CRTS型板式无砟轨道系统技术

1、.CRTS型板式无砟轨道系统技术介绍材料中铁十七局京津城际轨道项目经理部二七年十二月五日型板式无砟轨道技术博格板式无砟轨道系统技术是我国引进的第一条无砟轨道结构形式，经过消化、吸收、再创新，形成中国特色的板式轨道，称为型板式无砟轨道技术，已应用于京津城际轨道交通工程。一、 系统技术的构成型板式无砟轨道系统技术从施工生产的角度来分包括轨道板工厂化生产技术和轨道板现场铺设两大部分。轨道板工厂化生产技术按照工业化设计思路，最大程度实现了机械化作业、设备的高效周转利用，以及劳动力资源、作业效率的充分发挥。轨道板的生产包括轨道板预制、轨道板存放和轨道板打磨。轨道板现场铺设通过将成品轨道板在轨道砼基床上的

2、精确定位和固定来最终确定钢轨道的空间几何形态，包括桥梁底座砼/路基支承层砼及侧向挡块施工、轨道板粗铺(含现场运输存放)、轨道板精调、沥青水泥砂浆灌注、轨道板张拉连接、轨道板剪切连接。型板式无砟轨道系统技术从技术属性来分包括：轨道板预制工艺，轨道板打磨工艺，轨道板铺设前的沉降评估，精确测量技术(包括轨道板生产与打磨测量控制，设标网的测量与控制(相当于CP)，轨道基准网的测量与评估(相当于CP)以及轨道板粗铺后的精确调整及精调后的测量评估)，轨道板及底座砼的绝缘措施，长桥上底座砼张拉工艺，沥青水泥砂浆搅拌及灌注工艺。其中，轨道板生产(预制及打磨)、精确测量和沥青水泥砂浆的搅拌和灌注是型板系统的三大

3、核心技术。二、 结构组成介绍1 轨道板的结构纵向连接锚固钢筋预设断裂位置轨道扣件灌浆孔横向预应力图1 标准轨道板结构示意图轨道板分标准板和异型板。标准板结构如上图所示。标准板长6.45m，宽2.55m，厚0.2m，为预应力砼结构。标准板纵向分20个承轨道台，承轨台设计适应于有挡肩扣件(VOSSLOH扣件)，经过打磨后确定了其在线路上唯一位置属性，所以每一块板都有各个的顺序编号。异型板包括补偿板、特殊板、小曲线半径板以及道岔板，其中补偿板、特殊板、小曲线半径板均在标准板基础上发展变化而来，与标准板有着类似的结构特点，分别用于补偿调整线路长度、道岔前后过渡、曲线半径小于1500米地段。道岔板是单独

4、设计道岔区。2 桥梁上轨道结构桥梁上轨道结构包括：两布一膜滑动层，底座砼，沥青水泥砂浆联结层，轨道板及侧向挡块。如图2、图3所示。桥梁上轨道结构特点体现在底座砼施工工艺上。曲线超高设置通过底座砼断面控制，其次底座砼为钢筋砼连续板带结构，施工方法特殊。图2 桥梁上直线段轨道结构示意图图3 桥梁上曲线段轨道结构示意图3 路基上轨道结构路基上轨道结构包括路基防冻层、支承层砼(无筋)、沥青水泥砂浆联结层、轨道板。路基上的曲线超高通过支承层下的防冻层控制。如图4所示。图4 路基上轨道结构示意图4 路桥过渡段轨道结构摩擦板端刺为满足桥梁底座砼纵向力平衡，采用了特殊的摩擦板及端刺结构，做为桥梁与路基之间的过

5、渡。摩擦板上轨道结构与桥梁上略有不同，底座砼与摩擦板之间采用单层土工布，底座板终端与端刺结构剪切联接。图5 路桥过渡段轨道结构示意图三、 系统技术的主要特点型板式无砟轨道系统在施工技术中主要体现以下几个特点：1 精度要求高、工序控制严格精度高体现在位置、几何尺寸、时间、温度等方面，譬如：现浇梁的顶面平整度控制4m/8mm；底座板高程精度±5mm，轨道板粗定位10mm，轨道板精确定位控制在0.2mm；CA砂浆从搅拌成品到提升上桥，最终到灌注入板缝控制在30分钟内；底座混凝土基本浇筑段必须在一天内完成等。2 大量使用非标设备及工装，对操作要求提高。为满足型轨道板的生产及施工，必须配置专用

