CRTSII型双块式无砟轨道关键技术分析

CRTSⅡ型双块式无砟轨道关键技术分析中铁第一勘察设计院集团有限公司二〇〇八年二月1、结构及特点2、施工工艺3、铺设精度4、裂缝控制5、改进措施主要内容1、结构及特点Ⅱ型双块式结构由钢轨、扣件、双块式轨枕、道床板、支承层等结构组成。钢轨双块式轨枕道床板支承层扣件：有挡肩，无挡肩C60，桁架钢筋连接两个混凝土块C40，连续没有伸缩缝、现浇混凝土结构，宽2.8m，路基上厚24cm水硬性材料或C15混凝土，连续结构，每隔5.2m设假缝，深100m路基上CRTSⅡ型双块式无砟轨道横断面轨道结构高度：830mm排水：直线地段中间填平向两侧排水曲线地段中间设积水井，用排水管排至路基一侧道床板连续，不设伸缩缝；支承层每隔5.2m设置假缝长桥上CRTSⅡ型双块式无砟轨道横断面分块结构，每块长6.44m，伸缩缝宽10cm；板宽2.8m，厚26cm；在底座上预留两个凹槽，每块板下设抗剪凸点限位；底座高16cm，通过门型钢筋与梁面保护层连接；保护层厚约15cm，设2％横向排水坡，桥面三向排水。采用轨枕框架施工，仅能调整每5根枕轨之间的距离。为适应32m梁长，轨枕间距定为654mm,每孔梁刚好布置5块板。隧道内CRTSⅡ型双块式无砟轨道横断面道床板连续在隧道仰拱上直接做道床板，不另设支承层道床板厚280mm轨道结构高度570mm2、施工工艺主要施工机械道床板混凝土浇注完成后轨枕框架后压入轨枕轨枕压入机械轨枕框架钢模板轨道支脚横梁施工工艺及工效控制测量支脚模板安装绑扎钢筋浇注混凝土压入轨枕抹面养护目前在隧道内第一线施工的平均循环是14分钟。第二线，由于混凝土供应等问题，平均循环增至18分钟。综合，平均循环时间是16分钟。按此计算，24小时可铺设292m。1、结构及特点小结1、连续现浇混凝土道床板优点：纵向连续，稳定性好；刚度均匀。缺点：道床板内温度应力较大，开裂几率增大。2、轨枕框架后压入轨枕施工（与Ⅰ型双块式区别）优点：机械化程度较高，施工进度较快；不需工具轨；轨枕周围混凝土密实性较好。缺点：铺设精度受轨枕框架等设备精度影响；轨枕后压入道床，不能实现双层配筋。——关于铺设精度的几个问题：缓和曲线范围，轨枕框架内5根轨枕不能实现超高线性渐变的影响?该项误差是目前的CRTSⅡ型双块式轨道和Ⅰ型板式轨道结构共有的。在最小曲线半径7000m地段，最小缓和曲线长度540m，超高145mm，3.25m范围内的超高变化值为0.9mm。该项误差在高速铁路铺设精度容许范围之内。另外，如采用无挡肩轨枕，WJ－7型扣件配充填式无级调高垫板，该项误差可以通过扣件消除。3、铺设精度台阶关于铺设精度的问题相邻框架之间相对精度?在轨枕框架等工装设备误差恒定的条件下，相邻框架之间的误差受支脚测量精度影响;在对支脚精度提出较高要求的条件下，这种影响较小。目前支脚的安装误差（方向、高程）0.5mm，相邻支脚安装误差（方向、高程）0.3mm。错位曲线地段轨枕框架内5根轨枕的圆顺度?这种误差影响很小。在最小曲线半径7000m的圆曲线上，5根轨枕最大内矢为0.45mm。当曲线半径增大，这个值更小。如果采用无级调距的WJ-7型扣件，该项误差可以通过扣件消除。虽然线型上存在上述台阶、错位、折线误差，但均能满足高速铁路平顺性的要求。折线郑西线试验段实测铺设精度郑西线凤凰岭隧道内200m试验段轨道几何形位检测报告：（如下表）位于缓和曲线上，采用12.5m旧轨，现场铝热焊，在还没有进行扣件最终的调整之前。检测手段：联合使用GEDO系统与TrimbleS6全站仪。实测数据表格中、德两国几何形位要求指标不一样，我国的《验标》控制的指标相对来说严格。