城際鐵路無砟軌道工具軌法與軌排框架法施工對比分析

賀文波

摘要：無砟軌道是高速鐵路行車舒適性、安全性和穩(wěn)定性的重要保障，具有速度快、行車舒適、運營維護(hù)工作量小等優(yōu)點。為更好的學(xué)習(xí)和應(yīng)用無砟軌道施工技術(shù)，需要進(jìn)一步對無砟軌道施工進(jìn)行分析。結(jié)合莞惠城際鐵路無砟軌道施m情況，根據(jù)雙塊式無砟軌道施工的精度和施工效率及前期投入，分別對工具軌法和軌排框架法進(jìn)行對比研究。

關(guān)鍵詞：無砟軌道 工具軌法 軌排法 施工對比分析

一、工程概況

目前，隨著科學(xué)技術(shù)的日新月異和飛速發(fā)展，無砟道床在高速鐵路客運專線、城際軌道中得到廣泛應(yīng)用。

穗莞深城際鐵路從廣深線新塘接軌，終點為深圳機(jī)場站。全線共設(shè)15個車站，平均站間距5.44km。軌道結(jié)構(gòu)形式全部為I型雙塊式無砟軌道。雙塊式無砟主要施工方法有軌排框架法和工具軌法。

二、軌排框架法施工工藝

（一）軌排框架法施工的主要施工設(shè)備

軌排框架法施工的主要設(shè)備有：移動龍門吊、起道機(jī)、組裝平臺、軌排吊具、軌排框架、定制鋼模板等。選擇的設(shè)備精度和功能要滿足過程控制精度要求。

1.組裝平臺：用于擺布軌枕和組裝軌排。

2.軌排吊具：用于吊裝軌排的定制吊具，能保證軌排幾何結(jié)構(gòu)不變形及使軌排靈活就位。軌枕裝卸的專用吊具要有避免軌枕變形的功能，一次可吊起5根軌枕。

3.軌排框架的組成主要有：工具軌（60Kg/m新鋼軌）、橫縱向托梁、雙塊式軌枕定位標(biāo)、中心線標(biāo)、螺桿支撐和軌向鎖定器、魚尾板、調(diào)整夾板、楔形夾板等。螺桿支撐作用是軌排框架的水平、高低的調(diào)整；軌向鎖定器用于進(jìn)行軌排框架的橫向調(diào)整和固定。莞惠8標(biāo)采用的是7.05米標(biāo)準(zhǔn)軌節(jié)和一部分異型軌節(jié)，異形軌排主要用于現(xiàn)澆連續(xù)梁的調(diào)節(jié)使用。

4.移動龍門吊：行走機(jī)構(gòu)四驅(qū)并帶有制動技術(shù)實現(xiàn)快速行走及剎車、可以準(zhǔn)確定位和安裝軌排架。

（二）工藝流程

無砟軌道軌排框架法施工工藝流程圖。

（三）施工現(xiàn)場準(zhǔn)備

底座施工完成后，清理一切影響無砟軌道施工的雜物，施工材料進(jìn)場充足，碼放整齊。施工機(jī)具設(shè)備正常運轉(zhuǎn)、檢查合格。

（四）隔離層及凹槽內(nèi)彈性墊板安裝

橋梁底座混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計75%后，鋪設(shè)土工布，土工布鋪設(shè)不允許搭接，只可以對接。凹槽彈性墊板安裝密貼無鼓包。

（五）組裝和運輸

每個工作面設(shè)2個移動組裝平臺和多個軌枕存放場，將軌枕吊裝至分枕平臺，嚴(yán)格按照設(shè)計尺寸分枕、安裝扣件。利用走行龍門吊將軌排移動至分枕平臺并準(zhǔn)確定位。利用扣件將軌枕和軌排扣緊形成可以用來鋪設(shè)的成品軌排。

（六）安裝底層鋼筋

根據(jù)測量放線中點，在底座板頂面采用鋼卷尺定位底層鋼筋位置，油性筆標(biāo)記；按錯位方法布置混凝土墊塊；擺放縱、橫向鋼筋。安裝絕緣卡并固定牢靠。

（七）軌排框架就位

采用龍門吊將組裝平臺上合格的成品軌排移動到設(shè)計位置，按照測量的軌道中心點位和邊墻測設(shè)標(biāo)高控制，龍門吊慢速移動，軌排擺放至道床底座板時，偏差控制在高程-15～5mm、中線±8mm。