6、非标设备和工装。设备工装与系统技术密不可分，突破了传统施工中对机具的使用要求。这些非标设备包括轨道板生产中的模板、布料系统、磨床；现场铺设所需的沥青水泥砂浆搅拌设备、轨道板精调系统；以及大量使用专用工具。专业化的设计增加了设备工装采购、加工和使用难度。3 新材料的广泛使用型板式技术大量使用了新材料，需要与材料供应商共同研制和开发。譬如用于轨道板生产的高标号早强水泥、预应力钢筋，用于现场铺设的硬泡沫板、两布一膜、沥青水泥砂浆中的干粉材料和乳化沥青等。伴随着新材料的使用，必然提出一些新检测方法和检测标准。四、 主要施工工艺法1 轨道板生产制造工艺1.1 轨道板生产制造流程图外加剂原材料、配件进场及

7、检验普通钢筋塑料套管模板安装检测水泥砂石预应力钢筋10预应力筋入模预应力筋初张拉20%安装纵向隔板及塑料套管预应力筋终张拉100%安装上层钢筋网片及橡胶端模定位预应力筋入模安装下层钢筋网片预制上层钢筋网片钢筋加工预制下层钢筋网片模板清理及喷脱模剂脊绝缘合格绝缘合格入模后网片绝缘检测合格砼灌注振动成型、刮平、刷毛、安装S2钢板初凝后吊起侧模、清理覆盖养护膜、养护16h放松预应力试件制作R48Mpa水池同温条件养护计量搅拌运输砼切割预应力筋、博格板脱模车间静放24小时运至存板场存放28天翻转轨道板28天后R55Mpa切割外露预应力筋打磨并编号安装扣件运至存板场运至铺筑现场合格1.2 板厂概况整个制

8、板场占地面积为80000m2，其中生产车间占地11089m2，全场分厂车间内作业的钢筋加工区、毛坯板预制区、成品板打磨装配区和厂房外的存板区、混凝土拌和站、辅助工区等6个工区。生产车间依据博格板生产工艺流程、工序顺序和物流方便布置设计。按钢筋原材料进入至预制轨道板出车间的顺序方向，以三条毛坯板生产线为主轴，横向成三跨结构，主厂房设三条预制生产线，全长288米。车间整体结构采用钢框架结构。板场设备的制作安装是按照博格公司工艺设计进行制作加工安装的，分直接引进、国内研发制造加工、以及利用国产设备三种情况，共33种，64台套。其中主要设备有：HZS150型混凝土搅拌站1座、混凝土布料机1台、LDA5

9、T电动单梁桥式起重机2台、LH16T电动双梁桥式起重机3台、LH（8+8）T16t电动双梁桥式起重机1台、预应力工装（含张拉台、卡具、液压泵）3套、GDB-VG-K25T/4真空吸盘吊具2台、提升力100KN轨道板翻转机1台、混凝土轨道板打磨机1台、OGFD-6.3空气压缩机1台、MG32/5-50.4龙门吊2台、DNA03数字水准仪1台、TCA1800高精度全站仪1台。板场设计生产能力为，主厂房投入三条毛坯板生产线，每条生产线设置27套模具，24小时最大毛坯板生产量81块。投入轨道板打磨用磨床及其配套设备一套，24小时正常可打磨成品板80-100块。板厂的布置与设计体现以下两个特点：a) 整