轨向高低水平轨距中国2mm/10m2mm/10m1mm±1mm德国2mm/5m2mm/5m2mm±2mm从检测数据来看，水平偏差2mm的有10处，2mm以上的有1处；轨距的偏差2mm的有50处（17％），2mm以上的有6处，主要出现在钢轨接头处。高低和轨向由于两国测量方法不一样，以上数据按德国测量方法处理后，有2处轨向超过2mm。以上检测数据除个别外，基本满足德国关于无砟轨道铺设精度的要求。根据外方提供的资料，这个精度与德国已经实施的精度基本相同。需要通过扣件最终调整，才能满足我国关于高速铁路铺设精度的相关要求。测试数据分析3、铺设精度道床板外形尺寸要求：序号检查项目允许偏差（mm）合格率（％）1顶面宽度±1097.92中线位置2－3道床板顶面与承轨台面相对高差±592.74伸缩缝位置±5－5平整度2(1m尺量)3、铺设精度轨枕安装尺寸要求：序号检查项目允许偏差（mm）检验方法合格率1轨枕间距±5尺量89.6％2相邻轨枕承轨台中心高差±0.5水准仪98.8％3轨枕承轨台轨底坡1/35～1/45专用量具100％4每枕两承轨台相对翘曲度1510mm×100mm范围内四点误差＜0.7mm专用量具100％双块式无砟轨道每组轨枕框架（5根轨枕）之间的轨枕间距难以满足±5mm的要求。原因是轨枕框架有15mm的安装间隙，相邻两个框架之间的轨枕间距误差理论上可以达到30mm。这一精度可以通过减小这一间隙来提高。3、铺设精度小结1、各种无砟轨道结构均需通过扣件进行最终调节，CRTSⅡ型双块式无砟轨道铺设精度可以满足高速铁路的要求。2、改进的措施和建议：加强对工装设备的变形检测（目前这一工作正在进行）加强施工过程中的质量控制4、裂缝控制裂缝控制标准：德国AKFFV4上表面≤0.5mm，有轨枕结构的自由开裂，无轨枕结构的控制性开裂；我国目前尚无明确的规定，参考《混凝土结构设计规范》，对于道床板结构，温暖地区处于二（a）类环境，寒冷和严寒地区处于二（b）类环境，裂缝控制宽度暂定为0.2mm。4、裂缝控制德国裂缝控制设计思路：参考公路路面的工程经验连续结构+中间单层配筋，0.5mm裂缝宽度60年使用寿命4、裂缝控制我国早期设计的隧道内整体道床结构均采用每隔5～6m设伸缩缝的做法，隧道内温度条件较好，裂缝不明显。如果在路基上改为分块式结构，对于裂缝控制有利，但改变了连续道床板的设计理念，对于轨道结构的稳定性产生不利影响，而采取诸如支承层凿毛等措施来增加道床板与下部连接，与分块板自由伸缩的理念是矛盾的。4、裂缝控制按照我国钢筋混凝土结构设计原理，受弯构件应在受拉区配置结构钢筋；而且采用双层配筋较单层配筋对于裂缝控制更为有利。对于Ⅱ型双块式轨道来说，由于采用轨枕框架后压入轨枕施工方法，无法满足双层配筋的要求。从目前施工的情况来看，混凝土裂缝宽度大多数集中在0.5mm以内，但也存在超标现象。从形态分析，现场混凝土裂缝主要是由于混凝土的温度变化或收缩引起的，属于变形裂缝。从出现的位置来看，支承层假缝处反射到道床板上的裂缝较多。影响裂缝的主要原因分析及对策主要原因分析支承层混凝土材料的强度过高，收缩量较大，而且支承层施工后，与施工道床板之间的时间间隔太短，在以上两方面共同作用下，下部支承层带动道床板开裂。影响裂缝的主要原因分析及对策支承层材料德国规定采用水硬性材料或C15混凝土，目前也倾向于采用低标号混凝土，原因是从施工情况来看，水硬性材料底层密实性不好，往往需要分两层施工，在两次施工时间存在一定间隔的情况下，对结构稳定性有一定影响。对于Ⅱ型双块式来说，特殊的是由于支承层需要固定支脚（用于轨道定位），精度要求较高，采用水硬性支承层精度不易保证，支承层需采用混凝土材料。