高速铁路双块式无砟轨道工程施工工艺及工装优化探索

高速铁路双块式无砟轨道工程施工工艺及工装优化探索

陈天宁

（中铁上海工程局集团第五工程有限公司）

摘  要：无砟轨道受其结构厚度薄的特点，易出现开裂、平整度超标等通病，耗费大量成本进行整治。为减少此类问题发生，在施工过程中从工装设备、工艺等方面进行探索改进，取得一定成效。

关键词：底座板、道床板、线间封闭层、裂缝、伸缩缝

引言

高速铁路无砟轨道多设计为双块式无结构，主要含底座板、道床板、封闭层等内容，施工工序多，精度要求高；一般处于工程施工后期，多个工作面同时施工，点多面广工期紧，施工质量控制难度大。

分析其它铁路工程静态验收情况，轨道工程问题在铁路工程克缺销号中占比大，处理成本高，对项目管理影响大，是当前项目施工管理的痛点。

鉴于以上背景，在双块式无砟轨道工程施工方面，积极探索施工方法、工装与工艺，切实提升施工质量，是摆在当前铁路工程项目面前的一项迫切任务。

一、设计概况

1.1桥梁无砟轨道设计

桥梁地段CRTS I型双块式无轨道结构组成自上而下为钢轨、弹性扣件、双块式轨枕、道床板、隔离层、底座板及凹槽周围弹性垫层，轨道结构高度0.725m。

轨枕采用SK-2型双块式轨枕，混凝土为C60。轨枕在厂内预制，现场安装就位后浇筑道床板混凝土。

道床板采用C40钢筋混凝土现场浇注，宽2.8m。道床板分块构筑，顶面设横向排水坡。每块道床板设两个凸向底座方向的限位凸台，限位凸台在高度方向成四棱台型，倾角为1:10，高度为0.11m。

道床板与底座之间设隔离层，采用2mm厚土工布。

底座采用C40钢筋混凝土浇筑，每块底座板设置两个凹槽，与道床板的限位凸台相匹配，限位凹槽四周设弹性垫层。底座板通过梁、台面预埋件与桥梁连接。

道床板、混凝土底座采用分块式结构，长度6.33m左右，分块间设0.1m缝，块间不连接。线间涂刷薄涂型防水涂料防水。

1.2路基无砟轨道设计

路基CRTS双块式无轨道结构(单元分块结构)组成自上而下由钢轨、弹性扣件、双块式轨枕、道床板、底座组成，轨道结构高度为0.815m。

轨枕、道床板形式与桥梁结构相同，均采用分块式结构。区别在与分块间设剪力铰或伸缩缝套管等。

无砟轨道施工完成后，路基面采用C25细石纤维混凝土封闭，封闭层设10%的横坡向中间汇集雨水。每隔约3m设横向伸缩缝，伸缩缝采用20mm泡沫板。所有伸缩缝、与底座板接缝采用2*3cm硅酮密封胶密封。

二、施工工艺

CRTS双块式无砟道床多采用“轨排框架法”施工，基本原理是：利用工具轨（轨排框架）与双块式轨枕组成轨排，利用精密测量手段配合调整装置确定工具轨的位置，从而间接控制轨枕的空间位置，利用现浇道床混凝土将双块式轨枕永久固结在钢筋混凝土道床内。

2.1施工准备

在正式施工前对钢筋及混凝土等原材料、工装模板、机械设备进场验收，双块式轨枕进场检验、存放，按照设计要求完成底座板混凝土配合比设计及验证，完成下部结构的沉降评估、CPⅢ布网测量及评估。

