高速铁路运营期间CRTSⅡ型板式无砟轨道底座板断裂修复技术.pdf

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高速铁路运营期间CRTSⅡ型板式无砟轨道底座板断裂修复技术1 高速铁路运营期间CRTSⅡ型板式无砟轨道底座板断裂修复技术2 高速铁路运营期间CRTSⅡ型板式无砟轨道底座板断裂修复技术3 高速铁路运营期间CRTSⅡ型板式无砟轨道底座板断裂修复技术4 高速铁路运营期间CRTSⅡ型板式无砟轨道底座板断裂修复技术5
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・轨道工程・Ⅱ高速铁路运营期间CRTS型板式无砟轨道底座板断裂修复技术汪梨园(中铁十七局集团有限公司太原030006)摘要运营期间的高速铁路无砟轨道维修时间紧,施工安全风险高、难度大。结合某高速铁路运营期间CRTSIt型板式无砟轨道底座板断裂问题,比选了揭板彻底修复和横联帮宽底座板两种技术方案,通过模拟现场工况进行了工艺试验。工程实践证明揭板彻底修复技术能够满足运营期间高速铁路维修施工的要求,可以为类似问题的修复施工提供参考。关键词Ⅱ高速铁路CRTS型板式无砟轨道底座板断裂修复中图分类号U213.24文献标识码B——文章编号10094539(2014)07一04404RepairTechnologiesfortheBasePlateFractureofCRTSIISlabBaHastlessTrackintheOperationofHigh-speedRailwayWangLiyuan(ChinaRailway17山BureauGroupCo.Ltd.,Taiyuan030006,China)AbstractHJ曲speedrailwayballastlesstrackischaracterizedbytightmaintenance,highconstructionsafetyriskandsa-periordifficulty.TakingtheexampleofCRTSIIslabballastlesstrackbaseplatefractureforhighspeedrailwayin—operation,thispapermakesacomparisonbetweentwotechnicalsolutions,namelythecompleterepairofdemolitionplateand—transverselinkingwideningthebaseplate.Bysimulatingtheworkingconditionsonsitetheprocesstestiscardedoutandtheengineeringpracticehasprovedthatcompleterepairtechnologyofdemolitionplatecanmeettherequirementsofmainte-nanceconstructionforhighspeedrailwayinoperation,andcanprovideareferencefortherepairandconstructionofthesimilarproblems.Keywordshighspeedrailway;CRTSIIslabballastlesstrack;baseplate;repairtechnology1引言随着我国高速铁路的快速发展,无砟轨道因其具备稳定性好、维修工作量少等特点,在高速铁路中得到广泛应用。在各种无砟轨道结构形式中,CRTSlI型板式无砟轨道以其高可靠性、高稳定性和…高平顺性,较好地适应了高速铁路的要求。