高速鐵路橋上CRTSII板式無碴軌道施工技術研究

劉 翔,熊健民,李恒太,余天慶

(1湖北工業大學土木與建工程學院,湖北 武漢 430068;2中鐵十二局集團有限公司,陜西 西安 710021)

1 工程概況

京滬高速鐵路自2008年4月開工,從北京南站出發終止于上海虹橋站,總長度1318公里.全線縱貫三市和四省,是我國目前最長的客運專線之一.橋梁長度約1140 km,占正線長度86.5%.全線鋪設無碴正線約1268公里,占線路長度的96.2%.無碴軌道是用整體混凝土結構代替傳統有碴軌道中的軌枕和散粒體碎石道床的軌道結構,是高速鐵路軌道結構的發展趨勢.2004年底鐵道部在引進國外四種無碴軌道技術(德國的 Rheda-2000、Zubin、博格板式和日本的板式)

京滬高鐵采用CRTSII型板式無碴軌道[1],這種軌道結構源于德國的博格板式軌道.橋上無碴軌道結構由五個部分組成,分別為:兩布一膜滑動層、鋼筋混凝土底座板、水泥乳化瀝青砂漿支承層、軌道板、側向擋塊.其具體組成如圖1.

圖12

2 橋上無碴軌道施工技術指標

高標準設計、高標準施工和高質量的維修管理是高速鐵路的重要技術特點,高標準施工是其中的關鍵環節.為了確保高速鐵路安全、平穩、舒適的運行,必須對施工過程嚴格控制,滿足無碴軌道施工的各項指標.高速鐵路對軌道的基本要求:

1)高平順性 高平順性是高速鐵路對軌道的基本要求,也是高速鐵路建設中的控制性條件.根據經驗可知,大多數軌道病害根源都是軌道初始不平順性的發生加重,若不進行嚴格的控制,將造成運營過程中無數的隱患.我國《京滬高速鐵路設計暫行規定》對無碴軌道平順度鋪設精度標準做了規定(表1).

表1 我國高速鐵路無碴軌道平順度鋪設精度標準

2)高可靠性 高可靠性主要是指保持軌道結構平順性、維修線路正常運營的能力.高速鐵路在列車高頻的沖擊和振動下,會造成扣件松動、軌道磨損等病害,進而破壞軌道的不平順性,影響鐵路的營運.

3)高穩定性 高穩定性是指軌道板抵抗失穩的能力.高速鐵路建設大量采用超長無縫鋼軌,在高頻沖擊和振動作用下,荷載、結構、受力、變形更為復雜,因此,高速鐵路軌道高穩定性也是高速鐵路建設的重要指標[2].

4)高耐久性 高耐久性是指軌道材料壽命長和軌道維修周期長.維修量小時無碴軌道的優點之一,但是無碴軌道的維修難度大、費用高,保證無碴軌道高耐久性才能從經濟性發揮無碴軌道己的優勢.

為了滿足高速鐵路對軌道的基本要求,結合CRTSⅡ型板式無碴軌道自身的特點,經過工程技術人員的研究創新,總結出了一整套適合我國國情的無碴軌道鋪設技術.京滬高鐵CRTSII型板式無碴軌道施工工藝流程如圖2.

圖2 無碴軌道施工工藝圖

3 無碴軌道施工關鍵技術

3.1 橋面防水

國內外大量的研究成果表明,鋼筋混凝土橋梁的混凝土脫落和鋼筋的銹蝕的重要原因是水的滲入,因此防水工程是高速鐵路建設的重點控制對象,京滬高速鐵路橋面防水全線采用噴涂聚脲防水材料,這是全球單項工程中施工面積最大、材料使用量最大的一項防水工程.同時,由于京滬高速鐵路地區分布跨度大、氣候環境差異很大、工程量巨大、施工期緊等特點,使橋面防水工程在技術管理和施工技術上存在較大難度.防水工程在整個高速鐵路的施工建設中應引起足夠重視.

京滬高速鐵路橋梁混凝土橋面防水層施工主要分為橋面處理、底涂處理、噴涂聚脲防水涂料、脂肪族聚氨酯面層鋪設、聚脲搭接等.高速鐵路橋梁防水技術要求為:1)橋面連續密閉的防水滿足使用功能要求;2)滿足耐久性要求;3)滿足梁體靜、動荷載下的變形要求;4)滿足長期荷載下的疲勞性能要求;5)有良好的施工性(環境溫度、與混凝粘接、施工的便利);6)可在野外大規模的快速施工并能保證質量(參見鐵建設[2004]157號文).

