鄭徐鐵路客運(yùn)專線CRTSⅢ型板式無(wú)砟軌道施工關(guān)鍵技術(shù)

李昌寧，戴 宇

(中鐵一局集團(tuán)有限公司，西安 710054)

鄭徐鐵路客運(yùn)專線CRTSⅢ型板式無(wú)砟軌道施工關(guān)鍵技術(shù)

李昌寧，戴 宇

(中鐵一局集團(tuán)有限公司，西安 710054)

鄭徐鐵路客運(yùn)專線是首次大規(guī)模采用CRTSⅢ型先張法預(yù)應(yīng)力混凝土軌道板鋪設(shè)的無(wú)砟軌道線路，軌道板預(yù)制、鋪設(shè)精調(diào)以及自密實(shí)混凝土施工工藝、工裝設(shè)備及施工效率、質(zhì)量控制等都需要進(jìn)行有針對(duì)性的研究。無(wú)砟軌道施工前，通過(guò)對(duì)正在施工的CRTSⅢ型后張法預(yù)應(yīng)力混凝土軌道板鋪設(shè)線路的參觀學(xué)習(xí)，進(jìn)行板場(chǎng)規(guī)劃建設(shè)、線下工藝性揭板試驗(yàn)、專家評(píng)估驗(yàn)收、應(yīng)用BIM技術(shù)管理，施工各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)符合相關(guān)技術(shù)條件要求，工裝設(shè)備滿足作業(yè)要求，已正式上線施工的無(wú)砟軌道試驗(yàn)段滿足設(shè)計(jì)要求。

CRTSⅢ型板; 無(wú)砟軌道; 施工; BIM技術(shù)

1 概述

鄭徐鐵路客運(yùn)專線CRTSⅢ型板式無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)采用全新設(shè)計(jì)理論體系，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖1。軌面從上向下依次為CRTSⅢ型先張預(yù)應(yīng)力軌道板、板下U形筋+配筋自密實(shí)混凝土、隔離層與彈性墊板、帶限位凹槽的底座板等，與其他板式無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)相比，其限位方式與CRTSⅠ型板的凸臺(tái)限位方式和CRTSⅡ型板的側(cè)向擋塊限位方式有很大的不同；其板下填充層材料采用自密實(shí)混凝土而非水泥乳化瀝青砂漿，相關(guān)技術(shù)指標(biāo)和結(jié)構(gòu)厚度亦與其他板式無(wú)砟軌道有較大不同。以在建鄭徐鐵路客運(yùn)專線為例，著重就CRTSⅢ型無(wú)砟軌道板的預(yù)制、鋪設(shè)、精調(diào)、自密實(shí)混凝土施工等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行闡述，其與既有板式和雙塊式無(wú)砟軌道相同或類似的則在這里不做贅述，同時(shí)為加強(qiáng)項(xiàng)目的精細(xì)化管理，應(yīng)用BIM技術(shù)進(jìn)行無(wú)砟軌道施工管理。

圖1 CRTSⅢ型板式無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)示意(單位：cm)

2 CRTSⅢ型先張預(yù)應(yīng)力軌道板預(yù)制

CRTSⅢ型板式無(wú)砟軌道為雙向先張預(yù)應(yīng)力軌道板，軌道板以P5600(圖2)、P4856、P4925三種為基本板型，另有多種配板板型，以滿足非標(biāo)簡(jiǎn)支梁、曲線等特殊地段的布板設(shè)計(jì)要求。預(yù)制生產(chǎn)線一般設(shè)計(jì)為矩陣臺(tái)座式(圖3)，每個(gè)矩陣布置8套模具，根據(jù)模具頂面相對(duì)地面高度不同可分為下臥式和半臥式，根據(jù)軌道板脫模方法不同可分為原位型和側(cè)模隨動(dòng)型；張拉為雙向同步整體式張拉梁框架結(jié)構(gòu)型式，根據(jù)液壓油缸與張拉梁作用方式不同可分為頂推式和牽引式(圖3示例為牽引式)，澆筑混凝土前根據(jù)張拉計(jì)算值以張拉力讀數(shù)為主、預(yù)應(yīng)力筋伸長(zhǎng)值作校核，由計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制實(shí)施張拉并自動(dòng)生成張拉記錄；使用復(fù)合摻和料、黏度改性材料、高效減水劑，改善拌和物澆筑可操作性；采用布料機(jī)分塊澆筑混凝土，刷毛機(jī)對(duì)板底一次性刷毛；脫模前采用溫度曲線自動(dòng)跟蹤蒸汽養(yǎng)護(hù)方法覆蓋養(yǎng)護(hù)；軌道板強(qiáng)度大于48 MPa后脫模、封錨；再水中養(yǎng)護(hù)不少于3 d，且保溫、保濕總時(shí)間不少于10 d，養(yǎng)護(hù)完成且表面干燥、室內(nèi)外溫差不大于15 ℃時(shí)方可室外側(cè)置立放(圖3右)。

