高速鐵路CRTS Ⅲ型先張法預應力混凝土軌道板平面度演化規律

王夢 王繼軍 黃興啟 張大偉

（1.中國鐵道科學研究院集團有限公司鐵道建筑研究所，北京 100081；2.山東高速鐵建裝備有限公司，山東濰坊 262603）

軌道板是板式無砟軌道的重要組成部分，起到承受并傳遞列車荷載、提供扣件接口、保持軌道幾何形位等作用。為適應我國復雜多樣的氣候環境條件，提高結構耐久性，CRTS Ⅲ型板式無砟軌道主要采用雙向先張法預應力混凝土軌道板［1-4］。工程應用中，個別線路曾出現軌道板平面度超差問題，增加了軌道板及鋼軌精調的難度和工作量。

針對軌道板平面度超差問題，文獻［5-6］建立了軌道板-模板一體化計算模型，研究了預應力施加、截面彈性模量差異、混凝土收縮、養護階段溫度梯度等對軌道板預制平面度的影響；文獻［7］進行了養護過程中靜置時間、升溫速率、恒溫溫度、降溫速率對軌道板翹曲變形的影響試驗；文獻［8］開展了模具設置反向預拱度對軌道板翹曲變形的控制試驗；文獻［9］開展了溫度、支撐位置等對軌道板平面度測試結果的影響試驗。

由于預應力、混凝土收縮徐變等因素的綜合作用，軌道板平面度處于動態變化過程中，以往研究中對軌道板平面度隨時間的演化規律研究相對較少。本文通過軌道板外形尺寸長期監測，探討了軌道板平面度經時演化規律，以期為后續工程軌道板平面度控制提供參考。

1 監測方案

1.1 監測板型

CRTS Ⅲ型先張法預應力混凝土軌道板主要有P5600，P4925 和 P4856 三種，其中 P5600 軌道板（圖 1）應用最廣泛，三種軌道板中其長度最長，最易發生平面度超差，因此選用P5600軌道板進行監測。

圖1 P5600軌道板示意（單位：mm）

1.2 監測方法

采用全站儀及配套工裝進行軌道板外形尺寸測量，計算得到軌道板平面度相關參數。測量時軌道板處于平放狀態，在對應起吊套管的位置設置條形支承，并考慮了光照、溫度等因素對測量結果的影響，見圖2。

圖2 軌道板外形尺寸測量

Q/CR 567—2017《高速鐵路CRTS Ⅲ型板式無砟軌道先張法預應力混凝土軌道板》［10］規定：軌道板檢測應在水養完成后進行，且水中養護時間不小于3 d。結合混凝土材料特性，確定軌道板外形尺寸的測量時間分別為脫模后3，15，30，60，90，120，150，180 d，其余時間軌道板垂直立放。

1.3 監測指標

表征軌道板平面度的指標有四角承軌面水平和單側承軌面中央翹曲量。其中單側承軌面中央翹曲量由該側9 個承軌臺垂向位置偏差綜合計算得出，更能反映軌道板平面度。因此選用單側承軌面中央翹曲量表征軌道板平面度，以f表示。為進一步表征軌道板頂面線形，對單側承軌面中央翹曲量賦予正負值。負值表示中部低于端部，軌道板中部下凹；正值表示中部高于端部，軌道板中部上拱。

為明確不同初始條件下軌道板平面度的演化規律，在相同原材料、相同混凝土配合比、相同生產工藝、相同時間段生產的軌道板中，選取脫模3 d時-1.0 mm ≤f＜ -0.5 mm（Ⅰ類）、-0.5 mm ≤f＜ 0（Ⅱ類）、0 ≤f＜ 0.5 mm（Ⅲ類）和0.5 mm ≤f＜ 1.0 mm（Ⅳ類）軌道板各8塊，共32塊進行監測。

2 軌道板平面度演化規律

2.1 承軌臺垂向位置偏差

不同時間各類軌道板單側承軌臺垂向位置偏差典型測試結果見圖3。

由圖3可知：①無論脫模3 d時軌道板中部承軌臺下凹還是上拱，隨著時間的不斷增長，各類軌道板中部均呈現拱起的趨勢。②軌道板平面度初期增長較快，Ⅰ類和Ⅱ類軌道板脫模15 d 時，中部承軌臺已基本實現由下凹到上拱的轉變，脫模30 d 后各類軌道板中部承軌臺上拱繼續增大，但增長相對緩慢。

對32 塊軌道板測試發現，Ⅲ類軌道板脫模90 d、Ⅳ類軌道板脫模30 d 時，個別承軌臺垂向位置偏差已超過1.0 mm限值。

2.2 單側承軌面中央翹曲量

典型軌道板單側承軌面中央翹曲量隨時間變化曲線見圖4。

圖3 單側承軌臺垂向位置偏差典型測試結果

圖4 典型軌道板承軌面中央翹曲量隨時間變化曲線

由圖4 可知：①軌道板兩側承軌面中央翹曲量變化規律及量值基本相當，變形協同，軌道板不會產生畸變。②脫模30 d 內，軌道板單側承軌面中央翹曲量增長較快，而后增長相對減緩，90 d左右趨于穩定。