2.2无砟轨道底座板施工

梁面铣刨：采用铣刨机对梁面进行铣刨凿毛，凿毛后冲刷干净。

底座测量放样：采用全站仪按照直线地段5m、曲线地段2m一个点位的原则进行测量放样，放样点位使用红油漆进行标记。

底座板钢筋绑扎：采用加工成型的CRB600H冷轧带肋钢筋网片，上下采用架立钢筋相连接绑扎成骨架。

安装纵向模板：在纵向模板底部外侧安装支撑钢筋，螺杆两端分别安装可调撑拉杆，通过调整螺杆调整模板的位置和垂直度。

混凝土浇筑及养护：浇筑前2小时对接触面预湿，混凝土入模后采用插入式振捣棒振捣，灌筑完成后收浆抹面。收面后覆盖养生。

2.3无砟轨道道床施工

隔离层施工：将土工布平铺于底座板上并碾压平整，切除多余部分并粘贴固定。根据限位凹槽底面尺寸切割土工布铺设于凹槽底部。限位凹槽验收合格后，安装弹性缓冲垫层和泡沫板，采用胶带纸封闭所有间隙。

钢筋绑扎：在底座板土工布上放出控制点，弹墨线，根据弹出的中线定位钢筋位置。放入凹槽钢筋，安装顶层钢筋，所有钢筋均采用绝缘卡绑扎，绑扎牢固后及时将绝缘卡伸出部分剪除。

轨排组装：将轨枕吊放在轨排组装平台上,调整轨枕块位置，安装轨下垫板及锚固螺栓。吊装轨道排架，将轨道排架放置于轨枕上，并用螺栓固定。

轨排调整：粗调，使用电子水准仪测量每榀轨排对应托梁处钢轨的轨面高程，起落竖向螺杆进行调整，使轨顶高程满足设计值，通过轨向锁定器进行调整轨道至设计中线位置。精调，使用螺杆调节器及轨道测量小车进行轨道精确调整。

混凝土浇筑：浇筑前对轨枕喷雾润湿，用防护罩覆盖轨枕、扣件及钢轨。检查轨排上各调整螺杆是否密实。混凝土布料由一端向另一端连续进行，采用插入式振捣器捣固，分多次收面压光。

混凝土养护：初凝前，根据天气及时喷雾养护，防止混凝土龟裂产生。混凝土终凝后洒水养护。

三、双块式无砟轨道问题

双块式无砟轨道工程在建设、运营期间常常出现以下问题：

3.1底座板外形外观差

受断缝端模影响，底座板收面后两侧高差大，拆模后发现错台。受桥面标高误差影响，底座板厚度过大或者是过小，超过设计值。底座限位凹槽扭转、深度不够，超出验收要求无法验收。

3.2底座板混凝土裂纹

    在底座板限位凹槽四角位置形成八字裂纹，严重的形成裂缝。在底座板中的位置，易出现横向贯穿裂纹，尤其是在运输轨枕、混凝土等重载车辆上桥后出现频率较多。

3.3道床板混凝土裂纹

道床板混凝土设计为C40,轨枕混凝土设计为C60，浇筑后在轨枕尖易出现裂纹，严重的形成龟裂。

3.4路基线间封闭层开裂、翻浆

路基地段无砟轨道施工完成后，对路基顶面采用纤维混凝土封闭，封闭层与无砟轨道、电缆槽处设2cm*3cm接缝并用硅酮密封胶密封。封闭层每隔3m左右设伸缩缝一条，采用2cm厚泡沫板隔开，表面3cm深为硅酮密封胶填充。在施工过程中容易出现封闭层开裂、硅酮密封胶失效等现象。

在运营期，因封闭层裂纹或伸缩缝密封不到位，部分水会渗透到路基，列车动荷载作用下形成翻浆。

四、原因分析

4.1混凝土外形外观及开裂问题

1、收面不到位：底座板、道床受凹槽模板、轨枕等影响，无法使用机械整平收面，靠人工平整收面，收面参差不齐。

    2、混凝土保护层过大：梁面、路基顶面不平，施工措施不到位导致部分位置保护层过大，出现混凝土开裂。

3、重载车辆上桥：底座板施工后，运输材料的重载车辆上桥，甚至是将底座板做为运输通道。因桥梁多为简支形式，在重载后下挠，桥梁为预应力结构而底座板为钢筋混凝土结构，在重载下挠时两者变形不同步，导致底座板中部出现裂纹。

