湯曉光,胡云凌

(1.武廣鐵路客運專線有限責(zé)任公司,武漢 430077;2.德國海特坎普軌道公司,德國波鴻 44809)

1 軌道結(jié)構(gòu)形式及特點

CRTSI型雙塊式無砟軌道系統(tǒng)結(jié)構(gòu)由鋼軌、扣件、軌枕、鋼筋混凝土道床板組成,路基區(qū)段加設(shè)水硬性支承層,其標(biāo)準(zhǔn)斷面見圖1。橋梁上則將道床板澆筑在帶限位凸臺的橋面保護層上面,兩者之間用中間層隔離。

與德國傳統(tǒng)的無砟軌道相比,采用的預(yù)制雙塊式軌枕件與現(xiàn)澆混凝土之間結(jié)合面減小,對裂縫均勻分布和裂縫寬度控制更為有利,結(jié)構(gòu)整體性提高,結(jié)構(gòu)高度降低。

路基上,在縱向不設(shè)置伸縮縫,同時便于現(xiàn)場連續(xù)澆筑混凝土,有利于線路動力性能穩(wěn)定。橋梁上,直接在橋面保護層上設(shè)置限位凸臺,方向朝上,便于施工,同時減少積水和冰凍對營運狀態(tài)帶來的負(fù)面影響。

武廣客運專線設(shè)計速度的目標(biāo)值為 350 k m/h,因此,對軌道線形的平順性提出了極高的要求,軌距、軌向、高低和水平等誤差均在毫米級范圍內(nèi)。合理的施工方案,特別是軌道精確定位工藝,嚴(yán)格的施工過程質(zhì)量控制十分重要。

圖1 路基雙塊式無砟軌道系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)斷面(單位:mm)

2 施工總體方案

武廣客運專線武漢工程試驗段是武廣先期進行的無砟軌道試驗段,由海特坎普軌道公司與中鐵八局聯(lián)合進行鋪設(shè),結(jié)合現(xiàn)場試驗段物流條件,制訂了簡單有效的軌道施工方案。

2.1 軌道縱向施工

在鋪設(shè)無砟軌道時使用與永久鋪設(shè)的長鋼軌型號一致的工具軌(約 25 m長)組裝軌排,然后進行軌道定位,混凝土澆筑完畢后,將工具軌和其它工裝倒運到下一個施工作業(yè)面的前端,重復(fù)進行軌排組裝,軌道定位和混凝土澆筑工作,形成一個縱向軌道施工流水作業(yè)線。

2.2 軌道豎向施工

采用從上至下施工方案,即根據(jù)設(shè)計線型首先對軌排上面的鋼軌進行精調(diào)定位,然后再澆筑下面道床板混凝土。其優(yōu)點是鋼軌定位一次到位,能夠在最短時間內(nèi)獲得軌道精度,滿足平順性要求。

2.3 工裝

盡量采用通用型工裝和小型特殊工裝,避免盲目開發(fā)和使用大型特殊工裝,節(jié)約成本。無論工裝的自動化程度如何,都必須滿足軌道精確定位和調(diào)整作業(yè)的需要。

2.4 測量

測設(shè)軌道施工精密測量控制網(wǎng) CPⅢ和 PCP永久觀測點,要求使用高精度全站儀和軌道檢測小車,以及先進的平差軟件。在軌道鋪設(shè)流水作業(yè)過程中,必須制訂周密的的測量流程,配合軌道精確定位和調(diào)整作業(yè)。

2.5 鋪設(shè)步驟

以軌道精確定位和調(diào)整為主線,無砟軌道鋪設(shè)可以大致分為以下幾個步驟:測設(shè)控制測量網(wǎng)→軌排組裝→初步定位(粗調(diào))→精確定位(精調(diào))→混凝土澆筑前的最后檢測→支撐螺桿→彈條的拆卸→竣工測量。

3 軌道精確定位施工主要措施

3.1 測量控制網(wǎng)

3.1.1 CPⅢ控制測量網(wǎng)

結(jié)合德國無砟軌道測量經(jīng)驗和中國無砟軌道測量規(guī)定,檢測 CPⅡ平面控制樁和二等高程控制樁,精度應(yīng)該符合規(guī)范要求。在 CPⅡ點位間距不大于1 000 m的情況下,可利用現(xiàn)有的 CPⅡ控制點測設(shè) CPⅢ精確控制測量網(wǎng),其點間距為 150～200 m,用自由設(shè)站法測設(shè)。

