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CRTSⅢ型板式无砟轨道板制造工法

来源: 建设发展网 原创者A:唐丽华 人气: 发布时间:2014-04-04 10:54:58
刘中义
1.前言

    
          成都至都江堰铁路是汶川大地震后的灾害重建工程,为使无砟轨道适应强地震带的运营环境,中铁二十三局集团有限公司、成都市域铁路公司、中铁二院、西南交通大学共同向铁道部工程管理中心提出了抗震型板式无砟轨道的设想,得到铁道部领导的大力支持,并以“桥上单元结构,路基纵连结构”的板式无砟轨道为基本设计思想,开展了新型板式无砟轨道的研究工作。轨道结构上摒弃了日本、德国在板下灌注CA砂浆的做法,用自密实混凝土取代。轨道板采用后张预应力结构,承轨台可以随着线路曲线半径的要求进行调整。轨道板板底增设门型抗剪锚固钢筋,使轨道板与自密实混凝土形成复合结构,单块轨道板的纵横向位移通过路基现浇的凸形挡台进行限制。路基纵连板采用T型剪力板连接工艺,加强了线路薄弱环节的刚度,能最大限度地抵抗路基不均匀沉降带来的不平顺影响。

         本工程于2010年5月建成通车,经三年的安全运行,证明板式无砟轨道结构稳定,各项指标达到设计要求,经济指标优于其他类型的板式无砟轨道,且结构更耐久,被铁道部命名为CRTSⅢ型板式无砟轨道。
CRTSⅢ型轨道板采用固定台位工艺,实现了标准生产线。通过一系列的技术革新,形成了具有完全自主知识产权的无砟轨道结构,也实现了轨道板的国产化。经中国铁道建筑总公司评审鉴定,该关键技术具有广阔的推广应用前景,总体技术达到国内领先水平。中铁二十三局集团有限公司经对轨道板生产工艺认真总结形成本工法。

         中铁二十三局集团公司在CRTSⅢ型板式无砟轨道板的研发、生产过程中,获得了11项国家专利,并先后获得了中国铁道建筑总公司科技一等奖(CRTSⅢ型无砟轨道板研制及路基纵连板施工维修技术的研究)、中国施工企业协会科技一等奖以及四川省科技奖三等奖。

        目前,该技术已经在武汉城际铁路,盘营客专铁路进行推广运用。

2.工法特点

     
          2.1 提高产率
       
         该工法采用低收缩、低坍落度的高性能混凝土,附着式振捣方式,智能化蒸养系统,实现了轨道板16小时循环快速生产模式。

        2.2 节能环保
      
         CRTSⅢ型板生产工艺采用智能蒸养和真空吸盘机脱模方式,将脱模强度由40MPa降为30MPa,同样能保证质量,缩短了蒸养时间,节省了大量蒸汽。搅拌废水采用三级沉淀,减少外排,实现了循环利用。

3.适用范围

         本工法适用于CRTSⅢ型板式无砟轨道板的制造,同时对于CRTSⅠ、Ⅱ型板式无砟轨道板的制造也有积极的指导意义。

4.工艺原理 

        轨道板二维调整采用细丝调节螺栓顶推,实现了精度的快速、精确调整,复核符合设计尺寸后快速锁紧、固定。同时,采用以固定台位法的流水作业和智能蒸养方式实现了CRTSⅢ型板式无砟轨道板的规范化、程序化、工厂化、标准化生产。

5.施工工艺流程及操作要点


               5.1 工艺流程图,如图5.1­1所示

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   图5.1­1 轨道板16h循环生产工艺
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  5.2 操作要点

