CRTS I型轨道板长期平放的可行性研究

何彦甫

摘要：本文以哈齐铁路客运专线HQTJ-5标段工程中的扎龙特大桥轨道板平放工程为背景，进行了轨道板长期平放的可行性分析。

关键词：扎龙特大桥，轨道板，平放

1、工程概况

哈齐铁路客运专线HQTJ-5标段，双线全长59.95km（DK218+000-DK277+950），共铺设轨道板约25200块。扎龙特大桥长31.5km（DK221+267-DK252+780），为本标段内最长桥，受环境等因素影响，为本标段无砟轨道施工控制性工程，扎龙特大桥完成轨道板上桥13400块（其中：灌浆6700块，粗铺：6700块）。现桥上轨道板为单层平放，轨道板平放时间约为6个月。

2、工程难点及急需解决的关键技术

2.1 工程难点

2.1.1、降水较多

本地区属于中温带亚湿润～亚干旱大陆性季风气候区，一年四季风大且频率高。年平均风速2.9～4.0m/s，最大定时风速21.7～24.7m/s。施工条件恶劣。

扎龙特大桥横跨扎龙湿地，湿地水位受降雨的影响随季节变化明显，平时水位较低，雨季较高。2013年6月下旬至9月上旬降雨频繁，出现洪灾，湿地水位也随之出现暴涨，扎龙特大桥施工便道上水位达1.3m。

2.1.2施工便道不通

扎龙特大桥横跨扎龙自然保护区，全长31.5km，桥下均为湿地，施工便道位于桥下右侧，宽约4m，施工期间降雨较多，施工便道完全淹没，导致无法通过便道进行轨道板运输。桥上底座板单线施工完成后，必须利用右线进行轨道板运铺。

2.1.3、工期紧张

工程受严寒气候等客观因素的影响，工期压力非常大。又因桥下便道无法使用，若一侧底座板施工完后，再进行轨道板运铺，将无法保证工期。

2.1.4湿地无法设置临时存板场地

扎龙桥长31.5km，桥下均为湿地，地质松软，没有临时存板场地。只能在DK256+730-DK256+959附近修建临时存板场（首先将地基基础夯实、补填碎石处理后，施工钢筋混凝土存板台座），临时存板场距离扎龙桥桥头约38km处，运输距离长，运输难度大。

2.1.5严寒气候

工程位于北纬46°，地处东北严寒地区。每年11月至次年4月份因温度原因无法进行混凝土及砂浆作业，但低温会使扎龙桥下淹没施工便道的水结冰，其承载力能满足轨道板运输及吊装的要求。因此可利用低温严寒天气的特点，充分利用冬季空闲时间进行轨道板运输及吊装。

2.2轨道板长期平放急需解决的关键技术

CRTS I 型轨道板长期平放的可行性论证及合理的平放方式。

3、关键技术及措施

3.1轨道板长期平放的可行性论证；

规范要求CRTS I 型轨道板平放不得超过7天。通过数学建模，对轨道板长期平放状态下的变形进行有限元分析，计算轨道板在不同工况下平放6个月可能发生的最大变形。

3.2轨道板长期平放的方式；

通过理论论证，得出最合理的平放方式及工况，可最大限度的减少轨道板在平放过程中的变形，满足规范要求。

4、施工方案及实施

4.1轨道板长期平放的可行性论证

4.1.1平放方式

待左线轨道板灌浆结束，砂浆强度满足要求后，将右线待用的轨道板铺设于左线轨道板上：轨道板安装前预先在轨道板吊装孔处放置4根高度误差在2mm的50mm×50mm×300mm 硬方垫木，每根方木完全深入板腔，距离板边5～10cm，然后用龍门吊4角水平吊起轨道板，缓慢平放到4根方木上。

