新型装配式CRTSⅢ型板式无砟轨道“直铺法”施工技术_刘洋.pdf

20231Building Construction116新型装配式CRTS型板式无砟轨道“直铺法”施工技术刘洋 李国炜 卢加新 王闵闵 王亚坤 李烨中建八局第一建设有限公司 山东 济南 250100摘要：以货运重载铁路新建铁路临沂临港铁路工程为实例，设计研发了一种新型的装配式CRTS型板式无砟轨道结构，采用预制装配式底座板，通过集中化、工厂化、机械化的生产方式，极大减少了支撑、模板等周转料具的投入，同时提高了混凝土施工质量。创新提出并应用了路基表层、底座板、轨道板间设置锚固体系限位，底座板与路基表层间设置快凝微表处混合料找平层结构，轨道板与底座板间设置橡胶与聚氨酯组合的减振垫结构等技术，可充分地利用路基沉降评估期的技术间歇时间，开展线上工程与线下工程平行施工，解决传统工艺无法连续作业和高效转序的技术难题，实现了无砟轨道快速化、经济化、优质化的建造目标。关键词：货运重载铁路；装配式无砟轨道；预制装配式底座板；快凝微表处；锚固桩中图分类号：TU99 文献标志码：A 文章编号：1004-1001(2023)01-0116-05 DOI：10.14144/ki.jzsg.2023.01.031Construction Technology of Direct Paving Method for New Fabricated CRTS Slab Ballastless TrackLIU Yang LI Guowei LU Jiaxin WANG Minmin WANG Yakun LI YeThe First Company of China Eighth Engineering Bureau Ltd.,Jinan 250100,Shandong,ChinaAbstract:Taking the newly built freight heavy haul railway Linyi Port Railway Project as an example,a new type of fabricated CRTS slab ballastless track structure is designed and developed.Prefabricated base plates are used.Through centralized,industrialized and mechanized production methods,the input of support,formwork and other turnover materials is greatly reduced,and the quality of concrete construction is improved.Innovative technologies such as setting anchorage system limit between the subgrade surface layer,base plate and track plate,setting rapid solidification micro surfacing mixture leveling layer structure between the base plate and the subgrade surface layer,and setting rubber and polyurethane combined damping pad structure between the track plate and the base plate have been put forward and applied,which