交通世界CRTSⅢ型先张法预应力混凝土轨道板场规划设计

所属栏目：交通运输论文
发布时间：2015-10-20 10:35:47 更新时间：2015-10-20 10:29:40

　　在铁路建设中都会用到轨道板，轨道板是把来自钢轨和扣件的轮载均匀地传递给水泥沥青砂浆垫层，并且把轨道纵向荷载和横向荷载传递给混凝土凸形定位柱。本文是一篇交通世界投稿的论文范文，主要论述了CRTSⅢ型先张法预应力混凝土轨道板场规划设计。
　　摘要： CRTSⅢ型板式无砟轨道先张法预应力混凝土轨道板是我国自行研发的新一代无砟轨道结构，轨道板的制造均采用工厂化集中预制，本文针对先张法轨道板制造施工工艺要求，从轨道板预制场的选址、布局、物流组织等方面，进行了系统规划设计，给出了主要参数计算方法，提出了关键设备配置要求，为类似工程提供参考。

　　Abstract： CRTSⅢplate-type ballastless track pre-tensioning prestressed concrete track plate is a new generation of ballastless track structure independently developed by China. The manufacture of the track plate adopts factory prefabrication. Based on the manufacture construction technology requirements of the pre-tensioning track plate， this paper provides the system planning and design from the location of track plate prefabrication， layout， logistics organizations and so on. The main parameter calculation method is given， and the key equipment configuration requirements are put forward， which provides reference for similar projects.

　　关键词： CRTSⅢ型板式无砟轨道,先张法预应力轨道板场,规划设计,物流组织

　　Key words： CRTSⅢplate-type ballastless track;pre-tensioning prestressed track plate yard;planning and design;logistics organization

　　中图分类号：TU27 文献标识码：A 文章编号：1006-4311(2015)12-0125-04

　　1 概述

　　国内目前新开工建设的铁路客运专线主要采用CRTSⅢ型板式无砟轨道结构。随着铁路工程施工要求越来越严格，传统轨道板的制造工艺和质量标准已无法适应高标准的施工要求。以CRTSⅡ型轨道板为例，这种传统轨道板的制造工艺、技术和设备比较落后，板面需要经过打磨才能达到平顺标准，不仅占用施工场地，而且工序繁琐，既浪费人力成本，又拖延工期。

　　为了控制施工成本，业界在传统轨道板的基础上，经过技术攻关推出了新的CRTSⅢ型轨道板。该轨道板改变了板式轨道的限位方式、扩展了板下填充层材料、优化了轨道板结构、改善了轨道弹性及完善了设计理论体系。并且相比传统的CRTSⅡ型轨道板，CRTSⅢ型轨道板采用纵横双向同时张拉工艺，取消了打磨工序，通过板的高精度实现轨道的高度平顺性，布板灵活，制造工艺简单，生产效率高，设备投入少，投资相对较少。

　　随着CRTSⅢ型板式无砟轨道在国内客运专线中的大量应用，轨道板生产线的建设应具备较大的生产规模和较高的生产技术水平，为此必须合理进行板场规划，加强工序间的物流组织，实现CRTSⅢ型先张法预应力轨道板制造规模化、标准化、高效率生产，并从技术、工艺和管理上采取有利措施保证轨道板在大批量生产时其产品质量的稳定性，可靠性。

　　2 选址

　　轨道板场的选址应本着“因地制宜、节省费用、确保安全、质量”的原则，全线考虑，统筹规划。轨道板选址主要考虑以下原则：

　　①III型轨道板最优供应半径(R)约为30～50km，特殊情况下不宜超过60km。

　　②场地位置可利用废弃厂矿、预制构件场或预制梁场、取土场等，节约用地，节省投资。

　　③轨道板场设置应靠近正线，物流方便，需考虑材料进场、轨道板产品运输、水电供应等因素。

　　④必要时可以考虑与地方合作采用永临结合的模式，充分利用地方资源。

　　3 场区规划

　　3.1 CRTSⅢ型先张法预应力轨道板制造工艺

　　CRTSⅢ型先张法预应力混凝土轨道板采取8块轨道板同时制造的模式，采用纵横双向整体张拉和整体同时放张的施工工艺，其主要工艺流程见图1。

　　3.2 板场总体区域划分

　　功能区布置应根据现场地形，因地制宜，力求紧凑，满足生产工艺和施工工期要求，做到工序衔接合理，物流顺畅，生产规模适度预留余量。

　　根据CRTSⅢ型先张板的生产工艺特点，轨道板预制场总体区域划分为四部分，分别为轨道板生产区、混凝土制备区、轨道板存放区、办公生活区，辅助设施包括排水系统、蒸汽管线、供水排水管路、电力线路等。