圖2 P5600型CRTSⅢ型軌道板結(jié)構(gòu)示意(單位：mm)

圖3 CRTSⅢ型軌道板預(yù)制生產(chǎn)線示例與臨時(shí)存放

3 底座施工高程控制施工

底座施工頂面高程控制直接影響無(wú)砟道床結(jié)構(gòu)尺寸。鄭徐鐵路客運(yùn)專線底座施工采用可調(diào)高式鋼模板[11]，底座高程控制測(cè)量軟件，立模前將對(duì)應(yīng)段落的設(shè)計(jì)參數(shù)輸入到測(cè)量軟件中，立模時(shí)采用全站儀和專用棱鏡對(duì)模板頂面高程進(jìn)行測(cè)量(圖4)，人工調(diào)整到位。為提高施工效率和相鄰單元線形平順，作業(yè)人員利用水平尺和直尺對(duì)相鄰底座模板進(jìn)行線性控制調(diào)整。

圖4 利用全站儀和專用棱鏡測(cè)量底座模板頂面高程

4 CRTSⅢ型軌道板鋪設(shè)精調(diào)作業(yè)

CRTSⅢ型軌道板鋪設(shè)精調(diào)作業(yè)所用儀器設(shè)備的類型、測(cè)量方法、精度要求等與CRTSⅠ型、CRTSⅡ型板式無(wú)砟軌道施工基本相同，這里不予介紹。CRTSⅢ型軌道板精調(diào)采用專用軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理；測(cè)量標(biāo)架采用小鉗口定位型(圖5(a))和扣件預(yù)埋套管定位型(圖5(b))兩種，小鉗口定位時(shí)，左右兩個(gè)標(biāo)架獨(dú)立放置，這就要求獨(dú)立放置的小標(biāo)架各觸點(diǎn)必須與承軌臺(tái)擋肩密貼，并保證左右兩個(gè)承軌臺(tái)上的標(biāo)架中心線對(duì)齊；預(yù)埋套管定位時(shí)，每次都必須檢查插腳和套管孔不能有附著物和損傷。

軌道板精調(diào)后，因未能及時(shí)灌注自密實(shí)混凝土(如：時(shí)間超過(guò)24 h、或溫差超過(guò)15 ℃)，以及受到外力擾動(dòng)(如：軌道板封邊固定、灌注自密實(shí)混凝土作業(yè)等)，可能影響精調(diào)成果時(shí)，應(yīng)抽查復(fù)測(cè)軌道板位置精度。軌道板位置精度復(fù)測(cè)采用專門(mén)的CRTSⅢ型板式無(wú)砟軌道平順性檢測(cè)軟件進(jìn)行，可采用CPⅢ自由測(cè)站和軌道基準(zhǔn)點(diǎn)強(qiáng)制對(duì)中兩種方法進(jìn)行抽檢，必要時(shí)加大復(fù)測(cè)頻次。

圖5 測(cè)量標(biāo)架定位安裝示例

5 自密實(shí)混凝土施工

5.1 自密實(shí)混凝土配合比選定與揭板驗(yàn)證

(1)自密實(shí)混凝土配合比采用絕對(duì)體積法進(jìn)行設(shè)計(jì)或計(jì)算[12]，配制等級(jí)強(qiáng)度為C40的自密實(shí)混凝土，其基本要求為：膠凝材料用量不宜大于580 kg/m3；用水量不宜大于180 kg/m3；單位體積漿體總量不宜大于0.4 m3。

(2)試驗(yàn)時(shí)，根據(jù)基準(zhǔn)水泥凈漿的規(guī)定稱取水泥、水、估計(jì)減水劑和黏度改性材料的推薦量施作水泥凈漿黏度比試驗(yàn)，取得相關(guān)參數(shù)；根據(jù)基準(zhǔn)混凝土配合比規(guī)定稱取水泥、水、中砂和碎石，采用強(qiáng)制式攪拌機(jī)攪拌，按要求確定基準(zhǔn)混凝土減水劑用量。再添加黏度改性材料，以用水量3 kg/m3幅度增加直至混凝土出現(xiàn)泌水現(xiàn)象，確定該黏度改性材料的用水敏感度。

