楊樂(lè)明

(中國(guó)中鐵二局新運(yùn)工程有限公司，成都 610031)

CRTSⅢ型板式無(wú)砟軌道施工精調(diào)裝置拆除時(shí)間的研究

楊樂(lè)明

(中國(guó)中鐵二局新運(yùn)工程有限公司，成都 610031)

為了研究CRTSⅢ板式無(wú)砟軌道在施工過(guò)程中精調(diào)裝置拆除的最優(yōu)時(shí)間，采用有限元方法建立單元板式無(wú)砟軌道的實(shí)體模型，通過(guò)考慮精調(diào)爪的安裝數(shù)量以及不同地區(qū)存在的溫度梯度的差異情況，進(jìn)行其最優(yōu)安裝數(shù)目及拆除時(shí)間的研究。計(jì)算結(jié)果表明：精調(diào)爪數(shù)目為4組時(shí)可最有效地減小軌道板的翹曲變形；在溫暖地區(qū)，當(dāng)自密實(shí)混凝土強(qiáng)度達(dá)到35%之后可拆除精調(diào)爪；在寒冷地區(qū)，當(dāng)自密實(shí)混凝土強(qiáng)度達(dá)到45%之后可拆除精調(diào)爪；在嚴(yán)寒地區(qū)，當(dāng)自密實(shí)混凝土強(qiáng)度達(dá)到50%之后可拆除精調(diào)爪。由此可最大限度地加快施工進(jìn)度且不影響軌道施工質(zhì)量。

CRTSIII型板式無(wú)砟軌道；精調(diào)爪；軌道施工；溫度梯度

1 概述

CRTSIII型板式無(wú)砟軌道為我國(guó)自主研發(fā)的無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)形式，其軌道板為工廠預(yù)制而成。在無(wú)砟軌道鋪設(shè)過(guò)程中，軌道板預(yù)先安放到指定位置并通過(guò)精調(diào)裝置精確定位[1-2]，如圖1所示。軌道板精確定位之后，在底座板與軌道板之間填充自密實(shí)混凝土，當(dāng)自密實(shí)混凝土達(dá)到一定強(qiáng)度之后拆除精調(diào)爪和模板[3-4]，如圖2所示。由于軌道板為工廠預(yù)制，因此在鋪設(shè)過(guò)程中較雙塊式無(wú)砟軌道節(jié)省了施工時(shí)間，但現(xiàn)場(chǎng)灌注的砂漿或自密實(shí)混凝土需要一定時(shí)間才能達(dá)到一定的抗壓強(qiáng)度。另外，因混凝土的導(dǎo)溫性能差，當(dāng)溫度變化時(shí)，軌道板內(nèi)會(huì)形成溫度梯度從而造成軌道板的翹曲變形[5-11]。精調(diào)裝置可以防止軌道板翹曲變形，避免軌道結(jié)構(gòu)破壞，但精調(diào)爪的數(shù)量及其拆除時(shí)間會(huì)影響施工進(jìn)度和質(zhì)量。因此，為保證施工時(shí)軌道幾何形位不發(fā)生變化并達(dá)到施工進(jìn)度最快的目的，有必要研究合理的精調(diào)爪數(shù)量及其最佳拆除時(shí)間。通過(guò)建立板式無(wú)砟軌道計(jì)算模型，考慮我國(guó)不同地區(qū)環(huán)境溫度的差異，針對(duì)溫暖、寒冷、嚴(yán)寒等3種地區(qū)展開(kāi)相關(guān)研究。

圖1 精調(diào)爪安裝

圖2 精調(diào)爪的拆除

2 模型建立

2.1 計(jì)算模型

建立模型時(shí)，按安裝不同數(shù)目的精調(diào)爪和精調(diào)爪拆除后兩種情況進(jìn)行計(jì)算。由于CRTSⅢ型無(wú)砟軌道軌道板長(zhǎng)度為5.35 m，考慮到精調(diào)爪安裝時(shí)的間距問(wèn)題，在計(jì)算時(shí)精調(diào)爪數(shù)目分別取2、4、6、8、10組等5種工況進(jìn)行分析。另外，考慮現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，自密實(shí)混凝土分別取抗壓強(qiáng)度的30%～100%。

采用實(shí)體模型進(jìn)行計(jì)算，由于澆筑自密實(shí)混凝土前底座板已經(jīng)達(dá)到設(shè)計(jì)抗壓強(qiáng)度，因此底座板及其以下部分不做考慮，計(jì)算時(shí)將自密實(shí)混凝土底部進(jìn)行全約束。為更好地反映軌道板在溫度梯度作用下對(duì)無(wú)砟軌道施工時(shí)的影響，采用單元板式無(wú)砟軌道進(jìn)行研究，如圖3所示。該計(jì)算模型中，安裝有4組精調(diào)爪。

