武廣鐵路客運專線CRTSⅠ型雙塊式無砟軌道施工工藝及質量控制

劉 彬

(武廣鐵路客運專線有限責任公司，武漢 430060)

1 概況

武廣鐵路客運專線全長1 068.6 km,除武漢綜合試驗段(烏龍泉東—咸寧北區間)和廣州北—廣州南區間采用了部分CRTSⅠ型板式無砟軌道外(共計約60 km),其他地段全部采用了CRTSⅠ型雙塊式無砟軌道結構,共計約1 000 km。其中武漢綜合試驗段雙塊式軌枕類型有Rheda2000型雙塊式和自主再創新型雙塊式2種類型,共計鋪設40.662 km,其中Rheda2000型9.299 km,再創新型31.363 km。

1.1 施工概況

武廣鐵路客運專線CRTSⅠ型雙塊式無砟軌道施工首先是從武漢綜合試驗段開始,自2008年4月至2008年7月,其他區段自2008年6月至2009年5月(大面積施工自2008年10月至2009年4月),歷時約13個月。

通過對武漢綜合試驗段CRTSⅠ型雙塊式無砟軌道施工工藝的研究和總結,取得了一定的經驗,以此指導了全線的無砟軌道施工,有效地控制了無砟軌道施工質量和精度,各階段聯調均順利地達到了目標速度(350 km/h),為全線開通奠定了基礎。

1.2 設計情況

武廣鐵路客運專線CRTSⅠ型雙塊式無砟軌道總體上可分為橋梁、路基和隧道3種結構形式。橋上無砟軌道結構由底座(保護層)、抗剪凸臺(凹槽)、道床板、雙塊式軌枕、扣件系統及60 kg/m鋼軌組成。道床板和底座之間設置中間層,中間層材料為聚丙烯纖維土工布,鋪設在保護層上和抗剪凸臺的上表面,抗剪凸臺(凹槽)四個側面安裝彈性墊板。道床板通過凸臺(凹槽)傳遞軌道縱橫向荷載至底座,底座通過防撞墻底部預置橫向鋼筋或橋面預置豎向鋼筋與橋面相連。路基上雙塊式無砟軌道由混凝土支承層、道床板、雙塊式軌枕、扣件系統及60 kg/m鋼軌組成。隧道內無砟軌道結構與路基上基本相同,其基礎為找平層(C20混凝土),而路基上為支撐層,其他基本一致。如圖1、圖2所示。

圖1 路基上直線段無砟軌道橫斷面(單位：mm)

圖2 橋上直線段無砟軌道橫斷面(底座結構)(單位：mm)

