高速鐵路橋梁板式無碴軌道的施工技術(shù).docx

高速鐵路橋梁板式無碴軌道的施工技術(shù)作者：周一明提要：本文介紹了用于秦沈客運專線橋梁上的一種新型軌道結(jié)構(gòu) 板式無碴軌道施工技術(shù)，主要包括軌道板的制造、CA 砂漿的研究及配制，混凝土底座及凸形擋臺施工、軌道板鋪設(shè)、CA 砂漿灌注、充填式墊板的施工等一系列關(guān)鍵技術(shù)，對城市高架輕軌、高速鐵路橋梁等工程推廣此項新技術(shù)具有重要參考價值和實用價值。關(guān)鍵詞：客運專線；橋梁；板式無碴軌道前言高速鐵路是我國國民經(jīng)濟發(fā)展對鐵路路網(wǎng)建設(shè)的必然要求，特別是黨的十六大確定了全面建設(shè)小康社會的宏偉目標，鐵道部黨組提出了鐵路跨越式發(fā)展的新思路，并制定了鐵路中長期發(fā)展規(guī)劃，2004年年初于國務(wù)院辦公會上獲得通過。高速鐵路不同于以往的鐵路建設(shè)，我們可以從直觀上認識到：“建設(shè)標準高，運營速度快”。如何做到建設(shè)高標準和運營高速度，涉及到設(shè)計水平、施工工藝、設(shè)備的先進性和運轉(zhuǎn)狀況等各方面。設(shè)計是項目前期工作的重點，直接影響項目建設(shè)的成效和建設(shè)資金的效果，必須高度重視。 隨著我國鐵路運營速度的不斷提高，有碴軌道在列車荷載反復(fù)作用下軌道殘余變形積累很快，從而導(dǎo)致軌道高低不平順，影響旅客乘坐的舒適性，增大軌道養(yǎng)護維修工作量。板式無碴軌道是用雙向預(yù)應(yīng)力軌道板及CA 砂漿替換傳統(tǒng)有碴軌道的軌枕和道碴的一種新型軌道型式。秦沈客運專線是我國第一條設(shè)計時速大于200 km/h的高速鐵路，其中雙何特大橋全長703.33 m，梁體為單線箱梁，上下線并行。橋梁位于兩個曲線及其間的夾直線上，縱坡為9.9 和一1.5 。為提高旅客乘坐的安全性、舒適性，減小橋梁振害及減少運營期間的維修工作量，滿足高速鐵路運營的要求，梁上采用的板式無碴軌道。一.結(jié)構(gòu)設(shè)計及特點 板式無碴軌道是由預(yù)制的軌道板、混凝土底座，以及介于兩者之間的CA 砂漿填充層組成，在兩塊軌道板之間設(shè)凸形擋臺以承受縱、橫向水平力。 秦沈客運專線雙河特大橋板式無碴軌道特點是：結(jié)構(gòu)高度699mm，3.2 t/延m。具有結(jié)構(gòu)高度低、自重輕、現(xiàn)場混凝土施工量少、可修復(fù)行強、施工需專用設(shè)備等特點。二.施工工藝要點 1. 軌道板制造 軌道板是板式無碴軌道的重要組成部分之一，列車荷載和振動等產(chǎn)生的巨大能量先由其傳給橋梁。軌道板的平整度、預(yù)埋件位置直接影響鋪軌質(zhì)量及橋梁振動，因此，軌道板制造精度要求非常高，而且必須具有很高的平整度和抗裂性。軌道板設(shè)計為雙向預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件。 軌道板的平整度及預(yù)埋件、預(yù)留管道位置的精度主要通過模型的精度來控制。鋼模型底模平整度保證在0.5 mm 范圍內(nèi)，各預(yù)埋件在底模上的預(yù)留安裝偏差不得大于0.5 mm，采用螺栓固定安裝預(yù)埋件。鋼模板允許偏差：長度、寬度為士1.5 mm，高度為+0一1.5 mm，預(yù)埋件及平整度為0.5 mm。 鋼筋加工及綁扎在專用模具上完成，預(yù)應(yīng)力孔道采用18mm 的鋼管成孔，混凝土澆注過程中以底振為主，面振為輔，采用蒸汽養(yǎng)護，靜停3h后升溫，升溫、降溫速度不超過每h15 C，恒溫控制在4O50 C。最高溫度不大于55 ，恒溫的持續(xù)時間在6 h以內(nèi)。張拉時先對稱先張拉橫向孔道，后張拉縱向孔道，縱向雙層孔道每排同時對稱張拉。采用張拉力控制，伸長值量作為校核，并嚴格控制夾片回縮量。 