高程應(yīng)通過精密水準(zhǔn)測量的方法來確定。軌道沿線現(xiàn)有的高程基準(zhǔn)點(BSII)均可用作進行 CPⅢ測點的高程測設(shè)的連接點。CPⅢ控制網(wǎng)的三維點可用于線上結(jié)構(gòu)與線下結(jié)構(gòu)的放線工作,具體見圖2。

3.1.2 測設(shè) PCP點

永久控制點(PCP)是德國鐵路測量規(guī)范中 PS4控制網(wǎng)的四等控制點。PCP控制點分布于軌道兩側(cè),每兩測點之間的距離為 50～60 m。這些 PCP點通常通過螺栓安裝在接觸網(wǎng)支柱上。如果在測量的時候沒有接觸網(wǎng)支柱可以利用,需要使用替代方案,如橋梁上可以設(shè)置在防撞墻上,路基段則在接觸網(wǎng)支柱基礎(chǔ)上設(shè)置臨時混凝土短柱。

PCP點是對 CPⅢ網(wǎng)的最終加密,在軌道施工階段,作為自由設(shè)站的控制點。因此,所有點應(yīng)一次測量完成,并必須使用高精度的全站儀和水準(zhǔn)儀,見圖3。

每次利用 8個 PCP點來完成自由設(shè)站后,全站儀會給出各點的坐標(biāo)和高程。根據(jù)此結(jié)果,測量員可判斷控制網(wǎng)是否產(chǎn)生缺陷,是否有必要進行控制點復(fù)測。

對于破壞的控制點應(yīng)作出標(biāo)記,并告知其它測量人員破壞點的信息。另外要求每站兩側(cè)至少各有三個可用控制點,確保數(shù)據(jù)可靠。

圖2 CPⅢ控制網(wǎng)示意

圖3 PCP點示意

3.2 軌排組裝

3.2.1 軌枕的運輸和正確擺放

雙塊式軌枕在運送過程中要采用妥當(dāng)?shù)姆绞桨徇\、存放,避免對軌枕造成任何損壞,特別要防止鋼筋桁架發(fā)生塑性變形。綁扎帶應(yīng)該綁在承軌臺的位置,絕對不能綁在中間的鋼筋桁架上。這對于保證軌道幾何形態(tài)特別是軌距和軌底坡是十分重要的。

在擺放軌枕時候,用全站儀等測量設(shè)備放樣軌道設(shè)計中線。然后將軌枕按照設(shè)計間距垂直于中線擺放,軌枕中心偏離中線不大于 5 cm。質(zhì)檢工程師應(yīng)再次檢查軌枕,確認(rèn)合格的軌枕可以用于安裝,不合格的應(yīng)該搬離施工現(xiàn)場。

3.2.2 安裝工具軌

使用工具軌的目的是為了臨時組裝軌排,保證澆筑道床板后換鋪長鋼軌時軌道的幾何形位滿足設(shè)計要求。工具軌運抵現(xiàn)場后,需要對其進行檢查驗收,杜絕使用已經(jīng)變形或有缺陷的鋼軌。

安裝工具軌過程中,鋼軌接頭處用魚尾板連接,兩鋼軌的軌頭和軌底都要對齊。軌縫應(yīng)該落在兩根軌枕的中間,不能落在承軌臺上。工具軌的準(zhǔn)確長度需要根據(jù)軌枕間距來設(shè)計,并預(yù)留軌縫,為溫度變化鋼軌伸長預(yù)留空間。同時,鋼軌接縫間距不宜太大,否則使兩鋼軌難以對齊,給焊接和調(diào)整帶來多余工作量。

重復(fù)使用工具軌時,需檢查工具軌是否清潔干凈,清除上次使用時附在上面的混凝土,特別注意軌底。倒運工具軌過程中,需要小心防止鋼軌變形。

3.2.3 緊固扣件

武廣客運專線工程試驗段采用了 Vossloh300-1U扣件。使用電動扳手?jǐn)Q緊扣件時,扭力矩為 120 N·m(SKL 15B型彈條)或 180 N·m(SKL 15型彈條),鋼軌兩側(cè)應(yīng)同時施加扭矩?？奂棗l應(yīng)該扣在干凈的鋼軌軌底上面,且扣件彈條中間部分與軌底縫隙應(yīng)在 0.1～0.5 mm之間。