（八）粗調(diào)

扳手調(diào)節(jié)軌排框架的螺桿支撐進(jìn)行粗調(diào)工作；粗調(diào)完成后，相鄰兩組軌排間用魚尾板連接。粗調(diào)時先調(diào)整中線后調(diào)整高程，循環(huán)進(jìn)行直至滿組要求。粗調(diào)完成后，軌道偏差控制在中線±3mm，高程-3～0mm。

（九）安裝上層鋼筋及電阻測試

1.軌排框架粗調(diào)完成后，安裝道床板架立鋼筋、上層縱橫向、及接地鋼筋。

2.按照設(shè)計位置焊接接地端子。

3.鋼筋絕緣測試。首先目測絕緣卡安裝是否到位，有無脫落現(xiàn)象；檢查每處鋼筋的搭接長度和絕緣卡固定情況，滿足要求后使用兆歐表測量每兩根鋼筋的絕緣電阻值，相互絕緣的鋼筋之間電阻值必須大于2MΩ。

（十）模板安裝

在軌道粗調(diào)完成后、安裝橫向板縫模板，再安裝側(cè)向模板，調(diào)整好模板后通過撐拉桿與膨脹螺栓固定牢靠。

（十一）精調(diào)

采用全自動全站儀、專業(yè)軌道精調(diào)檢測小車，全站儀根據(jù)4對CPIII點精確設(shè)站，精調(diào)小車測量模軌排框架的三對支撐點位置，根據(jù)實時測量的軌道偏差，現(xiàn)場根據(jù)測量結(jié)果調(diào)整螺桿支撐直至合格。精調(diào)后軌排框架誤差控制在中線±0.5mm，水平0.5mm，高程-0.5～0mm。

混凝土澆注及養(yǎng)護(hù)，軌排及模板拆除轉(zhuǎn)運到下一個循環(huán)階段施工。

三、工具軌法施工工藝

（一）工具軌法的主要施工設(shè)備

工具軌、托盤、螺桿調(diào)節(jié)器、起道機(jī)、軌距撐桿，軌向拉桿、工具軌夾板、縱橫向模板等。選擇的設(shè)備精度和功能要滿足過程控制精度要求。

工具軌鋼軌采用60kg/m，螺桿調(diào)節(jié)器要足夠的高度滿足軌道的超高設(shè)置，軌向撐拉桿結(jié)構(gòu)長度必須滿足加固要求。

（二）工具軌法施工流程

施工準(zhǔn)備→底座板施工→施工作業(yè)面清理→軌枕鋼筋運輸→施作隔離層→底層鋼筋安裝→安裝工具軌、組裝軌排、安裝螺桿調(diào)節(jié)器→軌排粗調(diào)→上層鋼筋綁扎、模板安裝→軌道精調(diào)→道床板混凝土澆筑→混凝土養(yǎng)生→拆卸螺桿調(diào)節(jié)器和模板→軌道幾何尺寸復(fù)測→拆除工具軌→封堵螺栓孔。

工具軌法施工從施工準(zhǔn)備到底層鋼筋綁扎完成，與軌排法施工一樣。

（三）軌枕布設(shè)

采用人工將軌枕從存放位置抬放到混凝土底座上畫有標(biāo)記線的位置，用橡皮錘或撬棍調(diào)整軌枕的方向和位置，控制軌枕間距和縱向累計誤差，調(diào)整到位。

（四）安裝工具軌、組裝軌排、安裝螺桿調(diào)節(jié)器

1.鋪設(shè)工具軌。鋪放鋼軌前，要檢查確保軌枕承軌槽無垃圾、殘片并對承軌槽進(jìn)行清理，并依次在承軌槽上安放鐵墊板下彈性墊板→安放鐵墊板→安放軌下墊板→安放軌距擋板→安放彈跳→安放軌枕兩側(cè)螺栓，順時針旋轉(zhuǎn)螺栓進(jìn)行固定。安裝12.5m工具軌，扣件安裝到位，兩根相鄰工具軌的軌縫宜控制在8mm。

