高速铁路CRTS_型板式无砟轨道施工关键设备及施工技术研究

1、2008年7月第7期(总118铁道工程学报JOURNAL OF RA I L WAY E NGI N EER I N G S OC I ETY Jul 2008NO.7(Ser .118收稿日期:2008-06-16作者简介:卿三惠,1956年出生,男,教授级高级工程师,中铁二局股份有限公司总工程师。文章编号:1006-2106(200807-0022-06高速铁路CRTS 型板式无砟轨道施工关键设备及施工技术研究卿三惠陈叔胡建(中铁二局股份有限公司,成都610031摘要:研究目的:针对我国尚无高速铁路无砟轨道建设经验及施工专用设备的现状,以修建京津城际第一条设计时速350k m 的高速铁路为

2、背景,结合无砟轨道工程技术标准高、施工工艺新、施工设备要求严等特点,在引进、消化、吸收国外先进技术的基础上,研究解决CRTS 型板式无砟轨道施工关键设备的国产化及施工技术难题。为类似工程提供借鉴作用。研究结论:攻关研制的CRTS 型板式无砟轨道施工专用的铺板龙门吊、双向运板车、轨道板精调系统、水泥沥青砂浆车、500m 长钢轨铺轨机等关键设备,价格较国外进口低1/3以上;通过在京津城际高速铁路无砟轨道工程的应用研究与实践,实现了CRTS 型板式无砟轨道施工关键设备的国产化,并总结形成了一套拥有自主知识产权的CRTS 型板式无砟轨道铺板、铺轨、铺岔等各个工序环节的综合施工技术与工艺。其研究成果,标

3、志着我国铁路无砟轨道施工关键设备进入世界先进行列,促进了我国无砟轨道施工技术的创新和发展。关键词:高速铁路;无砟轨道;关键设备;施工技术中图分类号:U213.2+44文献标识码:AResearches on the Key Constructi on Equi p ments and Technologi es for CRTSSl ab Ball astless Track for Hi gh -speed Ra ilwayQ ING San -hu i ,CHEN Shu,HU J i a n(China Rail w ay No .2Engineering Gr oup Co .L td

4、,Chengdu,Sichuan 610031,China Abstract:Research purposes:A i m ing at the real situati on that there is no experience and s pecial equi pments f or constructi on of high -s peed slab ballastles rail w ay track,the researches are done on the key technol ogies and equi pments f or constructi on of hig

5、h -s peed CRTS slab ballastles rail w ay track for the pur pose of p r oviding technical and machinery support t o constructi on of intercity rail w ay bet w een Beijing and Tianjin and reference t o si m ilar work .Research conclusi on s:The p rices of China -made s pecial gantry crane f or laying

6、slab,t w i -directi on slab carrier,fine adjust m ent syste m f or slab,ce ment -as phalt -mortar carrier and rail layer f or 500m l ong rail are l ower than those fr om foreign countries by over one third .The app licati ons of these equi pments in constructi on of intercity rail w ay bet w een Bei

7、jing and Tianjin show China can manufacture the s pecial equi pment f or constructi on of CRTS slab ballastles rail w ay track and a set of constructi on p r ocess and technique have been f or med,which mark China -made s pecial equi pments for CRTS slab ballastles rail w ay track have arrived at th

8、e advanced level of the world,and p r omoted the innovati on and devel opment of Chinese equi pments f or constructi on of slab ballastless track .Key words:high -s peed rail w ay;ballastless track;key equi pment;constructi on technol ogy1研究背景我国修建的第一条时速350km/h的京津城际高速铁路,是我国铁路跨越式发展的示范性工程,也是2008年奥运会的配套