3.1.1 橋面處理 防水層施工前應按相關規定對橋面進行驗收,如果達不到要求就必須對橋面進行處理后再進行防水施工.橋面處理一般有三種常用的處理方法:基層缺陷修補、拋丸、打磨.本文重點介紹拋丸的處理方法.

拋丸是用拋丸機對橋面面部進行處理的工藝,通過電動機帶動的葉輪靠離心力把丸料(鋼丸或鋼砂)以很高的速度拋射到工作表面上,讓丸料沖擊工作表面,達到處理工作表面上的雜質、附著物以及其他需要清理的物質效果.打擊過表面的鋼丸在配套吸塵設備產生的負壓和本身撞擊的反彈作用下,鋼丸和雜質一起回到機器自身的分離系統,并將雜質和可以回收使用鋼丸自動分離并分別回收.

拋丸施工具體步驟:

1)基層檢查:清理大的表面遺留物,如螺栓、石塊等.

本文選取1990—2014年亞太地區18個主要國家(澳大利亞、文萊、加拿大、智利、中國、印度尼西亞、日本、韓國、馬來西亞、墨西哥、新西蘭、秘魯、菲律賓、俄羅斯、新加坡、泰國、美國和越南)的面板數據進行回歸分析。在研究RTA條款質量時，主要整理分析了截止到2014年底亞太地區內部46個已經生效實施的RTA協議條款原文。

2)試拋,以確認以下拋丸工藝數據.如:最佳丸料規格;丸料流量即最佳電機負載;拋丸設備行走速度.

3)以上工藝參數設定后,對拋丸吸塵器收集的雜質和灰塵集中處理.清理完成后注意保潔.

3.1.2 底涂處理 底涂噴涂前用用含水率測試儀測試基層含水率以確定底涂類型,含水率大于7%則按潮濕基層條件施工.底涂是用來粘結混凝土基層與聚脲涂層的,應有良好的滲透力和粘結作用.施工過程中要求涂抹均勻、無漏涂無堆積現象,施工完畢進行目測檢查,驗收合格以后,才能進行噴涂施工.

3.1.3 噴涂 噴涂是在基層溫度高于露點溫度3℃并且環境溫度在10～35℃之間時進行的,最低要分2次噴涂.第一道宜薄噴,可充分暴露缺陷及孔洞,使用專用慢反應聚脲進行修補及堵孔,在確認無任何問題時方可進行下道噴涂.設定好噴涂車的行進速度和噴槍的運行速度,使噴涂聚脲達到設計的厚度,調試好噴涂設備后進行大面積的噴涂.

3.1.4 脂肪族聚氨酯面層鋪設、聚脲搭接 為了保證面層和聚脲防水層之間具有良好的粘結.脂肪族聚氨酯面層宜在聚脲防水層施工完畢后6 h內完成,施工前,應對相應區域表面進行清潔處理,保證聚脲防水層表面干燥、無灰塵、油污和其他污染物.脂肪族聚氨酯面層施工工藝一般為輥涂或噴涂,邊角溝槽輔以刷涂施工.

在橋面混凝土噴涂聚脲防水材料時應連續施工,在梁端處應施作收邊處理,使用角磨機將聚脲噴涂層邊緣修平.從而防止卷邊現象發生.

3.2 底座板施工

底座板施工的關鍵是控制好底座板表明的平整度和高程,高程允許偏差為±5 mm,底座板施工分為施工單元劃分、鋼筋網加工、底座板模板安裝、底座板混凝土澆筑、底座板張拉等5個步驟[3].

圖3 一個施工單元具體劃分

底座板的混凝土澆筑帶采用分段式澆筑,在兩個混凝土澆筑段之間有后澆混凝土間縫,稱此間縫為后澆帶.后澆帶分為兩種,鋼板連接器后澆帶(HJD1)和剪力齒槽后澆帶(HJD2).

鋼板連接器后澆帶(HJD1)在混凝土澆筑完成后進行,寬度為50 cm,在跨中或需要處設置,分布在:常規區,臨時端刺區(J1,J2,J3,J4),常規區與臨時端刺交界處(K0或K1).

另外一種后澆帶為剪力齒槽后澆帶(HJD2),寬度為66 cm.也是在混凝土澆筑完成后進行的.一般分布在:臨時端刺區,梁端剪力齒槽處.

施工單元劃分完成后,在橋梁顯著位置進行標注,方便后續鋼筋張拉作業時識別,注意鋼板連接器中錨固螺母和鎖緊螺母的位置,以保證張拉作業的正確施工.