圖3 含精調(diào)爪的模型

2.2 計(jì)算參數(shù)

軌道板及自密實(shí)混凝土設(shè)計(jì)參數(shù)如表1所示。

考慮到不同環(huán)境溫度下軌道板溫度梯度有所不同，為更好地適應(yīng)不同地區(qū)CRTSⅢ型板式無(wú)砟軌道的鋪設(shè)要求，按照氣候條件將我國(guó)劃分為3種地區(qū)[12]，各地區(qū)下最大正、負(fù)溫度梯度如表2所示。

表1 CRTSⅢ型板式無(wú)砟軌道參數(shù)

表2 無(wú)砟軌道最大溫度梯度推薦值 ℃/m

3 計(jì)算結(jié)果及分析

精調(diào)爪的數(shù)量會(huì)影響施工的總體進(jìn)度，為此計(jì)算時(shí)首先選取最優(yōu)的精調(diào)爪數(shù)目，然后再確定不同區(qū)域內(nèi)精調(diào)爪的拆除時(shí)間，以指導(dǎo)不同地區(qū)施工時(shí)能夠達(dá)到最優(yōu)施工進(jìn)度。

3.1 精調(diào)爪合理數(shù)量選取的研究

計(jì)算時(shí)取最大溫度梯度即最不利工況來(lái)確定最優(yōu)精調(diào)爪數(shù)目，圖4、圖5為安裝不同精調(diào)爪數(shù)目時(shí)軌道板最大位移分布曲線。

圖4 軌道板垂向位移分布曲線

圖5 軌道板縱、橫向位移曲線

由計(jì)算結(jié)果可知，軌道板的垂向位移并非隨著精調(diào)爪數(shù)量的增多而減小，在安裝4組精調(diào)爪時(shí)軌道板的豎向位移最小(圖4)。同樣軌道板的縱向位移亦是如此(圖5(a))。另外，由圖5(b)可知，軌道板的橫向位移隨著精調(diào)爪的數(shù)目增加而急劇減小。這主要是因?yàn)榫{(diào)爪固定之后，軌道板橫向位移受到限制，在溫度力作用下軌道板縱向與垂向變形必然相應(yīng)增大，且橫向約束作用越大，軌道板的縱向與垂向變形就越大。

由以上分析得在最不利工況下，當(dāng)精調(diào)爪數(shù)目為4組時(shí)，軌道板的形變量最小。因此，精調(diào)爪數(shù)量取為4組時(shí)，可最大限度地提高施工進(jìn)度且不影響軌道施工質(zhì)量。

3.2 不同地區(qū)精調(diào)爪拆除時(shí)間研究

不同地區(qū)施工時(shí)，環(huán)境溫度有所不同，如果按照統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行軌道施工會(huì)產(chǎn)生不必要的時(shí)間浪費(fèi)，根據(jù)我國(guó)不同地區(qū)的溫度梯度進(jìn)行研究，確定不同地區(qū)施工時(shí)精調(diào)爪拆除的最優(yōu)時(shí)間。

3.2.1 -48 ℃/m負(fù)溫度梯度

當(dāng)最大負(fù)溫度梯度為-48 ℃/m時(shí)自密實(shí)混凝土受力如圖6所示。

由圖6可知在最大負(fù)溫度梯度下，自密實(shí)混凝土所受的最大壓應(yīng)力均小于自密實(shí)混凝土的抗壓強(qiáng)度，因此在最大負(fù)溫度梯度作用下當(dāng)自密實(shí)混凝土的強(qiáng)度達(dá)到30%之后便可拆除精調(diào)爪。

圖6 -48 ℃/m負(fù)溫度梯度下的自密實(shí)混凝土受力

3.2.2 正溫度梯度

軌道的施工不可能全部在晚上完成，而且自密實(shí)混凝土達(dá)到一定抗拉、壓強(qiáng)度時(shí)仍需要一定的時(shí)間，因此必須要分析不同地區(qū)的正溫度梯度作用下軌道板受力情況。根據(jù)我國(guó)不同地區(qū)的正溫度梯度情況，分別研究溫暖地區(qū)(即正溫度梯度達(dá)到80 ℃/m的地區(qū))、寒冷地區(qū)(即正溫度梯度達(dá)到90 ℃/m的地區(qū))、嚴(yán)寒地區(qū)(即正溫度梯度達(dá)到95 ℃/m的地區(qū))3種不同地區(qū)下精調(diào)爪最優(yōu)拆除時(shí)間。不同地區(qū)正溫度梯度下自密實(shí)混凝土受力情況如圖7所示。