鋪設(shè)長軌后,軌枕螺栓的扭矩先扭至 250 N·m。過早施加過大的扭矩會損壞扣件(尤其是軌枕內(nèi)的預(yù)埋套筒),影響扣件使用壽命,會增加后期精調(diào)和維護工作。

3.3 初步定位(粗調(diào))

3.3.1 安裝調(diào)整螺桿支架

緊固扣件后,軌枕與工具軌整體形成軌排。在相鄰軌枕中間的鋼軌軌底上,安裝螺桿支架。螺桿支架用來支承軌排,同時用于軌排豎向定位和調(diào)整,因此又稱為豎向調(diào)整螺桿支架。

建議每 3根軌枕安裝 1個螺桿支架,且對稱于軌道中心線安裝。若支架間距過大(大于 3根軌枕),鋼軌撓度增加,影響線形。特殊情況下,支架可以相隔 2根軌枕,比如鋼軌接縫處,但不宜少于 2根軌枕,見圖4和圖5。

圖4 安裝螺桿支架

圖5 安裝鋼軌接頭附近的螺桿支架

3.3.2 豎向初步定位

安裝好螺桿支架后,對軌排進行頂升作業(yè)。頂升軌排時,以經(jīng)緯儀等傳統(tǒng)測量儀器作指導(dǎo),使用具有微調(diào)功能的手搖齒條起道機對稱支承軌底,將軌排逐步提升到設(shè)計高度下方 0～5 mm。使用的齒條起道機必須有毫米級別的調(diào)整功能,可升可降,設(shè)有保證豎向位置安全的鎖定裝置。

齒條起道機間距為 9根軌枕,將第一個齒條起道機放在距軌排端部最近的第 1根軌枕和第 2根軌枕之間。頂升工作沿軌道方向依次進行,當(dāng)前面軌排頂升到位后,立即將相鄰的螺桿支架中的螺桿著地,使之支承受力,再繼續(xù)下一齒條起道機處的頂升,避免前后軌道高差過大。

3.3.3 橫向初步定位

當(dāng)軌排高度調(diào)整到設(shè)計高程以下 5 mm后,用全站儀測量軌排中線,使之與設(shè)計位置偏差在 ±2 mm內(nèi)。然后,每 3根軌枕安置一個橫向調(diào)整地錨,并與鋼筋桁架焊接相連,固定在支承層中,以保證軌排橫向穩(wěn)定。為確保軌排在豎向和縱向的可動性,要求地錨上的孔徑要比穿過的螺栓直徑大,見圖6。

圖6 橫向調(diào)節(jié)地錨

橋梁上需要安裝橫向支撐桿,支撐桿的一端固定在防撞墻上,另一端則直接連接在豎向調(diào)整螺桿支架上,其數(shù)量和間距與螺桿支架相同。該工具可用來于初步橫向定位,可以重復(fù)使用。全站儀換站后,需和前一站的測段搭接,搭接長度不少于 10根軌枕,以減小設(shè)站誤差的影響。綁扎鋼筋后,安裝模板。模板的支撐系統(tǒng)一定要和軌排的支撐系統(tǒng)相互獨立,以防模板的變形或移位對軌排的位置產(chǎn)生影響。

3.4 精確定位(精調(diào))

3.4.1 測量工具

測量設(shè)備采用具有自動搜索、跟蹤目標(biāo)功能,能實時計算、傳輸數(shù)據(jù)的測量系統(tǒng),一般包括高精度全站儀和軌道檢測小車。

測量設(shè)站時采用自由設(shè)站法,以測站附近 4對永久觀測點為坐標(biāo)控制點,全站儀自動平差計算出測站的位置。

軌檢小車和全站儀之間的無線通訊,能實時將測量結(jié)果顯示在終端設(shè)備上,包括軌向、軌距、水平、超高、調(diào)整量大小和調(diào)整方向等測量信息。測量調(diào)整人員可據(jù)此對軌道進行調(diào)整,十分方便。