9、工程。线路始于北京南站,途经亦庄、永乐、武清站至天津站,全长113.544k m。设计采用CRTS型板式无砟轨道结构。路基上的无砟轨道构造自下而上由防冻层、混凝土支承层(30c m、水泥沥青砂浆垫层(3c m、轨道板(20c m、无缝长钢轨及扣件等组成。桥梁上的无砟轨道构造自下而上由桥面混凝土、喷涂防水层(2mm、两布一膜滑动层或硬泡沫塑料板滑动层(5mm、钢筋混凝土底座(20c m、水泥沥青砂浆垫层(3c m、轨道板(20c m、无缝长钢轨及扣件等组成。工程建设中,中铁二局股份有限公司承担了18.67km线下工程以及线上工程CRTS型板式无砟轨道板铺设32.41km、一次性铺设500m长轨跨

10、区间无缝线路225.22k m、车站铺设18号和39号2种无砟道岔26组的施工任务。针对京津城际高速铁路无砟轨道工程技术标准高、施工工艺新、施工设备要求严等特点,结合我国尚无高速铁路无砟轨道建设经验及施工专用设备的现状,为解决无砟轨道施工设备国产化及施工技术难题,中铁二局股份公司于2006年初成立了与兄弟单位联合攻关的课题组进行科研立项研究,在引进、消化、吸收国外先进技术的基础上,深入系统地开展了CRTS型板式无砟轨道施工关键设备及施工技术研究,实现了高速铁路高、新、严的技术要求,优质高效地完成了施工任务。2主要研究内容为适应京津城际高速铁路CRTS型板式无砟轨道系统施工高质量、高精度、高速度

11、的要求,需要重点研究以下2个方面的内容。(1CRTS型板式无砟轨道施工关键设备研制。主要包括“铺板龙门吊、双向运板车、轨道板精调系统、水泥沥青砂浆搅拌车、500m长轨铺轨机”等施工关键设备。(2CRTS型板式无砟轨道施工技术研究。主要包括“无砟轨道板底座施工、轨道板运铺与精确定位、水泥沥青砂浆制备与灌注、无缝线路钢轨焊接与铺设、大号码无砟高速道岔铺设”等施工技术。3研究技术路线与目标以京津城际工程CRTS型板式无砟轨道施工为基础,充分利用铁道部引进德国博格公司技术转让和德国专家实施技术总监的有利条件,加强与具备研发实力的设备、材料研究单位(中铁武汉机械研究院、三一重工有限公司、南方测绘仪器有限

12、公司、株洲长远铁路建机有限公司等的技术合作,在消化和吸收德国博格先进技术,同时对国内外无砟轨道和相关技术进行调研的基础上,开展多学科、多层次的科学试验及技术攻关,研究总结出一套适合我国国情的具有自主知识产权的CRTS型板式无砟轨道铺板、铺轨、铺岔等各个工序环节的综合施工技术工艺,推进我国无砟轨道技术的发展。4主要研究成果4.1CRTS型板式无砟轨道施工关键设备研制4.1.1铺板龙门吊研制的铺板龙门吊如图1所示,主体结构由轮胎式走行轮组、转向机构、龙门架、起重小车、吊具、动力系统、液压系统、控制系统等组成 。图1轮胎式铺板龙门吊主要技术参数:起重能力16t;跨度8.659.45m (横梁设可拆卸

13、节段,跨度可调;起重小车2个(4点起升/3点平衡,起升高度4m(立柱设可拆卸节段,满足隧道施工;整机重载走行速度4k m/h;前后轮转向角度±20°及±90°,适用于变跨和场地内变向行驶。主要技术创新:铺板龙门吊具有轮胎式走行和可变跨、变高、倾斜起吊等功能特点,使用灵活、方便。4.1.2轨道板运输车研制的轨道板运输车如图2所示。主要技术参数:重载运行速度9.2km/h;爬坡能力4%;转弯半径12m;整车调平高差±150mm;发动机功率150k W;外形尺寸(长×宽×高9897×2832×2889(mm。主

