張義理 李浩宇

(中鐵十七局集團(tuán)有限公司 山西太原 030006)

1 引言

CRTSⅢ型板式無砟軌道是我國具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的無砟軌道體系，其中軌道板是該體系中的重要組成部分。CRTSⅢ型軌道板是雙向先張預(yù)應(yīng)力軌道板，一般采用工廠化集中預(yù)制[1]。

目前，CRTSⅢ型軌道板分為 P5600、P4925、P4856、P4240、P6730 等不同規(guī)格，寬度為2 500 mm，厚度為200 mm[2]。CRTSⅢ型軌道板采用雙向先張預(yù)應(yīng)力設(shè)計(jì)，縱向預(yù)應(yīng)力筋截面中心對(duì)稱布置，橫向預(yù)應(yīng)力筋布置于截面中心[3]。軌道板頂面兩側(cè)設(shè)置有擋肩承軌臺(tái)，承軌臺(tái)內(nèi)預(yù)埋設(shè)配套的扣件套管。軌道板兩側(cè)面設(shè)置有對(duì)稱布置的起吊套管、接地端子，下部設(shè)置兩排U型連接鋼筋。

CRTSⅢ型先張預(yù)應(yīng)力軌道板預(yù)制質(zhì)量直接影響無砟軌道的結(jié)構(gòu)性能，而且相比普通鐵路，高速鐵路的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)高，軌道板質(zhì)量要求嚴(yán)格，對(duì)預(yù)制設(shè)備和技術(shù)都提出了更高的要求[4]。本文以昌贛鐵路客運(yùn)專線CRTSⅢ型先張預(yù)應(yīng)力軌道板預(yù)制工程為依托，針對(duì)軌道板預(yù)制過程中出現(xiàn)的問題，采用理論分析和現(xiàn)場試驗(yàn)相結(jié)合的方法對(duì)軌道板單元臺(tái)座法預(yù)制關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化分析。

2 CRTSⅢ型軌道板預(yù)制技術(shù)優(yōu)化

2.1 軌道板蒸汽養(yǎng)護(hù)技術(shù)分析

2.1.1 蒸汽養(yǎng)護(hù)技術(shù)現(xiàn)狀

傳統(tǒng)的軌道板養(yǎng)護(hù)用蒸汽由6 t蒸汽鍋爐提供，通過DN75 mm無縫鋼管進(jìn)入單元臺(tái)座內(nèi)[5]。單元臺(tái)座內(nèi)縱向蒸汽管道為直徑DN40 mm無縫鋼管，中間3條橫向管道直徑與縱向相同，并且按一定間隔設(shè)置有圓孔，用于噴射蒸汽。但是，經(jīng)過實(shí)踐證明，此蒸汽養(yǎng)護(hù)技術(shù)存在諸多問題，主要包括以下三個(gè)方面:

(1)由于蒸汽是從一端進(jìn)入養(yǎng)護(hù)區(qū)域，單向流入另一端，且臺(tái)座內(nèi)管徑統(tǒng)一為DN40 mm，導(dǎo)致圓孔噴射出的蒸汽量不均勻。

(2)由于蒸汽管道上孔洞向上，導(dǎo)致向上噴射蒸汽，造成溫度探頭采集的數(shù)據(jù)很不穩(wěn)定，忽高忽低，對(duì)養(yǎng)護(hù)控制造成不便。

(3)傳統(tǒng)生產(chǎn)臺(tái)座內(nèi)沒有設(shè)置降低養(yǎng)護(hù)溫度的設(shè)施，主要通過人工揭開蓋布來實(shí)現(xiàn)降溫，影響了養(yǎng)護(hù)質(zhì)量[6]。

2.1.2 蒸汽養(yǎng)護(hù)技術(shù)優(yōu)化

改進(jìn)后的軌道板養(yǎng)護(hù)用蒸汽由4 t蒸汽鍋爐提供，通過DN40 mm無縫鋼管從一端連接進(jìn)生產(chǎn)臺(tái)座內(nèi)。其主要優(yōu)化措施如下:

