高速鐵路CRTSⅢ型無砟軌道板鋼模系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用

魯寧生，王紅亮

(中鐵二十三局集團(tuán)公司，四川成都 610072)

1 CRTSⅢ型無砟軌道板簡介

CRTSⅢ型無砟軌道板按照結(jié)構(gòu)分為橋上單元板及路基縱連板，按照線型分為三種型號:直線板、一維可調(diào)承軌槽圓曲線板及二維可調(diào)承軌槽緩和曲線板。按其幾何尺寸分為兩種型號:P5 350 mm和P4 856 mm。

CRTSⅢ型無砟軌道板與CRTSⅠ型無砟軌道板及CRTSⅡ型無砟軌道板相比具有顯著的優(yōu)越性。主要表現(xiàn)在能夠?qū)崿F(xiàn)軌道板在圓曲線段及緩和曲線段的一次成型，即軌道板預(yù)制出來后，不再需要通過扣件系統(tǒng)調(diào)整或場內(nèi)軌道板精確打磨來實現(xiàn)，而是通過獨特設(shè)計的鋼模系統(tǒng)實現(xiàn)，從而減少了設(shè)備投入、降低了環(huán)境污染，提高了工效。

2 CRTSⅢ型無砟軌道鋼模系統(tǒng)的設(shè)計思路

目前常用的承臺式無砟軌道模具上的承軌槽與底模是連接為一體的，能夠較好地進(jìn)行直線型軌道板施工，而對于圓曲線段及緩和曲線段將不再適用。圓曲線段承軌槽的位置相對于軌道板中心線有橫向偏移，而緩和曲線段承軌槽的位置相對于軌道板中心線不僅有橫向偏移而且還有垂向位移，需調(diào)高外側(cè)承軌臺面以滿足超高要求。由于線路曲率半徑不同，所需要的圓曲線段及緩和曲線段軌道板也各不相同，眾多的異型軌道板都需要單獨制作模型或按照博格板的施工工藝，即預(yù)制好具有超高超寬承軌臺的軌道板后，按需要打磨成符合承軌槽線型的軌道板。以上兩種方法的造價都非常高，而且工效極低。

針對上述問題，本文提出了以下解決思路:模板端模及側(cè)模不變，設(shè)計活動的承軌槽模及能容納承軌槽模移動的固定底模，做到“一模多用”，一套模板系統(tǒng)適應(yīng)不同的線路情況。

3 有擋肩高精度鋼模系統(tǒng)簡介

3.1 軌道板外觀尺寸(見圖1)

3.2 模型結(jié)構(gòu)

模板系統(tǒng)主要由側(cè)模、端模、底模、端側(cè)模橫移機(jī)構(gòu)、套管定位機(jī)構(gòu)、二維調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)等組成，其主體為焊接鋼結(jié)構(gòu)，而可調(diào)式承軌槽為鑄鋼結(jié)構(gòu)，承軌槽滑動部分則為鋼質(zhì)和工程塑料相結(jié)合的結(jié)構(gòu)形式，且模板的端模和側(cè)模能夠在底模上自由滑動，見圖2。模板的側(cè)模用厚16 mm鋼板加工制作，加勁板用厚12 mm鋼板制作，寬度240 mm，側(cè)模上還設(shè)置了8對錨穴作為固定預(yù)應(yīng)力鋼棒的位置，見圖3(a)。由于軌道板縱向設(shè)置了8根預(yù)應(yīng)力鋼筋，所以，在模板的端模上設(shè)置了4個雙孔錨穴，見圖3(b)。軌道板在脫模時需要進(jìn)行帶模張拉，同時需要對軌道板長度方向的預(yù)應(yīng)力鋼棒施加一定的預(yù)應(yīng)力，用于克服軌道板脫模時因強(qiáng)度不足而可能產(chǎn)生的軌道板脫模裂縫。為提高生產(chǎn)效率，研發(fā)了端側(cè)模橫移機(jī)構(gòu)，即將軌道板端模、側(cè)模的合模拆模方式設(shè)計成滾輪機(jī)構(gòu)的水平移動方式，既可保證合模時的高精度，又能方便快捷地實現(xiàn)合模、拆模，降低工人的勞動強(qiáng)度，提高勞動生產(chǎn)率。模板中的端模、側(cè)模采用定位錐銷進(jìn)行定位，保證了端模、側(cè)模能夠組成一個矩形的外框架，同時套管采用簧片式定位，保證了套管安裝牢固、脫模容易。底模是設(shè)計的關(guān)健部分，既要保證軌道板面的平整、不變形，又要考慮振動力的傳輸，保證混凝土振搗密實，同時又是承軌槽的安裝結(jié)合裝置，其材質(zhì)、加工精度、輔助梁的配合、柔性節(jié)點的位置、張緊力的大小對軌道板生產(chǎn)質(zhì)量起到至關(guān)重要的作用。因此，除理論計算外，尚需試驗驗證其設(shè)置的正確性后，才能保證高質(zhì)量軌道板的生產(chǎn)，見圖3(c)。二維調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)是通過二維可調(diào)節(jié)承軌槽模實現(xiàn)的，即系統(tǒng)采用了楔形塊滑動裝置，通過旋轉(zhuǎn)螺桿完成承軌槽的上下和左右調(diào)整，楔形塊下塊為工程塑料，保證易滑動和塊間不銹結(jié)，該承軌槽的調(diào)整是實現(xiàn)預(yù)制方式代替磨床加工軌道板承軌槽的關(guān)鍵技術(shù)，見圖4。