2 施工準備

無砟軌道施工前應按照規范要求做好各項準備工作,重點做好以下幾個方面準備：

(1)沉降評估及梁體徐變 對線下構筑物沉降變形觀測資料進行分析評估,確認滿足規范和設計要求；鋼筋混凝土簡支箱梁、連續梁徐變觀測周期和徐變量均滿足規范和設計要求；

(2)CPⅢ測設及評估 應完成無砟軌道基樁控制網(CPⅢ)的測設,測量精度滿足規范要求,并通過專業機構評估；

(3)技術交底 無砟軌道施工設計圖經建設單位審核,施工單位完成現場核對,由建設單位組織進行了設計技術交底；

(4)工藝試驗 施工單位已完成施工工藝性試驗段施工,試驗成果通過相關部門評估并形成正式評估報告；

(5)人員培訓 施工單位施工管理人員、工程技術人員及操作人員應經過培訓,考試合格后方可上崗,特別是測量人員必須是由經過嚴格專業培訓,確認合格的人員擔任；

(6)工裝設備 工裝設備應齊全,標定合格有效；

(7)路基支承層、橋梁保護層、隧道找平層均已施工完畢,并已通過驗收。

3 物流組織

物流組織方案對無砟軌道施工進度產生重大影響,是無砟軌道施工組織設計的重要組成部分。

(1)在施工區段紅線外側修建貫通施工便道,作為施工運輸組織的主要通道。

(2)根據無砟軌道施組安排、現場實際情況編制詳細的物流組織方案。

(3)無砟軌道施工可按照左右線交替施工的順序組織施工,即可以先施工遠離施工便道的一線,二線可以作為運輸通道；二線施工時,則施工便道可以作為運輸通道。

(4)詳細物流組織方案可以參照《客運專線鐵路無砟軌道物流組織手冊》。

4 主要施工裝備

武廣鐵路客運專線CRTSⅠ型雙塊式無砟軌道施工主要采用了工具軌法,同時采用了機械和簡易2種不同的成套工裝設備。

4.1 機械工裝

成套機械工裝主要有成套引進(德國RAIL ONE公司)和國產研發生產兩種。

成套機械工裝主要專用設備包括：散枕裝置、粗調機組、混凝土澆筑設備、模板安拆機等，見圖3～圖6。散枕裝置主要用于散枕和鋪枕,可以按照設計的位置和間距進行調整,一次可以鋪設5根軌枕。粗調機組主要用于軌排精度初步調整(高程和平面可以控制在3 mm以內),工效約200～400 m/d。混凝土澆筑設備主要用于道床板混凝土澆筑。模板安拆機主要用于道床板模板安裝和拆除。其中散枕裝置、粗調機組也可用于簡易工裝施工。

圖3 散枕機

圖4 粗調設備

圖5 混凝土澆筑機

圖6 模板拆裝設備

4.2 簡易工裝

成套簡易工裝主要專用設備包括：手搖鋼軌千斤頂、路基上地錨螺栓、橋梁上斜撐等。

手搖鋼軌千斤頂主要用于軌排高程調整。地錨螺栓主要用于路基地段軌排橫向調整和固定(圖7)。橋梁上斜撐主要用于橋梁地段軌排橫向調整和固定(圖8)。

圖7 路基上地錨螺栓

圖8 橋梁上斜撐

4.3 通用工裝設備、工具及材料

兩種工裝通用設備及材料主要包括：螺桿調節器、精調小車、模板、工具軌、混凝土運輸車、混凝土泵送設備、鋼筋加工設備等。

螺桿調節器主要用于軌排支撐和工具軌精確調整(圖9)。精調小車主要是對工具軌精度進行測量和調整(圖10)。主要施工設備見表1，兩種工裝對比分析見表2。

圖9 地錨螺栓

圖10 軌道精調小車

表1 主要施工設備(一個作業面)

表2 兩種工裝對比分析

5 道床板施工

5.1 工藝流程

CRTSⅠ型雙塊式無砟軌道施工流程見圖11。

圖11 CRTSⅠ型雙塊式無砟軌道施工流程

5.2 主要施工步驟

5.2.1 軌枕運輸和存放

(1)出廠驗收。驗收項目包括軌枕外觀質量和尺寸檢查。

(2)運輸裝卸。可采用汽車運輸,軌枕垛按5根×6層擺放,層間用10 cm×10 cm方木支撐于承軌槽頂面,并綁扎牢固。采用汽車吊或龍門吊裝卸軌枕。

(3)存放。在指定的地點存放。在軌枕和地面、軌枕和軌枕之間放置墊木,層數不超過4層。

5.2.2 施工放線

(1)清理支撐層或底座表面。

(2)每10 m放線路中線點,據此標出軌枕兩側邊緣線和側向模板安裝位置。

5.2.3 底層鋼筋擺放

按設計圖將鋼筋擺放到支承層或底座上。

5.2.4 軌排組裝

(1)布枕。可采用散枕機或人工布枕,位置和間距偏差滿足規范和設計要求。應對軌枕進行檢查,傷損掉塊、桁架變形的軌枕不得使用。路基地段可以直接在支撐層頂面布枕。橋梁地段設計為凸臺底座時,應在凸臺兩側沿線路方向設置不低于凸臺高度的方墊木,在墊木上布設軌枕；橋梁為凹槽底座時,可以直接在底座上布設軌枕。