2 .底座混凝土基礎(chǔ) 底座混凝土基礎(chǔ)是板式無碴軌道基礎(chǔ)的找平層及橋上曲線段超高設(shè)置的調(diào)整層，施工的關(guān)鍵是施工控制測量及凸形擋臺的準確定位。 凸形擋臺模型的安裝，曲線段遵循調(diào)平、對中、再調(diào)平的原則，反復(fù)調(diào)整直至滿足要求為止。 3. 軌道板鋪設(shè) 不同型號的軌道板按設(shè)計位置要求放置，曲線梁段每塊軌道板必須按相應(yīng)的偏轉(zhuǎn)角放置，并在凸形擋臺上標出線路中心線。4. CA 砂漿研制與施工 CA砂漿特性CA 砂漿作為板式軌道混凝土底座與軌道板問的彈性調(diào)整層，是一種具有混凝土的剛性和瀝青的彈性的半剛性體。 CA 砂漿調(diào)整層是板式無碴軌道結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵組成部分，其性能的好壞直接影響板式軌道應(yīng)用的耐久性和維修工作量。在日本新干線板式軌道CA 砂漿研究資料的基礎(chǔ)上，結(jié)合我國前期的研究成果，針對性地提出了板式軌道CA 砂漿的性能指標及相應(yīng)的試驗方法。其主要性能指標要求如下表。 從CA 砂漿的材料組成及性能指標要求可以看出，其技術(shù)的開發(fā)難度較大。材料既要滿足強度和彈性要求。又必須具有必要的施工性能，同時考慮到CA 砂漿在寒冷地區(qū)使用工況，還應(yīng)具備抗凍融性能以保正其長期使用的耐久。三.主要技術(shù)性能指標與試驗方法 抗壓強度 (1)由輪重決定的抗壓強度 板式軌道CA砂漿填充于軌道板板底及凸形擋臺四周，因此其抗壓強度的確定取決于設(shè)計輪重以及作用于凸形擋臺上縱向力的大小。設(shè)計輪重作用下軌道板下CA 砂漿所需要的抗壓強度為0.1 MPa。(2)由作用于凸形擋臺上縱向力決定的抗壓強度凸型擋臺與軌道板間的CA砂漿填充層所承受的 板式軌道CA 砂漿的抗壓強度主要由凸形擋臺周圍的CA砂漿層的受力條件所決定。 (3)試驗方法 CA砂漿抗壓強度試驗采用“單軸壓縮法”進行。利用壓力試驗機以每min試件變形0.5 mm加載速率勻速加載，當壓力不再上升時停止加載，其壓力最大值即為該試件在各齡期時的抗壓強度。 彈性模量 CA 砂漿彈性模量試驗方法與抗壓強度基本相同，試件為70.770.7220 mm 的棱柱體，利用壓力試驗機以試件變形0.5 mm/min加載速率勻速加載，加載最大值為抗壓強度的1/3。由于CA 砂漿具有一定的塑性，彈性模量試驗曲線實際上為一螺旋線，試驗中取第四次加載曲線起始點的割線斜率為該試件的彈性模量。 流動度與可工作時間 CA 砂漿流動度與可工作時間是保證板式軌道CA 砂漿現(xiàn)場灌注施工質(zhì)量的重要指標。為確定CA砂漿流動度指標，試驗采用容積為640ml的特制漏斗進行測定，將拌和好的砂漿注入漏斗、自打開出口開始，至砂漿全部流出所經(jīng)歷的時間，即為流動度。 影響CA 砂漿流動度的因素很多，在拌和方式，投料順序一定的條件下，流動度隨溫度、外加劑、主要原材料的配合比、水灰比的變化而不同。 可工作時間的試驗方法與流動度相同，但同一試樣每隔5 min做一次，并繪出流動度曲線，既流動度與累計時問的對應(yīng)關(guān)系。砂漿在流動度設(shè)計范圍內(nèi)所經(jīng)歷的時間即為砂漿的可工作時間T(以min計)。 膨脹率 CA 砂漿灌注后固化，一般會產(chǎn)生23 mm 的收縮，因此直接影響板底砂漿的填充效果，為此設(shè)計中必須考慮在原材料中添加適量的膨脹劑(如鋁粉等)使砂漿產(chǎn)生膨脹。設(shè)計中要求CA 砂漿膨脹率應(yīng)控制在13 之內(nèi)。 CA砂漿膨脹率采用量筒、游標卡尺進行測定。將配制好的CA 砂漿注入量筒內(nèi)，其上加上一塊玻璃板，用游標卡尺測量玻璃板至砂漿表面的高度。 