　　3.2.1 轨道板生产区

　　轨道板生产区即生产车间，一般采用钢结构厂房，车间是轨道板生产的核心区域，车间中部设置物流通道，将车间分为两条生产线，每条生产线主要进行钢筋骨架及预应力筋组装、模板装拆、轨道板混凝土浇筑、封锚、轨道板水养、检测等作业。

　　3.2.1.1 预制生产区

　　生产轨道板采用张拉台座式生产工艺，每个张拉台座内采用2(纵)×4(横)单元模式，平面布置沿生产车间纵列张拉台座，每张拉台座8套模具，生产模具数量根据轨道板供应范围、工期通过下式计算：

　　式中：R为供应半径(km);T1为生产工期(月);k1为占用台座的利用率降低而增加台座系数，取1.1;1000为km与m的转换系数;2×2为双线双向;每月生产时间取25d;Ⅲ型板长以P5600型为主，板长5.6m，平均板缝为0.07m，式中轨道板长取5.67m。　　按照供应半径40km，制板工期12个月，按上式计算最少需要94套模具。每个张拉台座8套模具，应设置12个张拉台座，配置轨道板模具96套。台座每天周转一次，每月生产时间25d，每月可以完成2400块轨道板，以此推算轨道板生产规模在28800块左右。

　　张拉台座主要进行轨道板模板安装、钢筋入模、预应力筋张拉、浇筑成型、蒸汽养护、预应力筋放张、拆模等工作。张拉台座作为先张法轨道板生产的核心，纵横向均需承受张拉力，下部采用钢筋混凝土结构，上部采用钢横梁，为最大程度减小上部横梁变形，必要时在下部纵横向联系梁内设置预应力，与轨道板预应力形成反力。在张拉台座两端设置张拉自动控制室，张拉采用自动控制。

　　3.2.1.2 钢筋骨架组装区

　　张拉台座对应位置侧面设置钢筋骨架组装区，钢筋骨架组装区主要进行原材料存放、钢筋加工、钢筋骨架组装、绝缘钢筋制作、钢筋骨架成品存放等工作。

　　原材料存放区主要存放主筋、预应力筋、螺旋筋、箍筋等原材料，原材料应分类存放，并做好标识。

　　钢筋加工区主要负责主筋、螺旋筋、箍筋等加工，主筋及预应力钢棒在生产厂家下料，在车间内进行纵横向钢筋交叉点的绝缘处理，加工区配备数控钢筋弯箍机和螺旋筋加工设备。

　　钢筋骨架组装采用双层网片绑扎台座，可以一次性绑扎出整个钢筋笼。钢筋骨架组装完成后，在绑扎台座上穿入预应力筋及锚固板，最后水平吊运至钢筋骨架存放区，钢筋骨架应靠近张拉台座分层存放，两层骨架间应采取隔离措施，防止网片受到外力压迫造成变形。

　　3.2.1.3 封锚翻板区

　　封锚区按轨道板平放不超过4层，面积大小按一天的产量设计。封锚区地面应画线标记每个存板区域标识，便于轨道板吊装作业人员辨识。每个车间翻板、封锚区采用桁吊及翻板装置进行轨道板翻转兼顾入池水养、检测工序。

　　3.2.1.4 水养护区

　　水养区应设在车间内，水养护池为半埋式钢筋混凝土结构，每条生产线单独配置自动温度控制系统，养护时间为72h。轨道板水养采用垂直立放，深度3m左右，底部设置条形基础，轨道板立放间距按0.35m，考虑存放2排，长度满足3d轨道板产量同时水养的要求，并应适当预留增长条件。

　　水养池在轨道板入池和出池时，会使池内水位频繁变化，需要经常排水和补水。在建厂时可在水养池旁设置一定容积的调节水池，一方面可以通过调节池水量调节养护池水位，保证水位高于轨道板;另一方面保持养护水温的均匀性，避免直接补水时水养池内的局部水温发生骤变对轨道板产生负面影响;还可以减少用水量和排污量，实现了节能环保。冬期施工时，水养池和调节池配备统一的水温自动控制系统，保证水温一致。

　　3.2.2 混凝土制备区

　　混凝土拌和站应按照中国铁路总公司下发的现行混凝土拌和站管理和生产制度执行，混凝土拌和站应靠近生产车间布置，主要分混凝土拌和站、砂石料存放区、碎石清洗区。

　　3.2.2.1 拌和站

　　轨道板混凝土采用C60，考虑混凝土浇筑时间要求，一般配置2台120m3/h搅拌机，生产能力能够满足高峰期轨道板预制的混凝土供应需求。拌合站的混凝土出料口对应生产车间的预制生产区应设置混凝土运输通道，减少混凝土运输距离。