10、套工艺较多使用了计算机数控操作、机械化、机电一体化作业，自动化程度很高，实现了工程的高科技施工。b) 整个制作、加工过程工序衔接合理，物流组织与工艺配套。1.3 重难点工程介绍1.3.1 模具制作与安装模具制作及安装是建厂过程中工艺难点。模具加工精度要求高，平面精度±0.5mm，承轨道模具尺寸精度±0.3mm。模具分标准板、小半径曲线板、补偿板和特殊板。标准板模具设计长6.45m、宽2.55m，由地脚螺栓及支撑钢板、缓冲橡胶块、支架、面板、承轨台、纵向隔模、橡胶端模以及辅助部件组成。小半径曲线板模具分600-1500m和350-600m两种半径的曲线模具。由于左右线排水坡方

11、向相反，承轨台在左右线也位置相反，曲线模具又分内外线两种。特殊模具总长12.5m，专门制造补偿板使用，通过横向端模板的位置变化可调节适应补偿板的不同长度。模具安装首先采用莱卡DNA03数字水准仪测出张拉台座两端张拉横梁上张拉钢丝钳口的高程，并求出两端的高程平均值，要求张拉池两端张拉横梁的高度应处于同一水平，最大允许相差±1mm，全局布置模板，要求模板V型槽口中线与5钢筋张拉槽口中心5钢筋张拉槽口中心对齐，其精度要求达到 ±1mm。用数字水准仪测量承轨台高程在同一水平面上，误差范围±0.3mm。1.3.2 钢筋加工及绝缘检测轨道板内钢筋由10mm、5mm预应力丝、2

12、0mm精扎螺纹钢筋及上下两层钢筋网片组成。钢筋间纵横节点用绝缘卡连接，或用热缩管隔离。钢筋网片入模安装顺序为：5mm 预应力丝入槽下层钢筋网片安放10mm预应力丝入模初张拉（20%）纵向隔模安装终张拉（100%）上层钢筋网片安装的顺序进行。钢筋网片加工完和入模后均要进行绝缘检测。轨道板采用整体横向张拉工艺，用大吨位张拉横梁，同时张拉60根预应力丝，张拉力达470吨。预应力钢筋张拉采取双向双控方法，分两个过程：先张拉到理论拉力的约20%，用环形螺母锁紧，静停30分钟，在此期间安装纵向模板；再张拉到理论拉力的100%，并放上支承板，锁紧环形螺母，稳定后停止全部预加应力设备。要求张拉过程同端千斤顶位

13、移差不大于2mm，两端千斤顶位移差不大于4mm。张拉完成后，实际张拉力、伸长量读数与理论计算值的误差不得超过5%。单根实际张拉力与理论张拉力误差不大于15%。1.3.3 轨道板混凝土材料选定及其灌注工艺砼材料选择上与国内指标差别较大的项目主要为水泥，其中水泥比表面积与早期强度要求与国内有较大差异,其中水泥比表面积指标要求为：500600 m2/。早期强度要求为：标准胶砂抗压强度要求2天达到38 Mpa。型板混凝土采用C55混凝土强度等级，要求混凝土的早期强度16小时48 Mpa，28天混凝土抗压强度达到55Mpa。灌注混凝土采用布料机均匀布料，可将混凝土定量投入模板，同时也保证了混凝土浇筑的均

14、匀性和底板面平整度及轨道板厚度的可控性。采用模具下安装的附着式振捣器捣固的方法，混凝土浇注前模板温度要在20-30。混凝土入模温度在15-30。浇筑完毕混凝土初凝并起出侧模板后，应及时在混凝土表面覆盖帆布养护。在混凝土灌注完成后16h，试件强度达到48Mpa以上时，即可撤掉帆布，进行预应力放张及切割预应力筋，开始轨道板脱模作业。毛坯板在车间自然存放24h后，即可运到车间外堆放。1.3.4 打磨(1) 翻转轨道板轨道板在存板场存放28天后即可进行打磨，打磨时用龙门吊车、抓钩式吊梁将毛坯板运送到翻转机，启动翻转机液压装置，将毛坯板夹紧;将翻转装置上升到极限位置，并翻转180°，将翻转装置