圖1 軌道板外觀尺寸(單位:mm)

圖2 CRTSⅢ型高精度軌道板模型總圖

3.3 模板主體的設(shè)計

模板主體是根據(jù)軌道板的技術(shù)要求進(jìn)行設(shè)計的，其中，軌道板的平整度、整體扭曲、四邊翹曲、四邊旁彎等技術(shù)指標(biāo)同模板主體的剛度有關(guān)，需要單獨進(jìn)行設(shè)計計算。設(shè)計參數(shù)如下:軌道板自重64 kN，安全系數(shù)1.5，取值96 kN，即17.94 kN/m(96 kN/5.35 m)，材料彈性模量210 GPa，勻布荷載。設(shè)計要求的縱向最大撓度值＜0.5 mm。在進(jìn)行設(shè)計時，需要把軌道板底?？闯山M合梁，用3根I22b工字鋼平均分布荷載，分布力為17.94/3=5.98 kN/m。共設(shè)4個支點，每個支點的平均距離為5.35/4=1.337 m。I22b工字鋼截面抗彎慣性矩Ix=0.357×10－4m4，則結(jié)構(gòu)撓度的最大值ymax為

圖3 軌道板結(jié)構(gòu)

圖4 可調(diào)式承軌槽模型

式中，ymax為梁跨中的最大撓度(mm);q為均布荷載(kN/m);l為梁跨長度(m);E為彈性模量(Pa);Ix為慣性矩(m4)。將各項數(shù)值代入式(1)，則

通過驗算，跨中最大撓度＜0.5 mm，符合設(shè)計的要求。

模板整體主骨架用I24B工字鋼制作，底板、邊側(cè)板用16 mm鋼板制作。模型長期在濕熱環(huán)境下工作，應(yīng)進(jìn)行防銹處理。

4 模型的制造工藝

模型加工尺寸的允許誤差應(yīng)符合表1的要求。

鋼模機(jī)加工的精度決定軌道板產(chǎn)品的精度，在承軌槽的加工過程中，單件的加工精度控制在0.1 mm以內(nèi)，以確保承軌槽安裝好后的組合精度控制在0.2 mm以內(nèi)。

5 有擋肩二維鋼模精確測量及調(diào)整

5.1 鋼模的精確檢測內(nèi)容及方法

在軌道板鋼模的檢測項目中，不僅需要對軌道板鋼模的長、寬和高進(jìn)行檢測，還需要對軌道板鋼模表面的平整度，承軌槽的相對位置以及承軌槽的調(diào)整量進(jìn)行測量，其中承軌槽調(diào)整量的測量比較復(fù)雜。為此，本文提出了兩種測量方案，第一方案是專用檢測工具+游標(biāo)卡尺進(jìn)行復(fù)檢測量，設(shè)計思路是將空間尺寸轉(zhuǎn)化為平面尺寸，便于利用游標(biāo)卡尺進(jìn)行測量。

另一種方案是用全站儀檢測，先確定一個基準(zhǔn)點，利用球形棱鏡測量其他點的坐標(biāo)，計算出與基準(zhǔn)點的關(guān)系，同設(shè)計值比較，得到測量結(jié)果再配以伺服電機(jī)，進(jìn)行自動化調(diào)整。