4.1.2工况分析

考虑轨道板铺设实际情况，力学计算时，考虑以下2种假设：

（1）假设支撑轨道板的4根垫木均匀变形，即轨道板处于水平状态，4根垫木均匀受力（见图4-1）。

（2）假设支撑轨道板4根垫木的其中1根严重变形或4根垫木变形不均匀，出现只有3根方木支撑轨道板的情况（见图4-2）。

根据上述2种假定情况，结合轨道板可能遭受的升温、降温荷载、雪荷载的不同组合，预计轨道板在平放过程中可能处于以下6中工况：

工况1：三木块支撑+升温荷载；

工况2：四木块支撑+升温荷载；

工况3：三木块支撑+降温荷载；

工况4：四木块支撑+降温荷载；

工况5：三木块支撑+雪荷载+降温荷载；

工况6：四木块支撑+雪荷载+降温荷载。

4.1.3计算原理

右线轨道板4点支撑平放于底座板和左线轨道板上后，临时存放约6个月。在此期间，考虑受轨道板自重、时间、温度、雨雪等因素影响，通过数学建模分析轨道板单侧承轨面中央翘曲量和四角翘曲量，来论证轨道板平放的可行性。

4.1.4计算结果

（1） 结果汇总

工况1～工况6的有限元计算结果，见表4-1所示。

（2）结论

根据《I型板式无砟轨道混凝土轨道板技术条件》中对轨道板顶面平整度的要求，单侧承轨面中央翘曲量应不大于3mm。

由工况2～工况6的有限元计算结果可知，轨道板分别在三个木块支撑和四个木块支撑的边界条件下，并承受可变荷载（温度荷载和雪荷载）的作用，轨道板的竖向变形都小于3mm的限值，故该方案能满足规范要求。

为减少轨道板长期平放变形，应采取4点支撑的方式进行平放，支撑点位置如（图3-3）所示。尽量避免轨道板处于3点支撑状态，特别是升温荷载（夏季因阳光暴晒，轨道板上表面温度高于轨道板下表面温度）下处于3点支撑状态。