(3)通過(guò)絕對(duì)體積法計(jì)算得到自密實(shí)混凝土設(shè)計(jì)配合比，考慮膠凝材料偏高會(huì)影響混凝土收縮，同時(shí)確保經(jīng)濟(jì)合理性，在計(jì)算得到的配合比基礎(chǔ)上，減少膠凝材料，增加同等集料用量，砂率、礦物參量、水膠比保持不變，得到優(yōu)化配比。

(4)通過(guò)自密實(shí)混凝土性能試驗(yàn)，應(yīng)保證硬化物混凝土性能均能滿足要求?，F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)：當(dāng)膠凝材料用量過(guò)大時(shí)，高效減水劑用量過(guò)大，混凝土黏度下降，可能導(dǎo)致混凝土出現(xiàn)離析傾向，出現(xiàn)混凝土穩(wěn)定性降低。同樣膠凝材料總量過(guò)高，反而會(huì)降低混凝土的強(qiáng)度。因此，配合比的選定宜從滿足混凝土拌和物的工作性能、混凝土強(qiáng)度和膠凝材料的用量方面等綜合考慮并確定最終施工配合比。

(5)正式上線施工前按要求進(jìn)行工藝性揭板試驗(yàn)。實(shí)尺灌注4塊CRTSⅢ型軌道板(2直線2曲線)，現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)記錄結(jié)果表明，混凝土灌注速度過(guò)快所引起的軌道板上浮、側(cè)移最大可達(dá)2.4 mm，一塊P5600型軌道板的灌注時(shí)間應(yīng)控制在9～15 min；在自密實(shí)混凝土各項(xiàng)性能指標(biāo)相對(duì)穩(wěn)定的情況下，初凝后的回縮量基本穩(wěn)定，一般在0.2～0.3 mm，拆除軌道板精調(diào)支座宜控制在混凝土初凝后、終凝前的時(shí)間段內(nèi)，否則可能出現(xiàn)離縫現(xiàn)象。

通過(guò)揭板觀察：自密實(shí)混凝土充盈飽滿、表面無(wú)松軟發(fā)泡層、無(wú)面積大于50 cm2的氣泡、邊角尤其是超高側(cè)的氣泡滿足“技術(shù)條件”要求、表面無(wú)裂紋和泌水現(xiàn)象；切開(kāi)斷面中間部分骨料分布均勻，四角均勻性略差，無(wú)上下貫通氣孔和蜂窩等現(xiàn)象。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，確定施工方法，驗(yàn)證工藝等相關(guān)參數(shù)，總體質(zhì)量滿足“技術(shù)條件”要求，現(xiàn)場(chǎng)位移監(jiān)測(cè)、揭板效果如圖6所示。

圖6 軌道板灌注位移監(jiān)測(cè)及灌注揭板效果示例

5.2 施工要點(diǎn)

(1)結(jié)構(gòu)層配筋安裝

自密實(shí)混凝土結(jié)構(gòu)層內(nèi)設(shè)計(jì)有防裂鋼筋網(wǎng)片，位于結(jié)構(gòu)層中間，同時(shí)與凹槽內(nèi)配筋綁扎連接。要求鋼筋網(wǎng)片事先集中加工成型，粗鋪軌道之前在現(xiàn)場(chǎng)安裝固定。

(2)立模與扣壓

軌道板精調(diào)后24 h內(nèi)應(yīng)完成板下自密實(shí)混凝土灌注。軌道板封邊采用定制鋼模板，高度12～14 cm，端模采用與軌道板相同弧形角結(jié)構(gòu)；固定裝置起防上浮、防側(cè)移作用，間隔安裝在軌道板上方。基本結(jié)構(gòu)和安裝見(jiàn)圖7。為降低固定作業(yè)對(duì)底座結(jié)構(gòu)的損害，可事先于底座混凝土施工時(shí)在其側(cè)面恰當(dāng)位置預(yù)埋PVC管，內(nèi)插 “T”形鋼筋，為固定下拉裝置提供支點(diǎn)。

