贵广高铁无砟轨道机械化施工技术研究.pdf

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贵广高铁无砟轨道机械化施工技术研究1 贵广高铁无砟轨道机械化施工技术研究2 贵广高铁无砟轨道机械化施工技术研究3 贵广高铁无砟轨道机械化施工技术研究4 贵广高铁无砟轨道机械化施工技术研究5 贵广高铁无砟轨道机械化施工技术研究6
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———文章编号:10094539(2017)11010606・线路/路基工程・贵广高铁无砟轨道机械化施工技术研究张雷(中铁隧道集团三处有限公司广东深圳518052)摘要:贵广高铁全线桥隧占比达83%,路基、桥梁和隧道各工况转换频繁,无砟轨道施工工况复杂,采用轨排换铺法进行无砟轨道施工,轨枕安装固定在高精度轨排框架上,确保轨距、轨底坡、轨枕间距等三项主要技术指标符合精度要求,满足贵广高铁双块式无砟轨道施工质量验收的规范要求。对贵广高速铁路无砟轨道施工技术进行深入研究,优化并改进双块式无砟轨道成套施工设备的结构设计及配置方式,增强施工通用性和工况转换灵活性,以适应路基、桥梁、隧道等不同地段施工条件,在保证无砟轨道工程质量的同时,缩短施工调整时间,保证施工质量,有效提高施工机械化程度及施工效率,为今后与贵广高铁同样具有路、桥、隧频繁转换特点的高速铁路无砟轨道施工提供参考借鉴。关键词:高速铁路无砟轨道轨排法机械化中图分类号:U213.2+43文献标识码:ADOI:10.3969/j.issn.1009-4539.2017.11.025TechnologyResearchonBallastlessTrackMechanizationConstructioninGuiyang-GuangzhouHigh-speedRailwayZhangLei(ChinaRailwayTunnelGroupSanehuCo.Ltd.,ShenzhenGuan【gdong518052,China)Abstract:Theproportionofallbridgesandtunnelsin—GuiyangGuangzhou—HighspeedRailwayisupto83%,thetrackpanelreplacemethodisadoptedinballastlesstrackconstructionforitscomplicatedconstructionconditionsandthefrequenttransitionofsubgrade.bridgeandtunnel.thetrackisfixedontherailpanelframeinreliablequality,toensurethatthethreemajortechnicalindicatorsoftrackgauge,railbottomslopeandsleepersspacingsatisfytherequirementsofaccuracy,itcanalsomeetthespecificationrequirementsofconstructionqualityacceptancefordouble・-blockballastlesstrackinGui・-—yangGuangzhou—HighspeedRailway.Thepapergivesadeepresearehontheconstructiontechnologyofballastlesstrackin—GuiyangGuangzhou—HighspeedRailway,presentstheoptimizedandimprovedschemeonstructuraldesignand—eonfigurationmodeforthecompletesetof—doubleblockbaflasflesstrackconstructionequipment,toenhancethegeneralconstructionandtheflexibilityofworkingconditiontransformation,andmakeitadapttotheconstructionconditionsofdifierentsectionssuchassubgrade,bridgeandtunnel.Whileensuringthequalityofballastlesstrackengineering,theconstruction—adjustmenttimeisshortened,achievingthegoalsofguaranteeingconstructionquality,andeffectivelyimprovingtheconstructionmechanizationdegreeandconstructionefficiency.Itcouldprovideareferencefortheconstructionof—highspeedrailwaywiththesamefrequenttransitionofsubgrade,bridgeandtunnelin—GuiyangGuangzhouHigh-speedRailwayinthefuture.Key—words:highspeedrailway;ballastlesstrack;trackpanelmethod;mechanization1概述贵广高铁是西南地区通往华南沿海地区的重——收稿日期:20170607作者简介:张雷(1978一),男,工程帅,主要从事铁路施工技术研究。要区际铁路通道,地处西南山区,峡高谷深,线路全长856km,共有510座桥梁、238条隧道,轨道结构为双块式无砟轨道,线路桥隧比高达83%。随着双块式无砟轨道施工技术的逐步成熟,采用轨排换铺法进行无砟轨道施工得到业主和施工单位的一致106铁道建筑技术RAILWAYCONSTRUCTIONTECHNOLOGY2017¨1)万方数据・线路/路基工程・认同¨1。经过武广、大西、兰新等客运专线无砟轨道施工经验的积累,设备制造单位对双块式无砟轨道施工设备进行系统升级,将双托梁式的轨道排架逐渐定型为单托梁式,将轨排与模板一体化形式升级为独立轨排体系和模板体系,降低了无砟轨道施工强度,增强了施工的可操作性。在贵广高铁无砟轨道施工中,路基、桥梁、隧道工况的频繁转换给无砟轨道轨排法的机械化施工带来前所未有的挑战。施工中结合实际工况,对轨排换铺法机械化施工技术进行系统升级,在降低施工强度的同时,提高轨道排架的有效利用率,加快施工进度旧1。在无砟轨道施工中总结进口设备与自主研发设备的异同点,采用机械作业与人工作业相结合的施工理念,运用我国自主研发的SKl435型轨道排架法施工设备,可大幅减少设备成本,提高施工效率。2无砟轨道轨排法施工设备贵广高铁无砟轨道轨排法机械施工的主要设备是轨道排架和自行式铺装机组,其中轨道排架针对贵广高铁无砟道床施工设计,型号为SKl435型,其整体结构将应铺轨道组件合成为框架式,主要包括工具轨、托梁、调整装置及纵向模板,用于悬挂SK.II型混凝土轨枕,形成道床排架结构旧J。2.1SKl435型轨道排架SKl435型轨道排(要由轨排框架、中线基准器、楔形夹板、高低调节器、轨向调节器以及轨排夹板等组成,其技术参数如下:≥适用线路条件:线路平面尺l000m,线路纵≤面i30%。。轨排制造技术标准:①轨道排架轨距(1435±0.5)mm,顺坡率<0.5%。②轨底坡坡度l:(40±2)。③排架长度(L.4-1)mm,方正度<1nlm。④相邻轨枕定位间距±5mm。