CRTSⅡ型軌道板預(yù)制生產(chǎn)關(guān)鍵技術(shù)

趙秀麗

(中鐵豐橋橋梁有限公司，北京 100070)

CRTSⅡ型板式無砟軌道結(jié)構(gòu)在我國(guó)高速鐵路上得到廣泛采用。到目前為止，已開通運(yùn)營(yíng)的京津城際及在建的京滬、京石、津秦、滬昆等高速鐵路和客運(yùn)專線都采用了CRTSⅡ型板式無砟軌道結(jié)構(gòu)，鋪設(shè)長(zhǎng)度近2 100 km，折合標(biāo)準(zhǔn)軌道板近65萬塊。

CRTSⅡ型板式無砟軌道板為單向預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，預(yù)制時(shí)為提高生產(chǎn)效率，一般要求16 h混凝土強(qiáng)度達(dá)到48 MPa以上。由于需要采用數(shù)控磨床對(duì)承軌臺(tái)進(jìn)行加工，軌道板預(yù)制精度對(duì)打磨效率影響較大。因此，軌道板場(chǎng)設(shè)計(jì)、混凝土技術(shù)和與軌道板預(yù)制精度相關(guān)的模具整備技術(shù)是CRTSⅡ型軌道板生產(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù)。

1 混凝土軌道板結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

標(biāo)準(zhǔn)軌道板長(zhǎng)度6.45 m，寬2.55 m，厚200 mm，為有擋肩、單向先張預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)。配筋按截面中心對(duì)稱布置，橫向設(shè)置60根φ10 mm預(yù)應(yīng)力鋼筋，在預(yù)應(yīng)力鋼筋的上、下各布置一層鋼筋網(wǎng)片;縱向設(shè)置6根φ20 mm的精軋螺紋鋼筋用于板間縱向連接，板內(nèi)所有鋼筋交叉點(diǎn)均做絕緣處理;板上設(shè)置10對(duì)承軌臺(tái)，承軌臺(tái)間設(shè)置橫向預(yù)裂縫;板中預(yù)埋接地裝置、調(diào)高裝置及扣件套管等，預(yù)設(shè)砂漿灌注孔。軌道板預(yù)制精度要求高，承軌臺(tái)尺寸允許偏差在 ±0.5～±1.0 mm。

2 軌道板場(chǎng)設(shè)計(jì)

CRTSⅡ型軌道板生產(chǎn)場(chǎng)包括軌道板生產(chǎn)線、鋼筋加工區(qū)、混凝土攪拌區(qū)、軌道板打磨裝配區(qū)、軌道板存放區(qū)和砂石料存放區(qū)等主要生產(chǎn)區(qū)域，其總體設(shè)計(jì)及布置應(yīng)按生產(chǎn)工藝原理，結(jié)合工程工期及預(yù)制場(chǎng)地情況，做到規(guī)模合理、工序銜接及物流順暢。

2.1 生產(chǎn)規(guī)模

軌道板生產(chǎn)規(guī)模應(yīng)根據(jù)工程量、工期及軌道板生產(chǎn)工藝合理確定。依據(jù)京滬高速鐵路建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，生產(chǎn)板場(chǎng)供應(yīng)半徑以40～50 km為宜，即一個(gè)板場(chǎng)的生產(chǎn)量為25 000～30 000塊軌道板，生產(chǎn)周期一般為1年左右，月生產(chǎn)能力需達(dá)到 2 000～2 500塊。

CRTSⅡ型軌道板分為毛坯板和經(jīng)打磨后的成品板兩大類。毛坯板采用長(zhǎng)線臺(tái)座法生產(chǎn)，生產(chǎn)線循環(huán)周期一般為24 h(其中作業(yè)時(shí)間8 h，養(yǎng)護(hù)時(shí)間約16 h)，每天生產(chǎn)能力需達(dá)到75塊以上。一般來說，長(zhǎng)線臺(tái)座生產(chǎn)混凝土板時(shí)合理長(zhǎng)度為75～150 m，最佳長(zhǎng)度為120 m，因此，一個(gè)板場(chǎng)宜布置2～3條生產(chǎn)線。

成品板生產(chǎn)線以數(shù)控磨床為中心，采用三班作業(yè)制，每班打磨成品軌道板25～30塊，每天打磨75～90塊，一個(gè)板場(chǎng)配備一臺(tái)磨床即能滿足生產(chǎn)需要。

2.2 軌道板預(yù)制生產(chǎn)線

根據(jù)軌道板生產(chǎn)工藝，預(yù)制生產(chǎn)線設(shè)在主廠房?jī)?nèi)，按生產(chǎn)線配置數(shù)量，沿廠房長(zhǎng)度方向一字串聯(lián)布置生產(chǎn)臺(tái)座，通常每臺(tái)座安裝27～42套模具，在廠房寬度方向，除考慮臺(tái)座外，還需設(shè)置2條軌道板靜停養(yǎng)護(hù)線。

