高速铁路无砟轨道支承层施工用滑动式通用模具的研究与设计

摘 要：针对无砟轨道支承层施工模具通用性差的问题，研究了高速铁路无砟轨道支承层施工用滑动式通用模具。该通用模具可同时满足路基及桥梁直线段、圆曲线段、缓和曲线段支承层施工，解决了支承层模具的通用性问题，同时，可有效提高施工效率，节约原材料减少施工方工程投资。

关键词：高速铁路；无砟轨道；支承层；滑动式通用模具；整平装置

1 概述

支承层是高速铁路无砟轨道结构的重要组成部分。路基段分为一般路基和端梁路基两种，其支承层断面主尺寸为3400mm×300mm（见图1、图2），断面细部尺寸两者略有不同，施工时一般采用路基用模具或摊铺机来进行；大于25m以上桥梁的支承层为2800mm×220mm（见图3），由于有纵横阻力凹槽，一般采用桥梁专用模具施做；隧道内支承层则直接由隧道铺底替代。由此可见，目前在国内无砟轨道支承层施工过程中，施工模具针对路基、桥梁支承层的断面特点分别设计成不同的结构形式，用于施工的模具通用性较差[1-4]。另外，支承层多为人工整平，施工效率较低。

为了解决支承层模具通用性及施工效率问题，研制了无砟轨道滑动式通用模具。该套模具可同时满足路基及桥梁直线段、圆曲线段、缓和曲线支承层施工，可实现节约原材料减少工程投资的目的。

图1 一般路基支承层横断面（单位：mm）

图2 端梁路基支承层横断面（单位：mm）

图3 桥梁支承层横断面（单位：mm）

2 技术方案与技术指标

2.1 技术方案

高速铁路无砟轨道支承层施工用滑动式通用模具由纵模板、支撑立柱及行走轨道、整平装置、拉杆等组成，其中，纵模板分为普通纵模板和超高纵模板两种。直线段支承层施工时只需拼装普通纵模板，曲线段施工时，在超高普通纵模板一侧加装超高纵模板，以适应圆曲线及缓和曲线施工。支撑立柱布置于纵模板外侧，且纵模板相对于支撑立柱角度可调，可适应不同支承层断面结构形式。支撑立柱上部结构设置走行轨，为整平装置纵向行进提供轨道，轨道高度可根据需要在一定范围内实现无级调整，从而适应超高段施工。整平装置是该滑动式通用模具的核心部件，通过振动器振动，人工推动整平装置，可实现支承层整平、上部结构成形及拉毛作业等功能。混凝土对纵模板有力偶，支撑立柱顶部需设置拉杆，以保证模具整体的稳定性（见图4、图5）。

一般路基断面工况

端梁路基断面工况

桥梁断面工况

图5 滑动式通用模具不同断面的适应情况

2.2 技术指标

在进行滑动式通用模具研究时，充分考虑支承层断面特点及施工需要，根据支承层外形情况对通用模具有如下技术指标要求：

（1）内净宽：2800-3400mm；（2）内净高：220-300mm；（3）适应超高：0-175mm。

3 重要部件与关键技术设计

3.1 纵模板

纵模板是滑动式通用模具的基本组成部件，主要由面板、肋板、支撑立柱连接机构组成，从功能上有普通纵模板和超高纵模板的区分。进行直线段支承层施工时，拼装普通纵模板即可满足直线段施工要求；圆曲线及缓和曲线段施工时，在超高一侧的普通纵模板之上加装超高纵模板，两者采用螺栓固定。支撑立柱连接机构设置在普通纵模板肋板一侧，通过销轴与支撑立柱连接，销轴位置可调整的特殊设计可使纵模板依据施工支承层外形变化进行角度调节。设计时充分考虑了纵模板的受力特性，利用软件MSC.Nastran V 2005.1进行受力分析，模板的强度、刚度满足使用要求[5]。

3.2 支撑立柱及走行轨道

支撑立柱位于纵模板肋板一侧，其由内套管、上外套管、下外套管、底座连接机构等组成。内套管与上外套管采用销轴连接，上、下两外套管通过设置在外侧的螺柱连接。下外套管固定整平装置走行轨道。通过上套管与内套管销接位置及上、下两外套管间螺柱旋合位置的变化，可实现走行轨道高度在一定范围内实现无级调节，为整平装置的超高段施工提供条件。

3.3 整平装置

整平装置是集支承层整平、上部结构成形、施工面拉毛等多种功能于一体的部件，组成部件主要有主架、振动器、行走輪系、拉毛机构、扶手等。主架长度可伸缩调整，成形面配以三个不同外形的调整节，根据支承层断面施工需要自由组拼断面结构。施工时，完成支承层材料浇筑后，启动振动器，边进行支承层材料振捣，边人工手扶扶手沿走行轨道推行对支承层表面整平，并完成结构成形，同时由拉毛机构完成拉毛作业，为后续施工做好准备（见图6）。

1-振动器；2-主架；3-扶手；4-行走轮系；5-拉毛机构

图6 整平装置

3.4 拉杆

考虑到实际施工时支承层材料对纵模板有作用力偶，支撑立柱顶部需设置固定拉杆，并在支撑立柱底部采用钢钎固定。同时，拉杆档位设置多个，适应不同宽度支承层需要。拉杆的设置，很好的保证了滑动式通用模具的整体稳定性，有利于施工顺利进行。

4 创新性与经济性

高速铁路无砟轨道支承层施工用滑动式通用模具的研究与设计，解决了路基和桥梁支承层施工机具的通用性问题，可同时满足直线段、曲线段、缓和曲线支承层施工。该设备可通过自身的组合拼装，适应不同支承层断面施工，并配有整平装置，可有效降低劳动力数量、提高施工效率、保证施工精度。该套设备的研究，避免了摊铺设备高额租赁费用以及不同施工模具的购置带来的不菲的经济投入，能够有效节约原材料减少工程投资。

5 结束语

无砟轨道修建最基础一步就是支承层的施工，它的施工质量的好坏直接影响到无砟轨道的施工精度，从而决定整个轨道质量的优劣。该套自主研发的无砟轨道支承层施工用滑动式通用模具具有完全自主知识产权，产品已在厂内经过试制及试验，设备的功能完备，性能良好，施工质量满足高速铁路支承层施工技术验收标准，在市场上有着广泛的应用价值。

参考文献

[1]王安升，胡华军.RHEDA2000无砟轨道施工技术探讨[J].29-33.

[2]杨忠，蒋宗全，林茂，等.CRTSⅡ型板式无砟轨道可调高底座板模板的研制与应用[J].116-119.

[3]胡华军，白舰兵，关飞.无砟轨道路基支承层施工技术[J].237-282.

[4]杨亚敏.京沪高速铁路CRTSⅡ型板式无砟轨道底座板施工技术研究[J].21-25.

[5]GB50017-2003.钢结构设计规范[S].17-38.

作者简介：耿冬梅（1980.9-），女，工程师，本科，2004年7月毕业于河北建筑工程学院机械设计制造及其自动化专业，主要从事机械设计及研究工作。