CRTSⅢ型先張軌道板預制技術優化分析

張義理 李浩宇

(中鐵十七局集團有限公司 山西太原 030006)

1 引言

CRTSⅢ型板式無砟軌道是我國具有自主知識產權的無砟軌道體系，其中軌道板是該體系中的重要組成部分。CRTSⅢ型軌道板是雙向先張預應力軌道板，一般采用工廠化集中預制[1]。

目前，CRTSⅢ型軌道板分為 P5600、P4925、P4856、P4240、P6730 等不同規格，寬度為2 500 mm，厚度為200 mm[2]。CRTSⅢ型軌道板采用雙向先張預應力設計，縱向預應力筋截面中心對稱布置，橫向預應力筋布置于截面中心[3]。軌道板頂面兩側設置有擋肩承軌臺，承軌臺內預埋設配套的扣件套管。軌道板兩側面設置有對稱布置的起吊套管、接地端子，下部設置兩排U型連接鋼筋。

CRTSⅢ型先張預應力軌道板預制質量直接影響無砟軌道的結構性能，而且相比普通鐵路，高速鐵路的設計標準高，軌道板質量要求嚴格，對預制設備和技術都提出了更高的要求[4]。本文以昌贛鐵路客運專線CRTSⅢ型先張預應力軌道板預制工程為依托，針對軌道板預制過程中出現的問題，采用理論分析和現場試驗相結合的方法對軌道板單元臺座法預制關鍵技術進行優化分析。

2 CRTSⅢ型軌道板預制技術優化

2.1 軌道板蒸汽養護技術分析

2.1.1 蒸汽養護技術現狀

傳統的軌道板養護用蒸汽由6 t蒸汽鍋爐提供，通過DN75 mm無縫鋼管進入單元臺座內[5]。單元臺座內縱向蒸汽管道為直徑DN40 mm無縫鋼管，中間3條橫向管道直徑與縱向相同，并且按一定間隔設置有圓孔，用于噴射蒸汽。但是，經過實踐證明，此蒸汽養護技術存在諸多問題，主要包括以下三個方面:

(1)由于蒸汽是從一端進入養護區域，單向流入另一端，且臺座內管徑統一為DN40 mm，導致圓孔噴射出的蒸汽量不均勻。

(2)由于蒸汽管道上孔洞向上，導致向上噴射蒸汽，造成溫度探頭采集的數據很不穩定，忽高忽低，對養護控制造成不便。

(3)傳統生產臺座內沒有設置降低養護溫度的設施，主要通過人工揭開蓋布來實現降溫，影響了養護質量[6]。

2.1.2 蒸汽養護技術優化

改進后的軌道板養護用蒸汽由4 t蒸汽鍋爐提供，通過DN40 mm無縫鋼管從一端連接進生產臺座內。其主要優化措施如下:

(1)每個臺座內設有主管道2根，直徑為DN40 mm，分管道4根，直徑為DN25 mm，通過對稱布置保證了孔洞噴射出蒸汽的均勻性。

(2)生產臺座內直徑25 mm的管道上設置直徑為3 mm的貫穿噴汽孔道。蒸汽噴口與地面距離不得小于30 mm，噴孔管道末端做封堵，防止蒸汽從末端噴出，孔道位置根據模具位置設置。

(3)在生產臺座內增加壓縮空氣管道，采用蒸汽養護控制平臺控制噴氣的時間段、循環次數以及單次噴氣時間等。臺座內壓縮空氣管道布置形式與蒸汽管道相同，管道直徑均為DN25 mm無縫鋼管，其上設置直徑為3 mm的向上噴氣孔道，孔道位置根據模具位置設置。

優化后的蒸汽養護控制系統能夠保證軌道板養護過程的均勻性，且在恒溫及降溫過程中通入壓縮空氣起到了良好的降溫作用，滿足蒸汽養護的工藝需要，提高了軌道板生產質量。

2.2 軌道板脫模技術分析

2.2.1 軌道板脫模技術現狀

傳統的軌道板脫模技術為人工配合小型千斤頂進行[7]。先將模具側模拆開，人工將四個吊耳分別安裝在預埋的起吊套管上，然后將小型千斤頂分別放在四個吊耳下并頂緊，四名工人同步操作千斤頂，如圖1所示，將軌道板緩慢頂起至板面脫離底模100 mm左右，此時用龍門吊緩慢起吊軌道板。

圖1 人工頂升軌道板

但是，在軌道板脫模過程中，由于工人操作的誤差，難以同步頂升軌道板，導致軌道板四角受力不均，嚴重時軌道板開裂，影響其質量。而且在軌道板脫模后運輸時，由于工人還在吊起后的軌道板附近，對其安全也有一定的影響。

2.2.2 軌道板脫模技術優化

為了使軌道板脫模技術得到改善，通過不斷試驗，研制了螺桿式同步頂升自動控制軌道板脫模機，此裝置主要由鋼結構支撐框架、電動裝置、動力傳動裝置、起吊裝置、電控箱等五部分組成，如圖2所示。此裝置采用4 kW電機加減速機的結構形式，將電能作為動力源轉換為設備所需的機械能，通過傳動軸和換向器連接的結構形式，將唯一轉動力同時傳動到四個機械千斤頂，在螺桿旋轉的同時，實現同步頂升過程，解決了已有技術中軌道板脫模時四個頂升點不同步的問題，確保了軌道板質量[8]。而且操作人員可以遠距離無線遙控脫模機的升降和速率，操作靈活、安全可靠。