can fully utilize the technical interval during the subgrade settlement assessment period to carry out parallel construction of online and offline projects,to solve the technical problems of continuous operation and efficient sequence transfer caused by traditional technology,the construction goal of fast,economical and high-quality ballastless track has been achieved.Keywords:freight heavy haul railway;fabricated ballastless track;prefabricated base plate;rapid solidification micro surfacing;anchor pile工质量和结构尺寸校正较难控制，外部模板支立、预埋件、预留孔的设置以及在振捣过程中的固定，也因工艺的操作复杂造成施工降效5；底座板混凝土完成现浇后，养护期较长，也无法开展快速转序和连续施工。针对现有技术的缺陷与不足6，依托新建临沂临港疏港铁路工程，在1 km的货运铁路无砟轨道科研试验段中，设计研发了一种新型的装配式CRTS型板式无砟轨道结构，并在施工中总结形成了货运铁路装配式无砟轨道“直铺法”施工技术，成功解决了施工难题。1 项目工程概况新建临沂临港疏港铁路工程位于山东省临沂市临港经济开发区和日照市岚山区交界处，设计技术标准为级单线当前货运铁路工程中应用无砟轨道的施工方案极少，主要原因是施工技术尚不成熟，有待改进。纵观CRTS型板式无砟轨道结构，底座板施工技术占据重要地位，如何提高底座板的建造质量、提升底座板的施工工效、降低施工过程的成本投入，是改进和提升施工技术的核心所在1-3。传统的CRTS型板式无砟轨道结构只能在路基沉降变形稳定后，才能进行无砟轨道结构施工，沉降评估期无法得到有效利用4；钢筋混凝土底座采用现场浇筑法施工，混凝土的施作者简介：刘 洋（1987），男，本科，工程师。通信地址：山东省济南市历下区工业南路89号（250199）。电子邮箱：收稿日期：2022-06-27市政工程MUNICIPAL ENGINEERING建筑施工第45卷第1期117货运铁路，区间无缝线路设计速度60 km/h，内燃机牵引预留电气化条件，机车类型DF8B，牵引质量5 000 t。全线共设4个车站、1个线路所，正线全长25.63 km，桥梁9座，无隧道，为涉及路基、桥涵、站场、轨道、三电（信号、通信、电力）、房屋、给排水等专业的综合货运铁路工程。其中，主线段DK0700DK1700段1.0 km范围为无砟轨道科研试验段，新建临港主线与既有坪岚铁路并行，线间距10 m，线路平均高差为0.5 m。试验段范围主要为5 m高左右的填方路基结构，并设有2座简支箱梁中桥和3座接长涵洞。2 新型无砟轨道结构组成2.1 整体结构设计货运重载铁路新型装配式CRTS型板式无砟轨道由钢轨、弹性扣件、轨道板、减振垫、底座板、锚固体系装置、微表处找平调整层、沥青混凝土防水层封闭层组成（图1），轨道结构高度为768 mm，桥梁段为无底座板设计，曲线段无砟轨道超高利用路基基床表层、桥梁梁面找平层进行调整，并形成了实用新型专利“一种新型货运铁路无砟轨道结构”。