       
         5.2.1
钢筋骨架绑扎和入模
      
          1、轨道板钢筋骨架由双层双向钢筋网片组成,在专门靠模上绑扎而成,绑扎时除注意钢筋的间距外,还要处理好钢筋间的绝缘性。


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图5.2.1­1  钢筋骨架绑扎
              
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图5.2.1­2  绝缘电阻测试、预埋件检查

     
         2、钢筋骨架入模后除了对预埋件、接地端子以及钢模四边和底面的保护层进行检测和调整外,还要检查钢筋间的绝缘性,确保钢筋骨架绝缘电阻应不小于2MΩ。

         5.2.2模板组装
      
         1、在正常生产状态下,对钢模实施两种检查的管理,即浇捣前的快速检查和钢模定期检查。浇捣前的快速检查:用测量工具对钢模中心宽度和能显示钢模正确合拢的项目进行测试。

      
         2、根据生产型号的调整变化,对于需要更换模具的采取先脱模,提前进入模具更换调整工作,使用水准仪进行两步测量:即固定模具靴套支座的初调平,模具就位后的二次调平调平;对于曲线板承轨台需要调整的模具,松开承轨槽锁紧螺栓,拧紧或拧松承轨槽调节螺栓,实现承轨槽竖直和水平方向的调节,用深度游标卡尺测量合格后,锁紧固定,再用专用钢条将承轨槽与模具底模的调节缝填满,剩下的透光小缝隙用橡皮泥填塞,打磨后清理好模具内的渣滓,并复测两次,确保调整尺寸准确。
   
        3、对于路基纵连板,按要求安装好T型剪力钢板。

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 图5.2.2­1  模具清理、打磨                

   
         4、预应力钢棒安装前必须检查其包裹层是否完好,对于包裹层微小损坏的地方,可采用塑料胶带封裹。严禁采用包裹层损坏严重的预应力钢棒。将预应力钢棒张拉端从锚穴成孔器(固定端)中的预应力钢筋孔道穿入,从另一侧锚穴成孔器(张拉端)中的预应力钢筋孔道穿出。安装张拉端预紧装置。保证预应力钢筋的平直,以钢棒张紧为准。
   
          5、侧模、端模安装应对称进行,先安装侧模,再安装端模。侧模和端模吊运过程中应注意保护模板面,严禁硬物碰撞。[page]
          5.2.3 混凝土搅拌及浇捣作业
      
          1、混凝土中应选用聚羧酸盐系减水剂及能够提高混凝土的早期强度和后期耐久性的掺和料。混凝土胶凝材料的用量应不超过500kg/m3,水胶比不宜大于0.35,混凝土的含气量应不大于3%。

          2、混凝土原材料应严格按照施工配合比进行称量,材料计量误差应符合《铁路混凝土工程施工质量验收补充标准》(铁建设【2005】160号)的规定。
   
         3、混凝土灌注时每套钢模配置底震震动器和平板振动器,灌注采取一端向另一端延伸的办法。混凝土浇筑分两层连续进行,第一层100mm厚,第二层100mm厚。严禁浇筑间隔超过初凝时间的混凝土。
  
         4、混凝土灌注,料斗下料口距模型高度以1m左右为宜,先从四周向模具中心布料,确保下料均匀,并保证安全。下料量要适度,以振动后混凝土平齐钢模顶面为准。


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图5.2.3­1  混凝土振捣

         5、震动后用抹子把混凝土表面抹平整,注意填边填角,并在初凝前将表面拉毛。

         5.2.4轨道板的养护、脱模
 
        1、轨道板早期采用蒸气养护,分为静置、升温、恒温、降温四个阶段。混凝土灌筑后在温度5~30℃的环境中静置3h以上方可加温,升温速度不应大于15℃/h;恒温时蒸汽温度不宜超过45℃,板内芯部混凝土温度不应超过55℃,最高温度的持续时间不应超过6h。降温速度应不大于15℃/h,脱模时,轨道板表面与环境温差不应大于15℃。

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图5.2.4­1  混凝土养护曲线

        
         2、轨道板蒸养前必须拆除锚靴成孔器,并用专用工具将封锚孔沿从内到外方向呈螺旋状拉毛(深度不小于3mm,环数不少于8环),以确保封锚砂浆结合牢固。
        
  3、达到30MPa后除去端模、侧模与底模的连接螺栓及挡块、钢棒预紧装置。利用水平丝杆依次拆除侧模和端模。模板拆除过程中,应同步协调,模型平行外移,防止损伤边角和锚穴位置混凝土。