14、要技术创新:运板车具有轮胎式、双向行驶、车体自动调平等功能特点。运输过程中,轨道板满足4点支承和3点平衡,安全快捷;车体两头驾驶室的两套操纵系统能够自动切换,以实现双向驾驶;走行系统采用运行平稳、驱动力大、无级调速、微控性能好的变32第7期卿三惠陈叔胡建:高速铁路CRTS型板式无砟轨道施工关键设备及施工技术研究 图2轨道板运输车量泵变量马达闭式液压驱动回路,以提高车辆对位精度和方便操作;车体通过油缸连杆机构实现250°转向;走行轮组通过油缸串接组成3点支承系统;轮组采用均衡油缸支撑方式,以保持车体水平。4.1.3轨道板精调系统研制的轨道板精调系统如图3所示。主要由全站仪CA2003/

15、TCA1800、工控机(精调控制系统、测量三角架及标架、精调装置4个部分组成。其中工控机的硬件部分包括带触摸屏的工业控制电脑、显示器、数传电台、温度传感器、倾斜传感器、电源等部分,所有接插件防潮防水 。图3轨道板精调系统主要技术参数:全站仪测角精度0.5,测距精度1mm +1ppm ,搜索精度1mm /200m;全站仪对中三脚架和专用对中棱镜支架对中精度0.5mm;标架棱镜位置误差±1mm;测量标架到位接触开关的行程2mm;温度传感器精度±0.05%;高差测量范围±180mm ,分辨力0.1mm 。主要技术创新:开发建立在W indows XP 平台上的软件系统,

16、全中文界面操作方便;电脑采用高亮度低功耗触摸屏工业控制机,抗干扰能力强,适合野外及恶劣天气条件下工作;工控机更加集成化,减少了外部的接线总盒,硬件结构上更加清晰;数据传输电台设计为多频段可调,防止多套系统同时工作造成干扰;除全站仪外,其他用于无砟轨道精调测量的标架、棱镜及特殊装置等组件,均实现了国产化,降低了成本。4.1.4水泥沥青砂浆车研制的水泥沥青砂浆车如图4所示。是一种集装箱式可移动的小型搅拌站,具有砂浆拌制和灌注功能。砂浆车的构造可分为上装、下装两部分:上装部分主要由干粉储料仓、一级螺旋输送机、干粉中转螺旋机及称量称、搅拌主机、成品料斗及举升装置、辅助吊布料机构、沥青计量装置、水计量装

17、置、外加剂计量装置、发电机组、液压系统、电控系统、操纵台、顶盖及爬梯、高压清洗装置、除尘系统、气动系统、空调和机架等组成;下装部分由空气悬挂底盘、调平系统和牵引车头组成。 砂浆车上装可以脱离行走底盘单独使用。图4水泥沥青砂浆车对比分析主要技术参数(见表1可见,研制的砂浆车优于德国博格公司的原车。表1沥青水泥砂浆车主要技术参数项目博格公司原车研制的砂浆车搅拌机形式及容量/L卧轴/300/L立轴/750/L 及卧轴/300/L设定最长搅拌时间/m in3.53砂浆成品料仓容积/L650800干粉料仓容积/L80008500乳化沥青箱容积/L 20002400水箱容积/L20002400减水剂料仓容

18、量/L 125125系统计量方式减计量复合式计量系统计量精度1%0.5%控制砂浆含气量小于10%的方式通过添加消泡剂方式无需添加消泡剂由设备自是解决调平装置手动控制液压油缸调平自动调平主要技术创新:选用导弹发射车调平系统,解决了设备自动调平问题;底盘采用空气悬挂,对设备保护效果佳;设计了以高计量精度、高效低泡搅拌机及合理搅拌工艺为核心的称量搅拌系统;实现了整车工作环境及全自动过程控制的工厂化系统。42铁道工程学报2008年7月4.1.5500m 长钢轨铺轨机研制的铺轨机如图5所示。主体结构由钢轨拖拉机、滚轮、运输小平车、滚轮箱、滚轮小车、分轨小车、钢轨运输车等组成。主要技术参数如表2所示。施工