路基和隧道地段CRTSII型板式无砟轨道结构主要由钢轨、扣件、轨道板、砂浆层和支承层等组成,桥梁地段主要由钢轨、扣件、轨道板、砂浆层、底座板、滑动层、高强度挤塑板、侧向挡块等部分组成,桥台后路基设置锚固结构(摩擦板、土工布及端刺)及过渡板,桥梁区段底座板根据施工需要设有钢板连接器后浇带,桥上CRTSII型板式无砟轨道结构如图1所‘示2|。塑学轨道划芦拳兰巫壁垫————————~机1且{划厂百一—簟一麦——收稿El期:2014030544铁道建筑技术图1桥上CRTSII型板式无砟轨道结构RAILWAYcoNSTRUCTloNTEcHNOLOGY2014f7)万方数据・轨道工程・由于受到施工工艺等技术条件的限制,高速铁路运营期间的无砟轨道线路难免会出现水泥沥青砂浆剥离、底座板、轨道板局部开裂等病害,从而影响到轨道结构的使用寿命及高速行车的安全性和平稳性,需要及时对病害进行修复。根据高速铁路运营管理的要求,修复施工必须保证在施工天窗点内快速完成,不得影响线路正常开通运营,常规的—维修施工天窗一般在34h,特殊情况可申请延长至5h。目前对轨道板、底座板局部裂缝,砂浆层剥离等病害已有了一定的研究和应用,而针对底座板断裂的问题,因为彻底修复需要拆除既有的轨道板及部分底座板,对线路干扰大,而且施工内容多,工序复杂,一个施工天窗无法全部完成,施工安全风险高、难度大,因此有必要对底座板断裂的修复技术进行研究和总结。2底座板断裂病害及原因分析铁路养护单位在检修时发现某高速铁路跨越市政公路桥梁中部上、下行底座板均出现横向贯通裂缝,裂缝宽度达15mm(见图2)。该桥梁地段轨道结构采用CRTS11型板式无砟轨道,桥梁跨中位置设有底座板后浇带,后浇带宽50cm,正中设置一块Q345钢板(2860mm×140mm×40mm),通过2.5m长犯5精轧螺纹钢58根与两端底座板连接(一端30根与钢板焊接、一端28根与钢板螺栓连接),裂缝位置刚好位于钢板连接器处,钢板连接器如图3所示。图2底座板断裂状态底座掘/一IIIIIIIl¨IIlIIIIlII¨lIIIIlIl精轧螺纹钢lL硼lIM¨Mll吊¨M||Ml|m||M¨M||M¨M1l吊¨M¨M¨o/。W。W。W。W。W。时W。W。W。W。W。W。W。W。on钢板,IIIIIlII…IIIIIIIIIIIl¨\锚固螺母一Lr2950I.图3钢板连接器后浇带结构(单位:mm)通过对底座板裂缝一段时间的观察,在温度上升时裂缝宽度变小,温度降低时裂缝宽度增大,当℃底座板温度达到20时裂缝基本闭合,冬季低温时裂缝宽度达18mm。轨道静态检测和动检车检查反应该段轨道几何状态仍保持平顺,没有异常。根据裂缝宽度随温度变化规律可以判断底座板已经彻底断开,由于裂缝刚好位于钢板连接器后浇带处,而底座板后浇带中没有布置普通纵向钢筋,分析底座板裂缝出现的原因是钢板连接器的螺母未拧紧或者缺失,钢板连接器不能发挥作用,底座板后浇带在冬天极端低温情况下不能抵抗温度降低产生的拉力所致。底座板彻底断开后已不再是稳定的纵连体系,在温度变化的情况下可自由伸缩,底座板的伸缩会对其上部的轨道板和钢轨产生附加力,钢板连接器两端底座和砂浆之间会产生离缝,并且会逐渐蔓延,直至全桥范围产生离缝,整个轨道系统刚度受到较大削弱,影响整个轨道结构的稳定性,必须尽早对断裂底座板进行修复处理。3修复技术方案比选针对铁路运营单位给定的常规施工天窗4h,关键工序施工天窗5h,而且每个施工天窗完成后必须具备限速80km/h行车条件,通过施工组织分析和理论计算可采取揭板彻底整修或底座板横联帮宽的施工方法。3.1揭板彻底修复方案在底座板裂缝上方轨道板前后切除约10m长钢轨,凿除裂缝上方轨道板两端宽接缝后拆除轨道板。在揭板范围铺设过渡轨道,保证限速运营的要求。凿除断缝处后浇带混凝土,修复钢板连接器后浇带。