⑤钢轨直线度及平面度<0.5mm/m,钢轨高度偏差<0.3mm。⑥≤接头钢轨错牙O.5mm。⑦中心标必须以两钢轨对称偏差<0.2mm。2.1.1轨排框架轨排框架是SKl435型轨排的主要部件,如图1Ⅱ所示,将sK.型轨枕组装完成后,悬挂并固定在排铁道建筠技术RAILWAYCONSTRUCTIONTECHNOLOGY架工具轨上,按照轨检小车的测量数据对工具轨进行精调,精调数据主要体现在轨向、高程以及曲线超高等方面Hj。悬挂轨枕的轨排框架模拟无砟轨道的实际线路,调整完毕后浇筑混凝土,完成道床板施工,待混凝土终凝并达到规定强度,方可将轨排框架卜的轨枕扣件松丌图1轨排框架2。1.2中线基准器中线基准器位于轨排框架的中心位置,其主要作用是配合施工人员进行轨排框架的粗调,轨向粗调偏差允许值±4mm,即尽量将轨排框架的中心位置与无砟轨道线路中心位置一致。中线基准器如图2所示.图2中线基准器2.1.3楔形夹板轨排框架共4根托梁,每根托梁与工具轨连接处设有4处楔形夹板,楔形夹板连接断面见图3。工具轨两侧的楔形夹板在纵向均带有一定斜度,每块夹板的斜面一侧背对工具轨,将图3中的A、B两块夹板分别向内侧移动,则工具轨向右移动;如向外侧移动,则工具轨向左移动,以此调整轨排框架轨距p1。2.1.4高低调节器图3连接处断面高低调节器是为了调整轨排框架的高程和支腿的垂直度而设,使用调节扳手操作轨排框架支2017f¨J107万方数据・线路/路基工程・腿处的角度调整螺丝可方便调整支腿的垂直度,从而使轨排框架支腿与支承层底面呈直角状‘态61,如同4昕示图4轨排高低调节器安装时,先将高低螺柱旋拧到螺柱框架上的螺纹孔中,使螺柱与地面有效接触,然后用梅花扳手旋拧螺柱,左右各一人同时作业,将轨排顶升到一定高度。在精调过程中,旋拧高低螺柱调节轨排高程,每旋转一圈,高度变化3mill【7j。2。1.5轨向调节器轨向调节器用以精调轨排轨向,轨向调节器带有圆管的一端置于地面上固定,另一端顶在框架支腿的侧面钢板上。2.1.6轨排夹板轨排夹板用于连结相邻轨排,在接头处把钢轨连接起来,使钢轨接头部分具有与钢轨一样的整体性,以抵抗弯曲和位移。轨排夹板及其连接方式见图5桥梁地段,进入路基地段施工,成功完成了路桥隧的变换。路基、桥梁和隧道无砟轨道施工中自行式铺装机组施T断而如图6~图8所示.1/1一ll+l’ll—lr\/罕?wV嵯歼{』i《‘‘———I_。.£。_旨旨目.k俞—●■———’‘‘-L.一U————I,J一图6路基段自行式铺装机组施工断面(单位:mm)I!§Q鱼』图7桥梁段自行式铺装机组施工断面(单位:mm);!型)c】J图8隧道段自行式铺装机组施工断面(单位:mm)3路桥隧轨排施工通用性研究图5轨排夹板贵广高铁无砟轨道施工工况十分复杂,路基、2.2自行式铺装机组桥梁、隧道三种工况相互转换,给无砟轨道道床施贵广高铁无砟轨道施工中,自行式铺装机组多工带来了极大困扰,尤其涉及桥梁段施工,桥梁与采用上行式,轮架走行在水沟盖板上,不占用无砟桥梁、桥梁与桥台、桥梁与路基、桥梁与隧道等连轨道施工空间,避免影响轨道施工及调整。长大隧续接壤,轨枕间距随着不同的地段,数值也不断变道中轨枕随着施工进行从隧道口或者斜井进入。化旧J,导致施工单位采购多种方案的轨排类型,现上行式铺装机组在桥梁和路基上可以变换跨度,适场施工的可操作性不强。如何对轨排在路基、桥应桥梁和路基的施工旧j,通过贵广高铁的实际施工梁、隧道三种工况下实现通用性的施工,成为贵广情况可知,自行式铺装机组由隧道施工开始,通过高铁无砟轨道施工的关键所在。为此,需对路桥】惦铣道建筋技术RAILWAYCONSTRUCTIONTECHNOLOGY2017f71J万方数据・线路/路基工程・隧轨排施工的通用性进行系统研究,以最大限度提高轨排的利用率,降低现场无砟轨道施工的难度。