表1 模型尺寸的允許偏差

5.2 軌道板鋼模專用檢具測量

檢測機(jī)具為L型不銹鋼鏤空鑄件，經(jīng)過精密加工，共 3件套，件 1長 218.32 mm，件 2長 168 mm(2件)。

需要測量完成的項目有:①大鉗口間距;②小鉗口間距;③軌底坡;④兩支撐面的扭曲;⑤鋼軌中心線距離;⑥單排承軌槽中線偏差;⑦承軌槽高度;⑧軌道板面平整度。

5.3 軌道板鋼模和軌道板成品質(zhì)量的自動測量

軌道板鋼模和成品自動測量系統(tǒng)主要由螺栓樁套筒、檢測平板、檢測工裝、高精度測量機(jī)器人、數(shù)據(jù)測控終端和PC后處理數(shù)據(jù)分析管理軟件組成。系統(tǒng)工作原理見圖5。該系統(tǒng)是由自動測量系統(tǒng)和自動調(diào)整系統(tǒng)連接而成的，可實現(xiàn)自動化調(diào)整承軌槽模。同時，該調(diào)節(jié)方式將基本實現(xiàn)每個軌道板中16個承軌槽模的無級調(diào)寬、調(diào)高，以達(dá)到軌道線路圓曲線、緩和曲線段對軌道板的特殊要求，具有顯著的優(yōu)越性和實用性。

圖5 自動測量系統(tǒng)的工作原理

該系統(tǒng)方案實現(xiàn)了機(jī)電一體化，采用了高精度測量機(jī)器人、無線電臺和可靠的PDA，實時對導(dǎo)管孔距、承軌槽坡度、承軌槽鉗口及承軌槽位置進(jìn)行測量并計算出調(diào)整量，并將其發(fā)送給手持無線信息顯示器的工人，手動調(diào)整鋼模、或直接發(fā)送給能接受無線信息的鋼模自動調(diào)整設(shè)備。

6 結(jié)論及設(shè)計驗證

1)CRTSⅢ型有擋肩高精度軌道板鋼模能夠?qū)崿F(xiàn)軌道板在圓曲線段及緩和曲線段的一次成型，減少了設(shè)備投入，降低了環(huán)境污染，提高了工效，降低了工程造價。

2)CRTSⅢ型有擋肩高精度軌道板鋼模的研制成功標(biāo)志著使用預(yù)制方式生產(chǎn)有擋肩高精度軌道板的設(shè)想的實現(xiàn)，有利于高速鐵路新線現(xiàn)場施工。

3)CRTSⅢ型有擋肩高精度軌道板鋼模的調(diào)整精度符合設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，達(dá)到軌道線路曲線地段對軌道板的特殊要求。

4)研發(fā)的新型有擋肩二維鋼模專用檢測系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對軌道板鋼模和軌道板成品質(zhì)量的自動測量，成功實現(xiàn)了根據(jù)空間線形的需求來精確測量并調(diào)整定位的目標(biāo)。

5)產(chǎn)品的模型驗收標(biāo)準(zhǔn)能夠很好地保證新型無砟軌道板的安全、正常的使用，對以后無砟軌道板的設(shè)計和施工具有一定借鑒意義。

6)中鐵二十三局研制的有擋肩后張雙向預(yù)應(yīng)力全新絕緣軌道板，通過成都至都江堰鐵路、武漢城際、京沈高鐵及成綿樂客運專線的成功運用，證明其設(shè)計理念先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)效益明顯。

［1］中華人民共和國建設(shè)部．GB 50017—2003 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范［S］．北京:中國建筑工業(yè)出版社，2003．

［2］中華人民共和國建設(shè)部．GB 50205—2001 鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收標(biāo)準(zhǔn)［S］．北京:中國鐵道出版社，2008．

［3］中華人民共和國建設(shè)部．JGJ 81—2002 建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接規(guī)范［S］．北京:中國建設(shè)工業(yè)出版社，2002．

［4］中華人民共和國鐵道部．科技基［2008］74號 客運專線鐵路CRTSⅠ型板式無砟軌道混凝土軌道板暫行技術(shù)條件［S］．北京:中國鐵道出版社，2007．

［5］中華人民共和國鐵道部．科技基［2007］207號 WJ-8型扣件暫行技術(shù)條件［S］．北京:中國鐵道出版社，2007．