CRTSⅢ型先张轨道板预制技术优化分析

张义理 李浩宇

(中铁十七局集团有限公司 山西太原 030006)

1 引言

CRTSⅢ型板式无砟轨道是我国具有自主知识产权的无砟轨道体系，其中轨道板是该体系中的重要组成部分。CRTSⅢ型轨道板是双向先张预应力轨道板，一般采用工厂化集中预制[1]。

目前，CRTSⅢ型轨道板分为 P5600、P4925、P4856、P4240、P6730 等不同规格，宽度为2 500 mm，厚度为200 mm[2]。CRTSⅢ型轨道板采用双向先张预应力设计，纵向预应力筋截面中心对称布置，横向预应力筋布置于截面中心[3]。轨道板顶面两侧设置有挡肩承轨台，承轨台内预埋设配套的扣件套管。轨道板两侧面设置有对称布置的起吊套管、接地端子，下部设置两排U型连接钢筋。

CRTSⅢ型先张预应力轨道板预制质量直接影响无砟轨道的结构性能，而且相比普通铁路，高速铁路的设计标准高，轨道板质量要求严格，对预制设备和技术都提出了更高的要求[4]。本文以昌赣铁路客运专线CRTSⅢ型先张预应力轨道板预制工程为依托，针对轨道板预制过程中出现的问题，采用理论分析和现场试验相结合的方法对轨道板单元台座法预制关键技术进行优化分析。

2 CRTSⅢ型轨道板预制技术优化

2.1 轨道板蒸汽养护技术分析

2.1.1 蒸汽养护技术现状

传统的轨道板养护用蒸汽由6 t蒸汽锅炉提供，通过DN75 mm无缝钢管进入单元台座内[5]。单元台座内纵向蒸汽管道为直径DN40 mm无缝钢管，中间3条横向管道直径与纵向相同，并且按一定间隔设置有圆孔，用于喷射蒸汽。但是，经过实践证明，此蒸汽养护技术存在诸多问题，主要包括以下三个方面:

(1)由于蒸汽是从一端进入养护区域，单向流入另一端，且台座内管径统一为DN40 mm，导致圆孔喷射出的蒸汽量不均匀。

(2)由于蒸汽管道上孔洞向上，导致向上喷射蒸汽，造成温度探头采集的数据很不稳定，忽高忽低，对养护控制造成不便。

(3)传统生产台座内没有设置降低养护温度的设施，主要通过人工揭开盖布来实现降温，影响了养护质量[6]。

2.1.2 蒸汽养护技术优化

改进后的轨道板养护用蒸汽由4 t蒸汽锅炉提供，通过DN40 mm无缝钢管从一端连接进生产台座内。其主要优化措施如下:

(1)每个台座内设有主管道2根，直径为DN40 mm，分管道4根，直径为DN25 mm，通过对称布置保证了孔洞喷射出蒸汽的均匀性。

(2)生产台座内直径25 mm的管道上设置直径为3 mm的贯穿喷汽孔道。蒸汽喷口与地面距离不得小于30 mm，喷孔管道末端做封堵，防止蒸汽从末端喷出，孔道位置根据模具位置设置。

(3)在生产台座内增加压缩空气管道，采用蒸汽养护控制平台控制喷气的时间段、循环次数以及单次喷气时间等。台座内压缩空气管道布置形式与蒸汽管道相同，管道直径均为DN25 mm无缝钢管，其上设置直径为3 mm的向上喷气孔道，孔道位置根据模具位置设置。

优化后的蒸汽养护控制系统能够保证轨道板养护过程的均匀性，且在恒温及降温过程中通入压缩空气起到了良好的降温作用，满足蒸汽养护的工艺需要，提高了轨道板生产质量。

2.2 轨道板脱模技术分析

2.2.1 轨道板脱模技术现状

传统的轨道板脱模技术为人工配合小型千斤顶进行[7]。先将模具侧模拆开，人工将四个吊耳分别安装在预埋的起吊套管上，然后将小型千斤顶分别放在四个吊耳下并顶紧，四名工人同步操作千斤顶，如图1所示，将轨道板缓慢顶起至板面脱离底模100 mm左右，此时用龙门吊缓慢起吊轨道板。

图1 人工顶升轨道板

但是，在轨道板脱模过程中，由于工人操作的误差，难以同步顶升轨道板，导致轨道板四角受力不均，严重时轨道板开裂，影响其质量。而且在轨道板脱模后运输时，由于工人还在吊起后的轨道板附近，对其安全也有一定的影响。

2.2.2 轨道板脱模技术优化

为了使轨道板脱模技术得到改善，通过不断试验，研制了螺杆式同步顶升自动控制轨道板脱模机，此装置主要由钢结构支撑框架、电动装置、动力传动装置、起吊装置、电控箱等五部分组成，如图2所示。此装置采用4 kW电机加减速机的结构形式，将电能作为动力源转换为设备所需的机械能，通过传动轴和换向器连接的结构形式，将唯一转动力同时传动到四个机械千斤顶，在螺杆旋转的同时，实现同步顶升过程，解决了已有技术中轨道板脱模时四个顶升点不同步的问题，确保了轨道板质量[8]。而且操作人员可以远距离无线遥控脱模机的升降和速率，操作灵活、安全可靠。