　　3.2.2.2 砂石料存放区

　　砂石料存放应对应两台搅拌站进行布置，并适当预留备用料仓，储存能力一般不少于7d。两台搅拌机的上料口共用合格料仓，合格料仓与上料口均应设置在封闭的室内，室内应具备防雨、保温的功能，以保证原材料的含水率和温度相对稳定，料仓采用2.5米高围墙分隔。碎石清洗区应靠近合格料仓布置，减少合格材料倒运距离。考虑不同地区冬期施工要求，砂石料合格料仓内应铺设地热管道，冬期通蒸汽对原材料进行加热以满足拌和物温度要求。

　　3.2.2.3 碎石清洗区

　　根据砂、石供应货源的含泥情况，拌和站应在碎石料仓旁边设置一处碎石清洗区，配置1～2台清洗设备，生产能力满足轨道板混凝土最大日产量所需碎石。清洗区用水为循环水，采用三级沉淀。

　　3.2.3 轨道板存放区

　　轨道板存放区与生产车间水养护区间设置轨道板倒运通道，采用平板汽车将轨道板立式运至存板区，采用存板区10t悬臂龙门吊将轨道板吊装至存放位置。存放采用垂直立放的方式，存放采用钢筋混凝土条形基础，轨道板应根据设计要求按长边着地的方式存放，以减少轨道板的变形，板间设置13cm厚的方木垫块，避免板间碰撞造成破损。存板区端部设置型钢三脚架，用于支撑轨道板。存板区应全范围设置全自动喷淋养护设施，洒水养护至28d龄期。存板台座侧面应设置排水沟和集水井，保证排水通畅。

　　3.2.4 办公生活区

　　办公生活区应与生产区隔开，便于施工工序的物流组织安排，提高生产效率。办公生活区可将管理人员生活办公区和生产人员办公区分开设置，便于管理。工地试验室宜靠近混凝土拌和站布置，便于混凝土原材料进场和生产质量监控。试验室应严格按照相关规范要求进行规划，统一标准、规范流程、强化监控。

　　3.3 蒸汽设计

　　依据技术条件及工艺要求，轨道板混凝土采用蒸汽养护，分静停、升温、恒温、降温四个阶段。混凝土浇筑后在5～30℃的环境中静置3h以上方可升温，升温速度不应大于15℃/h;恒温时蒸汽温度不宜超过45℃，板内芯部混凝土温度不应超过55℃;降温速度不应大于10℃/h。

　　根据养护阶段要求，采用：3+2+6(45℃)+2h的蒸养方案，即静停预养3h，升温1.5～2h，温度升至45℃后恒温6h，再用2h的时间降至室温20～25℃，养护总时间控制在13h左右。

　　由于供热计算比较复杂，根据《轨道板建场手册》及实际应用实例，一般配置两台4～6t锅炉，即可满足板场生产需要。锅炉应设置在车间中部，同时为轨道板蒸养、水养池升温、混凝土冬期拌合及原材料加热等供暖。采用自动温控设备进行蒸汽养生，主管道沿台座纵向布置，每个张拉台座内提前预埋两路蒸汽管道，每个台座采用电动调节阀控制蒸汽流量。　　3.4 水电设计

　　3.4.1 用水设计

　　用水需求主要包括混凝土制备、蒸汽养护、养生池用水、骨料清洗和生活用水五个方面，其日用水量根据下式计算：

　　式中，K1为未预计施工用水系数，取1.0～1.15;K2为不均衡系数，取1.0～1.5;Q1为工作量;N1为用水定额;Q为日用水量。

　　根据上式计算出板场的日用水量见表1。

　　3.4.2 用电设计

　　Ⅲ型先张法轨道板预制场主要用电设备有搅拌站、钢筋加工设备、高频振动器、桁吊、翻板设备、锅炉及办公生活用电等，按2台变压器总容量1000kVA配置即可满足施工生产、生活需要，另考虑备用500kW发电机组一台作为备用电源。

　　3.5 物流组织设计

　　轨道板场的物流组织须结合轨道板的生产工艺流程进行精心设计，主要工序生产区物流的布置方式如下。

　　钢筋工程：原材料存放区应靠近施工通道设置，便于装卸原材料的大型运输车辆停放。钢筋骨架存放区应靠近张拉台座，确保入模方便。钢筋骨架组装区设置10t桁吊，用于原材料的装卸和钢筋骨架的倒运，钢筋骨架入模采用预制生产区的16t桁吊转运至指定位置。

　　混凝土工程：混凝土拌和站应与生产车间平行布置，混凝土出料口与车间相邻处设置物流通道，混凝土搅拌后通过料斗、轨道运输车和桁车运输到轨道板浇筑处，用布料机分两次布料。在张拉台座一侧设置混凝土振动控制台，混凝土布料完成后，启动模具底部振动器振捣整平。

　　轨道板：轨道板蒸养完成后，用16t桁吊将轨道板吊至封锚区封锚，封锚完成后用翻板装置将轨道板翻转平放进行静载检测，再将轨道板翻转90°采用10t桁吊吊入水养池养护72h。利用16t平板汽车将轨道板立放运至存板场指定地点，采用悬臂龙门吊将轨道板调至存板台座上存放。

