CRTS-Ⅰ型双块式无砟轨道施工技术

2024-01-05王建文

山西建筑 2024年2期

关键词：粗调轨排精调

王建文

(中铁十四局集团第二工程有限公司,山东泰安 271000)

0 引言

当前,我国高速铁路规模已位居世界第一,无砟轨道已成为高铁轨道施工的主流形式。我国的无砟轨道以CRTS型为主,分别有CRTS板式、CRTSⅠ型双块式、CRTSⅡ型双块式、CRTSⅢ型双块式几种型号。无砟轨道有以下特点:

1)与传统有砟轨道结构相比,轨道稳定性好,线路养护维修工作量显著减少,对列车运营干扰少,线路利用率高。

2)轨道几何形位能持久保持,平顺性及刚度均匀性好,耐久性好,服务期长,提高了列车运行的安全性。

3)相比有砟轨道,避免了列车高速运行时道砟粉化与飞溅。

4)无砟轨道自重轻,可减轻桥梁二期恒载,结构高度低,可减少隧道开挖断面。

5)无砟轨道必须建于坚实、稳定、不易变形基础上,先期投入较大,另外,一旦下部基础残余变形超出扣件调整范围或导致轨道结构残损,对其修复和整治比较困难[1-2]。

1 工程案例

京张铁路一标线正线形式为CRTS-Ⅰ型双块式双向无砟轨道,长度约670 km。其中明斜及挖斜式隧道工段长度及U字型渡槽工程段落总长度合计205 km,盾构隧道工段长度共400 km。

管段隧道系统内设计的轨道结构设计主要包括分向盾构隧道、U型槽结构设计。每块U型槽长19.5 m,在结构变形缝道床板段间均需断开,使盾构道床伸缩缝与结构变形缝对齐;然后在盾构隧道内的各段落地面全部采用预应力混凝土连续灌注法分层浇筑,伸缩缝每间隔100 m应设置一处。明洞范围内,道床板伸缩和主体结构伸缩缝设置在同一里程处。伸缩缝钢轨的宽度一般小于20 mm,缝材内面用泡沫板等进行填充,顶面钢轨和两侧用正线钢轨均须采用抗拉强度600 MPa、非淬火无油锈U71Mn型钢材,钢轨高度大于176 mm,标准轨距1 435 mm。扣件规格均统一采用WJ-8B型。

轨枕为SK-2型双块式沥青混凝土轨枕,间距600 mm,深度不小于600 mm,厚度不大于650 mm。盾构隧道和明挖隧道内典型横断面图如图1,图2所示。

2 主要施工准备

无砟轨道桥梁施工作业前应注意按照安全规范要求,严格做好各项应急准备保障工作,重点需做好以下几个方面准备。

2.1 铺设条件评估

对线下构筑物沉降、变形进行分析评估,路基、桥隧工完成后的沉降量应当满足设计规范标准和施工设计条件要求,并通过国家专业机构验收评估认可之后方可进行地下无砟轨道开挖[3]。

2.2 CPⅢ控制网测设

1)依据设计提供的CPⅠ和CPⅡ控制网,进行CPⅢ控制网的测设和平差,合格后形成CPⅢ网控制成果,用于轨道控制测量。

2)与CPⅢ标志点成垂直方向进行布设,测点一般离地面50 m～70 m,间距不应大于80 m。点位可选在轨道接触网杆面或在其基础、隧道边及护边墙面上等的水平位置上。CPⅢ标志点表面与被布设的轨道高度面之间一般应等高,应尽量设在离所设计的轨道面0.3 m高度以上。CPⅢ的标志点采用后端预埋固定方式。在隧道内,布置在电缆槽顶面,相邻两端CPⅢ点成对布设,相距50 m,如图3所示。

2.3 资源配置

现场主要管理人员、技术人员必须事先经过上岗技能培训,考核合格方可上岗;工装设备应做到型号规格齐全、验收合格。

3 道床板施工

3.1 双块式无砟轨道施工流程

CRTS-Ⅰ型双块式无砟轨道施工流程见图4。

3.2 主要施工步骤

3.2.1 轨排运输与存放

1)运输装卸。枕垛使用轻型专用汽车运输,吊装采用专用轻型吊具,严禁碰撞轨枕使之出现扭曲、变形。轨枕层垫木用12 cm×12 cm方木支撑,各层垫木上下对齐。

2)质量验收。枕垛运输车辆到达现场,在该枕垛下卸车位进场检验,检验项目包括:表面材料的正常损坏或者修补完好情况、混凝土表面裂缝、钢筋变形、钢筋断面的正常突出情况和钢筋长度。单个轨枕外观质量检查项目不合格或有明显破损,在其端部处用亮黄漆面予以标注[4-5]。