4、应力集中：底座板限位凹槽、道床枕尖等浇筑的混凝土截面变化，造成应力集中。轨枕混凝土设计强度C60，道床混凝土设计强度C40，不同材料在温差变化受力后膨胀系数不同，导致变形不同步，形成应力集中。

4.2封闭层失效

1、硅酮密封胶施工不到位：封闭层与底座、电缆槽接触面均设置接缝，每隔2-4m设伸缩缝，所有缝顶部均用硅酮密封胶密封。密封胶需先清理混凝土界面，清理缝内灰尘等杂物，涂刷界面剂，再填注硅酮。施工是施工时界面清理不到位，界面剂涂刷不到位，导致硅酮密封胶与混凝土接触不牢。

2、伸缩缝未贯穿设置：伸缩缝设计为上下贯穿的真缝，缝宽20mm，采用泡沫板填充，施工时真缝未到底，导致封闭层在非伸缩缝位置发生开裂变形，封闭失效。

4.3混凝土养护

无砟轨道结构断面小，且外露面积大，混凝土初凝后必须洒水养护保湿。否则受日照、风吹等影响，很容易造成失水开裂。无砟轨道每个作业面每班可浇筑100m左右，按照养护14天计算，需要养护至少1400m作业面，养护水、土工布、养护膜等材料用量大。养护成本、时间必须要保证，否则失水表面裂纹、水化散热时内外温差导致开裂。

五、工艺及工装优化

5.1无砟轨道施工工装优化

5.1.1底座自动整平养护机

项目部联合生产厂家，自动研发出自动振捣、整平、养护为一体的底座板施工机械，在布料完成后启动设备，设备自动振捣提浆整平，在混凝土初凝后设备洒水、覆盖养生土工布。

5.1.2线间封闭层整平振捣机

线间封闭层设计为倒梯形，中间平两侧为向内的横坡，自制线间封闭层整平振捣机，该装置主要由四个走行轮、四个导向轮、两组收面整平不锈钢方管、振动器及支架组成。使用前调整到设计标高，开始对混凝土进行快速整平。

5.1.3混凝土标高控制工装

底座板缝测平仪：底座板各板块断缝模板隔离，板块间收面经常出现高低不平现象，采用一种马蹄形的板缝测平仪配合水平尺，对相邻板块顶部收面标高进行控制。板缝测平仪采用不锈钢方钢管焊接而成。底座板缝两侧混凝土浇筑至设计标高，进行大致粗平后，测平仪放置在底座板缝两侧，上部安放水平尺，气泡调至居中，即可检测板缝两侧混凝土面是否平齐。

底座及道床标高收面尺：采用不锈钢方钢管制作，底座、道床混凝土即将浇筑至设计标高处，底座标高收面尺放置在凹槽模板上横桥向左右移动，检测底座混凝土是否平整；道床标高收面尺横桥向居中摆放，检测道床混凝土大面是否平整。当混凝土顶面与收面尺底部平齐后，再人工精平。 

5.1.4底座凹槽工装

底座凹槽模板限位架：底座凹槽模板放入凹槽钢筋后，采用纵横向限位架限位，保证一边与凹槽模板密贴，纵、横向定位后，对凹槽模板进行固定。

底座凹槽圆角及阴阳角抹子：定制圆倒角抹子，底座凹槽模板拆除后，混凝土表面存在气泡、麻面、局部缺棱掉角等现象，采用定制的圆角及阴阳角抹子处理凹槽圆角及阴阳角。圆角抹子圆弧半径与凹槽四角圆弧半径一致；阴角抹子对凹槽底部倒角进行收面；阳角抹子对凹槽顶部倒角进行收面。

5.1.5物料运输工装

路基封闭层混凝土运输车：在填挖方较高的地方，道床施工完成后，利用泵车、吊机等无法将混凝土输送到作业面。多次比选改进，设计一种轮距在1m左右的电动四轮车，在道床顶面行驶，在路基端头用天泵将混凝土泵送至小车，运输至待浇筑处，溜槽自卸。 