3.4.2 精調(diào)工裝

1)豎向調(diào)整螺桿支架。針對使用的螺桿支架作了改進和優(yōu)化,新型的螺桿支架具有精度高(能以 0.1 mm級別進行豎向調(diào)整),適應(yīng)性強(超高區(qū)段可無級調(diào)整),以及重量輕的特點,見圖5。支承軌排時,螺桿的下面需要墊中間打磨了圓形凹槽的小鐵片,保持調(diào)整時螺桿尖端位置不變,也使得澆筑混凝土過程中軌排更穩(wěn)定。

2)橫向調(diào)整地錨。作為支承層上軌道橫向定位的關(guān)鍵工裝,橫向調(diào)整地錨的最小調(diào)整量可以到 0.1 mm,而且橫向調(diào)整不影響軌排在縱向和豎向的微調(diào),見圖6。

3)橫向支撐桿。針對橋梁上使用的橫向支撐桿,進行了改進和試制;新型的支撐桿輕巧靈活,橫向可推可拉,能以 0.1 mm的級別精確調(diào)整軌向,見圖7。

圖7 橋梁上軌排橫向定位調(diào)節(jié)用支撐桿

無論路基上還是橋梁上,上述豎向和橫向調(diào)整裝置相互獨立,互不干擾。施工中所采用的豎向調(diào)整螺桿和兩種橫向調(diào)整工具簡單實用,在路基區(qū)段、橋梁區(qū)段、直線區(qū)段和曲線超高區(qū)段都能保證軌排在混凝土澆筑過程中的穩(wěn)定,是軌道精確定位的重要措施之一。

3.4.3 精調(diào)

精調(diào)工作需檢查每個支撐螺桿處軌道的位置和高程,用軌檢小車顯示數(shù)據(jù),通過豎向調(diào)整螺桿,橫向調(diào)整地錨或橫向支撐桿,將軌排調(diào)到線型允許的誤差范圍內(nèi)。

3.4 纖毛蟲病。1985年前后，生產(chǎn)種苗的牙鲆稚魚中發(fā)生了一種纖毛蟲寄生蟲病，該病引起了養(yǎng)殖魚類的大量死亡。

全站儀的自動對準(zhǔn)系統(tǒng)可以將誤差減小到最低限度。為了降低角度誤差的影響,設(shè)站時,全站儀應(yīng)設(shè)在軌檢小車?yán)忡R運行的軌跡線上。軌檢小車與測站間的最大距離約為 50～70 m,具體遠近視測量環(huán)境優(yōu)劣而定。

測量時,軌檢小車向著全站儀推行,至距離全站儀約 10 m處停止測量,將全站儀搬至下一站。下一測站設(shè)站時,至少使用前一站使用過的 4個永久觀測點。且小車需后退至少 10根軌枕。比較兩站搭接段的測量結(jié)果,如兩者較差超限,測量人員需查找原因,及時更正。如測量新的區(qū)段,必須測量已澆筑道床至少 10根軌枕區(qū)域。自由設(shè)站之后,在軌檢小車開始測量前,照準(zhǔn)測量一個 CPⅢ點。在測量完該段換站之前,對同一點再次測量。比較兩次的測量結(jié)果,兩者的差值不應(yīng)大于 1.5 mm,測量人員由此可判斷,測量過程中測站位置是否產(chǎn)生變動。

精調(diào)軌道時,軌道的平順性是調(diào)整工作的核心。對于軌距,軌向,高低和水平等控制值,只有控制相鄰螺桿之間變化在 0.3 mm以內(nèi),才能保證在竣工測量時,獲得一個合格的,可接受的平順性高的線型。

雖然區(qū)間軌道和道岔鋪設(shè)采用的是同一坐標(biāo)系統(tǒng),但是兩者通常由不同作業(yè)隊伍施工,鋪設(shè)時間也往往不同,因此道岔前后應(yīng)預(yù)留足夠長度的區(qū)間軌道,保證兩者之間軌道平順過渡。

3.5 澆筑混凝土之前的最后測量檢查

澆筑混凝土之前,還需對軌排的幾何形位作最后檢測確認(rèn),確認(rèn)軌排未產(chǎn)生位移或沉降。測量工作應(yīng)在澆筑混凝土之前 6 h內(nèi)完成。