3.2.2 测量放线

1)测设线路中线、轨枕控制线和立模边线,复测底座顶面高程。

2)在直线地段每2块～3块道床板测设线路中线控制点,并以此为参照,放出轨枕两侧的边缘控制点;曲线地段每一块轨枕板测设中线控制点和轨枕两侧的边缘控制点,用墨斗弹线。

3.2.3 底层钢筋摆放

按设计图将钢筋摆放到支承层或底座上。

3.2.4 轨排模板组装施工

直线及曲线半径大于800 m地段采用轨排框架法施工。轨排框架包括集轨道、支撑架、通用托梁、高低调整支腿、纵横向模板。排架有7.1 m,6.5 m,6.3 m共3种类型;模板长2.2 m,高度有0.3 m,0.07 m,0.15 m共3种型号。

曲线半径小于1 000 m地段,由于轨排框架之间连接刚度较大,模板单元之间无法形成过渡,采用工具轨法。工具轨法主要由螺杆调节器、工具轨、轨距撑杆、斜支撑组成。工具轨法基本步骤同轨排框架法,区别在于轨排粗调时工具轨法是在轨排两侧均匀布置4对起道机,将轨排一次顶起,利用方尺、垂球、轨距尺对轨排进行粗调。先调中线,后调高程,经过3遍调整,轨排方向和标高基本处于正确位置,粗调完成后使轨排几何位置偏差在5 mm之内。轨排粗调后安装调节器螺杆,根据不同超高选择螺杆调节器托盘,旋入螺杆,安装波纹管。拧紧全部螺杆后拆除起道机。

1)吊装。每次起吊5根轨枕以内,将待用轨枕利用专用吊具吊放在轨排组装平台上,每个轨排8根～10根轨枕。

2)匀枕。根据组装平台上弹出的轨枕块定位线匀枕。

3)调整轨枕块位置,弹出螺栓孔布线,偏差小于1 mm。

4)吊装轨道排架。人工配合吊车将轨排扣件螺栓孔与轨枕上螺栓孔位置对齐,将排架放置于轨枕上。根据轨排结构高度,用钢尺粗略确定框架支腿大致高度,同时将横向调节装置调至中位,保证精调时框架的左右调整量。

5)上紧扣件。扣件安装前清理螺栓孔,在螺纹上涂抹专用油脂;将螺栓旋入螺栓孔内,试拧螺栓应无卡住现象,否则重新对准、旋入;使用专用扳手按照160 N·m扭矩上紧螺栓,轨枕与钢垫板、钢垫板与橡胶垫板之间必须密贴,弹条前端三点要与轨距块密贴。轨排模板组装施工图见图5。

3.2.5 轨排粗调

1)大型龙门吊车直接从组装好的轨道平台框架轨上运行,参照轨排框架轨道上已经固定的框架轨道中心基准器位置,进行轨排架中线点坐标精确定位修正及误差调整,轨道误差-10 mm～0 mm、中线误差±10 mm。

2)轨道排布及粗调。遵循先中线后高程原则,高程粗调由全站仪交汇测定内轨排的轨道顶面直径与地面标高,轨道超高由测道尺确定,中线粗调利用轨道中心基准器配合锤球仪准确定位。调节轨排用4 t～6 t千斤顶,粗调完成后轨道高程误差在-5 mm～0 mm、中线±5 mm。轨道粗调后,相邻轨道两排轨道架块间用夹板接头重新联结,每两排轨道接头需先安装固定好4套轨道固定螺栓,轨缝长度可再留6 mm～10 mm。

3.2.6 侧向模板安装

1)安装纵向模板。道床板纵向模板底座可以通过紧靠模板底座的侧面安装,通过模板底座侧面上的螺杆系统进行模板高度调整。为有效避免砂浆外侧漏,浆模板缝段内及浆模板缝段与混凝土底座侧面之间的接触点位置采用双面胶条进行封堵[6]。依次循环,安装完段缝段内剩余的混凝土所有浆模板。

