特殊季节下的无砟轨道施工技术研究

2020-03-08朱赟

工程建设与设计 2020年10期

朱赟

（中铁二十四局集团浙江工程有限公司，杭州310009）

1 研究背景

在我国高速铁路发展的大环境下，无砟轨道作为常见的轨道板形式，其质量可以直接决定高铁线路的使用寿命。因为在高速列车荷载作用下，桥梁下部结构或路基是道床板的支撑体系，轨道板经过钢轨传递列车荷载，接触面有限，故它产生的弯矩作用较小，所以，单一的列车荷载使轨道结构出现破坏的可能性小。在1 年的施工过程中，季节及温度不断发生变化。因此，温度变化因素对轨道板长期的使用性能起着决定性的作用，因此，可以将温度场与气候条件以及它们之间的关系作为对无砟轨道进行系统测试和试验的研究对象，统计和确定无砟轨道设计中的温度荷载取值。而无砟轨道的主要材料为钢筋混凝土，其材料性能为耐压不耐拉，温度应力的本质为拉应力，拉应力又是产生混凝土裂缝的主要因素，所以，温度荷载是道床板受到的主要荷载之一，可直接影响道床板的正常使用[1]。

由于无砟轨道相对于有砟轨道具有很多的优势，如养护工程量少、成本低、强刚度、变形量可控、耐久性好等特点，我国客运专线轨道结构均以无砟轨道为主。但是由于我国无砟轨道铺设起步较晚，总体数量少，在设计理论和施工经验上还缺乏相关权威的资料和经验。因此，研究道床板在温度应力作用下的系统变形、位移响应和应力响应，对无砟轨道混凝土施工技术的提升具有十分重要的现实意义。

2 CRTS I 型双块式无砟轨道结构组成

2.1 结构组成

CRTS I 型双块式无砟轨道结构自上到下分别为：60kg/m 钢轨、扣件、双块式轨枕、混凝土道床板、限位凸台、混凝土底座板。

道床板由钢筋混凝土单元板组成，桥梁段道床板采用分块浇筑，道床板宽度为2 800mm，厚度为260mm，长度一般为5～7m。桥上每块道床板设置2 个凸向底座板方向的限位凸台，限位凸台在高度方向成四棱台型，凸台高度110mm。道床板与底座板之间采用4mm 聚丙烯土工布作为隔离层，限位凸台四周密贴弹性垫层。

道床板配筋：纵向19 根φ20mm 钢筋，配筋率0.8%～0.9%（高配筋率是为了保证在低温条件下产生有控制的裂纹，即裂缝间隔2～2.5m，裂缝宽度小于0.5mm）。

2.2 轨道板技术参数

混凝土保护层的最小厚度35mm，混凝土强度等级：C40，抗压强度：40MPa，弹性模量：32 500MPa。

3 温度荷载作用与小结

3.1 温度荷载

无砟轨道道床板处在冬季严寒气候条件下施工，其间最低温度约-7℃，最高气温13℃。温度变化以及外部环境温度与新浇筑混凝土温度形成的温差会使道床板产生热应变和热变形，如果热变形受到约束，会导致结构体内产生温度应力和温度内力。热应变等于材料的线性膨胀系数和单元温度变化（温差）的乘积，材料的线性膨胀系数由材料的本身性质决定[2]。

道床板属于具有弯曲刚度的单元，无砟轨道道床板混凝土施工时温度温度梯度与结构的初始温度没关系。定义温度梯度为10℃，即单元上部温度加5℃，下部温度减5℃。

3.2 施工经验小结

在冬季施工时，无砟轨道道床板顶部呈现“收缩”的趋势，底部呈现“膨胀”的趋势，最大的拉应力出现在无砟轨道的顶层，当混凝土还未达到初凝强度时，此过程中产生的温度拉应力极易使道床板顶面产生裂缝。为了控制裂缝的出现，需采取冬季施工措施对道床板混凝土采取保温措施。因此，设计了一种在施工过程中可移动的棚架。

4 移动棚架

4.1 移动棚架组成

主体骨架：主体骨架横向每间隔2m 设置直径3cm 的拱形空心钢管，拱脚处为50cm 长的直钢管；纵向拱顶设置1 根同规格直钢管，横向和纵向钢管搭接处采用套管连接，构成骨架。整个棚架用防水布覆盖在表面，雨季防水，冬季保温。为了防止整个棚架被风吹起，在防水布面层在网一层5cm×5cm 的安全绳网，绳子端绑在栏杆或声屏障立柱上。

行走装置：行走装置是由两侧各一个宽度2cm、直径6cm的滚轮和直径4cm 的钢管轴承组成。将轴承固定装置焊接在一个直径为4cm，高度6cm 的套管上，套管套在骨架上，通过插销和骨架固定在一起。

固定装置：固定套管采用直径5cm 的钢管，钢管骨架套在套管内，通过插销固定。套管固定在防护墙2m 一道的1cm 宽的断缝处，防护墙外侧横放两根长20cm 的5cm×5cm 方木，铁丝通过断缝将套管与方木绑扎牢固。

保温防水装置：骨架顶面用防水油布全覆盖，两端封闭，配合1 台50kW 的鼓风机保温。

4.2 工作原理

主体骨架横纵向采用轻质空心钢管，横桥向为拱形，纵桥向直钢管，横向和纵向钢管搭接处采用套管连接，构成骨架的整体稳定。整个骨架分成6m 一段，通过插销固定在防护墙断缝处防止倾斜。骨架与行走装置焊接，行走轮防止在两侧防护墙顶面。整个移动棚用防水布覆盖在表面，雨季防水，冬季保温。为了防止整个移动棚被风吹起，可在防水布面层在铺设一层5cm×5cm 的安全绳网，绳子端绑在栏杆或声屏障立柱上。浇筑混凝土时，需2 个人工配合将6m 一段的棚架一段段推送至已浇筑的混凝土部位。

4.3 使用方法

首先，在工厂将空心钢管骨架和行走装置加工好，用平板车运送至施工现场。后将固定套管摆放在每个防护墙断缝内侧，2 根5cm×5cm 的方木放在内侧，通过铁丝与套管固定牢固。安装完固定套管后，将行走装置的套管套在钢管骨架上，通过插销固定，人工将一段段的钢管骨架抬至防护墙断缝处，将骨架底部插入到固定套管内，用插销固定。依次拼装成一个整体。待整体拼装完成后，将油布完全覆盖在骨架顶面，油布边缘绳子固定在骨架上，开启鼓风机。最后，施工下一段时，将固定套管上的铁丝全部松开，分段通过人工推至下一施工部位，然后用铁丝将方木和套管绑扎牢固。

4.4 移动棚架优点

移动棚架优点包括：（1）安装使用方便，构造轻便，需要的人力少，可循环使用；（2）可在雨天及低温天气浇筑混凝土，有效地保护混凝土面，配合鼓风机可保温，防止混凝土受冻而影响混凝土质量；（3）该工法有效解决了雨天及低温天气不能施工无砟道床混凝土工程，保证了混凝土质量以及工期进度，避免了人员窝工，节约了成本。