19、过程中采用拖拉式作业法铺轨 。图5500m 长钢轨铺轨机表2铺轨机主要技术参数项目名称具体参数作业类型无砟道床拖拉式铺轨一次运输钢轨量28根铺设钢轨长度500m 最小作业半径2500m 发动机功率102k W 拖拉机最大牵引力55k N 卷扬机最大拉力30k N单臂吊额定起吊能力1.5t 作业效率7k m /8h主要技术创新:铺轨机主要解决了在CRTS 型板式无砟轨道板边缘行走、导向、智能化避让长桥侧向挡块及500m 长钢轨分轨及拖拉等技术难题。4.2CRTS 型板式无砟轨道施工技术研究4.2.1主要施工设备有混凝土泵车与摊铺机;铺板龙门吊、双向运板车、精调系统、水泥沥青砂浆搅拌车及灌注设备;

20、焊轨机、长轨输送列车、铺轨机;道岔轨排运输车、道岔轨排吊梁、道岔轨道式平移台车、轨道检测车、道岔精调支架系统等。4.2.2主要施工方案(1轨道板制作:采用工厂化生产线生产CRTS 型轨道板。(2底座混凝土施工:采用混凝土泵车泵送,四辊摊铺机摊铺。(3轨道板铺设:采用运板汽车将轨道板运至上板站点,吊机装放于双向运板车运至铺设点,铺板龙门吊粗放于底座上,再用轨道板精调系统将轨道板定位至设计坐标及高程位置。(4水泥沥青砂浆拌制与灌注:使用砂浆车搅拌高性能水泥沥青砂浆,通过中转仓运送与灌注,实现底座与轨道板的连接。(5500m 长钢轨铺设:采用焊轨机将短轨焊接成500m 长钢轨、长钢轨输送列车输送到位

21、、铺轨机拖拉铺设至轨道板上,并进行工地焊接锁定。(6大号码(18、39号无砟道岔铺设:采用“工厂预组装、分节段运输、现场精调并灌注混凝土”的施工方法施工。4.2.3无砟轨道施工质量控制标准(1施工测量精度1:采用CP 基准网,基准网测量精度为1/100000。(2底座混凝土表面精度2:高程±5mm ,中线10mm ,表面平整度7mm /4m 。(3轨道板铺设精度2:高程±0.5mm ,中线0.5mm ,相邻轨道板接缝处承轨台相对高差及中线±0.3mm 。(4水泥沥青砂浆材质性能指标:应满足CRTS 型板式无砟轨道质量验收暂行细则要求。轨道板下水泥沥青砂浆垫层灌注厚

22、度2040mm 2。(5道岔铺设精度2:轨距±1mm ,高低、轨向、扭曲、水平均为2mm 。(6钢轨焊接平直度3:焊接质量应符合轨顶面和内侧作用边0+0.2mm /m ,轨底(焊筋0+0.5mm 要求。4.2.4无砟轨道板铺设施工技术4.2.4.1轨道板制作采用工厂化生产线集中预制横向预应力混凝土(强度等级C60板,纵向通过完工后的张拉锁件连接;轨道板内钢筋采用特殊措施相互绝缘;轨道板混凝土收缩徐变完成后,对承轨槽采用数控磨床机械进行精磨,达到0.2mm 的精度要求。4.2.4.2底座板施工(1桥面交接验收;(2施工测量底座板放样;(3铺设两布一膜滑动层;(4底座板钢筋绑扎,采用绝缘