拆除临时过渡轨道,铺设轨道板、灌筑砂浆,恢复宽接缝,最后重新锯轨(满足最小长度20m的要求)安装焊接新钢轨,调整线路,修复完成后逐步提速直到正常。本方案的施工关键为临时过渡轨道设计铺设,轨道板快速拆装及修复砂浆的灌筑。完成单线施工需要9个天窗时间,完成双线施工共需要18个天窗时间。铁道建筑技术RAILWAYCONSTRUCTIONTECHNOLOGY2014(7)万方数据・轨道工程・3.2底座板横联帮宽补强方案在梁跨中心的断缝前后各一定范围内,通过钢筋混凝土将上、下行线底座板连成整体,底座板外侧到防撞墙之间浇筑20cm厚混凝土(与防撞墙预留2cm间隙)以保证底座板左右侧整体受力,通过对结构受力计算分析,修复两线底座板需要帮宽40m的范围,该方案施工内容主要是混凝土凿除、钢筋绑扎及混凝土浇筑,投入机具、材料相对简单,根据施工现场条件及作业时间要求,完成全部双线施工需要10个天窗时间。3.3方案比选揭板彻底整修和底座板横联帮宽方案的优缺点对比如表1所述,考虑到底座板横联帮宽方案对缺陷没有进行彻底的整治,后期维修养护工作可能较大,在满足行车组织及安全的前提下,优先采用揭板彻底修复方案。表1方案优缺点对比序号方案优点缺点揭板彻对底座板裂缝进行了1彻底的处理,恢复到实施时问较长,工序繁底整修杂,对行车影响较大原设计结构底座板对既有轨道主体结构大面积整体混凝土表面2损伤较小,对行车干会产生一定的伸缩裂缝,横联帮宽新旧混凝土接触面易扰较小,施工较简单开裂4施工流程及关键技术4.1施工流程揭板彻底修复施工主要工艺流程为:施工准备一锚固轨道板(揭板前后各4块)_÷切割拆除钢轨_÷锯断宽接缝斗拆除轨道板_+铺设过渡轨道_+凿除清理后浇带混凝土-+修复钢板连接器_浇筑后浇带混凝土一拆除过渡轨道_铺设轨道板_灌筑修复砂浆_÷铺设焊接钢轨一调整线路。修复1处断裂病害需要9个天窗时间,主要施工计划安排如表2。其中,施工关键技术为轨道板快速拆装、临时过渡轨道设计与铺设、修复砂浆快速灌筑。表2施工计划安排序号天窗时间主要施工内容备注第1~3d轨道板植筋锚固、安装无缝线路观测标志l窗(4tv'd)和轨道板观测标志第4d窗锯轨、移轨、钢轨打孔、安装夹板,电务安装2接续线,切割宽接缝混凝土,植入过渡轨枕(4h)锚固钢筋,电务设备拆除松扣件、拆除钢轨,拆除轨道板并吊装运至第5d窗存放点,凿除砂浆层、后浇带混凝土,铺设二级3调整临时过渡轨道,安装临时过渡轨道动(5h)施工力性能安全监测装置,电务拆装接续线、测试钢枕绝缘性能第6d窗凿除并清理钢板连接器周边混凝土,恢复4(4h)钢板连接器第7d窗继续恢复钢板连接器,铺设后浇带滑动层、5(4h)绑扎钢筋、安装模板、浇筑混凝土第8d窗将轨道板运至施工地点,拆除过渡轨道,轨二级6道板安装调整,封边灌浆,安装调整钢轨,(5h)施工拆除封边材料,电务拆装接续线第9d窗钢轨焊接、打磨、探伤,轨道精测、精调,轨道7板纵向连接、宽接缝钢筋绑扎、浇筑混凝土,(4h)拆除宽接缝模板、清理现场,恢复电务设备4.2轨道板快速拆装技术4.2.1轨道板拆除为最大程度的减少施工作业时间,采用混凝土切割锯将轨道板宽接缝锯断,锯断一个宽接缝需要半小时。宽接缝彻底断开后,用精调千斤顶先将轨道板顶升到与砂浆层剥离,然后用2个提升门架配合4个电动葫芦将轨道板提升至轨面高度以上50cm,提升门架如图4所示。在轨道板下部垫放带有简易承轨槽的枕木墩,将原切除钢轨拉回并落入承轨槽,安装轨距拉杆(防止运输台车脱轨掉道),将运输台车推至轨道板下方,将轨道板落至台车上,人工将轨道板运至附近指定地点存放。图4提升门架(单位:cm】4.2.2轨道板安装底座板修复完成后将轨道板运至施工点,用提升门架将轨道板提升50cm,运输台车移走后拆除铁道建筑技术RAILWAYCONSTRUCTIONTECHNOLOGY2014(7)万方数据・轨道工程・临时过渡轨道,轨道板下落时注意控制左右位置与前后轨道板相对精度在1cm以内。