(1)每個(gè)臺(tái)座內(nèi)設(shè)有主管道2根，直徑為DN40 mm，分管道4根，直徑為DN25 mm，通過對(duì)稱布置保證了孔洞噴射出蒸汽的均勻性。

(2)生產(chǎn)臺(tái)座內(nèi)直徑25 mm的管道上設(shè)置直徑為3 mm的貫穿噴汽孔道。蒸汽噴口與地面距離不得小于30 mm，噴孔管道末端做封堵，防止蒸汽從末端噴出，孔道位置根據(jù)模具位置設(shè)置。

(3)在生產(chǎn)臺(tái)座內(nèi)增加壓縮空氣管道，采用蒸汽養(yǎng)護(hù)控制平臺(tái)控制噴氣的時(shí)間段、循環(huán)次數(shù)以及單次噴氣時(shí)間等。臺(tái)座內(nèi)壓縮空氣管道布置形式與蒸汽管道相同，管道直徑均為DN25 mm無縫鋼管，其上設(shè)置直徑為3 mm的向上噴氣孔道，孔道位置根據(jù)模具位置設(shè)置。

優(yōu)化后的蒸汽養(yǎng)護(hù)控制系統(tǒng)能夠保證軌道板養(yǎng)護(hù)過程的均勻性，且在恒溫及降溫過程中通入壓縮空氣起到了良好的降溫作用，滿足蒸汽養(yǎng)護(hù)的工藝需要，提高了軌道板生產(chǎn)質(zhì)量。

2.2 軌道板脫模技術(shù)分析

2.2.1 軌道板脫模技術(shù)現(xiàn)狀

傳統(tǒng)的軌道板脫模技術(shù)為人工配合小型千斤頂進(jìn)行[7]。先將模具側(cè)模拆開，人工將四個(gè)吊耳分別安裝在預(yù)埋的起吊套管上，然后將小型千斤頂分別放在四個(gè)吊耳下并頂緊，四名工人同步操作千斤頂，如圖1所示，將軌道板緩慢頂起至板面脫離底模100 mm左右，此時(shí)用龍門吊緩慢起吊軌道板。

圖1 人工頂升軌道板

但是，在軌道板脫模過程中，由于工人操作的誤差，難以同步頂升軌道板，導(dǎo)致軌道板四角受力不均，嚴(yán)重時(shí)軌道板開裂，影響其質(zhì)量。而且在軌道板脫模后運(yùn)輸時(shí)，由于工人還在吊起后的軌道板附近，對(duì)其安全也有一定的影響。

2.2.2 軌道板脫模技術(shù)優(yōu)化

為了使軌道板脫模技術(shù)得到改善，通過不斷試驗(yàn)，研制了螺桿式同步頂升自動(dòng)控制軌道板脫模機(jī)，此裝置主要由鋼結(jié)構(gòu)支撐框架、電動(dòng)裝置、動(dòng)力傳動(dòng)裝置、起吊裝置、電控箱等五部分組成，如圖2所示。此裝置采用4 kW電機(jī)加減速機(jī)的結(jié)構(gòu)形式，將電能作為動(dòng)力源轉(zhuǎn)換為設(shè)備所需的機(jī)械能，通過傳動(dòng)軸和換向器連接的結(jié)構(gòu)形式，將唯一轉(zhuǎn)動(dòng)力同時(shí)傳動(dòng)到四個(gè)機(jī)械千斤頂，在螺桿旋轉(zhuǎn)的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)同步頂升過程，解決了已有技術(shù)中軌道板脫模時(shí)四個(gè)頂升點(diǎn)不同步的問題，確保了軌道板質(zhì)量[8]。而且操作人員可以遠(yuǎn)距離無線遙控脫模機(jī)的升降和速率，操作靈活、安全可靠。

圖2 螺桿式同步頂升自動(dòng)控制軌道板脫模機(jī)