15、下降到轨道板至滚轮线位置后，解开翻转机锁紧装置。(2) 切割外漏预应力筋轨道板翻转后由滚轮托架线将轨道板运送到钢筋切割工位，由盘锯对其两侧外漏预应力筋进行切割。(3) 打磨轨道板打磨轨道板由打磨机完成，工作过程需要水、电、气及污水处理系统协同运行，正常情况下，轨道板打磨时间约15min。主要工作程序如下：固定轨道板：托架线将轨道板运送到打磨工位，然后通过设置在轨道板下的6个油缸将毛坯板顶起并进行找平调整，用4个油缸控制，从侧面6个夹紧油缸将轨道板卡紧。此时即可开始对毛坯板进行测量和磨削加工。生成子程序：通过磨床内激光测量系统（或传感器测量系统）测量轨道板承轨台的各个关键点，计算出板平面相对于加

16、工面的位置，然后将加工面转换到轨道板上，并借助路线控制数据（每个承轨台的Y、Z坐标和倾斜角）自动生成加工该块板的数控打磨子程序。打磨轨道板：根据打磨程序给出的打磨次数和打磨量，打磨机的两个磨轮对轨道板进行打磨行程，直至符合质量标准。雕刻编号：轨道板打磨完成后，测量系统自动对轨道板打磨质量进行检测，经检测合格后，自动生成雕刻程序将轨道板的布板编号雕刻在轨道板上。清洗出板：编号雕刻完成，用固定在机床上的冲洗装置冲洗轨道板。之后，松开夹紧油缸，将轨道板放到滚轮托架线上，打开打磨室的进出料口，打磨完成的轨道板被运出，下一块毛坯板进入打磨室。7）、扣件安装及整板绝缘检测轨道扣件在场内安装，打磨完成后轨道

17、板沿滚轮线运至扣件安装工位装，首先利用吸尘器对存满水和杂质的螺栓孔进行清洁并吹干，再用注油机定量注入润滑油脂，人工插螺栓和摆放扣件，最后用气动扳手采用固定力矩（30-50Nm）拧紧每个螺栓。并经绝缘检测工位对成品板进行整体绝缘性能检测后，将其运至成品板存放区。2 轨道板铺设工艺2.1. 工艺流程详见下页型轨道板铺设工艺流程图轨道板的现场铺设的重难点工程是桥梁底座砼施工、精确测量、轨道板精调和沥青水泥砂浆灌注。2.2. 底座砼施工底座砼为钢筋砼结构，为适应中国铁路长桥设计方案及快速施工的特点，底座砼施工工艺比原博格工艺进行了较大改进，具体包括三方面：a) 首次采用了后浇带结构。梁跨中部或桥梁固定

18、齿槽连接处设置两种类型后浇带。通过后浇带张拉和剪切联接时间的不同控制，解决了砼温度应力及变形应力的放散。b) 首次采用了临时端刺方案。采用临时端刺方案可以保证长桥上分段实现铺设轨道板，为国内长桥上多标段、多作业、多点施工的提供了可行性，既在底座板全部形成板带结构前为后续铺板创造了条件，增加了工序搭接时间，有效缩短了工期。c) 底座砼钢筋的绝缘措施。为适应中国轨道电路传输方式，减少由于结构钢筋形成回路后，对轨道电路传输带来的感抗及阻抗影响，保障信号传输长度满足高速铁路运行要求，底座砼钢筋采取了绝缘措施。按照上述工艺要求，底座砼施工应控制以下要点：型轨道板铺设工艺流程图a) 合理布置临时端刺和划分

19、施工段落。临时端刺布置的数量和位置要同时考虑工期、梁型梁跨、成本等因素，是底座砼施工准备中最重要的环节，必须重点关注。b) 严格控制钢筋绑扎作业程序，确保绝缘测试通过钢筋绑扎分桥下钢筋网片制作和桥上连接两阶段。标准梁跨区钢筋网由于重复率高，可在桥下批量生产加工，然后整体吊装上桥。临时端刺、后浇带工艺的提出使得钢筋设置变得复杂，特别是梁缝区及后浇带区配筋随着临时端刺的设置及超高的变化而变化，必须桥上绑扎，对钢筋加工及物流配送提出了较高的要求。两阶段的绑扎联接均要求绝缘措施到位。梁缝区域固定齿槽连接筋后浇带钢板后浇带搭接区域标准梁跨区域梁缝搭接区梁缝图6 底座砼钢筋分布图(半幅半跨)c) 模板设计