直接在调整轨道板前后的相邻承轨台顶面和侧面拉弦线,测量轨道板第1、5、10对承轨台矢高,用精调千斤顶调整轨道板平面和高程位置,控制调整轨道板与前后轨道板的相对平顺性在2mm之内,保证列车限速通过的要求,待最后钢轨焊接打磨完成后再通过测量小车进行测量精调。4.3临时过渡轨道设计与铺设4.3.1临时过渡轨道设计轨枕采用20cm槽钢焊接组合梁与wJ.7型小阻力扣件系统加工,轨枕长2.95113。钢枕通过预埋在底座板上的钢筋(HRB335级钢,直径16am,孔深16mm)锁定,扣件系统与钢轨采用弹条固定。钢轨接头采用夹板固定,临时过渡轨道结构如图5所示。砝翼鱼.严产撵’碍1l\/一’II翌’II—底座板\卜一I1]■堕u/\兰!竺壁塑丝u地1cm厚橡胶垫片/(o.5×0.23m)(1×0.23rn)图5临时过渡轨枕结构(单位:mm)钢枕通过槽钢纵向连成为一个整体,其垂向和纵向稳定性较好,为确保轨枕稳定性,需要对轨道横向稳定性行了验算,即预埋螺栓抵抗力是否满足要求。(1)钢枕区域钢轨纵向伸缩力:P=2×^×n=2×4×12=96(kN)式中,Z为扣件阻力(kN);/1为轨枕数量。(2)钢枕区域水平横向力:Q,=五X2=100×2=200(kN)式中,五为列车轮轨导向力(kN)。(3)每个螺栓受横向合力:∥F= ̄/+Q;=222(kN)(4)每个连接螺栓预紧力:Ⅳ=(学)/24=(%铲)/24=35(kN)U“.斗3式中,肛为连接螺栓抗滑移系数;K为安全系数。(5)钢枕和底座间连接螺栓最小扭矩为:‘T=kN。d=0.21×35×16=118(N・m)式中,k为计算系数;d为螺栓直径(mm)。通过计算每个螺栓横向力为222kN,每个螺栓受拉力为35kN,远小于其承载力和锚固力。钢枕和底座板间连接螺栓拧紧力最小扭矩为118N・m,锚固深度取构造锚固深度:Z=10d=160咖。轨枕横向稳定性能够满足要求。4.3.2临时过渡轨道铺设临时轨道铺设前先在测量轨道板及裂缝的准确位置关系,按间距不大于60cm布置轨枕,同时注意避开50cm的后浇带。测量每根轨枕位置的底座板顶面标高,计算每个扣件位置的调高值,提前进行扣件调整,并对轨枕进行编号,在现场确定轨枕锚固螺栓的位置,并提前进行钻孔植入锚固钢筋,按照编号顺序安装轨枕及钢轨等配件后再进行线路平顺性的调整。4.4修复砂浆快速灌筑技术4.4.1修复砂浆材料及工艺试验通过对各类砂浆性能的调查研究,灌筑砂浆选“—”用PMCII型聚合物水泥砂浆,该砂浆由液料和干料两部分组成,具有施工时间可调、强度发展可控等特点,能够满足CRTSII板式无砟轨道水泥乳化沥青砂浆快速修复的要求。为确保施工安全,熟练灌筑程序,掌握砂浆的前期强度是否满足要求等,在正式施工前,模拟施工现场工况进行了砂浆灌筑工艺试验。工艺试验主要设备有1台水泥乳化沥青砂浆搅拌车和1台砂浆泵,需砂浆车搅拌司机1人,加液料4人,砂浆泵操作2人,砂浆灌筑3人,试验称量2人,试验人员2名。工艺试验时环境温度26~27℃oC;板腔温度25。砂浆拌和量o.8In3。根据砂浆车的拌和能力本次拌和分3次搅拌,从开始搅拌到灌筑完成共耗时22min,灌筑过程耗时1lmin。整个灌筑过程比较顺利,揭板观察砂浆表明平整,充填饱满,砂浆断面均匀,微气泡排列均匀,砂浆与轨道板密贴无离缝。因底座板润湿有少量积水,造成填充层表面有润湿过度痕迹。抗压强度试验2h达到5.1MPa,5h达到9MPa,28d强度达到24MPa。工艺试验证明砂浆灌筑能够满足现场工况的要求。(下转第74页)铁道建筑技术RAILWAYCONSTRUCTIONTECHNOLOGY201417l47万方数据・隧道/地下工程・止水带及聚氨酯密封膏嵌缝。