预制装配式CRTS型轨道板预制装配式底座板快凝微表处找平层AC沥青封闭层橡胶骨架减振垫轨道板锚固桩底座板锚固桩底座板锚固桩基础图1 新型CRTS型板式无砟轨道示意2.2 钢轨、扣件钢轨采用60 kg/m、100 m定尺长新钢轨，材质为U75V，其尺寸允许偏差及平直度和扭曲允许值应符合相关技术条件。扣件采用WJ-8型有挡肩扣件，适用于最大轴重230 kN的货运铁路，轨垫板下弹性垫板为WJ-8A型，组装扣压力18 kN，每组扣件钢轨纵向阻力9 kN。2.3 轨道板采用P5600型CRTS板式先张预应力混凝土轨道板，混凝土强度等级为C60。特殊结构设计创新点为轨道板板底不设置门形筋，且板底平整度偏差1 mm。2.4 减振垫减振垫由橡胶隔振体保持架和聚氨酯弹性柱两部分组合而成，聚氨酯弹力柱的静态弹性模量控制在2.35 2.55 MPa，动静态模量比值1.3。2.5 底座板底座板为装配式钢筋混凝土预制构件，混凝土强度等级为C40，结构尺寸为3 100 mm（长）2 800 mm（宽）300 mm（厚），底座板纵轴向预留锚固套筒，横轴方向设置锚固桩预留孔。2.6 轨道板锚固钢棒钢棒采用45号钢材，上部光面，下部牙形螺纹，顶端留设一字贯通凹槽，便于现场施拧，如图2所示。锚固装置与板体预留的间隙采用聚氨酯树脂填充，树脂混合液的黏度、可使用时间和浇筑体的外观质量、硬度、弹性系数、剪切强度、黏结强度、耐热老化性应符合设计要求及高速铁路CRTS板无砟轨道凸形挡台填充聚氨酯树脂的规定。轨道板垫层、沥青混凝土层桥体光面套筒上方及四周填充树脂防水密封上部钢棒周围光面套筒下部钢棒周围预埋螺纹套筒（内外皆螺纹）活动空隙树脂保护材料光面钢棒上铜圆环上光面下螺纹限位钢棒螺纹套简外直径160螺纹钢棒公称直径100图2 底座板与轨道板锚固体系细部2.7 微表处找平调整层在底座板与路基防水封闭层间，设置快凝微表处混合料找平调整层，厚度控制在10 mm左右，主要性能指标要求如下：拌和时间120 s，30 min黏聚力1.2 Nm，60 min黏聚力2.0 Nm，1h湿轮磨耗540 g/m2，6 d湿轮磨耗800 g/m2，黏砂量450 g/m2，轮辙变形率5%。2.8 沥青混凝土防水封闭层在路基表层上面铺1层厚20 mm沥青混凝土，以实现刚度过渡与初步找平。沥青面层采用AC-10沥青混凝土，纵向不设置沉降缝连续摊铺，横向不设置横坡全幅摊铺。2.9 底座板锚固桩底座板锚固桩为C40钢筋混凝土结构，分为下部条形基础和上部圆体锚固柱两部分，如图3、图4所示。下部条形基础结构尺寸为2 300 m（长）1 000 m（宽）300 mm（厚），长边方向垂直线路布置，并全部嵌入至路基表层；条形基础上部设置2个圆体锚固桩，圆体直径为190 mm、中心间距为1 350 mm，平衡对称布置，用于嵌入底座板。通过锚固桩使底座板、路基结构层形成锚固体系，使无砟轨道线上结构受到的行车荷载有效传递至路基、桥梁等线下结构层。限位桩树脂材料填充底座板圆台基座沥青混凝土微表处调整层路基 图3 底座板锚固桩结构示意 图4 底座板锚固桩剖面刘洋、李国炜、卢加新、王闵闵、王亚坤、李烨:新型装配式CRTS型板式无砟轨道“直铺法”施工技术20231Building Construction1183 施工关键技术3.1 施工工艺流程新型装配式CRTS型板式无砟轨道以路基区段为例，工艺流程为：底座板、轨道板、减振垫厂内预制底座板、轨道板推板试验现场施工准备路基表层沥青混凝土封闭防水层路基表层挖槽、模筑法底座板锚固桩起重龙门安装、调试、验收和试吊微表处混合料现场冷拌、摊铺底座板吊装、精调、固定底座板与钢筋混凝土锚固桩间树脂填充安装轨道板锚固钢棒、铺装减振垫CRTS轨道板吊装、精调轨道板与底座板锚固钢棒间树脂填充钢轨及连接扣件安装。3.2 底座板、轨道板、减振垫厂内预制装配式底座板采用专用固定台座模具生产，结合自动化养护设备及检测技术，提高底座板的混凝土质量、定位孔精度、建造速度。