圖7 軌道板封邊、扣壓限位結(jié)構(gòu)和安裝示意

(3)自密實(shí)混凝土灌注

①自密實(shí)混凝土入模前，應(yīng)檢測(cè)混凝土拌和物的溫度、坍落擴(kuò)展度、擴(kuò)展時(shí)間T500、含氣量及泌水率等拌和物性能，并填寫(xiě)試驗(yàn)記錄。

②自密實(shí)混凝土從軌道板中心孔灌注。灌板前對(duì)軌道板下封閉腔進(jìn)行霧狀噴水預(yù)濕，足夠濕潤(rùn)的標(biāo)志是表面潮濕而不積水。灌注時(shí)宜按“先快后慢”的節(jié)奏控制，灌注效果應(yīng)飽滿，排氣孔位置必須等待混凝土粗骨料溢出后，再進(jìn)行封閉。要求一塊板的灌注過(guò)程一次完成，灌注時(shí)間宜控制在7～12 min。

③自密實(shí)混凝土的入模溫度宜控制在5～30 ℃，在低溫條件下(當(dāng)晝夜平均氣溫低于5 ℃或最低氣溫低于-3℃時(shí))灌注自密實(shí)混凝土?xí)r，入模溫度不得低于5 ℃，并應(yīng)采取適當(dāng)?shù)谋胤纼龃胧?/p>

(4)自密實(shí)混凝土養(yǎng)護(hù)、拆模與離縫防治措施

①自密實(shí)混凝土灌注完成后應(yīng)及時(shí)養(yǎng)護(hù)，帶模養(yǎng)護(hù)采用不透氣保溫布進(jìn)行覆蓋，拆模后立即涂刷養(yǎng)護(hù)液，并粘貼塑料薄膜保濕養(yǎng)護(hù)(圖8)；低溫條件下再遮蓋土工布等保溫養(yǎng)護(hù)，連續(xù)養(yǎng)護(hù)時(shí)間不宜少于14 d；精調(diào)支座在自密實(shí)混凝土初凝后予以松動(dòng)，固定裝置在混凝土灌注24 h后完全松開(kāi)，以防止自密實(shí)混凝土層與軌道板之間出現(xiàn)離縫現(xiàn)象。

圖8 自密實(shí)混凝土脫模后養(yǎng)護(hù)示例

②封邊模板的拆除應(yīng)在自密實(shí)混凝土強(qiáng)度達(dá)到10.0 MPa及以上，且其表面及棱角不因拆模而受損時(shí)進(jìn)行；拆模后，若天氣產(chǎn)生驟然變化時(shí)，應(yīng)采取適當(dāng)?shù)谋馗魺岽胧?，防止自密?shí)混凝土開(kāi)裂。

(5)自密實(shí)混凝土灌注后軌道板位置精度應(yīng)進(jìn)行復(fù)測(cè)，以保證軌道板承軌臺(tái)高程和平面位置精度等滿足驗(yàn)標(biāo)要求。

6 BIM技術(shù)應(yīng)用

CRTSⅢ型板式無(wú)砟軌道施工中應(yīng)用BIM技術(shù)進(jìn)行精細(xì)化管理，如根據(jù)設(shè)計(jì)曲線要素表，計(jì)算CRTSⅢ型板式無(wú)砟軌道施工時(shí)有關(guān)空間技術(shù)參數(shù)，用于底座及道床施工時(shí)中線、高程的質(zhì)量控制；建立CRTSⅢ型板式無(wú)砟軌道施工時(shí)混凝土構(gòu)件及鋼筋模型用于現(xiàn)場(chǎng)管理層和作業(yè)層的三維技術(shù)交底；進(jìn)行施工進(jìn)度管理及材料管理，包括按照施工進(jìn)度提取材料量，以控制超耗或偷工減料并降低材料庫(kù)存量等；進(jìn)行工程量計(jì)算及分析(含材料消耗)，用于成本管理和成本監(jiān)測(cè)；在模型中獲取各施工段有關(guān)信息，用于檢查施工質(zhì)量、工程進(jìn)度和調(diào)配資源利用。

7 結(jié)語(yǔ)

CRTSⅢ型板式無(wú)砟軌道施工過(guò)程中，要準(zhǔn)確把握施工要點(diǎn)、材料、機(jī)具設(shè)備和施工作業(yè)人員配置等要求，應(yīng)用BIM技術(shù)進(jìn)行工程項(xiàng)目精細(xì)化管理。無(wú)砟軌道正式上線施工之前開(kāi)展必要的軌道板精調(diào)、自密實(shí)混凝土灌注等工藝性試驗(yàn)，研發(fā)和采用新型機(jī)具、裝備、信息化操作系統(tǒng)，固化工藝流程，確保施工進(jìn)度和工程質(zhì)量滿足相關(guān)要求。

[1]鐵道部工程管理中心.工管線路函[2012]159號(hào)，CRTSⅢ型板式無(wú)砟軌道工程施工質(zhì)量驗(yàn)收指導(dǎo)意見(jiàn)(試行)[S].北京：鐵道部工程管理中心，2012.