軌道板脫模機(jī)的研制，使軌道板脫模技術(shù)得到優(yōu)化，使其具有同步脫模精度高、自動(dòng)化程度高、操作安全等特點(diǎn)。

2.3 軌道板水養(yǎng)技術(shù)分析

2.3.1 水養(yǎng)技術(shù)現(xiàn)狀

傳統(tǒng)的水養(yǎng)護(hù)池一般只設(shè)計(jì)一個(gè)軌道板養(yǎng)護(hù)區(qū)，并按軌道板尺寸將區(qū)分成幾列，每列可連續(xù)存放幾十塊軌道板[9]，如圖3所示。但是，經(jīng)過實(shí)踐證明，此水養(yǎng)技術(shù)存在諸多問題，主要包括以下三個(gè)方面:

圖3 傳統(tǒng)水養(yǎng)池結(jié)構(gòu)

(1)由于單列連續(xù)存放軌道板數(shù)量較多，導(dǎo)致軌道板水養(yǎng)過程中容易發(fā)生傾倒現(xiàn)象，帶來巨大的安全質(zhì)量隱患。

(2)由于單列軌道板需要順序存放，逆序出水，導(dǎo)致軌道板無法按照先進(jìn)先出的原則出水，部分軌道板水養(yǎng)時(shí)間不足。

(3)此結(jié)構(gòu)水養(yǎng)池不能有效便捷的控制水位和水溫，浪費(fèi)水資源，并且影響?zhàn)B護(hù)效果[10]。

2.3.2 水養(yǎng)技術(shù)優(yōu)化

鑒于傳統(tǒng)水養(yǎng)技術(shù)的弊端，通過研究對(duì)水養(yǎng)技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)優(yōu)化，如圖4所示，主要包括以下三方面:

圖4 優(yōu)化后水養(yǎng)池結(jié)構(gòu)

(1)在養(yǎng)護(hù)區(qū)旁邊增加一個(gè)與其聯(lián)通的溢水池，在軌道板放入和取出時(shí)可以自動(dòng)調(diào)節(jié)水位，減少水資源浪費(fèi)。

(2)在水養(yǎng)池內(nèi)安裝蒸養(yǎng)管道，在養(yǎng)護(hù)水達(dá)不到要求時(shí)可以進(jìn)行水溫調(diào)節(jié)，保證養(yǎng)護(hù)質(zhì)量。

(3)軌道板養(yǎng)護(hù)區(qū)每列設(shè)置中間隔墻，控制每個(gè)小區(qū)域的軌道板數(shù)量，這樣既能滿足軌道板的養(yǎng)護(hù)時(shí)間，確保質(zhì)量，又能避免出現(xiàn)軌道板傾倒現(xiàn)象，保證安全。

2.4 軌道板運(yùn)輸技術(shù)分析

2.4.1 運(yùn)輸技術(shù)現(xiàn)狀

CRTSⅢ型軌道板水養(yǎng)結(jié)束后，需要運(yùn)到廠外存板區(qū)進(jìn)行存放。傳統(tǒng)的運(yùn)輸車輛多為10 t平板汽車改造而成[11]，如圖5所示，此種車重心高，且無操作平臺(tái)，導(dǎo)致運(yùn)輸存在安全隱患，效率低。

圖5 傳統(tǒng)軌道板運(yùn)輸車

2.4.2 運(yùn)輸技術(shù)優(yōu)化

針對(duì)軌道板運(yùn)輸不安全，操作不方便，運(yùn)輸效率低等問題，研發(fā)了立式軌道板運(yùn)輸車，如圖6所示。此運(yùn)輸車主要包括車頭和車廂，車廂的凹型槽用于放置軌道板，放好后，兩個(gè)夾緊板將軌道板固定。車廂末端設(shè)有登車梯，方便施工人員上車操作，兩端操作平臺(tái)上設(shè)有保護(hù)圍欄，用于保護(hù)車上施工人員。經(jīng)過現(xiàn)場實(shí)踐，研發(fā)的立式軌道板運(yùn)輸車具有自動(dòng)化程度高、操作簡單、外形美觀、安全保證能力強(qiáng)等特點(diǎn)。

