CRTS Ⅲ 型軌道板預(yù)制場規(guī)劃與設(shè)計(jì)

李秋全，曹新剛

（1.陜西鐵路工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 渭南 714009；2.中鐵一局集團(tuán)有限公司，陜西 西安 710054）

0 引言

CRTSⅢ 型板式無砟軌道總體結(jié)構(gòu)方案為帶擋肩的新型單元板式無砟軌道結(jié)構(gòu)，該雙向先張法預(yù)應(yīng)力混凝土軌道板主要由鋼軌、扣件、預(yù)制軌道板、配筋的自密實(shí)混凝土（自流平混凝土調(diào)整層）、限位擋臺、中間隔離層（土工布）和鋼筋混凝土底座等部分組成。

CRTSⅢ 型先張法軌道板是我國完全具有自主知識產(chǎn)權(quán)的新型預(yù)應(yīng)力單元分塊式結(jié)構(gòu)，在高速鐵路建設(shè)中得到了大量應(yīng)用，因此 CRTSⅢ 型先張法預(yù)應(yīng)力混凝土軌道板的預(yù)制生產(chǎn)，就成為高鐵軌道線路平順性、穩(wěn)定性關(guān)鍵所在，預(yù)制場規(guī)劃與設(shè)計(jì)就顯得尤為重要。

1 總體規(guī)劃

1.1 規(guī)劃原則

預(yù)制場總體布局按照物流順暢、工藝先進(jìn)、節(jié)約成本的原則進(jìn)行布置。軌道板預(yù)制應(yīng)采用工廠化生產(chǎn)，施工工藝采用預(yù)應(yīng)力先張法施工；生產(chǎn)廠房采用鋼結(jié)構(gòu)廠房，張拉臺座采用整體臺座。

1.2 平面布置

預(yù)制軌道板場按功能區(qū)劃分為：軌道板生產(chǎn)區(qū)、軌道板存放區(qū)、混凝土拌合區(qū)、辦公生活區(qū)、輔助功能區(qū)五個部分組成。其中軌道板生產(chǎn)臺座結(jié)構(gòu)形式?jīng)Q定了生產(chǎn)工藝流程的布置方式（見圖 1）。

圖1 CRTSⅢ 型軌道板場功能區(qū)域圖

1.3 生產(chǎn)臺座

現(xiàn)階段 CRTS Ⅲ 型軌道板預(yù)制生產(chǎn)目前主要有兩種方式：一種是臺座法（即窯池法），另一種是流水線法（見圖 2）。CRTS Ⅲ 型軌道板預(yù)制的核心工藝是張拉，張拉臺座形式的不同決定了張拉工藝的不同。臺座法又分為混凝土臺座（見圖 3）、鋼結(jié)構(gòu)臺座（見圖 4）兩種方式。

圖2 流水線法

圖3 混凝土臺座法

圖4 鋼結(jié)構(gòu)臺座法

2 CRTS Ⅲ 型軌道板制造工藝要求

TJ/GW 118－2013《高速鐵路 CRTS Ⅲ 型板式無砟軌道先張法預(yù)應(yīng)力混凝土軌道板暫行技術(shù)條件》［1］要求：張拉臺座應(yīng)具有足夠強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性，滿足模板安裝、鋼筋入模、預(yù)應(yīng)力筋張拉、澆筑成型、預(yù)應(yīng)力筋放張、脫模等工藝要求。結(jié)合指導(dǎo)性施工組織設(shè)計(jì)月生產(chǎn) 1 800 塊，存板 7 700 塊，總工期 15 個月（含建場期）的實(shí)際，在保證產(chǎn)品質(zhì)量、滿足工期、成本受控的前期下，在規(guī)劃中應(yīng)重點(diǎn)考慮以下要素。

2.1 張拉臺座及配套工裝設(shè)備

1）張拉臺座應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性，至張拉控制值時(shí)，其變形量≤1.0 mm。

2）張拉梁應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和抗彎剛度，至張拉控制值時(shí)，其變形量應(yīng)≤1.0 mm。

3）CRTS Ⅲ 型軌道板預(yù)制模板應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性，并應(yīng)能保證軌道板各部形狀、尺寸及預(yù)埋件位置的準(zhǔn)確。