轨道板生产采用多套固定台座模具联合整体张拉、养护、放张的施工工艺，使用自动张拉控制设备实施自动化管控，如图5所示。轨道板蒸汽养护后进行整体放张，利用模具的柔性支座缓解放张后模具因产生位移对混凝土的影响。采用数控车床将橡胶垫按等距布设贯通钻孔，然后将等直径的聚氨酯弹力柱嵌入至骨架内，形成组合结构的减振垫，如图6所示。聚氨酯弹力柱略厚于橡胶垫3 mm，确保起到承受主要荷载及弹性变形减振 作用。图5 轨道板智能化生产线 图6 减振垫聚氨酯弹力柱填充3.3 试铺及推板试验1）组织编制装配式无砟轨道结构应用“直铺法”施工试铺作业及推板工艺试验方案，并选取与正式工程相类似的地质条件及作业环境组织实施，如图7所示。工艺试验方案经建设、监理、设计、施工、科研单位联合审查，实施过程5方单位共同见证。2）方案内容：在试铺工点按正式工程标准试铺装3块底座板和2块轨道板，同步在试铺无砟轨道结构侧方位分别施做纵横向反力墙，待无砟轨道结构和反力墙养护状况满足条件后，分别进行轨道板、底座板的推板及锚固结构阻力试验。3）通过试铺及推板工艺试验的检测，验证无砟轨道结构“直铺法”施工工艺的可行性和可应用性，并在试铺阶段收集微表处混合料的虚量摊铺厚度、精调器的最佳拆除时间、聚氨酯树脂的固化速率等工艺参数，用于指导正式施工。3.4 路基表层沥青混凝土封闭防水层先在下卧层水泥稳定级配碎石路基表层撒布1层乳化沥青透层油，然后摊铺1层厚2030 mm的AC-10细粒式沥青混凝土，以实现刚度过渡与初步找平，装配式底座板横宽两侧加宽不小于35 cm，摊铺机按沥青路面全幅宽度一次摊铺到位，不设横坡，具体铺设厚度按轨道结构设计标高 控制。3.5 底座板锚固桩1）沥青混凝土封闭防水层完成摊铺、碾压，经验收合格，待温度降至开放交通条件，开始进行底座板锚固桩施工。将锚固桩条形基础尺寸线在沥青封闭防水层上进行测量放样，采用冷漆画好开挖线。2）先采用液压碟片锯进行表面切割，完成条形闭合框的切割后，下部的水泥碎石稳定层采用人工手持风镐进行剔凿，如图8所示。基槽开挖后，锚固桩基础混凝土采用不安装模板直接浇筑的施工方法，为控制锚固桩基础尺寸和标高偏差，需精确控制基槽开挖尺寸，不允许出现负偏差。将基槽内杂物、碎渣清理干净后，同步安装锚固桩基础及圆体锚固柱钢筋，并设置混凝土垫块控制保护层厚度及钢筋骨架位置。图7 推板工艺试验现场实施 图8 锚固桩基槽人工剔凿3）设计研发一种模板、测架、精调和加固一体化工艺工装，用来确保锚固桩圆体锚固柱的高精度施工质量，如图9所示。锚固桩一体化装置由圆体模板、横向连接桁架、三维精调器以及圆盘测量标架组合而成。锚固桩工艺工装在确保高测量精度、快速安拆和高效精调的同时，更适用于缓和曲线、圆曲线中设置渐变超高的施工难点地段。4）为强化锚固桩的限位、锚固能力以及整体刚度，基础及圆体锚固柱混凝土采用整体一次性浇筑，不允许分层或留设施工缝。施工过程中以及浇筑后养生阶段，要同步跟踪复测中线、标高以及横向间距等数据，确保安装精度可控，如图10所示。3.6 起重龙门安装、调试、验收和试吊1）底座板、轨道板运输至现场后，存放在路基边坡下方，按照临时堆放要求做好支垫及防倾覆措施。底座板、轨道板采用100 t汽车吊由路基边坡向路基上方进行倒运，刘洋、李国炜、卢加新、王闵闵、王亚坤、李烨:新型装配式CRTS型板式无砟轨道“直铺法”施工技术建筑施工第45卷第1期119 图9 工艺工装测量定位 图10 锚固桩成活后实体随安装随倒运。在路基边坡下方场地条件允许的情况下，使用100 t汽车吊直接进行底座板、轨道板吊装和铺装；在无法确保有效作业空间的条件下，只能采用邻近倒运，然后采用门架式起重机进行铺装。2）门架式起重设备采用10 t龙门吊，走行方式为轮胎式，要求前后均可独立转向，以适用于圆曲线和缓和曲线的线形渐变转向段施工。