3.1路基段轨道排架施工路基段无砟轨道轨枕间距均为固定尺寸,轨道排架施工采用7150型轨排即可满足要求,同时在后续的桥梁、桥台及隧道等工况下,不做改动亦可应用到无砟轨道施工。路基段轨道排架布置方案见图9,轨道排架轨向调节通过路基用轨向调节器实现,通过轨排两侧的调节机构夹持在混凝土支撑层上,靠两侧的调节螺栓调整其矢距。路基模板支撑可采用简易支撑方式,减少施工量,提高施工效率.t,肼川¨二埘・般线形控制的情况图9路基段轨道排架布置方案(单位:mm)3.2桥梁段轨道排架施工桥梁段道床底部为底座板,不同的桥梁有不同数量的底座板,如32m简支梁设有5块底座板,底座板之间间隔100mm。桥梁段无砟轨道施工将轨排框架纵向连成长轨排,由于桥梁上面的轨枕间距在不同的底座板上数值并不相同,需要在满足650mm轨枕间距的轨排之外,设置32m桥梁用的5625型号轨排和24In桥梁用的可拆7150型号轨排。道床模板采用独立模板体系,其支撑方式使得纵向模板密贴在已成形的底座板上,防止灌注和振捣混凝土时发生漏浆现象,同时最大程度减小对防护墙的损坏¨0|。32m、24m桥梁段轨道排架布置方案如图10、图11所示一32m桥梁段轨道排架布置方案(单位:mm)丝Z螋。l5丝§^315Q^Z!§Q^31塑,5鳇§I图1124m桥梁段轨道排架布置方案(单位:mm)3.3隧道段轨道排架施工隧道内道床板为整体道床,跟路基、桥梁段的区别主要是底部没有支承层或底座板,道床模板需适应各种超高变化,轨排设计时托梁下方预留足够空间,从而便利现场操作人员的抹面施工。在长大隧道中,有些隧道斜井已封闭,可将轨枕预先布置在隧道两侧水沟盖板上,铺装机组走行在底板上,两侧悬臂倒运两侧的轨枕,从而最大限度利用隧道…内空间J。隧道内轨枕间距固定,按照施工要求,采用同一种型号的排架施作,隧道段轨道排架布置方案如罔12听示—’一LL塑I————!盥J一.^!』型Jj图12隧道段轨道排架布置方案(单位:mm)4贵广高铁无砟轨道轨排法施工工艺4.1ⅢCP测点在线路方向每隔10m在底面中心位置测量出轨向中心点,用钢钉精确定位,红油漆标识,以轨向中心点为基准放出轨枕控制边线。按设计要求在底面中心位置定位出需绑扎钢筋的位置。4.2钢筋:I!ju-r与安装(1)钢筋加工弯曲过程中采取在弯曲机上增加2mm厚橡胶垫板的方式进行保护,防止涂层破坏,并设专人进行涂层检查,对破坏的涂层进行处理。(2)铺设钢筋根据无砟轨道道床板钢筋网片位置图,在底面定位出钢筋网片的四周位置和主筋的位置点,标记并测量出纵横向主筋的距离。在钢筋网片与底面之间设置预制垫块,同时纵横向钢筋连接位置需设置绝缘扎带并固定。4.3轨枕组装和吊运按照每榀轨排的轨枕间距布置图组装轨排,尤—其注意轨排框架首尾位置轨枕间距,将SKII型轨枕使用自行式铺装机组吊装在轨枕组装平台,按照轨枕组装平台上的轨枕定位线将轨枕均匀散开,轨—枕表面需保持清洁。将轨排框架与SKII型轨枕的螺孔位置对齐,检查轨枕间距正确无误后,上紧扣铁道建筑技术RAILWAYCONSTRUCTIONTECHNOLOGY2017仃7J109万方数据・线路/路基工程・‘件。使用扭矩扳手拧紧螺栓,确保三点密贴121,如图13昕示图13轨枕扣件安装4.4轨排就位自行式组装机组从轨枕组装平台上吊运轨排至无砟轨道预铺面,对组装后的轨排进行轨向和高程的初步定位,轨向误差控制在±10lnln、高程误差控制在一10~0m/n。使用楔形夹板将所有的轨排连成长轨排,轨排上工具轨之间的缝隙预留6~8rllnl。4.5轨排粗调利用中心基准器作为参照,对轨排框架进行轨向粗调,调整的托梁按照先两侧,后中心的顺序进行,通过操作轨向调节器对4个托梁中心点进行定位。测量人员利用全站仪,采用自由设站法定位,Ⅲ设站时应至少观测附近6个CP点¨3I。操作人员按照先轨向后高程的顺序进行粗调施工,如图14所示。