  4、轨道板起吊前应先将真空吸盘机置于轨道板中心,吸盘机工作状态良好后,按动千斤顶按钮利用液压起板装置将轨道板顶起,待轨道板完全脱离板面10cm方可缓慢进行起吊。
       
  5、利用行车和轨道板起吊螺母先将轨道板吊垂直,然后向另一侧缓慢放下,注意不得碰撞损坏轨道板。轨道板翻面后应立即进行外观、套管尺寸和承轨台的质量检验。
   
        6、轨道板脱模后,侧立堆放于水中养生3d以上,养生的水温不低于5℃。

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图5.2.4­6  轨道板水养护
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        5.2.5预应力张拉、封锚

         1、轨道板分两次进行张拉。在轨道板蒸养后混凝土强度、弹模达到设计强度的80%时,轨道板在台位上对所有纵向钢筋全部进行第一次张拉,张拉强度为张拉终值的100%;张拉后方可进行轨道板的起吊作业。横向预应力筋在轨道板入池水养护前全部进行第二次张拉。

         2、张拉千斤顶在使用前应与油压表配套标定,千斤顶的校正系数不得大于1.05,千斤顶标定的有效期不得超过一个月,油压表不得超过一周。

         3、预施应力值应采用双控,以油压表读数为主,以预应力筋伸长值作校核。实际伸长值与设计伸长值的差值不得超过1mm,实测伸长值宜以10%张拉力作为测量的初始点。

        4、轨道板纵、横向预应力筋张拉施工采用YGB180­100型拉杆式千斤顶,ZB4­500高压油泵配套作业。张拉顺序从中间向两边对称进行,逐根张拉。其纵向PC钢棒采用两台千斤顶同时张拉或一台千斤顶在两端依次张拉的方法进行,横向钢棒采用一台千斤顶单端张拉。应采用规定的张拉记录表,对每一根预应力筋按顺序编号,记录张拉力和实测伸长值。每张拉一根应作出标记。采用油表读数为主,伸长值作复核的双控张拉原则。
 
  5、张拉步骤如下:锚穴清理-安装张拉杆-安装千斤顶(旋转套对准螺母锚具)并摇晃千斤顶对中—旋紧张拉杆工具螺母-千斤顶进油至10%σk (记录油缸伸长值)—张拉控制应力100%σk(持荷1min记录油缸的伸长值)—用旋转手柄锁紧锚固螺母—千斤顶回油至零—旋松退出张拉杆工具螺母—退出千斤顶—旋松并退出张拉杆。

       
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图5.2.5­1  轨道板张拉             
 

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图5.2.5­2  封锚完成的轨道板

  6、封锚砂浆采用环氧树脂砂浆,封锚砂浆采用强制式搅拌机拌制,搅拌机转数不宜小于180r/min。
         
  7、封锚砂浆填压前,应对锚穴进行清理,不得有油污、浮浆(尘)、杂物和积水,并均匀喷涂能提高粘结强度的界面剂。
           
         8、封锚砂浆应分层填压。采用空气锤对砂浆进行振捣,频率不小于1000Hz,振捣力不小于6kg,振捣次数不少于3次,每次不少于20s。
          
          9、封锚砂浆填压过程中,可对砂浆进行二次搅拌,但严禁二次加水。
          
         10、封锚砂浆填压时的环境温度宜为5℃~35℃。当昼夜平均气温低于5℃或最低气温低于­3℃时,应采取保温措施,保温时间不少于24h。避免在阳光直射、雨、雪和大风环境下进行封锚作业。