横向走行的起重小车和上下伸缩的电葫芦要求设有变频功能，以适用于落板对位时的微调精控操作。3.7 微表处混合料现场冷拌、摊铺1）微表处混合料所采用原材料质量及混合料配合比指标要满足规程相关要求。微表处施工配备的各类施工设备和机具应运转正常。2）拌和后的微表处稀浆混合料应均匀、无花白、无粗细集料分离和结团成块现象。为精确控制摊铺厚度，需制作专用的“微表处摊铺、整平一体化装置”工艺工装，并配合底座板安装进行3组以上的试铺试验，以确定松铺系数来指导全面施工。3）微表处摊铺单元以单块底座板为单位，微表处找平层与底座板安装精调交替进行，随摊随安，摊铺一块，安装一块。3.8 底座板安装、精调和固定1）底座板的现场临时存放采用四点支承方式，堆放层数不超过1层，保证支承点上下对齐，且垫木高差不超过3 mm。2）底座板、轨道板组合轨道结构划分单元分段式结构，应根据不同线下结构物分界点、沉降缝、梁缝等里程调整底座板布板设计。底座板按照设计布板图、位置、方向进行铺设。3）底座板采用起重龙门或汽车吊进行粗铺装。底座板纵边预留孔位安装带吊耳的三维精调器工艺工装，每块底座板安装4套精调器，采用钢丝绳四点起吊。在起重设备吊装过程中确保底座板底面与已摊铺的微表处不接触，高差空隙控制在2 cm左右，然后稳吊调节三维精调器支腿的长度，依靠精调器支撑底座板后卸落起重设备。4）精调观测采用棱镜标架法，每套标架设置1个球形棱镜，每个底座板设置4套标架。观测仪器采用全自动全站仪，并配套相应计算软件，观测前先将通信、接口数据、棱镜和设备常数、底座板尺寸、布板设计系统参数进行配置输入。在施测时自动全站仪同时观测4架棱镜，然后传输至计算软件进行数据分析，再将调整信息直接显示，当面反馈给现场利用精调器进行调节。5）底座板精调作业时，每套精调器安排1名精调作业人员，4人为一组，手持双向快速棘轮扳手。由工长进行统一指挥，根据测量系统显示的调整数据，进行竖向、纵向、横向的调节。底座板反复调整至测量数据采集达标后，精调器锁定稳固，安装底座板纵向间剪力器，如图11所示，再进行下一节块安装。图11 底座板纵向剪力器安装6）根据试铺试验确定，最长历经8 h，微表处硬化程度达到无沉降支撑底座板要求，之后方可拆除精调器，具备转序施工条件。3.9 底座板与钢筋混凝土锚固桩间树脂填充1）底座板与钢筋混凝土锚固桩间隙采用聚氨酯树脂进行填充。聚氨酯树脂混合液的相关指标应符合设计要求及高速铁路CRTS板无砟轨道凸形挡台填充聚氨酯树脂的 规定。2）灌注树脂前应采用密封胶、硅胶等对底部密封，避免出现了漏浆现象。底座板与锚固桩间填充的聚氨酯树脂厚度不应小于30 mm，且不应大于50 mm，顶面应低于底座板顶面15 mm。根据适配试验确定，聚氨酯树脂固化时间为812 h。3.10安装轨道板锚固钢棒、铺设减振垫1）底座板锚固钢棒材质为45号钢材、上部套筒材质20号钢材；上部套筒外表面可采用环形槽处理增大接触面积，环形槽间距15 mm、深度3.5 mm。钢棒上部长度190 mm、埋深200 mm、直径100 mm，下部螺纹螺距6 mm。钢棒上部光棒部分的端部做成一字贯通凹槽，便于施拧安装。2）减振垫铺设前，底座板锚固桩间空隙填充的聚氨酯树脂已完全固化，并复核确认钢棒已拧入至底，同时将底座板表面清理干净。先将减振垫圆形镂空骨架套入锚固钢棒，再检查聚氨酯弹力柱是否嵌入至骨架与底座板顶部密贴，进一步人工修正安装效果。目测减振垫整体放置平刘洋、李国炜、卢加新、王闵闵、王亚坤、李烨:新型装配式CRTS型板式无砟轨道“直铺法”施工技术20231Building Construction120整，无漏放、倒放、斜放等缺陷。轨道板正式安装前，进行测量并调整减振垫的安装位置，确保轴线、边距无误，同时将减振垫表面清理干净，如图12所示。