CRTSⅢ型先张预应力轨道板平面度变化规律研究

2018-12-06曹自印高俊

铁路技术创新 2018年5期

■ 曹自印高俊

0 引言

CRTSⅢ型板式无砟轨道是我国在消化、吸收国外技术基础上形成的具有自主知识产权的无砟轨道结构，已应用于成灌、盘营、郑徐、京沈、济青、商合杭等多条高速铁路，是我国高速铁路无砟轨道的主要结构形式之一，并作为我国高速铁路技术输出的唯一轨道形式，在国际工程中推广应用。CRTSⅢ型板式无砟轨道主要结构见图1。

轨道板作为CRTSⅢ型板式无砟轨道的主要结构层，其制造精度、施工精度将决定长钢轨铺设后的线路品质[1]。由于CRTSⅢ型轨道板为长薄型混凝土结构，在运输、储存和吊装过程中，因混凝土预应力、温度应力和重力的影响，易出现“四角翘曲”和“中间凸起”2种形式的翘曲变形，影响轨道板的平面度[2]。因此，研究CRTSⅢ型轨道板在不同施工阶段和不同环境状态下平面度的变化规律，对于提升轨道板的制造精度和无砟道床的铺设质量具有重要意义。

1 存放阶段

为研究CRTSⅢ型先张预应力轨道板在存放阶段的平面度变化情况，随机选取部分P5600型轨道板，分别在水养完成后（简称出水）的第1、7、14、21、28、56、81 d进行轨道板平面度检测。中央翘曲量是反映轨道板平面度的关键指标，其随存放时间的变化规律见图2。

图1 CRTSⅢ型板式无砟轨道结构示意图

图2 轨道板中央翘曲量随存放时间的变化规律

由测试结果可知：

（1）轨道板出水时，中央翘曲量均为负值，说明轨道板中部承轨台低于四角承轨台，而存放81 d后，中央翘曲量均为正值，说明轨道板中部承轨台高于四角承轨台，轨道板中部随存放时间的增加呈逐步上拱趋势；

（2）从出水到存放28 d，轨道板平面度变化相对较快，28 d后变化相对较小并趋于稳定，存放过程中，轨道板中央翘曲量的总变化量约为2．0 mm。

因此，为保证轨道板出厂时具有较高的平面度，轨道板生产时，应采取措施实现在脱模时及水养完成后，轨道板处于“四角翘曲”状态，中央翘曲量宜为-2．0～-1．5 mm。

2 温度影响

CRTSⅢ型先张预应力轨道板为薄板结构，在板面和板底温差作用下，易产生翘曲变形，为掌握温度对轨道板平面度的影响[3]，随机抽取8块轨道板进行连续测量。测试时轨道板处于室外平放状态，横向条形支撑设置于轨道板起吊套管下方。轨道板中央翘曲量在温度连续变化条件下的测试结果见图3。

由图3可知，平放状态下，轨道板的平面度随温度变化而发生改变，其根本原因是板面与板底的温度差。当板面温度高于板底温度时，轨道板会发生相对明显的“中间凸起”变形，在板面温度高于板底温度约10 ℃时，轨道板中央翘曲量的变化值约1 mm。

为进一步验证轨道板在温度影响下的变化，在白天粗铺和夜间自密实混凝土灌注后2个阶段，对轨道板9对承轨台进行高程测量，并以板端承轨台为基准进行平差，轨道板平面度测试结果见图4。

由图4可知，轨道板在昼夜温差作用下，平面度也会发生变化。以监测轨道板为例，中央翘曲量变化为1．0～1．5 mm。同时可以看出，由于轨道板充分暴露在日照条件下，在中午温度最高的时段甚至会出现轨道板平面度超出规范要求的情况。

由上述分析可知，轨道板平面度受板面和板底的温度差影响较大，因此，轨道板精调、自密实混凝土灌注等施工应在夜间进行，以保证板面与板底的温度差较小，轨道板平面度处于较好状态。

3 支撑位置

CRTSⅢ型轨道板在粗铺阶段，由于要预留精调爪安装位置，垫木不便安放于起吊套管位置，施工中存在垫木安放较为随意的情况，为验证支撑位对轨道板平面度的影响，开展了支撑位置外移和内移2种工况对轨道板平面度影响的试验研究。为消除温度梯度对测试结果的影响，试验在室内进行，并避免阳光直射。

3.1 支撑位置向板端外移

首先，支撑位置设置于起吊套管下方，经长时间放置后（超过48 h），测量轨道板平面度；然后，将支撑位置向板端移动0．5 m，静置10 min后再次测量轨道板平面度，在自重作用下，轨道板平面度发生了较为明显的变化，中央翘曲量减小约0．7 mm；在该支撑位置保持24 h后，第三次测量平面度数据，轨道板平面度再次发生明显变化，但变化方向与之前相反，各承轨台测试数据基本恢复到更换支撑位置之前的状态；最后将支撑调整至初始位置，放置24 h，轨道板平面度变化并不明显。也就是说，轨道板的支撑向板端外移，会在短时间内发生较为明显的平面度变化，但在静置一段时间后，轨道板平面度会基本恢复至更换支撑位之前的数据。轨道板支撑位向板端外移测量过程线图见图5。

图3 温度连续变化条件下的轨道板中央翘曲量测试结果

图4 轨道板白天和夜间平面度测试结果

3.2 支撑位置向板中内移

首先，支撑位置设置于起吊套管下方，经长时间放置后（超过48 h），测量轨道板平面度；然后，将支撑位置向板中移动0．5 m，10 min后再次测量平面度，轨道板平面度发生相对明显的变化，变化值约为1．3 mm；在该支撑位置保持24 h后，第三次测量平面度数据，轨道板平面度再次发生明显变化，变化方向仍与之前相同，平面度数据继续变大，变化值约1．2 mm，累积变化2．5 mm；最后，将支撑调整至初始位置，并放置24 h，轨道板平面度又发生明显变化，变化值为-1．2 mm，变化方向与之前2次相反，但并未能恢复到更换支撑前的平面度数据。也就是说，轨道板的支撑向板中内移，会在短时间内发生较为明显的平面度变化，并随着时间的增加，轨道板平面度继续变化，并在换回支撑位后，短时间内不能完全恢复至原位，存在一定量的塑性变形。轨道板支撑位向板中内移测量过程线图见图6。

4 施工阶段

为研究CRTSⅢ型轨道板在整个施工过程的变化情况，随机选取若干块轨道板进行粗铺、灌注前、灌注后、初凝等阶段的跟踪检测。各施工阶段环境参数见表1（天气情况为晴、少云），轨道板平面度在不同施工阶段的变化见图7。

从图7可以看出，粗铺到灌注前，轨道板平面度变化较大，与前文所述的温度影响一致，在板面与板腔温度差为10 ℃时，轨道板平面度将产生1．0～1．5 mm的变化；自密实混凝土灌注前后的平面度变化不明显；当自密实混凝土灌注后，轨道板平面度变化相对较小，基本表现为初凝后的平面度较灌注后的平面度略有轻微的中间凸起。