23、卡进行钢筋间的连接,检测每一钢筋交叉点绝缘电阻值不小于10101012;(5摊铺机施工底座混凝土。4.2.4.3轨道板铺设与精调定位(1测量放样:依据设标网测设每块轨道板基准点GRP 和圆锥体安放点。(2轨道板运输与粗放:轨道板运、吊至桥上的双向运板车运输到位后,采用铺板龙门吊对轨道板进行粗放。52第7期卿三惠陈叔胡建:高速铁路CRTS 型板式无砟轨道施工关键设备及施工技术研究(3轨道板精调:采用轨道板精调系统对轨道板进行精调定位,使轨道板的空间位置满足设计要求。4.2.4.4沥青水泥砂浆制备及灌注(1使用砂浆搅拌车,在桥下搅拌水泥沥青砂浆,利用中转仓将砂浆吊装至桥面。(2采用重力式灌浆法灌注

24、轨道板垫层砂浆厚度2040mm。当砂浆抗压强度达到1MPa以上方可拆除轨道板压紧装置和调节支架,防止轨道板上浮;砂浆抗压强度达到3MPa以上方可在轨道板上运行工具小车。4.2.5无缝线路钢轨焊接与铺设施工技术无缝线路钢轨是将厂制100m定尺钢轨,在焊轨基地选配、轨端处理,然后用闪光焊机焊接成500m长轨条,铺轨时将这些长轨条由专用轨道列车推送至铺轨位置,再由长轨条牵引机进行拖拉铺设,最后在工地采用移动焊机完成长轨条单元焊接和锁定焊接,从而完成整个无缝线路钢轨的铺设工作。4.2.5.1焊轨基地布置要点(1焊轨生产线主要设备配置有除锈机、焊轨机、精磨机、四向调直机、正火/水冷设备、滚轮输送线、群吊

25、及定尺轨龙门吊等。(2焊轨生产线的长度,应满足除锈、焊接、正火、粗磨、水冷、四向调直、精磨和探伤等7个工位的要求。(3应设置足够的场地,以临时存放100m定尺钢轨和焊接而成的500m长钢轨。4.2.5.2500m长轨基地焊接要点(1配轨:将基地入场验收合格的100m定尺钢轨,按照线路要素、施工工期及无缝线路长钢轨计划选配钢轨,将选配好的钢轨吊放于滚轮输送线上。(2轨端打磨除锈:使用除锈机将0.5m长度范围内的轨顶面、底面和轨端进行打磨,除去铁锈和其它杂物,使焊机电极与钢轨良好接触,保证焊缝质量。(3长轨条焊接:使用焊轨机将100m定尺短钢轨焊接成500m长钢轨。(4正火、风冷:当轨温降到300

26、500时,用正火设备把钢轨焊接接头加热到850950,再用喷风装置对焊缝进行快速冷却,使其轨温快速冷却至500 550,以达到细化金属结晶,提高焊缝硬度,减少或消除焊接处的残余应力。(5粗磨:使用粗磨机对焊接接头进行粗磨,以清除轨头、轨底和坡角处的残余焊瘤,减少精磨机的磨削量。(6水冷:水冷却在300以下进行,在冷却隧道内对焊接接头进行冷却,使焊接接头温度达到50以下,以满足后道工序调直的要求。(7长轨调直:使用调直机对钢轨进行校直。(8精磨:使用精磨机对钢轨焊头的工作面进行打磨,使轨顶面、工作面直线度达到00.2mm/m的要求。(9探伤:用探伤仪和扫描装置检查钢轨焊头质量,检查内部是否有裂纹

27、、灰斑等缺陷存在。(10长钢轨验收与存放:对焊接好的500m长钢轨进行全面检查验收,并用滚轮输送线输送至长轨存放区存放。4.2.5.3500m长钢轨运铺施工要点(1用牵引车和长轨运输车将长钢轨运到施工现场。当长轨运输车对位后,松开要拖拉的一对钢轨锁定装置与安全挡板。(2长钢轨牵引车拖拉一对500m长钢轨在轨道板上前行。在无砟轨道垫板的承轨槽之间,每隔10m 放置一对滚轮。(3在钢轨还有10m在运输车上时,牵引车减速慢行。当钢轨末端滑下分轨小车滑槽时,立即用拉轨器把钢轨拖拉到位,与已铺好的轨道连接,安装钢轨连接器。(4顶升钢轨,取出滚轮,均匀间隔安装10%扣件,其余在铺轨机组通过后补齐。(5铺完

