CRTS雙塊式無砟軌道新型嵌套式軌排支撐架施工技術(shù)

（中鐵四局集團第五工程有限公司，江西 九江 332000）

0 前言

CRTS雙塊式無砟軌道因其結(jié)構(gòu)整體性強、穩(wěn)定性高、平順性好、結(jié)構(gòu)耐久性強、經(jīng)濟性好、維修少等特點[1]，廣泛應(yīng)用于我國高速鐵路建設(shè)中。無砟軌道施工技術(shù)，一直采用傳統(tǒng)施工技術(shù)，勞動力投入量大，既費時又費力，施工功效低，施工精度控制難度大，后期扣件更換率高，施工成本亦是居高不下[2]目前各方面均未得到較大發(fā)展。其中用于道床板施工的軌排支撐架的穩(wěn)定性是決定道床板混凝土澆筑前后軌面數(shù)據(jù)是否穩(wěn)定的關(guān)鍵因素。該文通過研究CRTS雙塊式無砟軌道道床板施工技術(shù)，對傳統(tǒng)軌排支撐架進行改進優(yōu)化。優(yōu)化后的新型嵌套式軌排支撐架托梁采用了內(nèi)外嵌套式結(jié)構(gòu)，通過內(nèi)外套滑動的方式實了軌向與高低的調(diào)節(jié)互不干涉以及精調(diào)后內(nèi)外套單獨鎖定，解決了傳統(tǒng)軌排支撐架精調(diào)時費時費力，精調(diào)后軌排支撐架整體穩(wěn)定性差、應(yīng)力集中造成精度不易控制的問題。該文主要闡述了新型嵌套式軌排支撐架在橋梁無砟軌道施工中的應(yīng)用。

1 傳統(tǒng)的施工技術(shù)

CRTS雙塊式無砟軌道道床板傳統(tǒng)施工技術(shù)的主要框架是軌排支撐架。傳統(tǒng)軌排支撐架因其結(jié)構(gòu)簡單、適用性強等特點廣泛應(yīng)用于各種工況的雙塊式無砟軌道道床板的施工中，在托梁兩側(cè)以設(shè)置橫向可調(diào)節(jié)撐桿的方式進行固定[3]（如圖1所示）。施工精調(diào)是通過反復(fù)調(diào)整軌排支撐架，橫向可調(diào)節(jié)撐桿和豎向調(diào)節(jié)螺桿，使軌排支撐架軌面數(shù)據(jù)滿足要求。橫向調(diào)整是通過硬撐托梁兩側(cè)的可調(diào)節(jié)撐桿完成的，這種采用傳統(tǒng)軌排支撐架的施工技術(shù)精調(diào)至少需要4遍以上（日進度120 m需耗時3 h～4 h以上）的循環(huán)調(diào)整才能滿足要求，工序煩瑣，需耗費大量勞動力，費時費力，施工功效低。并且精調(diào)后軌排支撐架豎向調(diào)節(jié)螺桿與地面之間受兩側(cè)撐桿的硬撐作用會產(chǎn)生反作用力，極易造成軌排支撐架局部應(yīng)力較集中的現(xiàn)象，在道床板混凝土澆筑過程中受混凝土沖擊作用和振搗影響產(chǎn)生應(yīng)力釋放導(dǎo)致軌排支撐架軌面數(shù)據(jù)超限，整體穩(wěn)定性差，施工精度不易控制，也是后期長軌精調(diào)時扣件更換率較高的原因之一，施工成本更是居高不下。

圖1 傳統(tǒng)軌排支撐架固定圖

2 新型嵌套式軌排支撐架施工技術(shù)

2.1 新型嵌套式軌排支撐架結(jié)構(gòu)設(shè)計

新型嵌套式軌排支撐架是結(jié)合傳統(tǒng)軌排支撐架的缺點，為配合智能精調(diào)機的使用而設(shè)計的。新型嵌套式軌排支撐架打破固有思維，將托梁優(yōu)化為內(nèi)外嵌套式結(jié)構(gòu)。托梁內(nèi)套與橫向調(diào)節(jié)螺桿連接，橫向調(diào)節(jié)螺桿轉(zhuǎn)動帶動托梁內(nèi)套，相對托梁外套橫向移動，實現(xiàn)了對軌向的單獨調(diào)節(jié)；托梁外套與豎向調(diào)節(jié)螺桿連接，帶動托梁外套上下移動，實現(xiàn)了對高低的單獨調(diào)節(jié)[4]。新型嵌套式軌排支撐架由托梁系統(tǒng)、調(diào)節(jié)螺桿、角度調(diào)節(jié)裝置、工具軌及固定扣件、固定及鎖定裝置等組成（如圖2、圖3所示）。

圖2 新型嵌套式軌排支撐架結(jié)構(gòu)設(shè)計圖

圖3 新型嵌套式軌排支撐架實物圖

2.1.1 托梁系統(tǒng)