隧道排水采取双侧沟的方式,衬砌背后的积水通过环向和纵向盲管的汇集后引入侧沟。单双线过渡中间侧沟引入双线中心沟,大跨段衬砌背后的积水通过环向和纵向盲管的汇集后引入侧沟,后经横向排水管引入中心沟。全隧二次衬砌后设直径50mm环向盲管,外裹无纺布,纵向按10m间距设—置,两侧边墙脚设置纵向盲管,每隔812m将地下水引入洞内侧沟。环向盲管两端直接弯人洞内侧沟,纵向盲管明、暗衬砌段应分别设置且不得连通。纵向排水盲管沿纵向布设于左、右墙角水沟底上方,为2条直径为80mm的软式透水管盲沟,外裹无纺布,纵向排水盲管按设计规定划线,以使盲管位置准确合理,盲管安设的坡度与线路坡度一致。6结束语在马夫田左线隧道施工过程中,对拱顶下沉、净空收敛、围岩内部位移、浅埋隧道地表下沉等进行了量测,量测结果:拱部下沉最大为31mm,地表下沉最大为23mm,洞内净空收敛及围岩内部位移均在允许范围内。该隧道施工中不断出现各种难题,但经过我们精心组织和优化施工方案,对各类问题都逐一克服。笔者在施工过程中的几点体会如下:“(1)隧道施工中坚持以重围岩、弱爆破、短进”尺、强支护、勤量测、早衬砌为方针的施工方法,有效减小了山体的震动滑落,加强了洞口的稳定和施工的安全。(2)施工中尽量减少钢架接头数量,且接头不宜设置在拱顶。(3)工序变化处隧道周边钢架基脚应设置锁脚锚杆,及时施作钢架间的纵向连接钢筋并连接牢固。当钢架拱脚下沉或内移较明显时,可采取在拱脚增设斜撑、加设横撑等措施,保证钢架稳定。(4)临时钢架在主体结构的初期支护成环并稳定后拆除,拆除前后加强拱顶下沉量及周边变形量的观测,每次拆除长度不大于8m。(上接第47页)4.4.2轨道板封边轨道板纵向封边采用厚度2cm,宽度12cm的木板,为保证排气均匀,在木板内侧及底部粘一层土工布,在锚固钢筋与木板之间用木楔固定封边木板。为节约现场施工时间,封边木板根据现场量测尺寸提前加工到位。利用临时过渡轨枕的锚固螺栓安装压紧装置,板端封边采用干硬砂浆,两侧各预留4个排气孔,砂浆灌筑完成并初凝后及时进行清除封边材料。4.4.3修复砂浆灌筑灌浆前先对轨道板腔内、砂浆泵、中间罐进行适度湿润,PMC一11型聚合物水泥砂浆采用砂浆车拌和,从线外泵送至灌筑位置,在轨道板3个灌浆孔均安装1m长PVC管,PVC管直径与灌浆孔匹配,砂浆直接从PVC管中灌筑,砂浆灌筑过程中将砂浆沿管壁内侧流入,减少气泡的产生。砂浆灌筑完成后观察砂浆凝固情况,初凝后拆除封边材料,同时铺设钢轨恢复线路,锁紧该块轨道板的扣件,检查调整轨道,下线前检查砂浆凝固情况,确保满足列车74通过条件。5结束语(1)分析了底座板产生裂缝的原因,认为底座板断裂原因是由于钢板连接器后浇带螺母缺失造成,修复施工时破除底座板混凝土证明原因分析正确。(2)比选了揭板彻底整修和底座板横联帮宽的施工方案,认为通过严密的施工组织揭板彻底整修方案能够保证高速铁路运营期间的安全要求,技术成功应用也证明该技术可行。(3)提出了轨道板快速拆装、临时过渡轨道设置、修复砂浆灌筑等底座板断裂修复的关键技术。(4)今后需要针对不同的工况、不同轨道结构可能出现的病害,进一步研究专业的机械工装,提高运营高速铁路修复施工的作业效率及可靠性。参考文献[1]滕德巍.严寒地区CRTSI型板式无砟轨道养护维修—技术研究[J].铁道建筑,2013(8):127130.[2]姜子清,江成,王继军,等.CRTSU型板式无砟轨道砂浆层伤损修复研究[J].铁道建筑,2013(1):118—122.铁道建筑技术RAILWAYCONSTRUCTIONTECHNOLOGY2014(7)万方数据
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