20、与配置要准确按照施工段落的划分情况，同时考虑不同段落的曲线超高设置。施工中采取可调高式模板设计，有利用模板的周转，同时数量上考虑充足。d) 张拉工序桥梁底座砼张拉是底座砼施工中最重要的一道工序。张拉的控制要点来于温度、时间、张拉顺序。首先要根据环境温度确定张拉方法；其次同一张拉段落必须在规定时间内一次张拉完成并时间浇筑后浇带砼；张拉顺序是指要后浇带的先后张拉顺序依次张拉。2.3. 精确测量精确测量是型板无砟轨道施工最重要、最难控制的一项技术。精确测量不仅包含了传统工程测量中的平面及高程测量，还包括了轨道板的空间三维姿态调整和定位，也就是精调测量。测量技术涵盖了线路设计、轨道板生产、梁体变形控制

21、、底座砼/支承层砼、轨道板铺设和精确调整以及灌浆结束后的轨道几何验收。并涉及设计院、梁厂、制板厂、施工现场多个作业主体，数据往来交流频繁。整个测量技术精度要求高、系统性强。为此，在施工组织中首先解决的一个问题的测量管理。局项目部一级要设专人(测量总协调人)负责对设计方数据的接收和计算，并分发至各作业点，同时对项目分部上报数据进行分析计算和评估，分部一级也要设测量协调人负责接受上级数据分发和现场数据的采集、整理和上传。在数据处理过程中，要随时与设计方勾通，对异常情况提请设计方复核。建立专业测量管理框架是实施精确测量工作的前提和保证，测量人员必须经过专门的培训方可上岗。从施工现场层面来看，精确测量

22、的主要工作内容包括：底座砼模板放样数据的计算和现场放样，底座砼施工完成的断面复核，轨道板基准网的放样，粗铺前轨道设标网与轨道基准网测量评估，精调数据的计算，精调结果的评估，灌浆后的轨道几何检测。现场测量的核心设备是全站仪及精调测量系统。测量技术的关键是对这两种设备的熟练使用。测量工作的数据处理围绕着专用软件PVP布板软件进行，数据流程如下：图7 测量作业数据流程图我公司在京津项目50公里施工里程范围内共投入TCA1800全站仪及DN03电子水准仪各9台，精调测量系统(SPPS)14套，分别负责全线9个施工段落的精测和精调任务。精调作业施工场景轨道板精确调整测量系统(简称SPPS)由我公司主持开

23、发，成都经纬为开发合作伙伴。该系统紧密配合上游布板设计软件，并独立建模、编程，形成完全自主知识产权的软件，在硬件开发设计上更是兼中德软件共同运行。系统于2006年10月样机生产并通过博格公司初步鉴定，2007年4月通过最终验收。2007年9月批量用于京津城际轨道交通工程。2.4. 沥青水泥砂浆灌注沥青水泥砂浆垫层是轨道板与底座砼/支承层砼之间的填充层，一般为3，可调范围控制在2-5，沥青水泥砂浆垫层既要保持一定的弹性又要有必需的强度。2.4.1. 沥青水泥砂浆组成沥青水泥砂浆是由乳化沥青、水、干混砂浆以及各种添加剂拌和而成，拌制成的，该砂浆必须具备如下要求：a) 良好的流动性: 施工时，沥青水

24、泥砂浆必须能够在流体静压力下坡高25 CM情况下流动3.5M的距离。b) 温度: 新拌砂浆在温度5°C至35°C之间时，进行灌浆施工。c) 弹性: 由于沥青水泥砂浆的弹性模量低，有助于板式无砟轨道的使用寿命。d) 抗腐蚀性:板式无砟轨道使用中会持续对沥青水泥砂浆造成动力荷载，这些荷载不能造成疲乏现象、细缝或甚至破裂的出现。 e) 防冻性:为了保证板式无砟轨道的使用寿命，沥青水泥砂浆须具有经验证的防冻性。2.4.2. 沥青水泥砂浆配合比的研制沥青水泥砂浆配合比研制分试验室试配和砂浆车工艺搅拌两阶段进行。试验室阶段确定各组分材料的基本用量及材料间的相容性；在试验室通过的基础上，