(2)安裝工具軌。安裝前應對工具軌進行測量,變形超標的鋼軌不得使用；應對承軌槽和扣件進行清理。扣件扭力矩應達到設計要求,彈條中部前端下頦與軌距塊間隙不大于0.5 mm,鋼軌底部應密貼,不得有雜物和間隙。

(3)檢查軌距。應每根軌枕檢查軌距,全部達到規范標準。

(4)工具軌接頭應采用魚尾板聯結,軌縫宜控制在20～30 mm。

5.2.5 軌道粗調

(1)安裝螺桿調節器鋼軌托盤,每隔3根軌枕安裝1對。

(2)軌道粗調,機械工裝采用粗調機調整,簡易工裝采用鋼軌起道機和全站儀人工調整。高程誤差應控制在-2～-5 mm,中線誤差應控制在±2 mm以內(靠站臺側0～2 mm)。

(3)安裝螺桿調節器螺桿,螺桿與支撐層(底座)頂面接觸部位安裝鐵墊片(50 mm×50 mm×4 mm),墊片中間設防滑凹槽。

(4)安裝軌排橫向支撐。路基地段每隔3根軌枕安裝1個地錨螺栓,橋梁地段每3根軌枕安裝1個斜撐(機械工裝不能安裝,否則影響工裝走行)。

5.2.6 道床板鋼筋綁扎

(1)按照設計要求綁扎鋼筋,鋼筋交叉部位設置絕緣卡,用尼龍自鎖綁扎帶綁扎牢固。

(2)接地鋼筋焊接,單面焊接長度不小于200 mm,雙面焊接長度不小于100 mm。

(3)鋼筋絕緣檢測,鋼筋綁扎和焊接完成后應進行絕緣測試,接地鋼筋以外的任何兩根鋼筋之間的電阻值不小于2 MΩ。

5.2.7 模板安裝

(1)模板內側應平整、光滑,無變形、無雜物。

(2)模板安裝位置正確,滿足規范和設計要求。

(3)模板安裝牢固,底部應密封。

(4)混凝土保護層厚度滿足規范和設計要求。

5.2.8 軌道精調

(1)軌枕編號。精調之前應對軌枕編號,便于測量和調整。

(2)全站儀設站。全站儀采用自由設站法定位,觀測前后4對連續的CPⅢ點,自動平差、計算確定位置。改變測站位置,必須至少交叉觀測后方利用過的4個控制點。為加快進度,每工作面宜配備2臺全站儀。如圖12所示。

圖12 CPⅢ自由設站示意(單位：m)

(3)測量軌道數據。使用全站儀測量軌道精調小車棱鏡,小車自動測量軌距、水平、軌向、軌面高程、中線位置,通過配套軟件自動計算實際測量數據和設計理論數據的偏差值,并迅速顯示到精調小車電腦顯示屏幕,指導軌道調整。

⑷調整高程。旋轉豎向支撐螺桿,調整軌道水平、高程。

⑸調整軌道中線和軌向。采用雙頭調節扳手調整,路基上也可以采用地錨螺栓調整,橋梁上也可以采用斜撐調整。

(6)精調完成后要盡快澆筑混凝土(間隔時間不宜超過2 h),暫不能澆筑混凝土時要加強保護,作業人員不經允許不得上軌排作業,其他人員嚴禁上軌排行走,若軌溫變化幅度超過±15 ℃,或受到外部條件影響,必須重新調整。

(7)軌道精調控制標準：軌距±1 mm,軌向1 mm/30 m弦、10 mm/300 m弦,水平(超高)1 mm,高低1 mm/30 m弦、10 mm/300 m弦,軌面高程±2 mm,軌道中線±2 mm。