4）預(yù)應(yīng)力施加應(yīng)采用自動張拉設(shè)備，張拉記錄應(yīng)由系統(tǒng)自動生成。預(yù)應(yīng)力筋采用整體放張方式，放張順序宜為雙向同步放張，嚴(yán)禁超張拉；預(yù)應(yīng)力放張時(shí)，應(yīng)保證臺座處于覆蓋狀態(tài)。

5）CRTS Ⅲ 型軌道板養(yǎng)護(hù)宜采用臺座整體養(yǎng)護(hù)和單模覆蓋養(yǎng)護(hù)相結(jié)合的方式。

2.2 生產(chǎn)工藝布置的要求

軌道板生產(chǎn)以張拉工藝為核心技術(shù)，而生產(chǎn)臺座又是確保張拉質(zhì)量的關(guān)鍵。按照軌道板各工序銜接配合順暢、快捷，在保證產(chǎn)品質(zhì)量前提下，按單工序作業(yè)時(shí)間最短進(jìn)行工藝劃分，以實(shí)現(xiàn)軌道板生產(chǎn)規(guī)范化、程序化、工廠化、專業(yè)化。CRTS Ⅲ 型軌道板生產(chǎn)主要工序包括：模板工序、鋼筋工序、預(yù)應(yīng)力張拉工序、混凝土工序、養(yǎng)護(hù)封錨工序、運(yùn)輸存放工序。

2.3 軌道板場建設(shè)工期要求

軌道板場建場周期受業(yè)主、工程所在地氣候（氣象）條件、生產(chǎn)車間土建施工、工裝設(shè)備安裝調(diào)試等因素綜合影響。在其他條件確定的情況下，軌道場建場周期由影響生產(chǎn)工藝環(huán)節(jié)的主要工藝裝備（設(shè)備）安裝、調(diào)試時(shí)間確定，其中生產(chǎn)臺座、模具和張拉系統(tǒng)是生產(chǎn)安裝過程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其直接影響到軌道板場的投產(chǎn)時(shí)間。

2.4 軌道板場建設(shè)成本要求

軌道板場建設(shè)成本，應(yīng)從基礎(chǔ)土建、生產(chǎn)車間、工裝設(shè)備投入、業(yè)主要求工期等多個方面綜合考慮，進(jìn)行工程經(jīng)濟(jì)比選及對比分析后擇優(yōu)確定。軌道板場建設(shè)方案的確定，除考慮上述因素外，還應(yīng)結(jié)合企業(yè)自有設(shè)備資源及軌道板供應(yīng)計(jì)劃、生產(chǎn)效率，在這些信息的基礎(chǔ)上科學(xué)合理地確定。

3 關(guān)鍵方案的確定

CRTS Ⅲ 型軌道板預(yù)制的核心工藝是張拉，而生產(chǎn)臺座的形式?jīng)Q定了張拉工藝，張拉臺座形式的不同決定了張拉工藝的不同，進(jìn)而影響到生產(chǎn)車間的布局、工裝設(shè)備的配置、建場工期的長短，從而影響生產(chǎn)功效和建場成本。

3.1 生產(chǎn)臺座形式的確定

CRTS Ⅲ 型軌道板預(yù)制生產(chǎn)目前主要有兩種方式。一種是臺座法（即窯池法），另一種是流水線法（類似于雙塊式軌枕預(yù)制生產(chǎn)工藝）。臺座法目前有混凝土張拉臺座和鋼結(jié)構(gòu)張拉臺座兩種形式，工藝較為成熟。流水線法目前尚處于試制階段，但從工業(yè)化技術(shù)發(fā)展角度來看，流水線法將是今后的發(fā)展趨勢。

3.1.1 混凝土張拉臺座

1）優(yōu)點(diǎn)。張拉基礎(chǔ)穩(wěn)固，變形可控，能夠滿足技術(shù)條件要求；張拉安全系數(shù)高，工藝成熟；造價(jià)相對較低，目前應(yīng)用廣泛。