托梁系統(tǒng)為嵌套式結(jié)構(gòu)，分托梁內(nèi)套和托梁外套。內(nèi)外套相對獨立，通過十字銷軸在豎向調(diào)節(jié)螺桿處連接，托梁內(nèi)外套可相對滑動而不影響豎向高低的調(diào)節(jié)，可實現(xiàn)軌排支撐架的高低（高程）和軌向（中線）單獨調(diào)節(jié)而不互相牽扯。

2.1.2 調(diào)節(jié)螺桿

調(diào)節(jié)螺桿分為豎向調(diào)節(jié)螺桿和橫向調(diào)節(jié)螺桿。旋轉(zhuǎn)豎向調(diào)節(jié)螺桿可實現(xiàn)軌排支撐架的高低調(diào)節(jié)，豎向調(diào)節(jié)螺桿結(jié)構(gòu)圖如圖4所示。旋轉(zhuǎn)橫向調(diào)節(jié)螺桿可實現(xiàn)軌排支撐架的軌向調(diào)節(jié)，橫向調(diào)節(jié)螺桿結(jié)構(gòu)圖如圖5所示。避免了傳統(tǒng)軌排支撐架軌向與高低的調(diào)節(jié)相互干擾的問題。

2.1.3 角度調(diào)節(jié)裝置

角度調(diào)節(jié)裝置主要由調(diào)節(jié)螺栓和連接板組成。調(diào)節(jié)螺栓與豎向調(diào)節(jié)螺桿通過連接板連接，調(diào)節(jié)螺栓的正、反向旋轉(zhuǎn)通過連接板實現(xiàn)豎向調(diào)節(jié)螺桿的角度調(diào)整，如圖6所示。

2.1.4 固定及鎖定裝置

固定及鎖定裝置包括托梁內(nèi)外套鎖定裝置、防護墻側(cè)上層外套鎖定拉桿及下層內(nèi)套鎖定拉桿和線間的橫向輔助鎖定拉桿。精調(diào)前先通過防護墻側(cè)上層外套鎖定拉桿對托梁外套進行鎖定，精調(diào)完成后通過防護墻側(cè)下層內(nèi)套鎖定拉桿及線間橫向輔助鎖定拉桿對托梁內(nèi)套進行鎖定。為了消除內(nèi)外套托梁的間隙誤差，在復(fù)核軌面數(shù)據(jù)無誤后通過托梁內(nèi)外套鎖定裝置實現(xiàn)軌排支撐架的最終鎖定（如圖7所示）。從結(jié)構(gòu)力學(xué)的角度分析，防護墻側(cè)鎖定拉桿、線間的橫向輔助鎖定拉桿及內(nèi)外套鎖定裝置使新型嵌套式軌排支撐架與梁體之間形成了超靜定結(jié)構(gòu)，整體穩(wěn)定性較好（如圖8所示）。