圖2 螺桿式同步頂升自動控制軌道板脫模機

軌道板脫模機的研制，使軌道板脫模技術得到優化，使其具有同步脫模精度高、自動化程度高、操作安全等特點。

2.3 軌道板水養技術分析

2.3.1 水養技術現狀

傳統的水養護池一般只設計一個軌道板養護區，并按軌道板尺寸將區分成幾列，每列可連續存放幾十塊軌道板[9]，如圖3所示。但是，經過實踐證明，此水養技術存在諸多問題，主要包括以下三個方面:

圖3 傳統水養池結構

(1)由于單列連續存放軌道板數量較多，導致軌道板水養過程中容易發生傾倒現象，帶來巨大的安全質量隱患。

(2)由于單列軌道板需要順序存放，逆序出水，導致軌道板無法按照先進先出的原則出水，部分軌道板水養時間不足。

(3)此結構水養池不能有效便捷的控制水位和水溫，浪費水資源，并且影響養護效果[10]。

2.3.2 水養技術優化

鑒于傳統水養技術的弊端，通過研究對水養技術進行改進優化，如圖4所示，主要包括以下三方面:

圖4 優化后水養池結構

(1)在養護區旁邊增加一個與其聯通的溢水池，在軌道板放入和取出時可以自動調節水位，減少水資源浪費。

(2)在水養池內安裝蒸養管道，在養護水達不到要求時可以進行水溫調節，保證養護質量。

(3)軌道板養護區每列設置中間隔墻，控制每個小區域的軌道板數量，這樣既能滿足軌道板的養護時間，確保質量，又能避免出現軌道板傾倒現象，保證安全。

2.4 軌道板運輸技術分析

2.4.1 運輸技術現狀

CRTSⅢ型軌道板水養結束后，需要運到廠外存板區進行存放。傳統的運輸車輛多為10 t平板汽車改造而成[11]，如圖5所示，此種車重心高，且無操作平臺，導致運輸存在安全隱患，效率低。

圖5 傳統軌道板運輸車

2.4.2 運輸技術優化

針對軌道板運輸不安全，操作不方便，運輸效率低等問題，研發了立式軌道板運輸車，如圖6所示。此運輸車主要包括車頭和車廂，車廂的凹型槽用于放置軌道板，放好后，兩個夾緊板將軌道板固定。車廂末端設有登車梯，方便施工人員上車操作，兩端操作平臺上設有保護圍欄，用于保護車上施工人員。經過現場實踐，研發的立式軌道板運輸車具有自動化程度高、操作簡單、外形美觀、安全保證能力強等特點。

圖6 立式軌道板運輸車

2.5 軌道板表面墊塊印記消除技術

2.5.1 表面墊塊印記產生的原因

(1)傳統凝土墊塊成錐形如圖7所示，高35 mm，頂部直徑40 mm，有半徑為4 mm凹槽，用于與鋼筋接觸。底部直徑25 mm，支點與軌道板模具接觸面積較大，導致墊塊底部空間小，混凝土漿液不容易包裹墊塊整體。

圖7 傳統混凝土墊塊

(2)傳統混凝土墊塊采用水泥、粉煤灰、砂、碎石、減水劑、水等材料強制拌和，再由混凝土墊塊成型機導入模型內沖壓而成[12]。這種工藝產生的墊塊表面砂礫裸露粗糙，強度較低，易吸水，且與軌道板色差大。

(3)混凝土墊塊進場后存放時間長，混凝土墊塊表面干燥，在混凝土澆筑過程中，混凝土墊塊迅速吸收周圍水分，造成軌道板混凝土局部水分損失，影響其配合比，促使其色差產生。

2.5.2 墊塊印記消除措施

(1)改進后混凝土墊塊與原混凝土墊塊外形尺寸一致，錐形體新增有3條半徑為3 mm凹槽，如圖8所示，底部與軌道板模型接觸由面接觸改為點接觸，使得混凝土灰漿能夠完全包裹墊塊，從而減少印記出現幾率。

圖8 改進后混凝土墊塊

(2)改進后混凝土墊塊采用CRTSⅢ軌道板施工配合比，結合軌道板生產施工工藝，材料拌和后導入專用模型，振搗密實，24 h覆蓋養護進行脫模。這種墊塊表面光滑，有混凝土包漿，密實度高，保水情況好，與軌道板色差小。

(3)增加混凝土墊塊綁扎前的工藝浸泡時間，推遲混凝土墊塊入模前的綁扎時間，減少其對軌道板混凝土的水分吸收，有助于軌道板混凝土墊塊印記的消除。

3 工程實例及應用情況

昌贛客運專線北起南昌，南至贛州，線路全長415.743 km，設計時速350 km，全線共設13個站。中鐵十七局集團有限公司承擔了昌贛客專26 020塊CRTSⅢ型軌道板生產任務。

在昌贛板廠采用優化后的蒸養技術，保證了養護的均勻性；采用設計的網格式水養池，杜絕了軌道板水養過程中的傾倒現象；使用研制的“軌道板脫模機”，解決了現有技術中軌道板脫模時人工操作不同步的問題；使用研制的“立式軌道板運輸車”，解決了軌道板運輸不安全，操作不方便的問題；使用優化后的墊塊及相關施工工藝，消除了軌道板表面墊塊印記。

4 結論

本文以昌贛客專昌贛板廠CRTSⅢ型先張軌道板預制工程為依托，通過對其預制工藝及配套工裝進行優化分析，為CRTSⅢ型先張軌道板的質量控制、效率提升和成本降低提供了技術支撐，對CRTSⅢ型先張軌道板預制具有指導意義。