28、一对500m长钢轨后,用随车吊将空滚轮箱吊上新铺的轨道上,人工推行至起铺点,沿途收回滚轮,并推回至牵引车后端,然后用随车吊吊装于牵引车尾部的滚轮存放位置,开始进行下一个循环工作。4.2.5.4500m长轨工地移动焊接要点(1拆除待焊钢轨的所有扣件以及后端已焊钢轨约10根枕木范围内的扣件。(2在焊接钢轨前,利用手砂轮对待焊钢轨的端面和轨腰进行除锈,除锈范围距离轨端约600mm。(3在待焊钢轨下每隔10m支垫滚轮,以满足焊接过程中拖拉钢轨的要求。(4使用焊机对钢轨进行焊接,之后进行正火、调直和精磨。(5焊接完成后,取出滚轮使长钢轨落入存轨槽。(6上钢轨扣件,进行下一个作业循环。4.2.6大号码无砟

29、道岔铺设施工技术4.2.6.1施工技术难点京津城际高速铁路是国内第一次铺设引进德国的BW G系统的大号码(18、39号无砟道岔。道岔的整体运输与吊装、现场运铺、道岔测量与精调控制、道岔混凝土浇筑、道岔钢轨铝热焊接等是主要的施工技术难点。62铁道工程学报2008年7月第 7期 卿三惠 : 高速铁路 CRTS 陈 叔 胡 建 型板式无砟轨道施工关键设备及施工技术研究 27 4. 2. 6. 2 无砟道岔铺设施工要点 ( 1 道岔区底座混凝土施工 : 道岔区底座为 C30 布覆盖混凝土表面 , 洒水养护 14 d。在混凝土养生期 间 ,严禁行人 、 车辆在道岔上通过 。 ( 14 道岔钢轨焊接与应力

30、放散 : 道岔内及前后钢 轨 ,采用铝热焊焊接 , 打磨机打磨焊接接头 , 超声波探 伤仪检测焊头质量 。在满足设计轨温条件下 , 松开道 岔轨枕扣件 ,将基本轨与尖轨间限位器调到中间位置 , 复紧扣件系统 ,完成道岔应力放散后进行钢轨间焊接 锁定 。 ( 15 尾工处理 : 道岔混凝土浇筑完成后 , 及时清 理现场 ,通过扣件系统修正道岔轨道几何尺寸 ,设置轨 道标志和线路标志 。 钢筋混凝土结构 ,随道岔线形呈梯形布置 。 ( 2 施工测量放样 : 采用高精度全站仪 、 电子水准 仪复测道岔前后各 300 m 的 CP 基准网 ,放样道岔岔 心、 、 、 岔尾 岔首 曲股曲线及过渡段起讫点等铺岔基桩 , 并按 5 m 间距加密向线路两侧 1. 8 m 布置施工基桩 。 ( 3 绑扎道床板底层钢筋 。 ( 4 安装道岔平移台车 : 按道岔设计铺设高程 、 中 线 ,计算平移台车走行轨道的位置和高度 ; 自下而上先 安装台车纵梁及走行部 、 横抬梁 ,后安装就位设备和横 移设备 。 ( 5 道岔轨排节段的运输 : 用液压模块式轴线车 或长拖车运输道岔轨排节段 。 ( 6 道岔轨排节段的吊卸 : 18 号道岔选用单台 300 t汽吊 , 39 号道岔选用 2 台或 3 台 300 t汽吊 ,并配 5 结论 ( 1 通过攻关 ,实现了 CRTS 型板式无