    5.4  劳动组织(见表5.4­1
5.4­1  劳动力安排表
序号 名称 工种 人数
1 钢筋加工、绑扎 钢筋工 30
2 张拉 张拉工 10
3 混凝土输送 行车司机 5
4 装、拆模 模板工 8
5 钢筋骨架就位 混凝土工 3
6 起重运输 行车工 6
7 轨道板成型 混凝土工 20
8 蒸养测温 测温工 2
9 收水抹面 收水工 6
10 混凝土搅拌 拌站司机 4
11 锅炉 司炉工 2
12 养护 养护工 4
13 轨道板吊装、转运 装配工 10
14 其他 辅助工 8
15 合计 73
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 6.材料与设备

                
          本工法所使用的材料除无粘结预应力钢棒和T型剪力钢板外,其他材料无需特别说明,采用机具设备表见表6­1和6­2。


表6­1 轨道板制造主要设备表
序号 设备名称 规格型号 主要参数 数量 生产产品或部件
1 模板 CRTSШ  P5350Q、P4856Q 58套  无砟轨道板
2 搅拌站 HZS90E  90mm3/h、180kw 1套  混凝土搅拌
3 双梁式起重机 QD  22.5m,10t、总功率41.5kw 6台  轨道板及生产物质转运
4 门式起重机 MH  21m~28m、10t、总功率43.2kw 5台  轨道板堆放、发运
5 锅炉 WNS  燃油锅炉、总功率26kw 1台  蒸汽养护
6 振捣器  1.5kw、80HZ~120HZ 48台  混凝土振捣
7 变频电源机 BPD2208  22kw 4台  混凝土振捣
8 钢筋切断机 GQ50A  钢筋直径4mm~14mm、总功率9.5kw 1台  普通钢筋下料
9 钢筋弯制机 GJ7­40  弯曲直径:Ф4­Ф20mm、总功率1.5kw 1台  普通钢筋弯制
10 张拉机 YT­1  张拉力:200kN;程:100mm;总功率11kw 4台  预应力张拉
11 手持式电焊机 ARC250  8.6kw 3台  接地端子焊接
12 装载机 ZL50E 1台  搅拌站上料
13 千斤顶 GBY100  10t 12台  轨道板脱模
14 电动平车 KBP­10­1  25t 2台  轨道板转运
15 自动温控仪 WXk­1  控温范围:0~70℃,精度±1℃ 10台  轨道板养护
16 真空吸附机 GZ­1  设计起重25t,低压泵额定压力5MPa,高压泵额定压力15MPa,工作泵功率7.5kw。 1台  轨道板脱模

表6­2 轨道板生产主要检验设备表
序号 设备名称 规格型号 数量 精度 检验内容 备注
1 万能角度尺 0~300° 1 模型及外观尺寸 轨道板检验
2 游标卡尺 0~150、300、2000mm 2 0.02 模型及外观尺寸 轨道板检验
3 深度游标卡尺 0~200mm 0.02 套管尺寸 轨道板检验
4 钢卷尺 10m 1 1mm 模型及外观尺寸 轨道板检验
5 千分表 0­3 mm 2 0.001 弯曲变形 轨道板检验
6 塞尺 0.02­1.00 mm 2 模型及外观平整 轨道板检验
7 读数显微镜 JC10 1 裂纹宽度 轨道板检验
8 全站仪 TCA1800 1 1mm+2ppm
0.5″
承轨槽调检测 轨道板检验
9 自定心螺孔适配器 4个/台全站仪 承轨槽调检测 轨道板检验
10 承轨槽检测平板 1个/套检测设备 承轨槽调检测 轨道板检验
11 球 棱 镜 4个/套检测设备 0.3mm 承轨槽调检测 轨道板检验
12 数据处理软件 1套/套检测设备 承轨槽调检测 轨道板检验
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 7.质量控制      

