高速鐵路無(wú)砟軌道支承層施工用滑動(dòng)式通用模具的研究與設(shè)計(jì)

摘 要：針對(duì)無(wú)砟軌道支承層施工模具通用性差的問(wèn)題，研究了高速鐵路無(wú)砟軌道支承層施工用滑動(dòng)式通用模具。該通用模具可同時(shí)滿足路基及橋梁直線段、圓曲線段、緩和曲線段支承層施工，解決了支承層模具的通用性問(wèn)題，同時(shí)，可有效提高施工效率，節(jié)約原材料減少施工方工程投資。

關(guān)鍵詞：高速鐵路；無(wú)砟軌道；支承層；滑動(dòng)式通用模具；整平裝置

1 概述

支承層是高速鐵路無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)的重要組成部分。路基段分為一般路基和端梁路基兩種，其支承層斷面主尺寸為3400mm×300mm（見(jiàn)圖1、圖2），斷面細(xì)部尺寸兩者略有不同，施工時(shí)一般采用路基用模具或攤鋪機(jī)來(lái)進(jìn)行；大于25m以上橋梁的支承層為2800mm×220mm（見(jiàn)圖3），由于有縱橫阻力凹槽，一般采用橋梁專用模具施做；隧道內(nèi)支承層則直接由隧道鋪底替代。由此可見(jiàn)，目前在國(guó)內(nèi)無(wú)砟軌道支承層施工過(guò)程中，施工模具針對(duì)路基、橋梁支承層的斷面特點(diǎn)分別設(shè)計(jì)成不同的結(jié)構(gòu)形式，用于施工的模具通用性較差[1-4]。另外，支承層多為人工整平，施工效率較低。

為了解決支承層模具通用性及施工效率問(wèn)題，研制了無(wú)砟軌道滑動(dòng)式通用模具。該套模具可同時(shí)滿足路基及橋梁直線段、圓曲線段、緩和曲線支承層施工，可實(shí)現(xiàn)節(jié)約原材料減少工程投資的目的。

圖1 一般路基支承層橫斷面（單位：mm）

圖2 端梁路基支承層橫斷面（單位：mm）

圖3 橋梁支承層橫斷面（單位：mm）

2 技術(shù)方案與技術(shù)指標(biāo)

2.1 技術(shù)方案

高速鐵路無(wú)砟軌道支承層施工用滑動(dòng)式通用模具由縱模板、支撐立柱及行走軌道、整平裝置、拉桿等組成，其中，縱模板分為普通縱模板和超高縱模板兩種。直線段支承層施工時(shí)只需拼裝普通縱模板，曲線段施工時(shí)，在超高普通縱模板一側(cè)加裝超高縱模板，以適應(yīng)圓曲線及緩和曲線施工。支撐立柱布置于縱模板外側(cè)，且縱模板相對(duì)于支撐立柱角度可調(diào)，可適應(yīng)不同支承層斷面結(jié)構(gòu)形式。支撐立柱上部結(jié)構(gòu)設(shè)置走行軌，為整平裝置縱向行進(jìn)提供軌道，軌道高度可根據(jù)需要在一定范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)整，從而適應(yīng)超高段施工。整平裝置是該滑動(dòng)式通用模具的核心部件，通過(guò)振動(dòng)器振動(dòng)，人工推動(dòng)整平裝置，可實(shí)現(xiàn)支承層整平、上部結(jié)構(gòu)成形及拉毛作業(yè)等功能?；炷翆?duì)縱模板有力偶，支撐立柱頂部需設(shè)置拉桿，以保證模具整體的穩(wěn)定性（見(jiàn)圖4、圖5）。

一般路基斷面工況

端梁路基斷面工況

橋梁斷面工況

圖5 滑動(dòng)式通用模具不同斷面的適應(yīng)情況

2.2 技術(shù)指標(biāo)

在進(jìn)行滑動(dòng)式通用模具研究時(shí)，充分考慮支承層斷面特點(diǎn)及施工需要，根據(jù)支承層外形情況對(duì)通用模具有如下技術(shù)指標(biāo)要求：

（1）內(nèi)凈寬：2800-3400mm；（2）內(nèi)凈高：220-300mm；（3）適應(yīng)超高：0-175mm。

3 重要部件與關(guān)鍵技術(shù)設(shè)計(jì)