粗调后,轨道位置误差控制在轨向±5mm、高年早一5~一2nHii图14轨排轨向及高程调整4.6道床模板安装道床模板使用前涂脱模剂,将模板纵向立于轨排框架的支腿内侧。在桥梁段,需配置横向模板,在横向模板的顶部通过定位卡具确保每块道床板之间的间距符合要求。使用纵横向模板的支撑装置分别固定,待浇筑混凝土初凝后,拆除纵向模板和横向模板。4.7轨排精调将轨检小车放置于工具轨上,轨检小车自动测量并接收轨距、轨向、高程等数据,并将需要调整110的项目和数值显示在屏幕上,测量人员指导操作人员对轨道数值进行细部调整。精调作业时使用专用扭矩扳手操作轨向调节器,轨向误差控制在≤0.5mm;使用活扳手操作高低调节器,高程误差≤控制在2mm。需要注意的是,从上个作业循环道床施工相邻的轨排开始,将每个测量点的数据递减值控制在<0.2mm,直至绝对偏差约为零为止¨“。4.8混凝土浇筑与养护浇筑混凝土前,复核轨道几何参数,如超过允许偏差应重新调整。浇筑时应避免振捣棒接触排架和轨枕。混凝土提浆抹面施工影响着后期无砟轨道结构的外观,需格外注意。浇筑完成后,对轨枕、扣件及轨排附属部件进行及时清理¨引。初凝后将扣件及轨排夹板螺栓卸掉,使得温差变化时工具轨的涨缩对混凝土的影响降到最低。道床混凝土的养护采用土工布加洒水养护方式,确保混凝土表面能保持充分潮湿状态。4.9轨道排架的拆除和配件清理道床混凝土终凝并达到一定强度后,旋升高低调节器l~2mm,拆卸轨枕扣件及轨排夹板,自行式铺装机组吊运轨排至前方清理区,拆卸纵横向模板,进入下一循环施工。5结论贵广高铁无砟轨道施工采用轨排换铺法,不仅实现了轨道几何形位调整的精度要求,而且达到了,轨排精调方便快速、定位可靠的预期效果,满足轨道结构精度和平稳性的要求。轨道排架在路基、桥梁、隧道频繁转换的施工工况下,创新性地将轨道排架的长度限定为固定的三种型号尺寸,大大减轻了施工难度,增加了轨排的利用率和施工的可操作性。自行式铺装机组为适应路、桥、隧频繁转换施工,设置了变跨装置、上下台阶装置以及导轨装置,最大程度上便利现场施工,有效提高无砟轨道施工效率,减少建设单位的施工成本。以轨道排架和自行式铺装机组为代表的双块式无砟轨道成套施工设备在实践中取得了良好的经济和社会效益,也为今后无砟轨道类似工程施工提供参考。参考文献铁道建筑技术[1]苗彦英.高速铁路[M].北京:北京科学技术出版社,1994.[2]刘士煜,吴宪迎,曲媛.弹性支承块式无砟轨道减振性RAILWAYCONSTRUCTlONTEcHNOLOGY20171111万方数据:垡坠』整叁三堡:—能研究[J].佳木斯大学学报,2011,29(6):806809.—及应用[J].铁道建筑技术,2011(S1):244245.[3]王红亮-隧道内CRTSI型双块式无砟轨道轨排框架[10]王红亮.隧道内CRTSI型双块式无砟轨道轨排框架—法施mq-Z[J].铁道建筑,2012(4):8184.—法施工工艺[J].铁道建筑,2012(4):8184.[4]万鹏.高速铁路双块式无砟轨道轨排法施工通用性研[11]严少发,丁立金,王善高.隧道内CRTSI型双块式无—究[J].铁道标准设计,2013(11):3436.砟轨道施工关键技术[J].铁道工程学报,2009,26[5]伍林.客运专线无砟轨道支承层施工技术研究[J].铁—(11):1316.—道建筑,2008(9):107110.[12]孙立.武广客运专线双块式无碴轨道设计[J].铁道标[6]赵国堂.高速铁路无砟轨道结构[M].北京:中国铁—准设计,2006(s1):155158.道出版社,2006.[13]刘彬.武广铁路客运专线CRTSI型双块式无砟轨道施工[7]赵东田.双块式无碴轨道组合排架法施工原理及工程—工艺及质量控制[J].铁道标准设计,2010(1):5863.—实践[J].铁道标准设计,2008(10):15.[14]胡启斌.路基上双块式无砟轨道简易工装施工技术[8]郑乃刚,高智锋.