臺(tái)座結(jié)構(gòu)為U形鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，兩側(cè)平行的承力墻中心距為8 400 mm，承受4 367 kN的壓力，臺(tái)座兩端設(shè)張拉橫梁，臺(tái)座的承力墻與橫梁之間安裝自動(dòng)張拉設(shè)備，實(shí)現(xiàn)預(yù)應(yīng)力鋼筋的同步張拉與放張。底板上安裝模型和供熱管道，臺(tái)座頂面設(shè)有軌道，作為生產(chǎn)線主要非標(biāo)設(shè)備的走行軌道，軌道上布置的主要設(shè)備有混凝土布料機(jī)、切割預(yù)應(yīng)力鋼筋的鋸及多功能運(yùn)輸車、拉毛機(jī)等。臺(tái)座設(shè)計(jì)要考慮足夠的剛度和強(qiáng)度。

主廠房?jī)?nèi)至少配置3臺(tái)起重量16 t橋式起重機(jī)，用于吊運(yùn)混凝土、鋼筋網(wǎng)片入模、脫模等作業(yè)，另外還需考慮設(shè)置混凝土及鋼筋網(wǎng)片的地面運(yùn)輸通道。

2.3 軌道板打磨裝配生產(chǎn)線

軌道板打磨裝配生產(chǎn)線是以數(shù)控磨床為中心的自動(dòng)化生產(chǎn)線，一般設(shè)在輔助廠房?jī)?nèi)。毛坯板在軌道板存放區(qū)養(yǎng)護(hù)28 d之后，通過自動(dòng)化滾輪運(yùn)輸線，經(jīng)翻轉(zhuǎn)、切割鋼筋頭等工序，運(yùn)到數(shù)控磨床加工工位，經(jīng)打磨檢測(cè)合格后，安裝彈條扣件系統(tǒng)，最后通過橫向運(yùn)輸車運(yùn)至軌道板存放區(qū)存放。軌道板打磨裝配生產(chǎn)線設(shè)計(jì)時(shí)要重點(diǎn)關(guān)注相關(guān)工序的物流運(yùn)輸，嚴(yán)禁交叉作業(yè)。

打磨生產(chǎn)線主要配置16 t橋式起重機(jī)、數(shù)控磨床及配套污水處理設(shè)施、翻轉(zhuǎn)機(jī)、切割鋼筋頭的鋸及滾輪運(yùn)輸線等。

2.4 總體布置

根據(jù)軌道板生產(chǎn)工藝流程和特點(diǎn)，在充分考慮物流運(yùn)輸基礎(chǔ)上，通常將軌道板場(chǎng)分為既互相獨(dú)立又沿道路互相聯(lián)系的8個(gè)區(qū)域，分別為軌道板預(yù)制區(qū)、鋼筋加工區(qū)、混凝土攪拌區(qū)、軌道板打磨裝配區(qū)、軌道板存放區(qū)、砂石料存放區(qū)、輔助生產(chǎn)區(qū)、辦公生活區(qū)。

生產(chǎn)線常布置在一條線上，以便于橋式起重機(jī)、布料機(jī)、切割機(jī)等共用設(shè)備的行走和物流管理。由于毛坯板生產(chǎn)后需放置28 d以后才能進(jìn)行打磨，因此，磨削車間可以單獨(dú)布置。生產(chǎn)廠房采用實(shí)腹式鋼結(jié)構(gòu)排架，圍護(hù)結(jié)構(gòu)要充分考慮保溫和隔熱要求，跨度以20 m左右為宜，長(zhǎng)度需根據(jù)板場(chǎng)建設(shè)規(guī)模(毛坯板生產(chǎn)線數(shù)量)確定，廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)需考慮要配置16 t的橋式起重機(jī)，軌頂高程不小于7.2 m。

3 軌道板預(yù)制

3.1 模具選擇及安裝

模具是軌道板預(yù)制精度最重要的控制因素之一。因此，在CRTSⅡ型軌道板生產(chǎn)過程中，始終把模具選用、安裝和調(diào)整作為質(zhì)量管理的重點(diǎn)來抓。

3.1.1 模具選用

選擇模具除必須具有足夠的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性外，還要具有極高的精度，這就要求在制作模具過程中，控制好主體結(jié)構(gòu)焊接變形，優(yōu)選承軌槽材料，并應(yīng)用先進(jìn)的設(shè)計(jì)軟件和數(shù)控設(shè)備，采用整體二次沖壓、拉延成型工藝，保證承軌槽偏差完全控制在允許的偏差范圍內(nèi)。