材料分離度 保證CA砂漿固化體的勻質(zhì)性，采用材料分離度作為勻質(zhì)性評價的指標，借鑒日本板式軌道CA 砂漿與我國前期試驗的結(jié)果，確定CA 砂漿的材料分離度在3以下。材料分離度試驗采用“等分法”進行測定。 空氣含量 在CA砂漿的配制過程中導(dǎo)入適量的微小氣泡，可提高抗凍性，這種氣泡可緩和CA 砂漿層內(nèi)的自由水等受凍害膨脹時產(chǎn)生的凍晶壓力。 在CA 砂漿內(nèi)導(dǎo)入空氣后，相應(yīng)地要采取添加適量的消泡劑以及采用特殊的拌和方法等措施，以提高CA砂漿的質(zhì)量。 空氣量的試驗主要是實測砂漿試件的單位容積的重量。為得出空氣量的大小，在砂漿配制前，稱量砂漿所用原材料的重量，了解原材料的比重，從而計算出砂漿理論單位容積重量。耐久性(抗凍性能) (1)凍害分析。普通CA砂漿拌合后，部分水開始與水泥發(fā)生水化反應(yīng)，成為水泥漿，在凝固并達到一定強度以前，水化反應(yīng)一直進行。在水泥的水化、凝結(jié)作用下CA砂漿將產(chǎn)生一定收縮，而同時砂漿中的游離水較多，當溫度低時，游離水結(jié)冰造成CA 砂漿體積膨脹，產(chǎn)生冰晶壓力，且初期強度較低，CA 砂漿很容易發(fā)生凍脹破壞。水泥水化全部完成后，仍有部分水以游離水的狀態(tài)存在CA 砂漿中，當溫度降低后，CA 砂漿中瀝青隨溫度下降而體積收縮，同時由于游離水受凍產(chǎn)生的冰晶壓力的影響而導(dǎo)致組織結(jié)構(gòu)劣化，從而發(fā)生破壞。故凍害產(chǎn)生的原因主要是CA 砂漿的不勻質(zhì)組織結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)中存在的游離水和體積收縮。 (2)提高抗凍性的措施 經(jīng)上分析可知，通過改善CA 砂漿的組織結(jié)構(gòu)、減少拌合用水及補償體積收縮可防止凍害。防止初期凍害主要采取提高CA砂漿早期強度、加速凝結(jié)時間、選擇適宜的養(yǎng)生條件等措施，CA 砂漿拌合須嚴格按照要求進行，保證早期強度及空氣含量，同時加強養(yǎng)護工作，保證CA 砂漿灌注完成后處于525 的養(yǎng)護環(huán)境。 (3)凍融試驗及結(jié)論 對不同配方的CA 砂漿進行快速凍融循環(huán)試驗，以檢驗其耐久性。根據(jù)其研究結(jié)果，提高CA 砂漿抗凍性的對策，主要有：改進瀝青乳化劑和減少砂的用量來減少攪拌水；使用消泡劑或聚合物使結(jié)構(gòu)致密化，提高防水性；采用AE劑用微小氣泡來緩沖冰晶壓力是有效的，試驗結(jié)果得出導(dǎo)入適量的空氣量(812%)對防止凍害是最有效的措施四CA 砂漿首先是CA 砂漿的制配 在施工現(xiàn)場制配時，CA 砂漿的配合比要根據(jù)氣候條件、溫度條件及現(xiàn)場所采購的材料性能的變化，通過試驗及時修正配合比，每次要求留足夠的砂漿用于檢測的砂漿試塊，并做好試驗記錄。 其次， 現(xiàn)場配合比的修正 (1)標準配合比是基礎(chǔ)，要根據(jù)使用的攪拌機和容量，求出現(xiàn)場的配合比。 (2)測定當日使用砂的表面水量。(3)砂的表面水量、吸水率的水量。(4)河砂進貨時表面有較多的附著水，因此使用時要測定表面水進行必要的修正 最后， CA 砂漿的攪拌 CA 砂漿的攪拌是用水泥瀝青砂漿攪拌機(容量為1m。)進行的，材料的加入是按A型乳劑一水(聚合物、消泡劑)一細骨料(砂)、鋁粉一混合料CAA一水泥一AE劑的順序進行的，材料的投入通常都是仔細地進行的，A 型乳劑和水泥一經(jīng)接觸就開始反應(yīng)，為有效地利用可注入時間，而把水泥的加入放在最后進行，因為鋁粉的用量是微少的，為防止投入鋁粉時發(fā)生飛散現(xiàn)象，在投入之前最好與砂料摻合之后再投入，水泥的加入以分散加入為最好，為此，應(yīng)在攪拌機投料口上安置一個用6mm 左右的鋼筋制成的孔徑為10 cm 的鋼絲網(wǎng)罩，或者像用落水管送入那樣為宜，另外，材料的計量以重量計量為原則。