  7.1 质量标准
         
        7.1.1模型检验标准执行《客运专线铁路CRTS I型板式无砟轨道混凝土轨道板暂行技术要求》(科技基[2008]74号),质量偏差按表7.1.1­1执行。
 
                表7.1.1­1  模具检验标准

序号 项目 允许偏差(mm)
1 框架 四边翘曲 ±0.5
四边旁弯 ±1.0
整体扭曲 ±1.0
2 底板 定位孔之间的距离 ±0.3
平整度 ±2.0
3 预埋套管 横向位置 ±0.5
纵向位置 ±0.5
定位装置两相邻中线距离 ±0.5
4 连接板位置 ±1
5 其它预埋件位置 ±1.5
6 承轨合 钳口距离 ±0.5
承轨面与钳口面夹角 ±1.50
承轨面坡度 1:38—1:42
承轨台的平整度 纵向±0.3,
横向±0.15
7 长度 ±1.5
8 宽度 ±1.5
9 厚度 +1.5~0

   
          
         7.1.2轨道板成品质量标准执行《客运专线铁路CRTS I型板式无砟轨道混凝土轨道板暂行技术要求》(科技基[2008]74号),轨道板成品质量标准见表7.1.2­1。

                    表7.1.2­1  轨道板成品质量标准

序号 检查项目 允许偏差
(mm)
每批检查数量
(出厂检验)
检查项别
1 长度 ±3.0 10块 C
2 宽度 ±3.0 10块 C
3 厚度 ±3.0 全检 B2
4 预应力筋位置 ±3.0 全检 A
5 预埋套管 中心位置距板中心线 ±1.0 全检 B1
保持轨距的两套管中心距 ±1.5 全检 B1
保持同一铁垫板位置的两相邻套管中心距 ±1.0 全检 B1
歪斜(距顶面120mm处偏离中心线距离) ±2.0 全检 B2
突起高度 0,­0.5 全检 B2
6 标记线(板、轨中心线)位置 ±1.0 10块 B2
7 板顶面平整度 轨道板四角的承轨面水平 ±1.0 全检 B1
单侧承轨面中央翘曲量(mm) ≤3.0 全检 B1
8  板底面平整度 5.0/m 10块 B2
9  连接板位置 ±2.0 全检 C
10  其它预埋件位置及垂直歪斜 ±3.0 全检 C
11  
 


1­l6个承轨台拱高实际高差与标准高差(8个承轨台测量基础上,测量长度L1) ±1.0 10块 A
1­l6个承轨台拱高实际高差与标准高差(3个承轨台测量基础上,测量长度L2) ±0.5 A
 单个承轨台钳口距离 ±0.5 A
 承轨面与钳口面夹角 ±10 A
 承轨面坡度 ±0.10 A
 承轨台之间钳口间距 ±1.0 A
外观质量
12  肉眼可见裂纹(预应力轨道板) 不允许 全检 A
13  承轨部位表面缺陷(气孔、粘皮、麻面等)(mm) 长度≤20
深度≤5
全检 B2
14  锚穴部位表面缺陷(裂纹、脱层、起壳等) 不允许 全检 C
15  其他部位表面缺陷(气孔、粘皮、麻面等)(mm) 长度≤80
深度≤8
全检 C
16  轨道板四周棱角破损和掉角(mm) 长度≤50 全检 C
17  预埋套管内混凝土淤块 不允许 全检 A
18  轨道板侧模漏筋 不允许 全检 A
19  标识缺少 不允许 全检 A
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7.2 质量保证措施