5.2.9 道床板混凝土澆筑

(1)混凝土澆筑前應對澆筑面進行清理和灑水濕潤,對模板、支撐系統進行復查,對鋼軌和扣件進行覆蓋。

(2)混凝土運輸到現場后應檢測坍落度、含氣量和入模溫度。坍落度宜控制在100～140 mm,最佳為120 mm；入模溫度應控制在5～30 ℃,最佳為5～15 ℃。

(3)混凝土澆筑時應沿軌枕空格連續澆筑,讓混凝土從軌枕下面漫流至下一個軌枕空格,當兩軌枕之間空格填滿并略高于設計高程時,方可移至下一格澆筑,避免在軌枕下面出現空洞。

(4)人工搗固時,宜采用4根搗固棒(中間2根、兩側各1根)同時搗固,并緊跟混凝土澆筑面,面朝澆筑方向略向后傾斜斜插搗固,利于擠出枕底氣泡。

(5)抹面和清理。抹面分3次進行,第1道是在混凝土澆筑約0.5 h后進行初步抹平；第2道是在混凝土澆筑1 h后進行精細找平；第3道是在混凝土初凝前將表面壓光。按設計設置橫向排水坡,表面平整、光滑,要特別注意鋼軌托盤下方和軌枕塊四周的處理。

在抹面的過程中應及時完成對鋼軌、軌枕和扣件的清理。

5.2.10 松動支撐螺栓和松開鋼軌扣件

混凝土初凝后,將豎向支撐螺拴松動1/4～1/2圈,松開鋼軌扣件和鋼軌接頭魚尾板螺栓。

5.2.11 混凝土養護

覆蓋濕養不少于7 d,夏季應落實防曬、保濕措施,冬季應落實防凍、保溫措施。

5.2.12 復測

混凝土終凝后,應擰緊鋼軌扣件,對軌道進行復測,并與混凝土澆筑前的數據進行對比分析。如果出現較大變化,分析原因,改進施工工藝。

5.2.13 拆卸模板、螺桿調節器和工具軌

混凝土終凝2～4 h后即可拆除螺桿調節器并松動模板,完成軌道復測后即可拆除工具軌,混凝土抗壓強度不小于5 MPa時可以拆除模板。拆除后的模板、螺桿調節器和工具軌應進行徹底清理和保養,運至下一施工段落重復使用。

采用無收縮砂漿封堵螺栓孔。

6 CRTSⅠ型雙塊式無砟軌道施工精度對比分析

在武廣鐵路客運專線雙塊式無砟軌道施工中分別采用了2種不同類型的工裝。

(1)機械工裝,未設軌排橫向支撐；

(2)簡易工裝,設置了軌排橫向支撐。

6.1 精度對比分析(表3～表6)

表3 混凝土澆筑前精調(直線)

表4 混凝土澆筑后復測情況(直線)

表5 混凝土澆筑前精調(曲線)

表6 混凝土澆筑后復測情況(曲線)

6.2 結論

(1)直線地段：未設橫向支撐的軌向變化不大(1 mm合格率下降3.3%,2 mm合格率下降1.5%),基本滿足要求；設置橫向支撐的軌向無變化。

(2)曲線地段：未設橫向支撐的軌向變化較大(1 mm合格率下降12.4%,2 mm合格率下降2.45%)；設置橫向支撐的軌向基本無變化(1 mm合格率下降1.42%,2 mm合格率無變化)。