2.組裝軌排。①將工具軌安放在兩個軌距擋板之間，使用方尺調(diào)整軌枕，使軌枕與工具軌垂直，檢查軌枕間距是否滿足設(shè)計要求，如軌枕變形，需進(jìn)行更換。

②將彈條擺放和安裝到位，采用液壓螺絲機(jī)擰緊螺栓，當(dāng)擰緊力矩達(dá)到160Nm時即到達(dá)安裝位置。安裝完畢后并用扭矩扳手檢查螺栓扭矩。

3.安裝螺桿調(diào)節(jié)器托盤。軌排組裝完畢后，將螺桿調(diào)節(jié)器托盤安裝在鋼軌底部，在鋼軌接頭處需安裝一對螺桿調(diào)節(jié)器，曲線地段每隔2根軌枕、直線段每隔3根軌枕安裝一對螺桿調(diào)節(jié)器。螺桿調(diào)節(jié)器的托盤應(yīng)安裝在鋼軌中間位置，能保證向兩側(cè)調(diào)整。

（五）安裝調(diào)節(jié)器螺桿、軌道粗調(diào)

安裝螺桿調(diào)節(jié)器托盤，每隔3根軌枕安裝一對。均勻布置3對手搖式千斤頂，將軌排一次頂起，利用方尺，軌距尺，垂球和小鋼尺進(jìn)行軌排粗調(diào)。一般先中線后高程，經(jīng)過2-3遍調(diào)整后，保證軌排粗調(diào)的幾何位置偏差控制在5mm以內(nèi)。完成粗調(diào)后，安裝螺桿調(diào)節(jié)器，擰緊全部螺桿使之均勻受力后拆除手搖式千斤頂。

（六）上層鋼筋綁扎、接地焊接到混凝土澆筑養(yǎng)護(hù)與軌排法同樣施工工序。

（七）封堵螺桿孔、整修混凝土

調(diào)節(jié)螺桿拆除完畢后，應(yīng)將螺桿孔清理干凈，不得有積水，采用高強(qiáng)度無收縮砂漿進(jìn)行封堵。

四、施工工法的比選

（一）施工工藝對比

軌排框架法的施工設(shè)備集成化程度較高，流水線施工，通過制定標(biāo)準(zhǔn)，過程控制能達(dá)到“提高一級精度控制”的目標(biāo)。使用軌排框架，集成化程度高，在軌排組裝區(qū)一次性完成軌排軌距和枕距的固定調(diào)整；軌排框架能有效保證軌距、中線、水平穩(wěn)定；軌排安裝、運輸機(jī)械化程度高，施工程序便于掌握、各工序銜接緊湊，安全性好，便于現(xiàn)場施控制和質(zhì)量管理。

工具軌法施工。使用的工裝設(shè)備較為分散，在每一次新循環(huán)施工作業(yè)時均需將螺桿調(diào)節(jié)器與工具軌及軌距撐拉桿進(jìn)行再組合形成臨時軌排結(jié)構(gòu)，軌軌排的幾何形位尺寸要重新檢查調(diào)整，作業(yè)復(fù)雜，工序繁瑣，導(dǎo)致效率低下，并且由于反復(fù)組裝導(dǎo)致整體剛度偏弱，影響精度。

（二）投入成本對比

以莞惠8標(biāo)單線13.79km無砟軌道施工為例，投入2套軌排框架和2套工具軌工裝。

1.個工作面軌排法法投入設(shè)備。（1）軌排框架78榀，每榀框架長7.05米，配有部分異形軌排組合調(diào)節(jié)，每榀軌排框架單價約為2.3萬元，約179.4萬元，其中軌排架吊具4套約為2.6萬元，組裝平臺4臺價值約1.4萬元（自己可以加工）。投資約13.4萬元。（2）軌排法施工一個工作面平均施工120延米/天，需要105人配合施工。

2.個工作面工具軌法投入設(shè)備。（1）螺桿調(diào)節(jié)器520套價值為33.8萬元（每套按650元計），工具軌1800米價值約54萬元（按每噸5000元）總投資約87.8萬元，軌向撐拉桿520套價值為7.54萬元（每套安裝145元）。軌距撐拉桿260套價值為2.73萬元（每套按照105元）。總投資為98.1萬元。（2）軌排法施工一個工作面平均施工120延米，天，需要125人配合施工。

