24h后,运到车间外毛坯板存放场堆放。毛坯板运输采用电瓶驱动的运输车。移动到存板台后,摆放垫木,人工将4块垫木按设计位置精确摆放在存板台上。垫木的抗压强度应不小于15 MPa,外形尺寸 φ200mm×120mm(直径×高),加工误差标准为±2mm。移板堆放:小心提升并移动毛坯板,将毛坯板放到既定台位上。每个存板台上可堆放12块毛坯板。堆放期间,每周对存板台进行1次检查,检查内容包括:垫木的支承情况、存板台地基沉降情况、板垛垂直状态的保持等。

3.13 轨道板翻转

翻转轨道板主要由特制的翻转机完成,翻转机的提升力为100kN,其作业程序如下。

(1)用龙门吊车、抓钩式吊梁将毛坯板运送到翻转机工位。

(2)启动翻转机,将翻转装置下降到极限位置,并打开锁紧装置。

(3)用龙门吊车将毛坯板放到翻转框架上,打开抓钩式吊梁锁紧装置,并将吊梁吊离翻转机。

(4)启动翻转机液压装置,将毛坯板夹紧。

(5)将翻转装置上升到极限位置,并翻转180°。

(6)用滚轮托架线将轨道板运送到打磨工位,开始下一工序作业。

3.14 轨道板打磨

打磨轨道板由打磨机完成,工作过程需要水、电、气及污水处理系统协同运行,正常情况下,轨道板打磨时间约15min;打磨轨道板时,污水处理、供水、供电等系统应保持正常运转。轨道板打磨的主要工作程序如下。

(1)数据输入:将设计单位提交的线路设计资料输入打磨机床计算机控制系统,包括布板方案、线路几何参数、轨道几何参数等,这些数据经设计单位处理后,成为不可编辑的文件,直接拷贝即可。

(2)固定轨道板:托架线将轨道板运送到打磨工位;然后通过设置在轨道板下的4个油缸将轨道板顶起并进行找平调整(压力调节),此时系统会自动调节各个点上不同的荷载分配;最后用6个油缸控制,从侧面将轨道板卡紧,此时即可开始磨削加工。

3.15 安装扣件[10]

轨道板经过精确打磨后,由托架线运输到扣件安装工位。在此,要对轨道板进行套管销孔干燥、注射油脂、安装扣件等作业,所用机械设备有工业吸尘器、带计量装置的油脂注射器、气动扳手(最大扭矩50N◦m)。具体方法如下。

(1)干燥销孔:用工业吸尘器将套管销孔中的水吸出,并使套管干燥。

(2)采用定量油脂喷射机将油脂注入到预埋套管内,注入量应满足相关技术条件要求,每个套管内约14g。

(3)安装扣件:采用气动扭矩扳手安装扣件,安装具体要求应符合扣件系统的相关规定。

3.16 出板堆放

成品板每9块为一垛存放在成品板存放台上,板间垫木采用φ200mm×200mm规格的硬质木块。成品板堆放到台座上后,及时形成记录,记录的内容包括:轨道板的编号、打磨日期、堆放台座、几何状态等。成品板存放见图7。

图7 成品板存放

4 轨道板检测 [11]

轨道板检测包括毛坯板检测和成品板检测。

主要检测设备见表1。

表1 轨道板检测设备

测量仪器选型及布设类似于调置模板测量时的情况进行,检测需在所有承轨台凹槽上进行,每个凹槽上需测(左右)2个点,并可依据支点处的倾斜度(1∶40)来验证两点高程正确与否。

模板承轨台凹槽中2×20个测高点位如:轨道板1点号101-140,检测过程中注意板方向一致。

成品板的检测和毛坯板方法一样,为确保所有轨道板均能如同在施工现场进行精调时一样堆放,进行检测时,必须将轨道板同样放置在力传感器上进行调置。板上的13.5%—22.5%—13.5%(分别为板首—板中—板尾)负荷分布是借助调置架上的调高螺栓调定的。所测数据经软件分析确定轨道板是否合格。

5 物流组织

5.1 钢筋物流组织

原材料大门进入并检验→胎具绑扎→存放架存放→横移车进主车间→吊放入模。

机械设备:货车、钢筋绑扎胎具、桥式起重机、钢筋存放架、钢筋横移小车、钢筋吊具。

5.2 毛坯板物流组织

制板→临时存放架→中转存放架→毛坯板存放台→翻转机→滚轮线→数控磨床。

机械设备:梁式起重机、轨道板吊具、翻转机、滚轮输送线。

5.3 成品板物流组织

数控磨床打磨→滚轮输送线→清理工位→扣件安装工位→检测工位→成品板存放台。

机械设备:梁式起重机、数控磨床、滚轮输送线、注油机、横向运输小车。

6 结语

由于目前国内外客货运列车的运营速度的高速化,与普通有砟轨道相比,CRTSⅡ型无砟轨道线路的平顺性、稳定性、安全性都大大提高,同时还能明显降低列车行驶产生的噪声,且CRTSⅡ型无砟轨道系统一经成型基本不用维修,运营成本较低,因而CRTSⅡ型无砟轨道系统在高速铁路中具有良好的发展前景。合理配置资源,组织好施工生产物流,提高生产质量和生产效率都是我们应该研究的课题。上述为CRTSⅡ型无砟轨道板工厂化生产的关键技术,对今后承担类似工程具有一定的借鉴意义。

[1] 铁建设[2007]39号,铁路防雷、电磁兼容及接地工程技术暂行规定[S].

[2] 铁科技基[2008]173号,客运专线铁路CRTSⅡ型板式无砟轨道板混凝土轨板(有挡肩)暂行技术条件[S].

[3] TZ216—2007,客运专线无砟轨道铁路工程施工技术指南[S].

[4] 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].

[5] 科技基[2005]101号,客运专线高性能混凝土暂行技术条件[S].

[6] 铁建设[2005]160号,铁路混凝土工程施工质量验收补充标准[S].

[7] GB/T50080—2002,普通混凝土拌和物性能试验方法标准[S].

[8] TB10425—94,铁路混凝土强度检验评定标准[S].

[9] 铁建设[2005]157号,铁路混凝土耐久性设计暂行规定[S].

[10] 铁科技函[2006]248号,铁路专线扣件系统暂行技术条件[S].

[11] 铁科基86号,客运专线轨道集合状态测量仪暂行技术条件[S].

[12] 刘 辉,庞会文,侯 鹏.CRTSⅡ型板式无砟轨道施工技术[J].铁道标准设计,2009(S1).