最后檢查時,每根軌枕處均要進行數(shù)據(jù)采集,軌距,軌向,高低和水平等控制值,相鄰軌枕之間變化最好控制在 0.3 mm以內(nèi)。需做細(xì)微調(diào)整的地方,可以再通過豎向螺桿和調(diào)向地錨或支撐桿進行調(diào)整。

3.6 松卸螺桿和扣件彈條

混凝土初凝時,先用扳手將豎向調(diào)整螺桿松動 1圈。然后用電動扳手同時松動鋼軌兩側(cè)扣件。擰松了螺桿以后,還需要拆掉魚尾板。

擰松螺桿、扣件,拆掉魚尾板是為了防止因溫度變化引起鋼軌伸縮,進而帶動軌枕移位,和剛澆筑的混凝土分離,產(chǎn)生過寬的裂縫,影響線型穩(wěn)定。

3.7 竣工測量

澆筑混凝土后 3 d應(yīng)再進行一次軌道線型竣工測量。這是已經(jīng)澆筑混凝土區(qū)段質(zhì)量反饋的主要方式,這道工序不是為了記錄而測量,而是為未來修正工作提供信息資料,特別是通過這次竣工測量,在可以澆筑下一區(qū)段混凝土之前及時發(fā)現(xiàn)問題,糾正錯誤,為提高軌道精度不斷找到改善的辦法。

無論粗調(diào)、精調(diào)、最終檢查,還是竣工檢測,要求必須使用軌距尺校正軌檢小車系統(tǒng)(針對超高以及軌距),保證軌檢小車系統(tǒng)能在精度要求范圍內(nèi)工作。測量工作開始前和結(jié)束時,測量人員必須對小車車輪進行清潔檢查。同時要確保鋼軌在測量工作開始前已完成清潔工作。

在運輸之后,三角架和全站儀要在新環(huán)境里至少放置 20 min,以便三腳架適應(yīng)外界氣溫,然后再對全站儀進行校準(zhǔn)。否則軌道調(diào)整有可能因為全站儀位置的變化而受到負(fù)面的影響。設(shè)站時盡量降低三角架的高度,加強全站儀的穩(wěn)定性,提高測量精度。設(shè)置自由站與開始進行軌檢小車測量之間的間隔時間宜在 40 m in內(nèi)。

4 施工質(zhì)量過程控制

為實現(xiàn)預(yù)期的高精度線型和高質(zhì)量要求,必須建立嚴(yán)格的質(zhì)量過程管理程序。建立施工過程檢查計劃,包括檢查計劃流程圖與現(xiàn)場檢查表?，F(xiàn)場檢查表應(yīng)列舉每一施工階段的詳細(xì)檢查項目,反映現(xiàn)場各項目的狀況,工程相關(guān)各方可從檢查表上直觀了解現(xiàn)場的具體情況。

為確保工程質(zhì)量,施工單位需建立并執(zhí)行自查機制?，F(xiàn)場施工人員和質(zhì)量管理人員均要對施工情況進行檢查,確認(rèn)其是否滿足施工工藝和質(zhì)量要求。監(jiān)理單位必須確認(rèn)檢查結(jié)果,同意進行下一道工序。

在定位施工中應(yīng)注意檢查以下影響軌道精度和線型的問題:①軌縫無魚尾板、軌縫太大或魚尾板不起作用,夾具太弱,②軌底不干凈,影響換鋪長鋼軌后的線型,甚至造成吊板,③螺桿間距不規(guī)則,有時太大,有時太?、苘壘鄵螚U造成軌枕桁架變形,軌底坡改變、軌距擋塊固定不正確。這些問題直接影響軌道精度和線型,影響后期靜態(tài)和動態(tài)檢測。

5 精確定位控制效果

武漢工程試驗段采用了上述工藝和精確定位方法,嚴(yán)格進行過程管理,長鋼軌鋪設(shè)之后,超限點只有0.6%,見表1。高低調(diào)整墊板均在 ±1 mm以內(nèi),僅占總數(shù)的 0.3%。調(diào)整軌向軌距僅僅使用了一對 2 mm軌距擋塊,其余均為 1 mm,調(diào)整量僅約為 0.47%。