图2 螺杆式同步顶升自动控制轨道板脱模机

轨道板脱模机的研制，使轨道板脱模技术得到优化，使其具有同步脱模精度高、自动化程度高、操作安全等特点。

2.3 轨道板水养技术分析

2.3.1 水养技术现状

传统的水养护池一般只设计一个轨道板养护区，并按轨道板尺寸将区分成几列，每列可连续存放几十块轨道板[9]，如图3所示。但是，经过实践证明，此水养技术存在诸多问题，主要包括以下三个方面:

图3 传统水养池结构

(1)由于单列连续存放轨道板数量较多，导致轨道板水养过程中容易发生倾倒现象，带来巨大的安全质量隐患。

(2)由于单列轨道板需要顺序存放，逆序出水，导致轨道板无法按照先进先出的原则出水，部分轨道板水养时间不足。

(3)此结构水养池不能有效便捷的控制水位和水温，浪费水资源，并且影响养护效果[10]。

2.3.2 水养技术优化

鉴于传统水养技术的弊端，通过研究对水养技术进行改进优化，如图4所示，主要包括以下三方面:

图4 优化后水养池结构

(1)在养护区旁边增加一个与其联通的溢水池，在轨道板放入和取出时可以自动调节水位，减少水资源浪费。

(2)在水养池内安装蒸养管道，在养护水达不到要求时可以进行水温调节，保证养护质量。

(3)轨道板养护区每列设置中间隔墙，控制每个小区域的轨道板数量，这样既能满足轨道板的养护时间，确保质量，又能避免出现轨道板倾倒现象，保证安全。

2.4 轨道板运输技术分析

2.4.1 运输技术现状

CRTSⅢ型轨道板水养结束后，需要运到厂外存板区进行存放。传统的运输车辆多为10 t平板汽车改造而成[11]，如图5所示，此种车重心高，且无操作平台，导致运输存在安全隐患，效率低。

图5 传统轨道板运输车

2.4.2 运输技术优化

针对轨道板运输不安全，操作不方便，运输效率低等问题，研发了立式轨道板运输车，如图6所示。此运输车主要包括车头和车厢，车厢的凹型槽用于放置轨道板，放好后，两个夹紧板将轨道板固定。车厢末端设有登车梯，方便施工人员上车操作，两端操作平台上设有保护围栏，用于保护车上施工人员。经过现场实践，研发的立式轨道板运输车具有自动化程度高、操作简单、外形美观、安全保证能力强等特点。

图6 立式轨道板运输车

2.5 轨道板表面垫块印记消除技术

2.5.1 表面垫块印记产生的原因

(1)传统凝土垫块成锥形如图7所示，高35 mm，顶部直径40 mm，有半径为4 mm凹槽，用于与钢筋接触。底部直径25 mm，支点与轨道板模具接触面积较大，导致垫块底部空间小，混凝土浆液不容易包裹垫块整体。

图7 传统混凝土垫块

(2)传统混凝土垫块采用水泥、粉煤灰、砂、碎石、减水剂、水等材料强制拌和，再由混凝土垫块成型机导入模型内冲压而成[12]。这种工艺产生的垫块表面砂砾裸露粗糙，强度较低，易吸水，且与轨道板色差大。

(3)混凝土垫块进场后存放时间长，混凝土垫块表面干燥，在混凝土浇筑过程中，混凝土垫块迅速吸收周围水分，造成轨道板混凝土局部水分损失，影响其配合比，促使其色差产生。

2.5.2 垫块印记消除措施

(1)改进后混凝土垫块与原混凝土垫块外形尺寸一致，锥形体新增有3条半径为3 mm凹槽，如图8所示，底部与轨道板模型接触由面接触改为点接触，使得混凝土灰浆能够完全包裹垫块，从而减少印记出现几率。

图8 改进后混凝土垫块

(2)改进后混凝土垫块采用CRTSⅢ轨道板施工配合比，结合轨道板生产施工工艺，材料拌和后导入专用模型，振捣密实，24 h覆盖养护进行脱模。这种垫块表面光滑，有混凝土包浆，密实度高，保水情况好，与轨道板色差小。

(3)增加混凝土垫块绑扎前的工艺浸泡时间，推迟混凝土垫块入模前的绑扎时间，减少其对轨道板混凝土的水分吸收，有助于轨道板混凝土垫块印记的消除。

3 工程实例及应用情况

昌赣客运专线北起南昌，南至赣州，线路全长415.743 km，设计时速350 km，全线共设13个站。中铁十七局集团有限公司承担了昌赣客专26 020块CRTSⅢ型轨道板生产任务。

在昌赣板厂采用优化后的蒸养技术，保证了养护的均匀性；采用设计的网格式水养池，杜绝了轨道板水养过程中的倾倒现象；使用研制的“轨道板脱模机”，解决了现有技术中轨道板脱模时人工操作不同步的问题；使用研制的“立式轨道板运输车”，解决了轨道板运输不安全，操作不方便的问题；使用优化后的垫块及相关施工工艺，消除了轨道板表面垫块印记。

4 结论

本文以昌赣客专昌赣板厂CRTSⅢ型先张轨道板预制工程为依托，通过对其预制工艺及配套工装进行优化分析，为CRTSⅢ型先张轨道板的质量控制、效率提升和成本降低提供了技术支撑，对CRTSⅢ型先张轨道板预制具有指导意义。