2)安装横向模板。安装纵向模板前将模板放入底座板伸缩缝处,横向模板由大模板拼装组成。

3.2.7 上层钢筋安装

1)轨排粗调后铺设上层钢筋,钢筋加工和安装要求同底层钢筋。

2)为避免道床板水化热及环境温差引起的道床板裂纹,上层钢筋绑扎时需要在SK-Ⅱ轨枕两侧绑扎八字形抗裂绝缘钢筋。

3)综合接地钢筋接头及接地端子须按图纸选取,符合设计要求才能进行焊接检验,接地钢筋之间的电气连接部分宜采用金属绝缘胶卡固和绝缘塑料带丝固定。上层钢筋安装绝缘卡设置图见图6。

3.2.8 轨排精调

轨排精调仪采用精调小车,将轨排高程、中线坐标和偏位线坐标等相关测量数据实时显示在每台专用电脑显示屏上,小车在使用前输入相关线路参数、CPⅢ等信息,反复测调,使轨道排布和线形满足设计要求。应注意以下几点:

1)必须进行轨枕编号,每次进行调试安装前就必须首先对各个轨枕进行排分组,对各轨枕进行编号。

2)利用全站仪自动观测设站。通过自动旋转观测目标附近的6个CPⅢ棱镜组件,自动平差,确定观测目标位置。当误差显著超标时,应立即重测。改变交叉设测站位置,必须利用调整过的前方4个高程控制点。

3)测量卫星的轨道数据。精调轨道小车自动停放在所需进行精确调整的轨道上的轨排上,全站仪会自动测量轨道上精调的轨道小车顶端棱镜,采集轨道上每根轨枕处轨道数据。

4)数据处理。接收车辆轨道跟踪观测任务所得数据信息汇总后,通过测控系统或配套专用数据处理平台软件,自动计算出轨道平面位置、水平、超高、轨距误差值等数据,将各种误差迅速自动反馈到小车驾驶舱内的专用车载平板电脑屏幕面板上,指导车辆轨道参数正确调整。

5)调整中线、高程。精调过程中,将待调整的小车螺杆置于与调整框架中心线对应的水平位置。先在调整框中心偏差较大处,相邻方向人员应对同一小车螺杆方向同时调整。曲线段调整方向时必须注意在垂直向和水平向之间同时调整。一次作业只能手动调整一组,调整轨道高程用普通六角螺帽扳手,旋转两个轨道竖向螺杆。调整螺柱时要交替进行,旋转120°轨道高程变化约1 mm,旋转到位后检查螺柱周围是否已受力,如未清晰看到受力点时需重新调整旋转附近位置上的螺柱。对特定排架而言,精调顺序一般为:1→4→5→8→2→3→6→7→1→2→3→4→5→6→7→8(见图7)。调整完成后,再逐根轨枕行走采集一次数据,数据合格后完成精调,否则重新精调。考虑混凝土浇筑后轨排上浮,精调后顶面标高按低于设计顶面0.5 mm控制。

6)衔接调整。下一站钢轨的衔接调整在作业验收合格放行后,需先重叠衔接上一站已经衔接调整过的钢轨上的10根以上的轨枕,两设测站点的测量小车精度与其同一个设测点站之间产生的最大绝对垂直位置偏差,中线位置不大于0.4 mm、高程误差不大于1.5 mm。定期对各CPⅢ控制点数据进行复测,确保整体精度达标。过渡段宜从顺接段后的第一个轨排架开始,每枕数据精度递减幅值宜小于0.15 mm,直至绝对偏差降为零值。

7)精调数据的有效性。轨道精调工程完成验收后,尽早浇筑混凝土。浇筑前,如果混凝土轨道放置时间长超过6 h,或周围环境温度突变超过15 ℃,必须马上重新取样检查或重新调整。

3.2.9 道床板浇筑

1)轨道板混凝土基础浇筑前,做好现场施工设备材料准备,使混凝土找平层面上保持湿润。用金属防护网布覆盖轨枕,避免污染轨枕框架结构及其他金属扣件。同时检查模板各承重部分的支撑板和连接螺杆等是否有悬空变形。检查接地螺栓端子等是否也已分别与同侧的换变向位器模板等进行慎密拼贴[7]。