圖6 立式軌道板運(yùn)輸車

2.5 軌道板表面墊塊印記消除技術(shù)

2.5.1 表面墊塊印記產(chǎn)生的原因

(1)傳統(tǒng)凝土墊塊成錐形如圖7所示，高35 mm，頂部直徑40 mm，有半徑為4 mm凹槽，用于與鋼筋接觸。底部直徑25 mm，支點(diǎn)與軌道板模具接觸面積較大，導(dǎo)致墊塊底部空間小，混凝土漿液不容易包裹墊塊整體。

圖7 傳統(tǒng)混凝土墊塊

(2)傳統(tǒng)混凝土墊塊采用水泥、粉煤灰、砂、碎石、減水劑、水等材料強(qiáng)制拌和，再由混凝土墊塊成型機(jī)導(dǎo)入模型內(nèi)沖壓而成[12]。這種工藝產(chǎn)生的墊塊表面砂礫裸露粗糙，強(qiáng)度較低，易吸水，且與軌道板色差大。

(3)混凝土墊塊進(jìn)場后存放時(shí)間長，混凝土墊塊表面干燥，在混凝土澆筑過程中，混凝土墊塊迅速吸收周圍水分，造成軌道板混凝土局部水分損失，影響其配合比，促使其色差產(chǎn)生。

2.5.2 墊塊印記消除措施

(1)改進(jìn)后混凝土墊塊與原混凝土墊塊外形尺寸一致，錐形體新增有3條半徑為3 mm凹槽，如圖8所示，底部與軌道板模型接觸由面接觸改為點(diǎn)接觸，使得混凝土灰漿能夠完全包裹墊塊，從而減少印記出現(xiàn)幾率。

圖8 改進(jìn)后混凝土墊塊

(2)改進(jìn)后混凝土墊塊采用CRTSⅢ軌道板施工配合比，結(jié)合軌道板生產(chǎn)施工工藝，材料拌和后導(dǎo)入專用模型，振搗密實(shí)，24 h覆蓋養(yǎng)護(hù)進(jìn)行脫模。這種墊塊表面光滑，有混凝土包漿，密實(shí)度高，保水情況好，與軌道板色差小。

(3)增加混凝土墊塊綁扎前的工藝浸泡時(shí)間，推遲混凝土墊塊入模前的綁扎時(shí)間，減少其對(duì)軌道板混凝土的水分吸收，有助于軌道板混凝土墊塊印記的消除。

3 工程實(shí)例及應(yīng)用情況

昌贛客運(yùn)專線北起南昌，南至贛州，線路全長415.743 km，設(shè)計(jì)時(shí)速350 km，全線共設(shè)13個(gè)站。中鐵十七局集團(tuán)有限公司承擔(dān)了昌贛客專26 020塊CRTSⅢ型軌道板生產(chǎn)任務(wù)。

在昌贛板廠采用優(yōu)化后的蒸養(yǎng)技術(shù)，保證了養(yǎng)護(hù)的均勻性；采用設(shè)計(jì)的網(wǎng)格式水養(yǎng)池，杜絕了軌道板水養(yǎng)過程中的傾倒現(xiàn)象；使用研制的“軌道板脫模機(jī)”，解決了現(xiàn)有技術(shù)中軌道板脫模時(shí)人工操作不同步的問題；使用研制的“立式軌道板運(yùn)輸車”，解決了軌道板運(yùn)輸不安全，操作不方便的問題；使用優(yōu)化后的墊塊及相關(guān)施工工藝，消除了軌道板表面墊塊印記。

4 結(jié)論

本文以昌贛客專昌贛板廠CRTSⅢ型先張軌道板預(yù)制工程為依托，通過對(duì)其預(yù)制工藝及配套工裝進(jìn)行優(yōu)化分析，為CRTSⅢ型先張軌道板的質(zhì)量控制、效率提升和成本降低提供了技術(shù)支撐，對(duì)CRTSⅢ型先張軌道板預(yù)制具有指導(dǎo)意義。