4.2施工组织

4.2.1设备物资配置

4.2.2临时存放安全质量保证措施

（1）轨道板平放前，由总工组织小组全体成员学习、研讨轨道板平放方案，并进行技术交底，施工人员经考核合格后方可上岗。

（2）轨道板铺设过程中，根据人员分工，由副经理监督全体组员工作情况，实行奖惩，激励各组员按各自分工负责本职工作。

（3）在线外工艺性试验场地选择不同材质的垫木进行对比试验，用双层轨道板按规范要求支撑预压2个月后，跟踪观测，选定变形较小且均匀的垫木作为正线铺板专用垫木。

（4）轨道板平放所用垫木尺寸应符合要求，垫木应位于轨道板4处吊装孔位置。垫木高度允许偏差为2mm，以保证轨道板存放平稳。

（5）轨道板吊装铺设所用龙门吊、吊车、运板车，采取定车定人的方式，由专人每天检查机械车辆运行情况，定期进行机械保养。

（6）轨道板吊装时，应4角水平吊起，防止轨道板磕碰损坏。

（7）吊装结束后，对吊装孔进行封盖保护。

（8）为防止冬季雨雪进入承轨台螺栓孔内，产生冻胀破坏，粗铺结束后，应用专用保护盖封盖承轨台螺栓孔进行保护。

（9）运板车、吊车、龙门吊在铺板过程中，应避免碰触已铺设轨道板，避免油渍污染轨道板面。

（10）冬季停工后，应封闭扎龙桥，防止社会车辆、人员对轨道板造成损坏。

（11）从轨道板进场至灌浆结束，指定专人分段对扎龙桥平放轨道板进行跟踪检测。

（12）冬季下雪后，安排工人清理板上积雪。

4.3跟踪检测

4.3.1检测比例

为保证检测数据的可代表性，每1km选择10块P4962轨道板进行跟踪检测。从小里程第一块板开始，依次编号为：1、2、...315。

4.3.2检测项目

根据规范要求及现场实际情况，对下表所示项目进行检测。

4.3.3检测方法

（1）翘曲量检测

采用南方测绘开发的专业轨道板检测设备（工控机、全站仪、螺栓孔套件等）进行轨道板上表面平整度检测。进行轨道板平整度检测时，首先在工控机内输入轨道板尺寸（P4962）、测量方式（直接测量）、轨道板样式（预应力混凝土轨道板）后，连接全站仪，逐个进行螺栓孔测量。测量完成后进行偏差计算分析，将分析结果制表。因为轨道板平放主要对规范中轨道板四角的承轨面水平及单侧承轨面中央翘曲量2项有影响，因此也只对这2项进行检测计算分析（见图4-3、4-4）。

（2）外观质量检测

观察轨道板四角及上下棱角处是否有磕碰破损，检查轨道板有无肉眼可见的裂纹，检查轨道板承轨台上的螺栓孔是否封堵严密，保护盖如有缺失，要及时补充，避免雪水进入而导致冻胀破坏。

4.3.4检测频率

轨道板从轨道板厂运至临时存板场时，按照《I型板式无砟轨道混凝土轨道板技术条件》第3.5.1条要求，对所有轨道板进行检测，满足要求后方可进场。

临时线上存放的轨道板按照跟踪检测的要求每1km抽取5块板检测，频率为每半个月观测1次，并进行记录。

轨道板精调前要对所有轨道板进行检测，满足要求后方可精调灌浆，否则进行按问题板进行处理。

4.4轨道板翘曲应对措施

轨道板铺设完成后，要对轨道板进行跟踪检测，若个别轨道板翘曲量超出规范要求，则将问题板更换，并将检测数量及频率翻倍，加强检测。若出现较多轨道板翘曲现象，立即将扎龙桥剩余所有未灌浆轨道板侧立存放。

4.5实际效果

对扎龙桥存放6个月的轨道板进行了全面复测，所有轨道板变形量未超出规范规定。轨道板完全满足精调灌浆条件，验证了轨道板长期平放的可行性。

5、主要技术成果及创新点

（1）通过理论计算和现场试验，论证了CRTS I 型轨道板在严寒地区长期平放（6个月）而不发生超限变形的可行性；

（2）总结了适用于I型轨道板长期平放的平放方式及平放期间的防护措施；

6、社会及经济效益分析

CRTS I 型轨道板长期平放的可行性论证，解决了东北严寒地区有效施工时间短、长大桥物流困难的难题，通过精心组织，严格检算，严格控制铺板流程，得出轨道板长期平放的可行性，节约了工期，取得了显著的经济效益和社会效益。

（1）扎龙桥采用的轨道板长期平放方案，充分利用了东北严寒地区冬季的施工冬休期，节省了工期，降低了施工高峰期桥上的物流压力，进而节省了成本，经济效益明显。

（2）轨道板长期平放方案经过了建模计算与实际论证，该方案既保证了设计要求又提高了工效、节约了资金，具有一定的推广应用价值。

（3）扎龙桥因跨越扎龙自然保护区，施工难度大，影响面大，大桥无砟轨道施工过程中常有施工单位来参观学习，多家电视台和新闻媒体进行了专访和报道，也为集团公司创立了信誉，扩大了影响，拓展了市场。

7、结语

设计要求采用CRTS I 型轨道板平放不得超过7天，但哈齐项目部标段内扎龙特大桥受洪水影响，桥下便道无法使用，且东北严寒地区有效施工时间短，工期紧张，施工成本大大增加，且无法保证按期完工。通过对轨道板长期平放进行理论论证，在此基础上通过合理的平放方式及过程控制，在扎龙特大桥上进行了较大规模的轨道板长期平放试验。通过期间跟踪监测及全面复检，证明CRTSI 型軌道板可长期平放而不发生超限变形。对以后类似工程的施工有一定的参考价值。