3.2.2 底座板張拉 底座板張拉連接的本質是對底座板結構的“鎖定”.底座板張拉前先使用測溫儀連接預先在底座板中設置的溫差電耦進行板芯溫度測量.然后測量張拉連接器作業長度,鑿毛并清理后澆帶,做好張拉前的準備工作.

張拉采用應力應變雙控制的方法,當在規定的張拉應力下不能得到相應的拉伸時,應更換位置或重復張拉,以獲得規定的拉伸.張拉作業中使用的張拉方式:1)用450N.m的力扭矩扳手擰緊;2)用計算所得張拉量扭矩扳手擰緊;3)用開口扳手擰緊;4)直接用手擰緊.底座板張拉的前提條件是:1)張拉連接段落中的所有混凝土澆筑段完成;2)軌道基準點放樣結束;3)張拉連接前,臨時端刺區域內澆筑段落要進行長度和溫度的測量并記錄備用;4)臨時端刺區域內要安裝臨時側向擋塊;5)底座板張拉在施工單元內所有混凝土澆筑段完成;6)清潔精軋螺紋鋼筋,錨固螺母涂上油脂;清潔后澆帶浮渣,準備足夠的張拉工具.

3.3 軌道板施工

3.3.1 軌道板粗鋪 軌道板鋪設前必須對軌道板、灌漿孔進行清洗.在板底兩側特定位置粘貼非吸水性發泡材料,底座板上安裝木質墊塊.軌道板上橋采用門架式起重機吊裝上橋,軌道板上橋由測量人員對側向模板進行精確地測量定位,軌道板水平位置就可以通過固定在側模板上的標尺進行初步鋪設.粗定位的軌道板平面誤差控制在10 mm以內.

3.3.2 軌道板精調 軌道板大致就位以后,安裝軌道板精調設備,同時對全站儀進行溫度、氣壓及誤差校準.定期對標架進行檢修校準.軌道板精調步驟為:1)利用平差計算后的軌道基準點數據,用施工布板軟件計算出每塊板支點空間坐標;2)把軟件計算出的坐標輸入到現場調板用精調測量系統中,進行理論坐標與實際坐標的對比分析,得出軌道板調整量;3)通過人工調整軌道板精調裝置調整軌道板到準確的空間位置.精調軌道板相對精度控制在0.3 mm以內.精調結束后做好防護措施,避免對軌道板的擾動(參見鐵建設[2007]85號文).

3.3.3 封邊及灌漿 軌道板精調定位壓緊固定后安裝扣壓裝置,扣壓裝置分板中型和板側型.清理干凈板底雜物,然后進行封邊作業,封邊前要進行潤濕處理,側向封邊采用普通水泥砂漿或速凝砂漿,相鄰軌道板之間橫縫封邊采用特定砂漿,封邊高度至少高出板底2 cm,要采取特定措施防止砂漿侵入板底,砂漿初凝前在板側四角及板中位置留出排氣孔.

瀝青水泥砂漿攪拌采用移動式瀝青水泥砂漿攪拌設備及砂漿車,砂漿攪拌嚴格按照要求成品符合規范,灌注前對砂漿進行現場實驗,符合要求后方可灌注.成品料的上橋采用隨車吊配合中間罐,中間罐自帶動力攪拌,保障成品料狀態.成品料從攪拌完成到灌注入板在30 min內完成.灌漿作業時,要對軌道板進行覆蓋防止污染.當四周排氣孔有連續勻質砂漿流出封堵排氣孔.當灌漿孔液面高度到達一定高度不再下降時,停止灌漿,人工舀出多余砂漿,清理灌漿孔,在砂漿初凝前植入連接鋼筋.

4 結束語

無碴軌道具有軌道穩定性好、能長時保持幾何形位能、耐久性好、剛度均勻性好、二期荷載低等特點,在高速鐵路建設中得到迅速發展,我國的高速鐵路也大力推廣無碴軌道.橋上板式無碴軌道施工技術,其施工工藝科學合理,施工過程簡單實用,保證了施工高精度,運行高舒適性的要求.對當前我國大力發展的高速鐵路無碴軌道施工具有很強的指導作用和重要意義.

[1]李向國.高速鐵路技術[M].北京:中國鐵道出版社,2008.

[2]張曙光.京滬高速鐵路系統優化研究[M].北京:中國鐵道出版社,2009.

[4]秦瑞謙,陳波.樁板路基結構及雙塊式無碴軌道施工技術[J].鐵道建筑,2007(2)92-95.