由32塊軌道板測試結果可知：①與脫模3 d相比，Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ類軌道板脫模180 d單側承軌面中央翹曲量分別增大了0.7～1.6 mm，0.4～2.1 mm，0.3～1.7 mm，0.4～1.8 mm；②脫模180 d時，個別Ⅲ類軌道板單側承軌面中央翹曲量已接近2 mm 限值，部分Ⅳ類軌道板單側承軌面中央翹曲量已超過2 mm 限值且大部分已接近限值。

各類軌道板單側承軌面中央翹曲量平均值隨時間變化曲線見圖5。

圖5 各類軌道板單側承軌面中央翹曲量平均值隨時間變化曲線

由圖5可知：①Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ類軌道板脫模3 d時中央翹曲量平均值分別為-0.63，-0.33，0.29，0.67 mm，脫模180 d 時分別為0.55，1.03，1.40，1.95 mm，分別增大了1.18，1.36，1.11，1.28 mm。考慮測試誤差、材料偏差等因素的影響，相同條件下生產的各類軌道板單側承軌面中央翹曲量增加值基本相當。②Ⅰ，Ⅱ類軌道板脫模180 d 時單側承軌面中央翹曲量平均值為0.55，1.03 mm，軌道板平面度較好，即-1.0 mm ≤f＜ 0時更有利于軌道板精調和減小后期鋼軌精調工作量。③在單側承軌面中央翹曲量緩慢增長的脫模30 d 至180 d 內，Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ類軌道板單側承軌面中央翹曲量平均值分別增長了0.13，0.23，0.36，0.43 mm，增長量與脫模3 d 時單側承軌面中央翹曲量有較強相關性，即脫模3 d時單側承軌面中央翹曲量越小，脫模30 d至180 d增長量越小，軌道板平面度越快趨于穩定。

3 水養前軌道板平面度控制值探討

Q/CR 567—2017［10］要求軌道板檢測應在水養完成后進行。監測數據表明，脫模3 d 水養完成至180 d軌道板單側承軌面中央翹曲量發生了較大變化，平均值增加了1.18～1.36 mm，因此水養完成后進行的檢測可視為過程檢測，其檢測值與成品軌道板單側承軌面中央翹曲量之間存在一定對應關系。如將該過程檢測由水養完成后調整至水養前，不僅可以減少一次吊裝，減少軌道板破損，而且還可以通過過程檢測值與穩定后的單側承軌面中央翹曲量之間的對應關系直接指導模板調整，進一步保證軌道板制造精度。為此，對水養前檢測時軌道板平面度的控制值進行了探討，以期為標準修訂時軌道板檢測時間的優化提供參考。

圖5監測數據表明，Ⅰ，Ⅱ類軌道板更有利于保證軌道板長期平面度。為此，對其脫模后3，15，30，60，90，120，150，180 d時單側承軌面中央翹曲量平均值進行擬合。

Ⅰ類軌道板單側承軌面中央翹曲量平均值f與脫模時間x的關系式為

Ⅱ類單側承軌面中央翹曲量平均值f與脫模時間x的關系式為

由式（1）和式（2）可知：中央翹曲量與脫模時間近似呈指數函數關系。藉此推算出Ⅰ，Ⅱ類軌道板脫模時單側承軌面中央翹曲量平均值分別為-0.91，-0.71 mm，較脫模3 d時相應值分別減小0.28，0.38 mm。實際生產中，考慮模板剛度、材料偏差等因素的影響，若將軌道板檢測時間由水養完成后調整至水養前，為保證軌道板長期具有較好的平面度，單側承軌面中央翹曲量宜為-1.0～-0.5 mm。

4 結論

對相同條件下生產的具有不同初始平面度軌道板進行了監測，得出以下結論：

1）脫模3 d 時軌道板中部無論是下凹還是上拱，隨時間增長均呈現出中部向軌道板頂面拱起的趨勢。

2）同一軌道板兩側承軌面中央翹曲量變化規律及量值基本相當；脫模30 d 內單側承軌面中央翹曲量變化較快，而后增長變緩，90 d左右趨于穩定。

3）從脫模30 d至180 d單側承軌面中央翹曲量增長量與脫模3 d 時單側承軌面中央翹曲量有較強相關性。脫模3 d 時中央翹曲量越小，30 d 至180 d 增長量越小，軌道板平面度越快趨于穩定。

4）相同條件下生產的各類軌道板，從脫模3 d 至180 d單側承軌面中央翹曲量平均值增量基本相當，與軌道板初始平面度無明顯相關性。

5）脫模3 d 單側承軌面中央翹曲量為-1.0～0 mm時更有利于保證軌道板長期平面度?？紤]到水養過程中軌道板平面度的增長、模具剛度等因素，如水養前進行軌道板檢測，單側承軌面中央翹曲量宜按-1.0～-0.5 mm控制。