[2]中華人民共和國(guó)鐵道部.鐵建設(shè)[2010]241號(hào)高速鐵路軌道工程施工技術(shù)指南[S].北京：中國(guó)鐵道出版社，2010.

[3]中華人民共和國(guó)鐵道部.TB 10754—2010高速鐵路軌道工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)[S].北京：中國(guó)鐵道出版社，2010.

[4]中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.JGJ/T283—2012自密實(shí)混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2012.

[5]中國(guó)鐵路總公司.鐵總科技[2013]162號(hào)高速鐵路CRTSⅢ型板式無(wú)砟軌道先張法預(yù)應(yīng)力混凝土軌道板暫行技術(shù)條件[S].北京：中國(guó)鐵路總公司，2013.

[6]中國(guó)鐵路總公司.鐵總科技[2013]162號(hào)高速鐵路無(wú)砟軌道嵌縫材料暫行技術(shù)條件[S].北京：中國(guó)鐵路總公司，2013.

[7]中國(guó)鐵路總公司.鐵總科技[2013]125號(hào)高速鐵路CRTSⅢ型板式無(wú)砟軌道隔離層用土工布暫行技術(shù)條件 [S].北京：中國(guó)鐵路總公司，2013.

[8]中國(guó)鐵路總公司.鐵總科技[2013]125號(hào)高速鐵路CRTSⅢ型板式無(wú)砟軌道三元乙丙橡膠彈性緩沖墊層暫行技術(shù)條件[S].北京：中國(guó)鐵路總公司，2013.

[9]中國(guó)鐵路總公司.鐵總科技[2013]125號(hào)高速鐵路CRTSⅢ型板式無(wú)砟軌道自密實(shí)混凝土?xí)盒屑夹g(shù)條件[S].北京：中國(guó)鐵路總公司，2013.

[10]中國(guó)鐵路總公司工程管理中心.工管線路函[2014]367號(hào)鄭徐鐵路客運(yùn)專線CRTSⅢ型板式無(wú)砟軌道施工質(zhì)量驗(yàn)收指導(dǎo)意見(jiàn)[S].北京：中國(guó)鐵路總公司工程管理中心，2014.

[11]劉向東.高速鐵路板式無(wú)砟軌道基礎(chǔ)配套機(jī)具選型設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2013(3)：12-16.

[12]陳孟強(qiáng).CRTSⅢ型板式無(wú)砟軌道自密實(shí)混凝土施工關(guān)鍵技術(shù)[J].高速鐵路技術(shù)，2013，4(5)：82-86.

Key Technologies of CRTSⅢ Ballastless Track Slab Construction on Zheng～Xu Passenger Dedicated Railway

LI Chang-ning， DAI Yu

(China Railway First Group Co.， Ltd.， Xi’an 710054， China)

As it is the first time to use extensively CRTS type Ⅲ pretensioned and prestressed concrete track slab on the ballastless track of Zheng～Xu dedicated passenger railway， track slab precasting， installation fine adjustment， self compacting concrete construction technology， tooling equipment， construction efficiency and quality control need to be studies in detail. Before the construction of ballastless track， a construction site is visited. All technical parameters employed in the construction are proved in compliance with the technical specifications， and the plants and equipment meet the requirements of based on slab yard planning and construction， off-line process test， expert assessment and acceptance， application of BIM technical management. The test section of ballastless track for contracted construction meets the design requirements have been.

CRTSⅢ type plate; Ballastless track; Construction; BIM technology

2015-01-04；

2015-01-22

李昌寧(1969—)，男，教授級(jí)高級(jí)工程師，博士后，E-mail：dydw12@sina.com。

1004-2954(2015)09-0025-04

U213.2+44

A

10.13238/j.issn.1004-2954.2015.09.006