2）缺點(diǎn)。生產(chǎn)工藝布置方式不夠靈活；臺座施工（模板、鋼筋工程）復(fù)雜，預(yù)設(shè)管（線）、預(yù)埋件數(shù)量多、精度要求高；現(xiàn)場濕作業(yè)多，受氣候因素影響大，施工周期長；臺座結(jié)構(gòu)為一次性投入，不能周轉(zhuǎn)，復(fù)耕困難；臺座設(shè)計(jì)需要專業(yè)設(shè)計(jì)及結(jié)構(gòu)檢算。

3.1.2 鋼結(jié)構(gòu)張拉臺座

1）優(yōu)點(diǎn)。生產(chǎn)工藝布置相對較為靈活；鋼結(jié)構(gòu)臺座均為栓接組拼，安裝方便，能周轉(zhuǎn)使用；變形可控能夠滿足技術(shù)條件要求；臺座基礎(chǔ)施工相對簡單，現(xiàn)場濕作業(yè)少，施工周期短，能縮短建場時(shí)間（比混凝土張拉臺座縮短約 1.5 個月）；制造（供貨）單位能提供設(shè)計(jì)及結(jié)構(gòu)檢算，無需進(jìn)行專業(yè)設(shè)計(jì)。

2）缺點(diǎn)。一次性投入費(fèi)用相對較高；完工后鋼結(jié)構(gòu)張拉臺座需要拆除（拆除費(fèi)約 8 萬元/個），周轉(zhuǎn)使用須進(jìn)行二次安裝（安裝費(fèi) 6 萬元/個）及運(yùn)輸。

3.1.3 流水線生產(chǎn)臺座

1）優(yōu)點(diǎn)。更符合工業(yè)化生產(chǎn)的技術(shù)特點(diǎn)，生產(chǎn)流程清晰，生產(chǎn)工序明確并實(shí)現(xiàn)了專業(yè)化，產(chǎn)品質(zhì)量易于控制和保證，生產(chǎn)功效高；作業(yè)區(qū)域及作業(yè)內(nèi)容固定，減少了工序間的相互干擾，安全隱患少；機(jī)械化程度高，對作業(yè)人員操作能力要求低，人員配置少；工位設(shè)置數(shù)量與模具配備數(shù)量比例為 23∶64，車間占地面積小，車間內(nèi)使用的起吊設(shè)備（桁車）數(shù)量少；地面設(shè)施居多，地下管線預(yù)埋數(shù)量少，降低了臨建工程施工的難度；現(xiàn)場濕作業(yè)少，車間完成后流水線安裝在車間內(nèi)進(jìn)行，氣候?qū)▓鍪┕みM(jìn)度影響較小。

2）缺點(diǎn)。對設(shè)備依賴程度高，對流水線及設(shè)備的可靠度要求高；對單個模具變形及有效預(yù)應(yīng)力保持的設(shè)計(jì)、制造要求高。

3.1.4 生產(chǎn)臺座的選定

根據(jù)工程所在地氣候、資源、工期情況結(jié)合不同臺座優(yōu)缺點(diǎn)，按照“工藝先進(jìn)、物流順暢、節(jié)約成本、工期受控”的原則，最終選定鋼結(jié)構(gòu)張拉臺座。

3.2 生產(chǎn)車間的布置方式

混凝土臺座和鋼結(jié)構(gòu)臺座車間布置方式目前多采用三聯(lián)跨生產(chǎn)車間；流水線生產(chǎn)車間布置方式目前多采用兩聯(lián)跨生產(chǎn)車間布置方式。

由于選定了鋼結(jié)構(gòu)張拉臺座，為實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)車間由傳統(tǒng)的三聯(lián)跨布置模式變成兩聯(lián)跨布置模式提供了有利條件，可減少約 1 500 余m2；節(jié)約設(shè)備購置費(fèi)用約 16 萬元；同等規(guī)模情況下建場工期提前 3 個月；降低了因氣候因素對施工進(jìn)度的影響，根據(jù)工程實(shí)際最終選定為生產(chǎn)車間為兩聯(lián)跨布置。

