高速铁路双块式轨枕制造关键技术研究

王正寿

1 无碴轨道板发展现状

1.1 无碴轨道板在国外的发展

经过40年的运用和发展,高速铁路无碴轨道结构逐步形成两大技术体系,即日本的柔性充填层板式无碴轨道结构和德国整体式无碴轨道结构。日本于20世纪60年代率先开发和使用板式轨道技术,至今,铺设的板式轨道已占日本新干线的60%以上。从1965年开始,德国积累了大量的高速铁路建设经验。初期的线路运营速度为200 km/h。到1991年,新建的线路列车运营速度达到了250 km/h～280 km/h,最新建成的高铁运营速度达到了300 km/h,其无碴轨道结构形式多达99种。

1.2 无碴轨道板在国内的发展

国内自20世纪90年代开始板式无碴轨道的研究,先后在秦沈客运专线2座桥、赣龙线1座隧道内铺设了板式无碴轨道,3个工点均采用双向预应力轨道板,生产工艺研究处于初期阶段,所生产的轨道板品种单一。为了对轨道板结构进行尝试,遂渝线无碴轨道试验段在桥上、隧道内、路基上大量使用混凝土轨道板进行成区段的铺设。

2 CRTSⅡ型轨枕生产制造技术

2.1 轨枕生产工艺原理

CRTSⅡ型双块式轨枕生产制造原理主要是根据旭普林双块式施工原理,参照《双块式轨枕生产参考图》和双块式轨枕暂行技术条例。环形流水法无碴轨道双块式轨枕生产线,参考旭普林公司的《旭普林无碴轨道系统技术报告书》和国外相关标准以及国内无碴轨道的前期科研成果。

2.2 轨枕生产工艺流程

轨枕生产工艺流程见图1。

3 轨枕生产主要环节操作要点

3.1 清理模具

通过倾斜清理台下方的液压装置将倾斜辊道顶起,操作工人即可对固定在清理台上的模具实施清理工作。将模具壳体之间和缩口部位上残留混凝土用气动锤除去,用刮刀和空气压力喷枪对模具的壳体和套管定位轴上的螺丝部分进行清理。套管定位轴的螺丝位置不能残留混凝土,如果残留混凝土会造成套管拧不到模具壳体的底部,从而造成套管不能安放到位,影响套管的安放精度。在模具清理过程中,操作工人同时要注意观察模具标志牌是否损坏,如有损坏,应及时进行修理或者更换,对于标志牌不全的模具不得投入使用。

3.2 喷脱模剂

用自动喷壶在模具上喷涂脱模剂,喷嘴应对准模具上方,调整喷壶使脱模剂成雾状而非线滴状,必须保证被喷面干燥。目测脱模剂是否喷涂均匀,如有漏喷再次喷涂,如喷涂过多可用清洁棉纱除去。脱模剂的均匀程度和喷涂量的多少直接关系到脱模的难易程度,是需要严格控制的一个环节。

3.3 安装套管

套管安装过程中,一定要注意安装到位,使之与承轨槽板密贴。操作过程中,操作人员要观察定位轴是否牢固和磨损程度,如果磨损严重或者不能牢固固定,都要及时更换新定位轴。

3.4 钢筋入模和安装挡浆夹

把焊接好的网片钢筋和U形筋放入轨槽板内,注意U形筋不要放错方向;安装桁架钢筋到模具的缩口内,注意桁架钢筋与模具缩口的相对位置准确。用专用卡子固定桁架钢筋和U形钢筋,注意定位的准确和牢固,保证桁架钢筋与U形钢筋隔开不少于2 mm;用桁架固定夹固定桁架钢筋;安装挡浆夹,将挡浆夹的垂直面朝向模具腔的内侧,弯曲面朝向模具腔外侧。钢筋入模和固定是一个比较耗时间的过程,一般安排4个人在模具的两侧同时安放,才能保证4 min的流水节拍。

3.5 混凝土灌注、振动

控制混凝土入模温度在5℃～30℃范围之内。制备好的混凝土通过输送皮带输送到布料机内,专人控制布料机向模具中分两层灌注混凝土,布料的过程中尽量使各部位布料均匀、适量,个别部位布料不到位,可手动调节单独的布料口进行补料。混凝土灌注完第一层后,振动台开始工作,低频振动,同时继续第二层布料。混凝土振动的后期,模具边角难免会产生欠或者超的情况,操作人员根据模具中嵌板高度来添加或铲除混凝土进行细微调整。生产过程中用测距规来检测混凝土面高度与桁架钢筋高差,保证轨枕底面钢筋保护层厚度不小于25 mm。

3.6 拆卸配件、清渣、清边

灌注完成后的模具在停放处拔出挡浆夹,拔出挡浆夹时要用抹子压住混凝土面防止混凝土松动;拔出后的挡浆夹放入水池中清洗,清洗干净的挡浆夹晾干后运到安装挡浆夹工位,投入下次使用。漏浆用刮刀等工具弄松并尽量清理干净,这些工序完成后由操作人员将模具用天车调运到运模小车上。为监控混凝土质量,每班次做三组混凝土试件,其中一组混凝土试块跟随第一个运模小车进入养护通道。

3.7 养护

为提高轨枕早期强度,加快轨枕流水作业,专门设置了两条养护通道,从物理结构上分为四个区段,即“静养区段”“升温区段”“恒温区段”和“降温区段”,我轨枕场通过运模小车车位布置来达到各区段的合理布置:静养区段设置车位5个,静养时间4 h;升温区段设置车位4个,恒温区段设置车位7个,降温区段设置车位2个。轨枕养护的四个区段,轨枕自上工序进来,一直到下工序为止,其经历的温度变化规律模具见图2。

3.8 脱模

牵引装置由蒸养通道中拉出模具,试验人员检测抗压试块强度,试件强度不小于40 MPa即可进行脱模。操作人员用天车吊模具至预备辊道上,松开桁架固定夹旋转90°转到两桁架钢筋的中间位置。多功能小车运送模具到翻转脱模装置,在翻转之前要用保护装置将模具内的轨枕加以保护,翻转180°后,下部的支撑结构将轨枕支住后,撤除保护装置,通过冲击完成脱模。

4 应用效果

使用CRTSⅡ型双轨枕的郑西高速铁路,于2009年年底投入试运营,一次性联调成功,达到设计时速标准,其中部分路段测试速度达到380 km/h。郑西高铁偃师轨枕场占地约130亩,设计生产轨枕总数量约45万根,具有以下特点:1)生产效率高,生产节拍时间4 min,年生产能力42万根/3班,比德国技术效率高16%～23%。2)生产线建设周期与完全采用德国技术相比缩短5个月。3)生产线与轨枕存储场地占地面积减少23%。

5 结语

通过武广高速铁路、郑西高速铁路和京津城际铁路的运营已经证明,自主研发的轨枕板技术建设的高速铁路标准已经超过了国外高速铁路的运营速度。目前美国、俄罗斯和印度等国家正在计划引进我国的高速铁路建设技术。

[1]王其昌.板式轨道设计与施工[M].成都:西南交通大学出版社,2002.

[2]何华武.无碴轨道技术[M].北京:中国铁道出版社,2005.

[3]辛学忠.德国铁路无碴轨道技术分析及建议[J].铁道标准设计,2005(2):10-12.

[4]牛建成.谈铁路双块式无砟轨道轨枕预制的技术创新点[J].山西建筑,2008,34(32):258-259.

[5]郭福安.客运专线无碴轨道结构[J].铁道标准设计,2006(4):20-22.