(3)橫向支撐較好地控制了軌排的橫向位移,在道床板混凝土澆筑過程中對軌向的控制作用明顯,特別是在曲線地段效果更為顯著,應在雙塊式無砟軌道施工中推廣應用。

(4)應對現有施工工藝的支撐體系進行加強和完善,具體措施為：路基地段設置地錨螺栓；橋梁上曲線地段設置斜撐；盡快研究成套機械工裝施工中控制軌向的措施和辦法。

7 影響雙塊式無砟軌道質量的主要因素

7.1 影響無砟軌道施作精度的主要因素

(1)混凝土澆筑之前軌道精度控制不嚴,直接導致長軌鋪設后測量數據合格率不高。

(2)軌排支撐系統沒有足夠的橫向穩定性,導致在混凝土澆筑施工過程中軌道方向發生變化；豎向支撐安裝不規范,導致混凝土澆筑施工過程中軌排發生位移。

(3)混凝土澆筑之后沒有及時復測,有些問題未能盡早發現、分析和處理,導致同樣的問題重復發生。

(4)部分軌枕因變形或制造誤差超標,導致軌距超標,且難以調整,現場未作處理就澆筑混凝土。

(5)工具軌變形,未及時檢測,直接用于施工。

(6)軌排組裝過程中扣件未按設計標準擰緊,鋼軌底部、墊板、軌枕承軌槽頂面之間存在間隙。

7.2 影響無砟軌道道床板混凝土質量的主要因素

(1)原材料質量控制不嚴。

(2)混凝土質量控制不嚴,運輸到施工現場后未經檢測直接用于澆筑施工。

(3)混凝土澆筑工藝不完善或未嚴格按照程序施工。

(4)混凝土澆筑完成后,在軌溫發生較大變化時未及時松開扣件,導致沿軌枕邊緣混凝土開裂。

(5)鋼筋保護層不足。

(6)混凝土澆筑后養護不到位。

(7)道床板頂面坡度、平整度控制不好。

(8)非正常裂紋。

8 體會

8.1 雙塊式無砟軌道施工質量控制核心：精度和壽命(耐久性)

施工精度控制永遠是第一位的,沒有可靠的精度,質量再好的道床板仍然是廢品。

使用壽命是至關重要的,若達不到設計使用年限,修復是非常困難的,后果是致命的。

無砟軌道施工管理就是圍繞“軌道精度”和“使用壽命”兩個主題來開展。

在“軌道精度控制”方面,主要控制好“混凝土澆筑前的軌道精調”、“支撐系統穩定性”和“混凝土澆筑后的復測”3個關鍵環節。

在“軌道使用壽命”方面,主要控制好“混凝土澆筑工藝”、“松開工具軌扣件時間”、“養護”3個關鍵環節。

8.2 加強現場施工管理

以施工作業面為管理單元進行管理,一是配齊施工管理人員、工程技術人員、測量人員以及關鍵工序的操作人員,應相對固定；二是做好人員培訓工作；三是加強過程控制,無砟軌道施工應按照工序要求展開施工,嚴格過程控制,每道工序完成后經過監理驗收方可轉入下道工序。

8.3 建立首段評估制度

施工單位現場施工的第一個作業面或新增加作業面施工的第一段無砟軌道(100～150 m)應通過建設單位組織的評估,方可繼續施工。評估的主要內容：人員配備和培訓情況、沉降評估報告、CPⅢ測設和評估報告、工裝設備、施工工藝和實體質量等。

8.4 及時總結經驗

施工單位應及時做好階段性總結,每施工完成10～20 km宜做一次總結,全面分析現場施工存在的問題和成功的經驗,及時采取措施,完善工藝,加強管理,達到不斷完善不斷提高的目的。

建設管理單位應適時組織施工、設計、監理和咨詢做好各階段的總結工作,根據現場施工總體情況,制定相應的管理措施和辦法,在保證施工質量的前提下,盡可能加快施工進度。

[1] 鐵道部,鐵建設[2007]85號,客運專線無砟軌道鐵路工程施工質量驗收暫行標準[S].

[2] 中鐵十八局，八局，十一局.關于CRTSⅠ型雙塊式無砟軌道施工總結[R].武漢：2008.

[3] 中國鐵建股份有限公司.CRTSⅠ型雙塊式無砟軌道施工工藝細則(報批稿)[S],2008.