2)混凝土浇筑和施工时间宜安排在相对湿度变化最小时段,轨温升幅10 ℃以内时临时遮盖钢筋混凝土轨,同时采用织物帘幕覆盖钢轨。浇筑过程中,按规程要求对混凝土坍落度、含气量等指标进行抽检,按规范要求妥善存放留置的试件,并逐项做好现场检查中相关数据记录。

3)振捣时振捣棒位置应靠近轨枕边缘,当混凝土高度达到了设计标高时,严禁连续长时间振捣。

4)在道床板浇筑前,注意预埋RFID芯片,和道床板上层钢筋绑扎固定在一起,纵向间隔10个轨枕间距布置RFID芯片。芯片安装完成后,混凝土浇筑、养护、拆模、出库、运输及操作程序文件中涉及的相关信息也会全部被自动录入至系统平台,规避了人为操控可能性。对RFID标志上方相应的位置拍照后,手机上显示轨道板模具的所有身份信息,包括模具编号、验收签字单位、浇筑时间、蒸养情况等重要内容。

5)轨道板“电子档案”功能,不仅为企业生产单位提供诸如生产过程计划及管理、生产主要工序管理、安全生产质量记录管理、检验报告记录、技术措施证明、施工图纸资料、出入库凭证、产品信息采集、生产现场情况信息统计等全要素信息化,为各建设经营单位企业提供了生产现场综合信息和生产使用情况方面的有关信息方便查询,还可为后期检测维修提供便利条件。

6)浇筑过程中,初凝时间根据钢球压痕试验确定,使用质量2 kg、直径大于70 mm的钢球轻轻放在浇筑混凝土表面,静置3 min,将铁球慢慢提起,表面压痕直径小于25 mm表示混凝土体已开始初凝。及时扳松钢筋混凝土螺杆调节器件和钢轨扣件,释放钢轨温度发生急剧变化引起的应力。将螺杆调节器转90°,扣件螺母彻底拧松,使螺母始终处于不受外界温度高低约束的闭合状态,并迅速松开固定在鱼尾板面上的螺栓[8]。

3.2.10 道床板养护

1)养护工作对混凝土的质量至关重要,由专人负责落实实施。在混凝土浇筑养护工作初步完成阶段后,即应开始尽快着手搭盖或设混凝土养护专用帐篷系统来进行混凝土洒水养护,混凝土表面混凝土初成絮凝料养护好后即开始施工,可以考虑用喷雾器来进行混凝土喷水养护,养护完约3 d时间结束后,混凝土表面就可以再覆盖一层石棉土工模板进行混凝土洒水养护。养护及管理养护时间一般每年有不少次,平均每7 d养护一次。确保混凝土表面不得有大于0.2 mm非受力裂缝。

2)在冬季或当现场周围空气环境温度长期累计低于-5 ℃时,禁止用户对现场沥青混凝土表面进行任何人工洒水喷雾等养护。气温如果始终在低于0 ℃以下连续运行一周时,混凝土或刚需浇筑或成型浇筑后混凝土仍可存在低温冻结凝固等老化现象,则这就提示应特别注意在及时拆除打开或覆盖了防油布网等防寒加固材料的并设有特制隔热保温系统的沥青混凝土养护棚后,采用热风炮机定期进行捣鼓射出高温热风,使该养护棚房内的空气温度一般均不至可能低于-5 ℃。

3.2.11 轨道逐枕复测

1)轨道动态逐枕复测是在长钢轨开始铺设前,利用高精度轨道静态检测和机器人小车,对铺设轨道曲线进行全面、准确静态调整,将轨道几何尺寸动态调整到允许精度之内,对铺设轨道线型尺寸进行静态优化与调整,合理有效控制其轨距、水平、轨向、高低度等尺寸变化率,使铺轨道静态精度满足重载高速铁道行车控制条件。

2)采用轨检测量小车对静态轨道参数进行逐根轨枕的高精度连续跟踪测量(见图8)。测量前将CP Ⅲ控制点坐标表及线形参数导入轨检小车,保证采用0级测道尺对轨检仪小车精度进行高精度现场测量标定。

3)区间轨道测量工作应一次连续,每区间轨道测量行车距离不超过70 m。转站轨道测量作业时,两次相邻轨道测量区域必须交叠至少10根轨枕。相邻站轨道的精调和测量作业的轨道区间一般重叠一站。