CRTSⅠ型預應力無砟軌道板高精度制造技術

孫繼成

(中鐵四局集團有限公司,安徽合肥 230011)

1 概述

滬寧城際鐵路全長301 km,原設計全線采用有砟軌道,設計時速200 km以上,計劃工期為四年,后經優(yōu)化調整至兩年。2008年7月1日開工后,先后歷經了四次較大技術標準調整,調整后全線采用CRTSⅠ型單元板式無砟軌道,運行時速調整至300 km以上,總工期仍為兩年。滬寧城際鐵路是國內第一條全線采用單元板無砟軌道的客運專線鐵路,相對于國內、外同類無砟軌道結構的鐵路而言,滬寧城際鐵路無砟軌道施工具有如下兩大特點。

(1)無砟軌道施工精度控制要求高

目前,國內、外投入運營的全線采用CRTSⅠ型單元板式無砟軌道線路且運營速度在300 km/h以上的還尚無先例。面對滬寧城際鐵路運行時速在300 km以上的設計速度要求,在建設過程中必須采取特殊工藝手段和措施進行高精度無砟軌道施工控制,才能實現全線軌道幾何狀態(tài)的高平順性,滿足高速運營的需求。

(2)無砟軌道施組工期空前緊張

根據滬寧城際鐵路全線指導施組安排,無砟軌道施工時間平均為2個月左右時間。鋼軌幾何狀態(tài)調整工期也極為緊張,鋼軌精調施組時間較長的地段約20 d左右,較少地段不足15 d。工期緊張和施工困難程度在單元板式無砟軌道建設史上也史無前例。

綜上所述,滬寧城際鐵路無砟軌道施工無論在技術上還是施工組織上都面臨著前所未有的挑戰(zhàn),系統優(yōu)化無砟軌道施工精度控制方案,提高精調質量,努力減少后期鋼軌幾何狀態(tài)精調工作量,成為確保滬寧全線按期高質量開通的關健。而作為無砟軌道重要載體的軌道板唯有實施精確預制、精確安裝才能最大限度減少后期鋼軌的精調量。

2 軌道板制造精度控制指標優(yōu)化研究

結合滬寧城際鐵路項目特點,研究優(yōu)化軌道板制造控制精度標準,實現軌道板預埋套管的位置及軌道板四角承軌面水平的精確控制,以滿足無砟軌道系統高精度控制的需要。

2.1 原軌道板制造精度控制標準

按《客運專線鐵路CRTSⅠ型板式無柞軌道混凝土軌道板暫行技術條件》(科技基[2008]74號)文件要求,無砟軌道板模板應具有足夠強度、剛度和穩(wěn)定性的鋼模,并能保證軌道板各部形狀、尺寸,其制造公差為軌道板成品允許公差的1/2,其主要尺寸入偏差如表1所示。

表1 軌道板外形尺寸偏差要求

2.2 優(yōu)化后的軌道板制造精度控制標準

根據滬寧城際軌道板精調方案需要,本著“需要、可能、可行”的原則,研究提出了如圖1所示軌道板制造控制精度標準,此制造標準與單元板制造技術條件中的有關標準相比有大幅提高。

軌道板制造精度調整要求：每排各扣件墊板處板面中部位置高差值控制在0.5 mm以內；各排螺栓孔擬合中心與軌道板擬合中心線間距誤差按小于0.5 mm控制；每對螺栓孔中心距(兩外側B值、兩內側A值)實測值與設計值誤差小于0.5 mm。

3 軌道板制造精度控制及成品質量檢測方案

3.1 軌道板制造精度控制方案

為了實現對軌道板制造過程的高精度控制,依據優(yōu)化后的軌道板精度控制指標,進一步研究提出了相應的精度控制方案。軌道板制造過程中,施工單位按成品軌道板精度控制標準的50%進行軌道板模具的加工制做,并對每套軌道板模具進廠使用前進行測量檢查,其精度狀態(tài)滿足要求時方可投入生產線。軌道板制造完成后,對成品軌道板進行規(guī)則性抽檢：對每一模具生產的前20塊軌道板逐一測量檢查,對其后每生產10塊軌道板測量檢查一次。發(fā)現精度控制問題時,立即對軌道板模具狀態(tài)進行測量檢查、確認,并根據實際情況對模具進行校正。這樣操作即滿足了軌道板生產精度控制檢測需要又兼顧了軌道板生產效率。

3.2 成品軌道板質量檢測方案

(1)檢測設備

檢測設備包括智能型全站儀、電子水準儀、專用附件、檢測軟件等。

智能型全站儀：采用測角精度≤1″,測距精度≤±(1+2×10-6D) mm的高精度智能型全站儀,如徠卡TCA2003、1201等,進行軌道板成品質量(承軌點高程及螺栓孔線性度)的檢查測量。