3.1.2 模具安裝

模具安裝包括模具組裝和在臺(tái)座內(nèi)安置就位兩個(gè)步驟，其中承軌槽安裝和模具在臺(tái)座內(nèi)平面度控制是最為重要的兩個(gè)環(huán)節(jié)。

1)承軌槽安裝精度控制。只有確保承軌槽安裝精度，軌道板上承軌臺(tái)三維坐標(biāo)才有保證，這樣一方面可避免出現(xiàn)廢品，另一方面可降低磨削加工量，提高數(shù)控磨床加工效率，因此需反復(fù)調(diào)整承軌槽安裝位置，力求把偏差控制到最小。通常承軌槽安裝分為預(yù)安裝、初調(diào)整和終調(diào)整，具體為:①模型進(jìn)入臺(tái)座之前，利用定位孔完成承軌槽在模具上的初定位和預(yù)安裝。②借助高精度全站儀和專用測(cè)量工裝對(duì)預(yù)安裝完成的20個(gè)承軌槽進(jìn)行檢測(cè)，依據(jù)專用軟件對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)處理分析，用專用調(diào)整工裝對(duì)20個(gè)承軌槽位置進(jìn)行初調(diào)整。③灌注生產(chǎn)毛坯板首件。使用高精度全站儀、專用軟件、專用的測(cè)量及調(diào)整工裝等，通過對(duì)毛坯板檢測(cè)和數(shù)據(jù)處理分析，完成承軌槽精確定位和終調(diào)整。

2)臺(tái)座內(nèi)模具整體平面度控制。采用高精度電子水準(zhǔn)儀，以張拉橫梁的中心高程為基準(zhǔn)點(diǎn)，引出測(cè)站點(diǎn)(預(yù)埋測(cè)量錐)，通過調(diào)整模型8個(gè)支腿的柱腳螺栓，實(shí)現(xiàn)對(duì)模型的高程和平面度控制，通常模具上均勻布置8個(gè)控制測(cè)量點(diǎn)，測(cè)量點(diǎn)間偏差控制在1 mm范圍內(nèi)。在模具安裝和調(diào)整過程中，要特別注意以下幾點(diǎn):①確保臺(tái)座地板上的預(yù)埋螺栓安裝準(zhǔn)確和牢固可靠，模具安裝調(diào)整完畢后，必須將連接模具支腿的預(yù)埋螺栓上所有螺母鎖緊。②在模具調(diào)整過程中，要確保所要調(diào)整模具處于自由狀態(tài)，避免就位固定后模具間產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。③在各種條件允許前提下，模具調(diào)整時(shí)盡量預(yù)設(shè)反拱，一般不宜超過2 mm。

3.1.3 模具動(dòng)態(tài)監(jiān)控

模具動(dòng)態(tài)監(jiān)控是軌道板生產(chǎn)中需特別關(guān)注的重要環(huán)節(jié)，只有加強(qiáng)對(duì)該環(huán)節(jié)管理，并實(shí)時(shí)進(jìn)行調(diào)整，確保模型始終處于良好可控的狀態(tài)下，才能生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品，進(jìn)而可提高后期數(shù)控磨床生產(chǎn)效率。在實(shí)踐中應(yīng)注意以下細(xì)節(jié):①初次安裝調(diào)整到位的模型，每次生產(chǎn)前都必須進(jìn)行全面檢測(cè)調(diào)整，直至模型狀態(tài)穩(wěn)定為止。②通常情況下，模型經(jīng)過一段時(shí)間使用后，整體平面度一般都會(huì)發(fā)生變化，需定期進(jìn)行檢測(cè)和調(diào)整。③經(jīng)常分析數(shù)控磨床檢測(cè)形成的毛坯板數(shù)據(jù)和加工量，有針對(duì)性對(duì)模具相關(guān)參數(shù)進(jìn)行精調(diào)。

3.2 軌道板混凝土配制

軌道板使用壽命為60年，生產(chǎn)工藝及效率要求混凝土16 h脫模強(qiáng)度≥48 MPa，如何試配出工作性能滿足施工要求，早期強(qiáng)度高且耐久性能指標(biāo)滿足技術(shù)要求的混凝土，同時(shí)兼顧混凝土的生產(chǎn)成本，是組織軌道板預(yù)制生產(chǎn)需攻克的技術(shù)難關(guān)。在京滬高速鐵路軌道板生產(chǎn)實(shí)踐中，通過合理優(yōu)選混凝土原材料、優(yōu)化配合比設(shè)計(jì)及嚴(yán)格工藝管理等措施，不僅配制出滿足軌道板各項(xiàng)技術(shù)要求的混凝土，而且相比京津城際軌道板混凝土配制，取得較為可觀的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)效益。