3.3 關(guān)鍵方案的確定

3.3.1 生產(chǎn)車間布置

按照同等規(guī)模生產(chǎn)能力計(jì)算，軌道板預(yù)制場生產(chǎn) 1 600 塊/月，存板能力為 7 700 塊進(jìn)行分析，同等規(guī)模、同等工藝情況下，三聯(lián)跨布置模式比兩聯(lián)跨布置模式費(fèi)用投入增加約 130 萬元，主要差異在車間面積，兩聯(lián)跨布置比三聯(lián)跨布置車間少約 1 500 余 m2，兩聯(lián)跨方案相對更經(jīng)濟(jì)，能夠降低建場投入（見表 1）。

3.3.2 工裝設(shè)備配置

采用混凝土張拉臺座方案和采用鋼結(jié)構(gòu)張拉臺座方案設(shè)備費(fèi)用基本接近（1 630 萬/1 646 萬）（見表 1）；工裝投入方面鋼結(jié)構(gòu)張拉臺座方案比混凝土張拉臺座方案多了 768 萬元（即 8 個鋼結(jié)構(gòu)張拉臺座費(fèi)用）。

3.3.3 工期及成本

從建場工期指標(biāo)來看，采用混凝土張拉臺座模式需要 6.5 個月，滿足業(yè)主施組工期相對困難；采用鋼結(jié)構(gòu)張拉臺座模式需要 4 個月，剛能滿足業(yè)主施組工期（見表 1）。雖然流水線法生產(chǎn)模式占用廠房面積最?。?1 230 m2），流水線法符合工業(yè)化生產(chǎn)特點(diǎn)，能夠顯著提高勞動工效，降低勞務(wù)費(fèi)用，其軌道板生產(chǎn)成本降低主要在生產(chǎn)過程中體現(xiàn)，但由于其目前尚處于試制研究階段，故未進(jìn)行比選。

3.3.4 關(guān)鍵方案的確定

按照同等規(guī)模生產(chǎn)能力軌道板預(yù)制場建設(shè)比較，從車間布置、設(shè)備投入、生產(chǎn)效率、工藝流程、建場成本等方面進(jìn)行比選，鋼結(jié)構(gòu)臺座在現(xiàn)階段具有一定的優(yōu)勢，故選定鋼結(jié)構(gòu)張拉臺座、兩聯(lián)跨布置方式。

表1 不同生產(chǎn)模式綜合技術(shù)指標(biāo)對比表

4 應(yīng)用實(shí)例

中鐵一局尚志軌道板場緊鄰哈尚公路，承擔(dān)了哈牡客專 23 806 塊 CRTS III 型軌道板預(yù)制任務(wù)，占地約 57 333 m2。軌道板場于 2016 年 3 月開始建場，2016 年 7 月完成，8 月試生產(chǎn)，9 月初完成取證并批量生產(chǎn)，2017 年 12 月 31 日完成全部軌道板預(yù)制生產(chǎn)任務(wù)。

軌道板預(yù)制場按功能區(qū)劃分為：軌道板生產(chǎn)區(qū)、軌道板存放區(qū)、混凝土拌合區(qū)、辦公生活區(qū)、輔助功能區(qū) 5 個部分（見圖 5）。尚志軌道板場占地 57 333 m2，生產(chǎn)車間采用兩聯(lián)跨布置，臺座采用鋼結(jié)構(gòu)臺座，施工工藝采用預(yù)應(yīng)力先張法施工，采用的“鋼結(jié)構(gòu)臺座預(yù)制 CRTS Ⅲ 型軌道板施工工法”（SXSJGF 2017－016）獲 2017 年度陜西省級工法。

5 結(jié)語

雙向先張法 CRTS Ⅲ 型軌道板是具有我國自主知識產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品，本文基于哈牡客專 CRTS Ⅲ 型軌道板生產(chǎn)實(shí)際，根據(jù)工程實(shí)際情況、生產(chǎn)任務(wù)因素等，通過不斷總結(jié)、優(yōu)化、分析，在滿足質(zhì)量、進(jìn)度、環(huán)保要求的前提下，通過對 CRTS Ⅲ 型軌道板生產(chǎn)的關(guān)鍵因素進(jìn)行論證，使得軌道板場的規(guī)劃達(dá)到物流順暢、工藝合理、綠色經(jīng)濟(jì)、可周轉(zhuǎn)使用的目的，為同類工程積累、傳遞 實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

圖5 尚志軌道板場布置圖