圖7 正溫度梯度下自密實(shí)混凝土受力曲線

由圖7可知：在溫暖地區(qū)施工時(shí)，自密實(shí)混凝土強(qiáng)度超過(guò)35%之后，自密實(shí)混凝土所受的壓應(yīng)力將小于其抗壓強(qiáng)度，因此，在溫暖地區(qū)精調(diào)爪的拆除應(yīng)在自密實(shí)混凝土強(qiáng)度達(dá)到35%之后進(jìn)行拆除工作；在寒冷地區(qū)施工時(shí)，當(dāng)自密實(shí)混凝土強(qiáng)度超過(guò)45%之后，其所受壓應(yīng)力小于自身抗壓強(qiáng)度，因此，在寒冷地區(qū)精調(diào)爪的拆除應(yīng)在自密實(shí)混凝土強(qiáng)度達(dá)到45%之后予以拆除；在嚴(yán)寒地區(qū)施工時(shí)應(yīng)在自密實(shí)混凝土強(qiáng)度達(dá)到50%之后將精調(diào)爪予以拆除，此時(shí)混凝土所受壓應(yīng)力小于其自身抗壓強(qiáng)度。

綜合以上分析并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)施工經(jīng)驗(yàn)可知，軌道板的施工不可能僅僅經(jīng)歷負(fù)溫度梯度的作用，而是每天都要有正負(fù)溫度梯度的交替過(guò)程，而自密實(shí)混凝土自灌注開(kāi)始至達(dá)到一定強(qiáng)度需要一定的時(shí)間。因此，精調(diào)爪的拆除工作需要按照軌道板正溫度梯度下得出的結(jié)論進(jìn)行指導(dǎo)施工，即在溫暖地區(qū)，當(dāng)自密實(shí)混凝土強(qiáng)度達(dá)到35%之后拆除精調(diào)爪；寒冷地區(qū)為45%；嚴(yán)寒地區(qū)則為50%。

4 結(jié)論

通過(guò)建立CRTSⅢ型板式無(wú)砟軌道計(jì)算模型，分析施工過(guò)程中精調(diào)爪最優(yōu)安裝數(shù)目及拆除時(shí)間，可得以下結(jié)論。

(1)精調(diào)裝置中精調(diào)爪數(shù)量越多，其對(duì)軌道板的固定作用并非越好，其數(shù)量為4組時(shí)，軌道板因溫度梯度引起的翹曲變形最小。因此，采用4組精調(diào)爪可節(jié)省工具使用數(shù)量，加快精調(diào)的使用周期，從而提高施工進(jìn)度。

(2)在負(fù)溫度梯度較大的地區(qū)施工時(shí)，當(dāng)自密實(shí)混凝土的強(qiáng)度達(dá)到30%之后便可拆除精調(diào)爪。

(3)自密實(shí)混凝土的強(qiáng)度增長(zhǎng)決定了精調(diào)爪的拆除時(shí)間，當(dāng)自密實(shí)混凝土所受壓應(yīng)力小于其自身抗壓強(qiáng)度時(shí)，方可保證其不受破壞。因此，在溫暖地區(qū)，拆除精調(diào)爪應(yīng)在自密實(shí)混凝土強(qiáng)度達(dá)到35%之后進(jìn)行；在嚴(yán)寒地區(qū)，拆除精調(diào)爪應(yīng)在自密實(shí)混凝土強(qiáng)度達(dá)到45%之后進(jìn)行；在寒冷地區(qū)，拆除精調(diào)爪應(yīng)在自密實(shí)混凝土強(qiáng)度達(dá)到50%之后進(jìn)行。

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Research on the Best Time of Removing Fine Tuning Control Device during the Construction of CRTSⅢ Ballastless Slab Track

YANG Le-ming

(China Railway Second Bureau Xiyun Engineering Co.， Ltd.， Chengdu 610031, China)

To determine the best time of removing the fine tuning control device during the construction of for CRTSⅢ ballastless slab track， the author establishes a model of ballastless slab track with finite element method to study the optimal number of installation and the best time of removing the device in view of the number of fine tuning control device and the thermal gradient in different areas. The results show that the optimal number of fine tuning control device is four， and this could reduce the deformation of slab track efficiently; in worm regions， the fine tuning control device could be removed when the self-compacted concrete strength reaches 35% of its final strength or 45% in cold regions. Besides， the device could be removed when the concrete strength reaches 50% of its final strength in severe cold regions. Thus， the progress of construction could be increased most effectively while track construction quality guaranteed

CRTSⅢ ballastless slab track; Fine tuning control device; Track construction; Thermal gradient

2014-04-04；

2014-05-20

楊樂(lè)明(1962—)，男，高級(jí)工程師，1983年畢業(yè)于長(zhǎng)沙鐵道學(xué)院，工學(xué)學(xué)士，E-mail： 1062596693@qq.com。

1004-2954(2015)03-0046-04

U213.2+44

A

10.13238/j.issn.1004-2954.2015.03.011