武广铁路客运专线CRTSI型双块式无—[J].铁道建筑技术,2010(1):3338.—砟道床施工技术[J].铁道标准设计,2009(S1):4751.‘[15]蒲荣宇.单线特长铁路隧道CRTSI型双块式无砟轨[9]章远方.双块式无砟轨道施工装备组合式轨排的研制—道施工技术[J].铁道建筑技术,2014(7):108112.’————’—’—”—‘”””””””“”。+-。+-。。+-。卜一卜-。卜+.-+一+一+一+一++*+一+一+一+++*+・・+一十一++++一+一+・・+・・++..+一++..++..+..+。+。+..+..+..+。+。+。+.(上接第91页)容易造成煤与瓦斯的突出。经历应力重分布后达到平衡状态。在隧道开挖穿越断层时,煤岩体经历损伤一破坏一裂缝贯通一瓦斯突出的破坏过程。(1)在沿着同一水平面开挖过程中,隧道周围首先发生应力集中现象,随着开挖面的不断向前推进,应力场数值不断变大,此时隧道上方形成约1倍隧洞直径的拱形高应力区,并且随着初始瓦斯压力的增大,拱形高应力区数值越大,但此时应力未使围岩或断层处产生破坏。随着断层受的应力不断增大,岩体中赋存的瓦斯压力也促使断层处更加活化,由此产生了更多的裂隙。断层产生的裂隙使岩体和断层处的封闭效果变差,同时瓦斯产生的解析压力以及切向应力共同作用,促使岩体进一步破坏。(2)隧道开挖到断层破碎带处时,煤层受到的拉应力随着破坏单元的增多而减小。断层上部开始出现破坏,并且随着隧道的开挖破碎带逐渐贯通,为瓦斯的运移提供了通道。同时,由于断层处围岩强度突变,隧道断面开始收缩,此刻应及时支护来避免隧道顶部围岩崩塌。(3)隧道开挖穿越断层处时,瓦斯压力对破碎带处做功,诱发断层的进一步活化。断层处隧道不断掘进,会伴有破碎的煤块、岩石随破裂面压人隧道中,从而破坏进一步加剧。当隧道穿过断层后,断层上部的裂隙场相互贯通,并延伸至土岩结合处。煤层中瓦斯不断解析,瓦斯压力、开挖卸荷效应与地应力场不断作用,导致断层应力重新分布,铁道建笳技术RAILWAYCONSTRUCTIONTECHNO£.OGY参考文献[1]王恩营,邵强,杜云宽,等.逆断层两盘构造煤成因机—理与分布[J].矿业安全与环保,2010(1):46+90.[2]闫宽亮.断层对煤与瓦斯突出的影响及控制措施[J].—山西煤炭管理干部学院学报,2016(2):5960.[3]宁士亮.富水砂层盾构渣土改良技术[J].铁道建筑—技术,2014(3):8690.[4]吉小峰,倪小明,李哲远.不同倾角正断层附近应力分布规律数值模拟研究[J].煤炭技术,2014(10):288—290.[5]焦建康,冯友良,王志鹏.断层构造区应力对煤与瓦斯—突出的影响[J].煤矿开采,2015(4):58+42.[6]张浪,刘永茜.断层应力状态对煤与瓦斯突出的控制—[J].岩土工程学报,2016(4):712717.[7]赵新,吕进国.厚层坚硬顶板逆断层对煤岩动力失稳—的力学分析[J].煤矿安全,2015(1):198201.[8]赵钰挺,段东,杨瑶,等.断层端部地应力分布规律影响—因素的数值模拟[J].煤矿安全,2015(10):210213.[9]寇海军.卡榫销接式超长钢护筒研制及其应用[J].—铁道建筑技术,2016(2):1316.[10]杨天鸿,唐春安,朱万成,等.岩石破裂过程渗流与应力—耦合分析[J].岩土工程学报,2001,23(4):489493.[11]周世宁.瓦斯在煤层中流动的机理[J].煤炭学报,—1990(1):1524.[12]张拥军,于广明,路世豹,等.近距离上保护层开采瓦斯运移规律数值分析[J].岩土力学,2010(S1):398—404.2017f"J111万方数据
一夕落阳
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