　　4 关键设备配置

　　4.1 模具

　　轨道板模具主要由地脚螺栓及支撑钢板、缓冲橡胶块、支架、面板、承轨台、滑移机构等辅助部件组成。根据轨道板长度不同分P5600、P4925、P4856及各种异型板，不同尺寸模型配置数量根据设计总量及工期确定，同时根据需要设置部分可调模具和异型模具，用于缓和曲线段及异型轨道板的制造。模具使用预成型的钢部件制成，选用材料的规格必须具有足够的强度和耐久性，满足循环倒用的要求。按照构造主要分为：底模、端模、侧模、锁紧系统、脱模系统、定位系统和振动系统。模型中预埋件应采用可拆卸装置，便于调整特殊板型的预埋件相对位置;侧模与底模接缝处应预埋橡胶条防止混凝土浇筑时漏浆;每套模板下设置6～8台变频振动器，通过制板台座一侧设置的变频控制台，分别控制每块板的振捣时间。

　　4.2 张拉及放张设备

　　施加预应力采用自动张拉设备，张拉记录有系统自动生成。预应力筋采用整体张拉方式，分固定端单根初张拉30%和张拉端整体纵横双向同步终张拉100%两个阶段。每条生产线配置1套自动张拉控制系统，通过张拉数控系统，对每个张拉台座张拉端的控制，实现整体张拉、锁紧和放张。

　　4.3 轨道板蒸养自动控制系统

　　轨道板采用蒸汽养护，每个张拉台座设置两支蒸汽管道，蒸汽管道采用电动调节阀控制，采用自动温度控制系统实现电动调节阀的蒸汽流量调节，使养护温度满足各项指标要求。

　　4.4 拌和站

　　根据轨道板混凝土浇筑时间要求，混凝土拌和站搅拌设备规格不宜小于120m3/h，配置2套以保证混凝土的供应连续进行。拌和站配套设施应符合中国铁路总公司颁布的相关文件要求。

　　4.5 轨道板翻转装置

　　根据轨道板生产工艺流程，轨道板在预制、水养、存放、运输等环节在平放、立放之间频繁交换。轨道板翻转采用无支点的空中翻板装置，采用4点吊装，通过遥控控制电动葫芦改变轨道板体位的方式实现轨道板翻转，比传统的翻转方式有简化施工、提高工效、降低成本、不损伤轨道板的优点。

　　5 结束语

　　CRTSⅢ型板式无砟轨道先张法轨道板是我国自行研发，具有国有自主知识产权的无砟轨道结构，板场作为轨道板预制的场所，板场的布局规划是整个轨道板生产工艺、施工组织的体现和载体。通过CRTSⅢ型先张轨道板场的合理规划设计，实现了：

　　①轨道板纵横双向预应力同步张拉、整体放张，提高轨道板结构耐久性;

　　②取消打磨工序，通过轨道板的高精度和板下填充层实现轨道的高度平顺性，节省打磨车间用地，减小打磨设备投入及轨道板倒运次数，节省制造周期;

　　③制造工序简化，优化并配备高精度模板、智能化张拉系统、轨道板蒸养自动控制系统、轨道板翻转机等制造装备，合理设计施工物流组织，实现轨道板快速生产，降低成本，保证了生产工期;

　　④轨道板通过门型筋与自密实混凝土层连接成为“复合板”，增强了轨道结构的整体性，铺设工艺简单，工效高，投资少。

　　CRTSⅢ型板式无砟轨道解决了传统轨道板存在的制造工艺粗糙、设备和技术水平落后、工序繁琐、浪费施工场地和工程成本的问题。结合我国高速铁路“走出去”战略的实施，CRTSⅢ型板式无砟轨道将在后续国内外高速铁路建设中得到更为广泛的应用。

　　参考文献：

　　[1]原铁道部工程管理中心.客运专线铁路技术管理手册：客运专线铁路预制轨道板(枕)场建设手册.中国铁道出版社，2009.

　　[2]阚延平.CRTSⅡ型无砟轨道板场建厂规划设计[J].石家庄铁道大学学报(自然科学版)，2011，1：52-55，64.

　　[3]张立青.客运专线CRTSⅡ型无砟轨道板场建场技术研究[J].铁道标准设计，2009(09).
　　相关期刊简介：《交通世界》创刊于1994年，由中华人民共和国交通运输部主管，交通运输部科学研究院主办，《交通世界》杂志社出版，面向国内外公开发行的中央级科技期刊，国内统一刊号CN11-3723/U，国际标准刊号ISSN1006-8872。其凭借丰富的内容、精致的印刷，成为中国交通系统影响力最大的主流媒体之一。