         
  7.2.1建立质量保证体系,开展全面QC质量管理活动,各工序指派专人负责,技术人员跟班作业。
          
  7.2.2加强对原材料质量检验,材料质量必须符合国家现行标准。
           
        7.2.3调模后钢模精度必须按设计要求及质量标准进行验收,验收合格的钢模方能投人生产。  
         
  7.2.4钢筋骨架入模后,按标准要求对钢筋笼和预埋件进行调整、校正;保证钢筋骨架的保护层和绝缘电阻,合格后方可进行混凝土浇注。
           
  7.2.5混凝土振捣时要严格控制风动频率和时间,避免过振和漏振产生气泡或浮浆。
           
  7.2.6轨道板混凝土达到30MPa强度后方可脱模,并在轨道板上印刷生产日期、型号、编号。


8.安全措施

            
  8.1 对轨道板生产的操作人员进行安全、技术培训,并进行岗位责任制和各项安全操作规程学习。
           
  8.2 车间人员进厂后必须戴好安全帽,行车吊运严格执行“十不吊”。
           
  8.3 门吊司机必须经培训考核后才能进行单独操作,工作时必须集中注意力,听从起重工的指挥。
          
  8.4 车间内一切机械设备严格按有关操作规程操作,坚持“以保代修,重保轻修”原则。
           
         8.5 建立健全安全保证体系,加强作业过程的监督,确保作业的标准化。


9.环保措施

           
         9.1 成立环保管理工作小组,在生产过程中严格遵守国家和地方政府下发的有关环境保护的法律、法规和规章,加强对施工燃油、工程材料、设备、废水、生产生活垃圾、弃渣的控制和治理,遵守有防火及废弃物处理的规章制度,随时接受相关单位的监督检查(《污水综合排放标准》GB 8978­1996)。
           
         9.2 搅拌站的废水不得外排,经三级沉淀处理合格后循环使用(《污水综合排放标准 》GB 8978­1996)。
          
          9.3 做好混凝土振捣的消音、隔音工作,杜绝噪音扰民(参考《建筑施工场界环境噪声排放标准》GB 12523-2011第4.1、4.2、4.3条规定)。
           
        9.4 对厂区道路进行硬化,定人定时清扫,并在晴天经常对道路进行洒水,防止尘土飞扬,确保文明施工(《建筑施工现场环境与卫生标准》JGJ146­2004第3.1.6条规定)。[page]

10.效益分析     
       

  10.1 CRTSⅢ型板为一次预制成型的轨道板,与同类型的CRTSⅡ型板相比,不需要上磨床磨制承轨台,减少了大型磨床设备,节约了投资。
             
        10.2 CRTSⅢ型板为国产化技术,实践证明16小时生产工艺技术成熟,提高了生产率,减少了模具投入。
             
        10.3 CRTSⅢ型板生产工艺采用智能蒸养节约了蒸汽使用量,每块节约蒸汽5元/块。   
             
        10.4 采用真空吸盘机脱模,将脱模强度由40MPa降为30MPa,同样能保证质量,缩短了蒸养时间,节约了大量蒸汽。
             
        10.5 生产工艺中采用大型养护池,节约了养护水。搅拌站废水通过二次沉降处理,实现了循环使用。
              
  10.6 大堆物料通过圈围处理和风雨棚遮盖,减少了粉尘对环境的污染。
              
  10.7 CRTSⅢ型轨道结构为复合轨道板,由于板自重大,列车通过时振幅低,能降低振动噪音。
            
  10.8 CRTSⅢ型轨道结构为复合轨道板结构,施工时板下灌注自密实混凝土成为找平层,与同类型轨道板灌注CA砂浆相比,成本降低5倍左右,具有较好地社会效益。
            
        10.9 本工法工艺成熟,具有完全自主知识产权,实现了轨道板的国产化。

11.应用实例

           
         成都至都江堰铁路全长66.2km,为双线铁路,设计正线速度为200km/h,共15个车站。新建双线桥6座43.2km,单线桥5座8.1km.新建地下隧道3.226km,桥隧比67%。轨道板尺寸为5350×2500×190mm、4856×2500×190mm,混凝土强度C60。轨道板钢模58套,运用本工法改进了布料振捣工艺,运用智能蒸汽养护系统,日生产能力达到1.8块/套,每天104块。成型的CRTSⅢ型板式无砟轨道板板面平整、光洁,得到了铁道部科技司、工管中心的认同和赞许,要求及时总结和全面推广。
          
         成都至都江堰铁路工程于2010年5月建成通车,取得了良好的经济和社会效益。


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图11­1 曲线段精调完成的轨道板            

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图11­2 投入运营的成灌城际铁路
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