電子水準儀：在軌道板模具高程的檢測中,考慮到模具允許誤差值應按軌道板允許誤差值的50%計,即模具承軌點處高程誤差值允許0.25 mm,不宜采用全站儀進行三角高程測量(不夠精確),而采用高精度電子水準儀進行高程數據采集,其每公里往返測高程精度為±0.3 mm。

專用測量附件：采用專用的螺栓孔檢測棱鏡(如圖2)進行成品軌道板檢測。螺栓孔檢測棱鏡配有球型棱鏡及特殊設計的的固定設備,可以保證棱鏡位于螺栓孔的圓心,并保證測量的高程面是軌道板的平整面,而避開螺栓孔的突出和凹陷的問題。

圖2 螺栓孔檢測棱鏡

檢測分析軟件：針對滬寧城際檢測要求開發(fā)的檢測軟件采用自動跟蹤測量、坐標增量測量兩種模式,運用線性、平面最小二乘擬合算法,分析測量各螺栓孔中心的三維坐標,得出最優(yōu)的擬合線形和擬合平面,然后計算各測量點位相對于擬合線形和擬合平面的偏差(如圖3所示)。

圖3 檢測軟件界面

(2)檢測方法

軌道板制造精度檢測時,采用高精度全站儀,架于距軌道板端5～8 m的位置,測量放置在軌道板4列螺栓孔上的專用棱鏡,得其三維坐標。利用軟件分析軌道板的線性度與平整度,檢測軌道板螺栓孔的線性度和板平整度是否合格。軌道板模具檢測時,其平整度(高程)測量采用高精度水準儀,螺栓孔的線性度檢測仍采用高精度全站儀測量。在測量模具和軌道板檢測過程中,應盡量減少和避免震動對儀器的影響。

(3)檢測結果的分析

現場測量完成后,將測量數據導入專門研發(fā)的數據處理軟件中,利用軟件直接分析出檢測結果,分析結果以方便查看的線性度、平整度偏差模型及建立表格顯示,同時方便輸出打印。

4 軌道板高精度制造技術驗證

為驗證軌道板檢測方案的可靠性和軌道板精度控制技術指標合理性,選擇滬寧城際鐵路軌道板廠的部分軌道板對檢測方案的保證能力進行檢測并驗證。其驗證工作程序為：對下線成品軌道板進行平整度(各承軌點處)及線性度(螺栓孔位置)的批量抽檢測量檢查→針對制造精度上存在的問題測量并校驗模具→模具校驗后重新進行軌道板生產→測量檢查軌道板平整度及線性度并確認模具校驗成效。軌道板精度控制仍存在問題時,重新檢查校驗模具,直至成品軌道板精度符合要求。

按上述方式組織的驗證工作取得了預期成果,軌道板制造控制精度檢測方案能夠有效發(fā)現軌道板生產中模具存在的精度不足問題,并及時得到校驗,確保軌道板制造精度滿足控制要求。從試驗驗證階段中的檢測資料中隨機抽取的軌道板偏差計算成果如表2所示。

根據在滬寧城際對軌道板生產精度控制情況以及檢測成果的分析,可以驗證得出：

(1)通過檢測軌道板來確認軌道板生產模具精度并及時校驗的檢測方案,可以對軌道板制造精度實施有效控制,方案可行。

(2)軌道板線性度、平整度的偏差基本可以控制在0.5 mm以內,滬寧城際提出的軌道板制造精度控制指標可以實現。

表2 軌道板檢測成果

5 結論

相比CRTSⅡ型軌道板通過數控機床打磨后實現承軌面高精度(0.3 mm)控制的施工工藝,在滬寧城際鐵路的工程實踐中CRTSⅠ型軌道板同樣實現了預埋螺栓孔和平整度的高精度(0.5 mm)控制,并且在精度差異不大的情況下Ⅰ型軌道板經濟效益遠遠大于CRTSⅡ型軌道板。通過對滬寧城際軌道板的高精度制造,給后續(xù)軌道板精調、軌道精調提供了最重要的基礎,也為滬寧城際鐵路在20 d時間內實現軌道精調提供了重要支撐。

[1]鐵建設函[2009]674號 高速鐵路無砟軌道工程施工精調作業(yè)指南[S]

[2]TB10601—2009 高速鐵路工程測量規(guī)范[S]

[3]朱 穎.客運專線無砟軌道鐵路工程測量技術[M].北京：中國鐵道出版社,2009

[4]何華武.無碴軌道技術[M].北京：中國鐵道出版社,2005