影响裂缝的主要原因分析及对策支承层混凝土强度德国采用C12/15，相当于我国的C15混凝土；这里存在这样的矛盾：一方面，混凝土等级不宜过高，等级越高，混凝土收缩量越大，支承层假缝处的裂缝宽度及对上部道床板的影响也就越大；另一方面，无砟轨道结构设计使用寿命按60年考虑，参照我国《混凝土结构设计规范》中耐久性有关要求，强度等级不宜过低，对应于处于二类环境下的结构，混凝土最低等级为C25、C30，当有可靠工程经验时可降低一个等级，也就是C20、C25。影响裂缝的主要原因分析及对策支承层假缝的处理每隔5.2m（8根轨枕）设置假缝，且设在两根轨枕之间，以免在轨枕侧面引起开裂；原在假缝处设置300mm的PE膜隔离，反而使裂缝反射到300mm边缘处的道床板上；建议假缝处采用沥青密封，以隔离施工道床板的混凝土，此外在道床板两侧，密封可以避免杂物或大量雨水渗入。影响裂缝的主要原因分析及对策支承层施工后与道床板施工的时间间隔由于支承层混凝土早期收缩较大，带动上部道床板开裂，因此，需保证支承层施工以后，到道床板施工之前应有一定的时间间隔。建议时间按1个月考虑。影响裂缝的主要原因分析及对策混凝土材料优化混凝土配合比，减少水泥用量，采用低水化热水泥，控制水泥比表面积。控制道床板混凝土弹性模量，不宜过高。对于掺入具有防裂功能的纤维材料，我们认为：由于连续双块式无砟轨道设计的理念就是自由开裂，产生细而密的裂缝，放散温度应力，而采用纤维混凝土纵然可以使裂缝变稀，也就是裂缝间距加大，但开裂是连续结构固有的特点，这样反而有使单条裂缝宽度增大的可能。影响裂缝的主要原因分析及对策施工控制控制混凝土入模温度不超过25℃。支承层浇筑完成后，在24～36h内完成切缝。加强对道床板混凝土的养护工作，轨枕安装、混凝土整平完成后立即喷养护剂，抹面完成后及时用湿土工布对道床板混凝土进行洒水覆盖养护，湿润养护不少于7天。洒水养护1天后还需采用隔热垫覆盖养护。加强混凝土的保温措施，防止混凝土温差裂缝。4、裂缝控制小结由于结构本身特点，Ⅱ型双块式道床板裂缝控制主要从以下几个方面进行：支承层的材料、强度、假缝的设置、与道床板的施工时间间隔以及混凝土材料、施工控制等。德国采用的0.5mm的裂缝控制标准，能否满足60年使用寿命的要求尚待验证。5改进措施——双块式轨枕的设计改进轨枕挡肩加高10mm，增强了在扣件调高量较大时的稳定性；在德国使用过程中，调高较大时，需要特殊设计部件进行加强，费用较高，且稳定性也不理想。N4N4N5N5N5N4A节点承载板上缘承载板上缘原设计郑西线采用50mm60mm双块式轨枕的设计改进考虑到我国钢筋生产的情况，对桁架钢筋的长度进行模数设计，其长度均设计为2500mm。有利于生产加工，节约原材料。原设计郑西线采用双块式轨枕的设计改进加强了弯起钢筋：将桁架钢筋与轨枕结构钢筋相焊接，增强了整体性，省去了原来的网片固定方式，便于混凝土浇筑时钢筋网架的架立和定位，利于钢筋网架的成形，减少了人为因素的影响，缩减工序，有效的节约了制造时间。原设计郑西线采用N4N4N5N5N5N4A节点承载板上缘承载板上缘桥上结构底座配筋底座：厚16cm，采用C40混凝土，无纵向结构钢筋，仅有门型钢筋与梁面保护层相连。桥上结构底座配筋当列车荷载作用在连续梁上时，荷载作用的邻跨出现不同程度的上拱，以及在桥梁徐变上拱作用下，由于底座和梁面的刚性连接，底座上部边缘混凝土将承受拉应力。由于客运专线梁较高，根据桥梁变形的容许限值计算，底座上部边缘混凝土的拉应力较大，已超过混凝土的抗拉强度，对于底座产生不利影响；建议在连续梁上，混凝土底座根据计算设置结构钢筋。