图12 减振垫铺装后成品3.11CRTS轨道板吊装、精调在锚固钢棒完全拧入并完成减振垫铺装后，即可进行轨道板安装。轨道板吊装粗铺、测量、精调采用与底座板相同的机具设备和施工工艺。装配式无砟轨道结构“直铺法”的施工工艺精髓在于轨道板与底座板层间无黏结层的快速施工技术，完成测量和精调达标后，可立即拆除精调器，进行转序施工，如图13所示。3.12轨道板与底座板锚固钢棒间树脂填充轨道板预留锚固孔与锚固钢棒间隙采用采用聚氨酯树脂填充。灌注树脂的相关操作要点同3.9节。3.13钢轨及连接扣件安装钢轨、扣件进场前对产品的规格型号、外观质量以及质量证明文件进行检查和验收。无缝线路段采用先人工铺设工具轨，再运输途卸长轨的换铺法施工。完成无缝线路连通后，再进行轨道部分的测量和精调工作，使之具备交验通车条件，如图14所示。图13 轨道板“直铺法”吊装 图14 新型装配式无砟轨道通过 验收具备通车条件4 技术改进优势4.1 核心技术的差别传统CRTS型板式无砟轨道结构的施工工艺，核心技术在于轨道板的安装和自密实混凝土的灌注工艺，现浇底座板的偏差和缺陷可通过自密实混凝土浇筑来消除。本技术是在底座板安装和精测达标后再进行减振垫和轨道板的“直铺法”安装，轨道板和减振垫的自调整能力极其有限，故装配式无砟轨道结构的关键核心在于装配式底座板的安装、测量和精调阶段。4.2 施工工效的突破CRTS型板式无砟轨道结构采用现浇底座板和灌注自密实混凝土的传统施工工艺，只能在路基沉降评估达标后才能进行轨道结构施工。采用本技术可提前在路基沉降观测期内就进行底座板、轨道板、减振垫预制生产，线上工程与线下工程开展平行施工，有效缩短轨道整体工期，显著提升施工工效。4.3 质量和成本的双优性价比底座板采用集中化、工厂化、机械化的生产方式，有效提高混凝土施工质量，且只需投入1或2套定型模板就可以满足产能要求，减少现场模筑方式的周转料具投入。随着无砟轨道线路的建设规模增长，成品质量和施工成本的优势将更明显。4.4 后期维护的便利性装配式无砟轨道采用“直铺法”施工技术，运营期需更换轨道板、底座板、减振垫的维修工作将更为便利，有较强的推广应用价值。4.5 工艺的创造性、先进性采用轨道板、底座板、减振垫预制装配式先进设计理念，路基表层、底座板、轨道板三者间设置锚固体系连接的“直铺法”创新施工技术，响应国家“装配式”建造号召，并满足铁路行业“专业化、个性化”的需求。5 结语本文针对传统CRTS型板式无砟轨道结构存在的沉降评估期无法得到有效利用、混凝土施工质量和结构尺寸难控制、工艺操作复杂及养护期较长等弊端，设计研发了一种新型的装配式CRTS型板式无砟轨道结构，并在施工中总结形成了装配式无砟轨道“直铺法”施工技术，成功解决了现有技术的缺陷与施工难题，达到了无砟轨道快速化、经济化、优质化的建造目标。1 高卿,周翠.高速铁路CRTS系列板式无砟轨道综合性能对比分析 J.山东农业大学学报(自然科学版),2019,41(1):87-100.2 李昌宁,戴宇.郑徐铁路客运专线CRTS型板式无砟轨道施工关键 技术J.铁道标准设计,2015,59(9):25-28.3 赵志辉.高速铁路无砟轨道综合技术经济分析J.铁道标准设计,2017,61(5):32-35.4 吴立娜.CRTS型板式无砟轨道常见施工质量问题及控制关键技 术J.铁道建筑,2019,59(8):121-124.5 任宏伟.CRTS型板式无砟轨道底座板施工技术J.铁道建筑技 术,2015(8):85-87.6 曾志平,何贤丰,余志武,等.重载列车作用下CRTS型板式无砟轨道 结构力学特性试验研究J.铁道科学与工程学报,2018,15(3):581-588.刘洋、李国炜、卢加新、王闵闵、王亚坤、李烨:新型装配式CRTS型板式无砟轨道“直铺法”施工技术