25、进一步通过与砂浆车搅拌工艺的结合生产出适宜大规模应用施工生产的沥青水泥砂浆，才最终完成对配合比的确定。京津线我公司做技术引进消化吸收牵头单位，共开发研制砂浆配合比3个，其中1个全线推广使用。2.4.3. 沥青水泥砂浆搅拌车的研制中国首台沥青水泥砂浆搅拌设备沥青水泥砂浆搅拌车是型板施工中除精调系统以外的另一必需的核心的设备。由于我公司联合南方路基进行开发，并由我公司拥有该车的完全知识产权。该样机于2006年9月生产成功，2006年12月产品定，2007年4月投入量产。目前京津线除我公司使用14台以外，还供中铁大桥局、十八局使用4台。经过近段时施工生产检验，设备运转性能完全达到了博格公司设计水平。

26、整车具备如下特点：l 高性能的硬件配置确保控制的稳定、可靠a 工业级触摸屏控制计算机。b 高性能长寿命的MITSUBISHI PLC：超高速的运行速度，基本指令0.08s，平均无故障连续运行30万小时。c MITSUBISHI人机界面：全中文、宽视角、高速回应、高性能。d MITSUBISHI A/D模块：500s高速转换，1/20000的分辨率。e 主要低压电器采用Schneider、ABB、OmRon等世界知名品牌。l 完善的控制功能f 软件登陆和电子秤调校需要用户密码，有效的保证了重要生产数据的安全。g 全立体界面动画模拟生产工况，实时显示配料值、称量值、误差值等生产数据。h 全中文快速

27、校称，并具有自诊断和提示功能，提供在线使用帮助。i 自动调整骨料落差并具有趋势判断功能、负值自动修正、零位自动跟踪、按键去皮等功能。l 操作简单、维护方便j 智能化参数设定，所有生产经验参数一键完成。k 拌缸卸料门由系统自动控制，并提供手动开门定位功能，操作简单、灵活、方便。l 全方位在线实时检测设备生产状态，并进行安全联锁控制。若出现异常工况，可准确提示设备故障点并提醒工作人员进行定位查看与检修，实现准确故障定位排除。2.4.4. 沥青水泥砂浆灌注工艺沥青水泥砂浆搅拌车采取加料站集中加料，现场搅拌，利用中间罐提升上桥灌注。整个砂浆灌注工艺的控制要点包括以下几方面：a) 原材料的仓储及物流现场

28、搅拌由于沥青水泥砂浆对温度的敏感性，成品料必须在5-35之间方可灌注，干粉料、乳化沥青、水在装车前必须进行控制温度。所以材料的保温措施应在加料站进行解决。仓储及物流的另一环节是保证干粉不离析、不起潮，乳化沥青不沉淀。b) 现场搅拌工艺的调整中间罐吊装上桥现场搅拌工艺的调整是指在一定范围内通过填加剂、砂浆车搅拌时间和转速的调整使得成品料能够保持一个稳定的状态，保证灌注工作的顺利实施。调整依据组份材料变化、现场温度变化而进行，通过现场试验而确定。c) 灌注工艺的控制轨道板封边轨道板压紧封边、压紧、预湿、排气是灌注现场作业的要点。在砂浆质量合格的情况下，四项工作是否到位是决灌浆饱满与否的关键因素。3 经验及体会型板无砟轨道技术在京津线尚处于起步阶段，通过近期的实践，体会如下：a) 京津线施工我们从主要设备、材料、小型工装全部是国内生产制造，尽管有一些存在问题，但可以肯定地是，从施工作业层面，已经有把握把独立自主地型板技术进一步推广使用。b) 型板制造精度高，外观质量美观，既能适合高速铁路高平顺性精度要求，又