圖4 豎向調(diào)節(jié)螺桿結(jié)構(gòu)圖

2.2 新型嵌套式軌排支撐架工作原理

圖5 橫向調(diào)節(jié)螺桿結(jié)構(gòu)圖

新型嵌套式軌排支撐架相比傳統(tǒng)軌排支撐架，其工作原理和操作流程上均發(fā)生了根本的轉(zhuǎn)變。結(jié)合無砟軌道道床板智能化施工工藝，首先在智能分枕機上完成軌排支撐架的智能組裝，松開軌排支撐架托梁內(nèi)外套鎖定螺栓，通過調(diào)節(jié)橫向調(diào)節(jié)螺桿使內(nèi)外套托梁完成對中，并將軌排支撐架的豎向調(diào)節(jié)螺桿的角度和高度調(diào)節(jié)至適當(dāng)位置，由智能粗鋪機運送軌排支撐架至預(yù)鋪設(shè)位置；全站儀通過CPⅢ控制網(wǎng)自由設(shè)站后轉(zhuǎn)為自動測量模式，實時測量軌排支撐架的空間三維狀態(tài)，配合智能粗鋪機進行粗調(diào)后完成粗鋪。安裝防護墻固定座及配套拉桿，通過上層的外套鎖定拉桿并對完成粗鋪的軌排支撐架托梁外套進行鎖定。依次類推，完成當(dāng)日進度的所有軌排支撐架的粗鋪和外套鎖定。智能精調(diào)機（1組2臺）上道并完成自校，全站儀重新自由設(shè)站后與智能精調(diào)機進行通信鎖定，智能精調(diào)機的機械臂伺服調(diào)整器連接至軌排支撐架的橫向和豎向調(diào)節(jié)螺桿上（如圖9所示）。啟動全站儀自動測量模式和智能精調(diào)機連續(xù)自動精調(diào)模式，實測數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)實時處理并傳回智能精調(diào)機的控制系統(tǒng)，控制機械臂伺服調(diào)整器精確轉(zhuǎn)動軌排支撐架的橫向和豎向調(diào)節(jié)螺桿（單次動作精度可以達到0.001 mm），實現(xiàn)軌排支撐架的軌向（中線）和高低（高程）的調(diào)整。軌向和高低的調(diào)整雖為同時完成卻互不干擾，均為獨立調(diào)節(jié)，避免了傳統(tǒng)軌排支撐架人工來回調(diào)整撐桿和調(diào)節(jié)螺桿既費時又費力的現(xiàn)象，同時避免了大量勞動力的投入，極大地提高了軌排支撐架精調(diào)的功效。智能精調(diào)機工作時2臺為1組，聯(lián)機后同時完成每榀軌排支撐架的精調(diào)（如圖10所示）。以此類推，完成當(dāng)日進度的所有軌排支撐架的第1遍精調(diào)；之后，全站儀與智能精調(diào)機重新建站聯(lián)機鎖定，智能精調(diào)機自動行走對已完成第一遍精調(diào)的所有軌排支撐架的軌面進行數(shù)據(jù)校核（智能精調(diào)機自動行走復(fù)核120 m數(shù)據(jù)僅需要4 min），發(fā)現(xiàn)超限數(shù)據(jù)會通過聲光系統(tǒng)提示預(yù)警；對局部超限點進行調(diào)整后對所有軌排支撐架的軌面數(shù)據(jù)重新進行自動復(fù)核，確認無誤后安裝防護墻側(cè)下層內(nèi)套鎖定拉桿及線間橫向輔助鎖定拉桿，對托梁內(nèi)套完成鎖定；確認所有軌排支撐架鎖定完成后，智能精調(diào)機再次自動行走對所有軌排支撐架的軌面數(shù)據(jù)進行復(fù)核，確認無誤后通過托梁內(nèi)外套鎖定裝置實現(xiàn)軌排支撐架的最終鎖定并完成混凝土澆筑前軌面數(shù)據(jù)的采集。整個精調(diào)過程中軌排支撐架的鎖定均為逐級完成，避免了軌排支撐架局部應(yīng)力較集中的現(xiàn)象，完成120 m軌排支撐架的全部精調(diào)工作用時不到1.5 h，極大地縮短了軌排支撐架的精調(diào)時間。待道床板混凝土初凝后，松開豎向調(diào)節(jié)螺栓1/4圈～1/2圈，同時松開扣件和魚尾板螺栓，避免溫度變化時軌排支撐架工具軌伸縮對混凝土造成破壞。在軌排支撐架拆除前，需先拆除防護墻側(cè)鎖定拉桿及線間橫向輔助鎖定拉桿后，重新復(fù)緊全部扣件和魚尾板螺栓，智能精調(diào)機對軌面數(shù)據(jù)進行采集（用于與混凝土澆筑前的數(shù)據(jù)進行對比分析）后按順序拆除軌排支撐架進入下1個循環(huán)作業(yè)。

圖6 角度調(diào)節(jié)裝置結(jié)構(gòu)圖

圖7 軌排支撐架鎖定結(jié)構(gòu)圖

圖8 軌排支撐架鎖定后穩(wěn)定性示意圖

表1 新型嵌套式軌排支撐架應(yīng)用效果對比

圖9 智能精調(diào)機機械臂伺服調(diào)整器與軌排支撐架調(diào)節(jié)螺桿連接圖

圖10 智能精調(diào)機聯(lián)機精調(diào)作業(yè)

3 新型嵌套式軌排支撐架應(yīng)用效果

新型嵌套式軌排支撐架托鄭萬高鐵無砟軌道智能化施工改進優(yōu)化而來，并在鄭萬高鐵無砟軌道施工中進行了推廣應(yīng)用。通過對比傳統(tǒng)軌排支撐架施工技術(shù)（見表1），CRTS雙塊式無砟軌道道床板施工采用新型嵌套式軌排支撐架后，測量人員和作業(yè)人員數(shù)量大幅度減少，整個精調(diào)用時節(jié)約了一半以上，縮短了施工工期，減少了勞動力的投入和作業(yè)人員的勞動強度，施工工效有了顯著提高。新型嵌套式軌排支撐架采用的內(nèi)外嵌套式托梁和獨立的橫向和豎向調(diào)節(jié)螺桿實現(xiàn)了軌向和高低的獨立調(diào)節(jié)，避免了精調(diào)過程中局部應(yīng)力集中造成的數(shù)據(jù)超限，整體穩(wěn)定性較好，施工精度容易控制。后期長軌精調(diào)扣件更換率明顯降低，實現(xiàn)了從傳統(tǒng)費時費力的施工技術(shù)向智能化施工技術(shù)的根本轉(zhuǎn)變。

4 結(jié)語

該文闡述的新型嵌套式軌排支撐架顛覆了傳統(tǒng)軌排支撐架設(shè)計思維，通過托梁內(nèi)外套滑動的方式實現(xiàn)軌向調(diào)整。鎖定后的軌排支撐架有很強的穩(wěn)定性，解決了傳統(tǒng)軌排支撐架費時費力、穩(wěn)定性差及施工精度不易控制等問題。施工功效顯著提升，從根本上降低了后期長軌精調(diào)扣件的更換率和施工成本。新型嵌套式軌排支撐架配合智能精調(diào)機在高速鐵路建設(shè)方面具有廣闊的應(yīng)用前景和推廣應(yīng)用價值。