表1 武漢工程試驗段軌道精調(diào)調(diào)整件使用情況統(tǒng)計

中鐵十一局施工的赤壁段雙線約 20 k m無砟軌道,依據(jù)上述定位精調(diào)方法進行改造調(diào)整,從各階段精調(diào)數(shù)據(jù)的變化表明,在短期內(nèi),軌道施工的各項精度指標(biāo)都在逐漸進步,見表2。尤其是軌道的平順性指標(biāo),改善效果特別顯著。通過改進工藝,加強過程管理,澆筑道床板后的扣件調(diào)整量大大下降,最終的調(diào)整用量約為 2%。

表2 精調(diào)指標(biāo)變化

6 結(jié)語

武廣客運專線武漢試驗段雙塊式無砟軌道的施工經(jīng)驗表明,采用從上至下施工方案,即根據(jù)設(shè)計線型對軌排上面的鋼軌進行精調(diào)定位后,再澆筑下面道床板混凝土,可以達到軌道定位一次到位的目的,大大減少道床板澆筑后的軌道精調(diào)作業(yè)量,減少精調(diào)時間和調(diào)整件數(shù)量。

該施工方法工序和工裝簡單明確,易于掌握,值得廣泛推行的無砟軌道施工方法。只要能建立一支相對穩(wěn)定的施工隊伍,培訓(xùn)工人掌握并熟悉掌握該工藝、嚴(yán)格遵守每個階段作業(yè)步驟,遵循檢測計劃程序,雙塊式軌道的建設(shè)過程將成為一個簡單的,不斷重復(fù)的流水作業(yè),軌道精度就都能夠得到保證,滿足靜態(tài)和動態(tài)檢測平順性要求。

[1]中華人民共和國鐵道部.鐵建設(shè)[2007]85號 客運專線無砟軌道鐵路工程施工質(zhì)量驗收暫行標(biāo)準(zhǔn)[S].北京:人民鐵道出版社,2007.

[2]海特坎普軌道公司.海特坎普支承層上道床板施工方案(H D H-ME S T-E M-1002)[Z].德國:海特坎普軌道公司,2007.

[3]伍林.客運專線無砟軌道支承層施工技術(shù)研究[J].鐵道建筑,2008(09):39-41.

[4]肖洪斌,方明.CRTSⅡ型軌道板運輸、安裝及精調(diào)施工技術(shù)[J].鐵道建筑,2008(增):77-80.

[5]中華人民共和國鐵道部.鐵建設(shè)[2006]189號 客運專線無砟軌道鐵路工程測量暫行規(guī)定[S].北京:中國鐵道出版社,2006.

[6]中華人民共和國鐵道部.鐵建設(shè)[2007]85號 客運專線無砟軌道鐵路工程施工質(zhì)量驗收暫行標(biāo)準(zhǔn)[S].北京:人民鐵道出版社,2007.

[7]中華人民共和國鐵道部.科技基[2008]65號 客運專線300～350k m/h軌道不平順管理值審查意見[S].北京:中華人民共和國鐵道部,2008.

[8]中華人民共和國鐵道部.T Z 216—2007 客運專線無砟軌道鐵路工程施工技術(shù)指南[S].北京:中國鐵道出版社,2007.

[9]中華人民共和國鐵道部.T B/T1632.1—2005 鋼軌焊接第 1部分:通用條件[S].北京:中國鐵道出版社,2005.

[10]中華人民共和國鐵道部.T B10082—2005 鐵路軌道設(shè)計規(guī)范[S].北京:中國鐵道出版社,2005.

[11]盧春房、劉慶凡.鐵路工程鋪架施工與管理[M].北京:中國鐵道出版社,1996.

[12]中華人民共和國鐵道部.T Z 216—2007 客運專線無砟軌道鐵路工程施工技術(shù)指南[S].北京:中國鐵道出版社,2007.

[13]盧朋,劉新社.鐵路工程鋪架技術(shù)與管理[M].北京:中國鐵道出版社,2007.

[14]中華人民共和國鐵道部.鐵建設(shè)[2005]402 客運專線鐵路軌道工程施工質(zhì)量驗收暫行標(biāo)準(zhǔn)[S].北京:中國鐵道出版社,2005.