3.1 縱模板

縱模板是滑動(dòng)式通用模具的基本組成部件，主要由面板、肋板、支撐立柱連接機(jī)構(gòu)組成，從功能上有普通縱模板和超高縱模板的區(qū)分。進(jìn)行直線段支承層施工時(shí)，拼裝普通縱模板即可滿足直線段施工要求；圓曲線及緩和曲線段施工時(shí)，在超高一側(cè)的普通縱模板之上加裝超高縱模板，兩者采用螺栓固定。支撐立柱連接機(jī)構(gòu)設(shè)置在普通縱模板肋板一側(cè)，通過(guò)銷軸與支撐立柱連接，銷軸位置可調(diào)整的特殊設(shè)計(jì)可使縱模板依據(jù)施工支承層外形變化進(jìn)行角度調(diào)節(jié)。設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮了縱模板的受力特性，利用軟件MSC.Nastran V 2005.1進(jìn)行受力分析，模板的強(qiáng)度、剛度滿足使用要求[5]。

3.2 支撐立柱及走行軌道

支撐立柱位于縱模板肋板一側(cè)，其由內(nèi)套管、上外套管、下外套管、底座連接機(jī)構(gòu)等組成。內(nèi)套管與上外套管采用銷軸連接，上、下兩外套管通過(guò)設(shè)置在外側(cè)的螺柱連接。下外套管固定整平裝置走行軌道。通過(guò)上套管與內(nèi)套管銷接位置及上、下兩外套管間螺柱旋合位置的變化，可實(shí)現(xiàn)走行軌道高度在一定范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)，為整平裝置的超高段施工提供條件。

3.3 整平裝置

整平裝置是集支承層整平、上部結(jié)構(gòu)成形、施工面拉毛等多種功能于一體的部件，組成部件主要有主架、振動(dòng)器、行走輪系、拉毛機(jī)構(gòu)、扶手等。主架長(zhǎng)度可伸縮調(diào)整，成形面配以三個(gè)不同外形的調(diào)整節(jié)，根據(jù)支承層斷面施工需要自由組拼斷面結(jié)構(gòu)。施工時(shí)，完成支承層材料澆筑后，啟動(dòng)振動(dòng)器，邊進(jìn)行支承層材料振搗，邊人工手扶扶手沿走行軌道推行對(duì)支承層表面整平，并完成結(jié)構(gòu)成形，同時(shí)由拉毛機(jī)構(gòu)完成拉毛作業(yè)，為后續(xù)施工做好準(zhǔn)備（見(jiàn)圖6）。

1-振動(dòng)器；2-主架；3-扶手；4-行走輪系；5-拉毛機(jī)構(gòu)

圖6 整平裝置

3.4 拉桿

考慮到實(shí)際施工時(shí)支承層材料對(duì)縱模板有作用力偶，支撐立柱頂部需設(shè)置固定拉桿，并在支撐立柱底部采用鋼釬固定。同時(shí)，拉桿檔位設(shè)置多個(gè)，適應(yīng)不同寬度支承層需要。拉桿的設(shè)置，很好的保證了滑動(dòng)式通用模具的整體穩(wěn)定性，有利于施工順利進(jìn)行。

4 創(chuàng)新性與經(jīng)濟(jì)性

高速鐵路無(wú)砟軌道支承層施工用滑動(dòng)式通用模具的研究與設(shè)計(jì)，解決了路基和橋梁支承層施工機(jī)具的通用性問(wèn)題，可同時(shí)滿足直線段、曲線段、緩和曲線支承層施工。該設(shè)備可通過(guò)自身的組合拼裝，適應(yīng)不同支承層斷面施工，并配有整平裝置，可有效降低勞動(dòng)力數(shù)量、提高施工效率、保證施工精度。該套設(shè)備的研究，避免了攤鋪設(shè)備高額租賃費(fèi)用以及不同施工模具的購(gòu)置帶來(lái)的不菲的經(jīng)濟(jì)投入，能夠有效節(jié)約原材料減少工程投資。

5 結(jié)束語(yǔ)

無(wú)砟軌道修建最基礎(chǔ)一步就是支承層的施工，它的施工質(zhì)量的好壞直接影響到無(wú)砟軌道的施工精度，從而決定整個(gè)軌道質(zhì)量的優(yōu)劣。該套自主研發(fā)的無(wú)砟軌道支承層施工用滑動(dòng)式通用模具具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，產(chǎn)品已在廠內(nèi)經(jīng)過(guò)試制及試驗(yàn)，設(shè)備的功能完備，性能良好，施工質(zhì)量滿足高速鐵路支承層施工技術(shù)驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，在市場(chǎng)上有著廣泛的應(yīng)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

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[3]胡華軍，白艦兵，關(guān)飛.無(wú)砟軌道路基支承層施工技術(shù)[J].237-282.

[4]楊亞敏.京滬高速鐵路CRTSⅡ型板式無(wú)砟軌道底座板施工技術(shù)研究[J].21-25.

[5]GB50017-2003.鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].17-38.

作者簡(jiǎn)介：耿冬梅（1980.9-），女，工程師，本科，2004年7月畢業(yè)于河北建筑工程學(xué)院機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)，主要從事機(jī)械設(shè)計(jì)及研究工作。