钢轨运输小车：在无砟轨道施工时，龙门吊将随着施工向前移动，其走行钢轨需提前铺设。因门吊走行区为无砟轨道作业面，材料工器具较多，无法用常规设备转运钢轨。根据现场情况加工钢轨运输小车，每个小车由4个走行轮、4个限位轮、车架主体组成。小车在防护墙顶行走，钢轨放置在小车上，人工推动小车行走。

5.2无砟轨道施工工艺优化

5.2.1一布一膜一管养护工艺

底座板/道床板混凝土初凝后及时覆盖一层土工布+铺设滴灌管+覆盖一层塑料薄膜包裹的养护工艺，养护薄膜采用扎带固定，3m一道，“之”字形，扎带通过钢钉打入底座板边固定，防止薄膜被风吹跑。滴灌管渗流量保证混凝土表面始终处于湿润状态。

图  一布一膜一管养护+扎带固定工艺

5.2.2封闭层伸缩缝施工工艺

路基封闭层混凝土浇筑完成在开始初凝后，采用2mm钢板贴泡沫板来回按压至混凝土底形成贯通真缝，混凝土终凝前取出钢板。解决预先安装伸缩缝泡沫板定位工序多、控制难度大的难题。

5.2.3伸缩缝硅酮胶灌注工艺

沿伸缩缝两侧粘贴胶带，胶带边与伸缩缝边间隔5mm，胶带粘贴顺直。采用注胶枪沿着伸缩缝缓慢均匀打入硅酮，硅酮顶面突出混凝土面成凸状，灌注完成后撕掉黄胶带，硅酮线型顺直。

六、优化后效果

6.1成本分析

本次单独对线间封闭层整平施工的经济效益进行分析，根据应用部位及费用组成，现将线间封闭层机械抹平与传统人工抹平进行对比分析。

（1）人工费：以10km路基线间封闭层工程量为例，采用传统施工和采用人工配合线间封闭层快速抹平装置及封闭层伸缩缝施工工艺施工进行分析：

人工费用对比表

则10km路基线间封闭层工程量合计节约节省人工费用：（56-16）×10000=40万元。

（2）机械费：以10km路基线间封闭层工程量为例，采用传统施工和采用人工配合线间封闭层快速抹平装置及封闭层伸缩缝施工工艺施工进行分析：

机械费用对比表

则10km路基线间封闭层工程量合计增加机械费用：0.5万元。

综合（1）、（2）分析，线间封闭层施工应用快速抹平装置和封闭层伸缩缝施工工艺时，每公里可节省费用（40-0.5）/10=3.95万元。

6.2验收情况

**铁路于2022年10月开始就行静态验收，无砟轨道验收问题库如下：

通过问题库分析发现，我标段（ZQ-10标）通过优化后的施工工艺，显著提升了无砟轨道的施工质量，在问题数量、问题等级上明显好与其他标段。

七、结论

无砟轨道施工完成后均裸露在外，历经多次验收检查，是各方关注的焦点。本次通过对工装工艺的优化，显著提高了无砟轨道的施工质量，降低了工务验收的问题率。但是对混凝土裂纹等问题无法根治，甚至是无法定性原因。后续要从裂纹的生成机理，进深一步研究。

八、参考文献

1. 李向国, 等. 高速铁路双块式无砟轨道工程施工工艺及工装优化探索[J]. 铁道工程学报, 2015, 32(1): 34-38.
2. 张华. 高速铁路双块式无砟轨道施工技术及工艺优化[J]. 铁道建筑技术, 2016(5): 89-92.
3. 王磊. 高速铁路双块式无砟轨道施工工艺与工装优化研究[D]. 西南交通大学, 2014.
4. 刘玉祥. 高速铁路双块式无砟轨道施工工艺优化及质量控制[J]. 铁道标准设计, 2013(11): 40-43.
5. 张卫华. 高速铁路双块式无砟轨道施工技术与工装优化[J]. 铁道建筑, 2012(12): 108-111.

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