3.2.1 原材料選擇

1)膠凝材料。用國(guó)內(nèi)通用的P·Ⅱ42.5硅酸鹽水泥替代高成本特種超細(xì)水泥，適當(dāng)提高水泥熟料礦物組分中硅酸三鈣含量，以提高混凝土早期強(qiáng)度，又不會(huì)對(duì)混凝土耐久性產(chǎn)生影響。用礦粉替代復(fù)合摻合料，減少水泥用量，可進(jìn)一步改善和提高混凝土工作性能和耐久性指標(biāo)。采用上述兩項(xiàng)措施可使混凝土中膠凝材料使用成本降低一半。

2)骨料。選擇質(zhì)地堅(jiān)硬、級(jí)配良好砂石，嚴(yán)格控制骨料中含泥量、泥塊含量、針片狀含量、云母、輕物質(zhì)等有害物質(zhì)含量。軌道板混凝土，砂子選用中砂，石子選用5～10 mm和10～20 mm兩種規(guī)格，摻加比例通常為 3∶7。

3)外加劑。選用新一代聚羧酸系減水劑，較之萘系減水劑，具有摻量低、減水率大、與水泥適應(yīng)性好、坍落度損失小、強(qiáng)度增長(zhǎng)明顯等優(yōu)點(diǎn)，更適合軌道板的生產(chǎn)工藝。

3.2.2 混凝土拌合物的性能控制

為滿足軌道板生產(chǎn)工藝和產(chǎn)品質(zhì)量要求，必須加強(qiáng)對(duì)混凝土拌合物指標(biāo)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，及時(shí)作出調(diào)整，尤其在冬、夏季氣候極端惡劣條件下，應(yīng)采用相應(yīng)加熱和降溫措施，確保各項(xiàng)指標(biāo)滿足要求:坍落度160～180 mm，坍落度損失20 min內(nèi)不得大于20%，冬季施工時(shí)，坍落度值取規(guī)定范圍下限，夏季施工時(shí)坍落度值取規(guī)定范圍上限;入模溫度 15℃ ～30℃;含氣量≤3.5%。

3.3 混凝土養(yǎng)護(hù)控制

1)生產(chǎn)廠房、拌合站及砂石料庫(kù)要配置足夠的取暖和降溫設(shè)施，尤其是在臺(tái)座生產(chǎn)區(qū)域內(nèi)，保證模具初始溫度控制在10℃ ～30℃，為水泥水化反應(yīng)營(yíng)造良好初始條件。

2)采用養(yǎng)護(hù)溫度自動(dòng)跟蹤控制儀，實(shí)現(xiàn)混凝土芯部溫度的實(shí)時(shí)跟蹤和調(diào)整，通過一系列升溫和降溫措施，使混凝土芯部最高溫度始終保持在 50℃ ～55℃間。

3)對(duì)灌注成型的軌道板要及時(shí)進(jìn)行覆蓋自然養(yǎng)護(hù)。在冬季，根據(jù)需要對(duì)臺(tái)座生產(chǎn)區(qū)域進(jìn)行加熱，夏季對(duì)應(yīng)采取通風(fēng)降溫措施。

3.4 軌道板打磨工序優(yōu)化

一般情況下打磨一塊軌道板需要15～20 min，而其中刻字時(shí)間需要3 min，占15% ～20%。將刻字步驟移出打磨工序，增加1臺(tái)刻字機(jī)，獨(dú)立運(yùn)行，從而減少打磨時(shí)間3 min，磨床打磨效率從65塊/d穩(wěn)步提升到 85塊/d。

4 結(jié)語

CRTSⅡ型無砟軌道板技術(shù)在京滬高鐵建設(shè)中得到完善和提升，在預(yù)制板場(chǎng)建設(shè)、工藝裝備、混凝土、生產(chǎn)工藝等方面實(shí)現(xiàn)了再創(chuàng)新目標(biāo)，全面實(shí)現(xiàn)了自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，形成了軌道板生產(chǎn)成套技術(shù)和材料體系，提高了軌道板生產(chǎn)質(zhì)量和效率。

［1］中國(guó)鐵道科學(xué)研究院.客運(yùn)專線高性能混凝土?xí)盒屑夹g(shù)條件［Z］.北京:中國(guó)鐵道出版社，2005.

［2］中華人民共和國(guó)鐵道部.科技基［2008］173號(hào) 客運(yùn)專線鐵路CRTSⅡ型板式無砟軌道混凝土軌道板(有擋肩)暫行技術(shù)條件［S］.北京:中國(guó)鐵道出版社，2008.

［3］付雷鋒，馬春生，張玉軍，等.CRTSⅡ型軌道板 2×42預(yù)制生產(chǎn)線關(guān)鍵技術(shù)［J］.鐵道建筑，2010(10):109-113.