由于兩種工裝設(shè)備均使用相同數(shù)量的軌距尺、起道機(jī)、運輸工具、模板及龍門吊等設(shè)備工具，未列入本文進(jìn)行對比。工具軌法比軌排法設(shè)備投入大約少92.7萬元。

每1km無砟軌道施工，軌排法投入施工人員工資比工具軌法施工的人員工資少：1000/20*（125-105）*200=3.3萬元。故以莞惠8標(biāo)為例，全線13.79km，工人每天工資200元，軌排法施工節(jié)約工人工資為：13.79*2*3.3=91萬元。

（三）外觀質(zhì)量對比

由于工裝設(shè)備的局限性，軌排法施工的支撐系統(tǒng)分布在道床板外側(cè)，對道床板外觀無影響。工具軌法螺桿調(diào)節(jié)器。安裝在工具軌上，支撐在道床板內(nèi)。拆除后需要專人用砂漿修補(bǔ)，既影響外觀質(zhì)量，易出現(xiàn)色差，同時增加人工成本。

（四）施工后的精度對比

軌排法的工裝重量大、剛度高，軌排框架兩側(cè)均可以利用撐拉桿的形式進(jìn)行加固軌排，加固的剛性大、穩(wěn)定性好，澆筑混凝土?xí)r擾動小，軌排的幾何形位尺寸精度高。工具軌由于受到線路內(nèi)側(cè)模板的影響，道床板內(nèi)側(cè)加固將受到約束限制，僅外側(cè)通過撐拉桿支撐在防護(hù)墻上，澆筑時易發(fā)生擾動，軌排擾動較大，精度偏低。根據(jù)混凝土澆筑后復(fù)測情況，軌排法的施工精度明顯高于工具軌法。根據(jù)測量結(jié)果比較分析，軌排框架施工無砟軌道精度合格率達(dá)到95%，工具軌法精度合格率達(dá)到82%。軌排法施工精度優(yōu)勢明顯。

（五）運營和維修情況對比

無砟軌道在長軌鋪設(shè)完成后，投入運營前需要進(jìn)一步長軌精調(diào)，工具軌法由于精度不高，后期更換扣件成本增加，施工時投入的人力、物力高于軌排法施工。由于兩種施工精度合格率可知，工具軌施工的無砟軌軌道扣件更換率遠(yuǎn)大于軌排框架法，此處將增加較大成本。按照單線1Km計算，共計3076套軌枕扣件，工具軌法比軌排法多更換扣件為：3076*（95%-82%）=400套，每套更換扣件價格一般為40元，產(chǎn)生的材料費用為：400*40=16000元。產(chǎn)生機(jī)械及人工費用為6000元，每公里更換扣配件產(chǎn)生費用為2.2萬。故莞惠8標(biāo)更換13.79km扣件產(chǎn)生費用為：13.79*2.2*2=60.7萬元，所產(chǎn)生的成本遠(yuǎn)大于前期多投入的費用。綜述莞惠8標(biāo)共計節(jié)約成本60余萬元。

施工完成后，工裝設(shè)備維修保管好。將轉(zhuǎn)入下一個施工工地，再次投入的工裝設(shè)備資金將大大降低。軌排法施工經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢更為明顯。

（六）適用范圍對比

軌排框架法適應(yīng)城際鐵路及高速鐵路CRTS I形雙塊式無砟軌道的施工，特別適合于高精度的無砟軌道鋪設(shè)。同時由于每榀軌排長度一般小于工具軌長度，鋼軌的曲線更容易控制線性和平順度，無砟軌道軌排幾何形位精度更高。所以軌排法施工工藝在小半徑曲線地段適應(yīng)更強(qiáng)。

五、結(jié)束語

隨著我國高速鐵路和城際軌道的快速發(fā)展，無砟軌道施工技術(shù)應(yīng)用范圍更廣。通過兩種施工工藝對比分析，軌排法施工無論在現(xiàn)場施工的組織管理、精度控制、施工效率及后期運營維修成本等方面優(yōu)勢明顯，建議優(yōu)先考慮軌排框架法施工。本文可為高速鐵路和城際軌道無砟軌道施工工藝選擇提供借鑒和參考。