低溫時的CA 砂漿施工： CA砂漿中的乳劑的使用溫度為530 ，攪拌溫度以1O 25 為標準。在低溫施工時，為了達到這種溫度需要加熱原材料、容器保溫、還要有防風設(shè)備，并采用如下一系列供熱手段，以達到施工可能，得到要求的CA 砂漿性能。 低溫時，砂漿拌和的溫度要使用1O 以上的材料，瀝青A乳劑保持在5O ，與水泥混合時在3O以下是必要的。 采用溫水，砂水要不受雪凍、雨水，用罩布蓋好保管為好。水泥可原狀使用，不能直接加熱、與高溫水接觸。乳劑桶、攪拌機、管道。軟管等以及保溫材等都用罩布覆蓋為好，養(yǎng)生時最好蓋上罩布，并采用積極手段，從外面加熱的方法等。 CA 砂漿的現(xiàn)場灌注 (1)安置模板。 軌道板的整正一經(jīng)完畢，就應(yīng)在軌道板和混凝土基床、混凝土凸型擋臺之間注入CA 砂漿，在注入之前，為不使CA砂漿溢出，并能填筑充分，應(yīng)安置模板，進行模板的施工時，應(yīng)注意以下幾點： 軌道板和混凝土基床之間，檢查是否積有塵埃或水、冰、雪等物，如有應(yīng)事先清除，并且在安置完模板以后，也不應(yīng)混入塵埃或水等物，為此最好覆以罩布防護為宜； 模板用鋼?；蚰灸６伎梢?，但應(yīng)當是在注入過程中不致發(fā)生變形的； 對模板應(yīng)事先涂敷脫模劑，因為不涂敷脫模劑在脫模時容易傷損CA 砂漿；所用脫模劑應(yīng)以不防礙CA 砂漿的硬化為原則； 了解模板依其使用目的 砂漿的注入 CA 砂漿的注人，要以不致帶人空氣為原則徐徐地連續(xù)進行，還應(yīng)注意不致引起材料離析，并且完全充分地充填孔隙。因此，應(yīng)加強對CA 砂漿的注人。 無級調(diào)高充填式墊板施工 當板式無碴軌道應(yīng)用于軌面標高漸變的緩和曲線與豎曲線地段時，最小厚度為2mm 的軌下調(diào)高墊板難以實現(xiàn)對板長范圍內(nèi)的軌道不平順的精細調(diào)整，因此必須采用與板式軌道相配套的充填式無級調(diào)高墊板，以實現(xiàn)線路的高平順性要求。 軌道狀態(tài)調(diào)整 充填式墊板的充填厚度以46 mm 左右為宜，超出部分應(yīng)在鐵墊板下墊入預(yù)制的調(diào)高墊板。在每塊軌道板范圍內(nèi)，每股鋼軌的軌底與板頂之間插入3個調(diào)整墊塊，調(diào)整墊塊前后的扣件必須按規(guī)定的扭矩擰緊，其它扣件螺栓用手擰緊即可。 無級調(diào)高充填式墊板施工 充填式墊板注入袋必須在軌道狀態(tài)精細調(diào)整全部結(jié)束后插入。注入袋的注入口應(yīng)置于軌道的同一側(cè)，按一致的注入方向插入。對于曲線超高區(qū)段，注入口應(yīng)朝低的方向，從低側(cè)注入。 采用機械注入樹脂，連續(xù)地進行充填作業(yè)。注入的壓力應(yīng)嚴格控制，要求以1.5 kg/cm。以下的壓力緩慢注入；在確認樹脂固化后，方可剪除注入口、排氣口，且不得損傷墊板；軌底與軌道板頂間設(shè)置的調(diào)整墊塊應(yīng)在充填式墊板允許可承載時間(10 h)后撤出。 結(jié)束語 綜上所述，秦沈客運專線雙河曲線特大橋上板式無碴軌道完全采用了具有中國知識產(chǎn)權(quán)的“綜合施工技術(shù)科研成果”，并成功運用于秦沈客運專線首座曲線橋上，總結(jié)出了一套完整的施工工藝及綜合施工技術(shù)，自主研發(fā)了高精度的雙向預(yù)應(yīng)力軌道板鋼模型及蒸養(yǎng)控制技術(shù)，成功研制出抗凍性CA 砂漿及拌制工藝，自主研制了無級變頻調(diào)速控制及電腦程序控制的雙臥軸強制式拌合機、無級調(diào)高充填式墊板、軌道板鋪設(shè)及精調(diào)技術(shù)。這些技術(shù)首次在秦沈客運專線雙河特大橋