CRTSⅢ型先張軌道板臺座法生產工藝優化

■ 劉建新 周建軍 龐洪賢

0 引言

2012年，通過對軌道板設計方案、結構設計、生產工藝和試驗測試等方面進行系統研究，形成了具有我國自主知識產權的雙向先張預應力軌道板成套技術，并在西寶客專CRTSⅢ型先張板式無砟軌道試驗段系統驗證的基礎上，進行推廣應用[1]。

研究初期，相對穩妥地選擇了模板不承力的臺座法生產工藝，并在鄭徐、京沈、昌贛等高速鐵路（客運專線）建設中推廣應用，現已形成相對成熟的生產工藝。臺座法作為傳統的CRTSⅢ型先張軌道板生產工藝，具有工藝成熟的優勢，但規?；a以來，也陸續暴露出一些問題，需要對臺座法生產工藝進一步優化，以提高臺座法生產工藝的市場競爭力。

鄢陵板場位于河南省許昌市鄢陵縣陳化店鎮，主要承擔鄭阜鐵路河南段Ⅰ—Ⅲ標DK11+424．11—DK117+625．53里程段106．201 km范圍內約3．9萬塊CRTSⅢ型先張軌道板的預制任務，采用臺座法生產工藝，并在施工中不斷進行工藝優化。

1 臺座法生產工藝及特點

CRTSⅢ型先張軌道板臺座法生產工藝特點如下[2]：（1）采用生產臺座生產，每個臺座按2×4布置8套軌道板模板；（2）生產臺座固定端作為反力墻提供張拉反力，預應力張拉分2個階段：初張拉和終張拉；（3）張拉過程中模板不受力，變形小，模板結構相對簡單、自質量小、成本較低；（4）采用附著式振動器進行混凝土振搗；（5）單個生產臺座的8塊軌道板整體養護。CRTSⅢ型先張軌道板臺座法生產工藝流程見圖1[3]。

1.1 鋼筋綁扎、入模

鋼筋骨架在專用臺架上綁扎完成、驗收合格后安裝預應力筋及錨固板，然后吊運至臨時存放架上存放。鋼筋骨架入模時，利用專用吊具將鋼筋骨架吊入拆裝平臺上清理、組裝完成的端側模內定位安裝。

1.2 模板清理、組裝、拆模

底模清理干凈、均勻噴涂脫模劑、安裝預埋套管及螺旋筋；將鋼筋骨架吊入拆裝平臺上清理、組裝完成的端側模內，然后整體吊運至張拉臺座內與底模組裝。預應力放張、連接器拆除后，將軌道板和端側模整體由張拉臺座吊運至拆裝平臺上；依次拆除張拉桿、打開端側模，將軌道板吊運至封錨區。

圖1 CRTSⅢ型先張軌道板臺座法生產工藝流程

1.3 預應力筋張拉及放張

鋼筋骨架入模后，在每根預應力筋端部安裝張拉桿；將張拉橫梁與模板之間、相鄰模板之間、模板與張拉臺座固定端之間對應的張拉桿用連接器連接。

預應力筋張拉分為2個階段：（1）初張拉：利用張拉小車按照規定次序將每根預應力筋張拉至24 kN；（2）終張拉：利用張拉系統，通過張拉橫梁整體張拉預應力筋至80 kN，持荷1 min后鎖緊千斤頂機械鎖。

軌道板混凝土強度、彈性模量均滿足要求時進行雙向同步放張。放張完成后依次拆除連接器。

1.4 混凝土澆筑、養護

利用電瓶車將混凝土由拌合站運送至生產車間，然后用桁車吊運至布料機上方，將混凝土傾斜到布料機臨時料斗中。

混凝土采用分層布料，從模板一端朝另一端分散式延伸布料。第一次布料約10 cm厚的混凝土，第二次布料至混凝土表面略高于模板3 mm，最后進行人工找平和清理。澆筑成型后，及時將表面浮漿、氣泡清除，以確保軌道板底面粗糙、無浮漿。

在每個臺座8塊軌道板混凝土全部拉毛完成后，布設補水管，分別用塑料薄膜、蒸養罩覆蓋進入養護階段?；炷琉B護可采用蒸汽養護或自然養護。蒸汽養護時，采用自動溫控設備進行溫度調節。蒸汽養護分為靜置、升溫、恒溫、降溫4個階段。自然養護在軌道板振動成型后，立即進行保溫保濕養護。養護過程中，通過自動補水系統保持軌道板混凝土處于濕潤狀態。

1.5 軌道板封錨、水養、存放

軌道板脫模后進行封錨，封錨施工順序為：封錨砂漿制備、裝袋→錨穴清理→噴涂界面劑→填料→收面→噴涂養護劑。

封錨完成2 h以上（根據工藝性試驗確定）時吊運至水養池進行水養。水養3 d后進行軌道板外形尺寸、外觀質量檢驗，然后運送至存板區存放。

2 工藝優化

2.1 軌道板翹曲變形控制[4]

采用ABAQUS有限元軟件建模，分別就軌道板自身結構、底模初始翹曲、預應力偏心、溫度效應、模板承軌槽約束、收縮徐變等方面對軌道板平面度的影響進行計算，計算結果顯示：

（1）軌道板預應力筋相對于軌道板對稱布置，而軌道板加了承軌臺后，上下兩側不對稱，整個軌道板的中心會向有承軌臺一側的板面偏移，這種不對稱的軌道板結構會產生一定的變形效應，但數值較小，約0．161 mm。

（2）軌道板底模在自重及混凝土作用下，底模中心附近下撓約0．5 mm，引起軌道板的初始翹曲。

（3）混凝土澆筑后模板會整體下沉，預應力筋相對向板底偏移。實際測量顯示模板下沉量不等，但大都約為0．5 mm。當預應力筋向板底整體偏移0．5 mm時，軌道板的翹曲變形增量約為0．3 mm。

（4）溫度效應也是軌道板翹曲變形的重要原因，主要是軌道板板面與底面之間的溫度差引起的。軌道板蒸養過程中，板面溫度約48 ℃、板底（環境溫度）約40 ℃，按此溫度梯度計算，引起的軌道板翹曲量為1．319 mm。養護完成后混凝土整體處于30 ℃的環境中，溫差消失軌道板的翹曲變形恢復為0．339 mm。

（5）放張后，預應力將全部施加到軌道板上，軌道板會有被壓縮的趨勢，此時模板承軌槽對軌道板的整體壓縮變形有一定的約束作用，當軌道板脫模后約束消失。計算結果顯示，承軌槽對軌道板的約束作用會使軌道板產生一定的翹曲變形，變形量超過0．8 mm。而當軌道板脫模，約束消失后，翹曲量將基本恢復。

通過以上各因素分析，軌道板在脫模后即存在一定量的翹曲變形，且實測翹曲量多為1～2 mm。因此給軌道板賦予初始翹曲量2 mm時，在此基礎上分析混凝土收縮徐變對翹曲變形的影響。通過計算，在軌道板初始翹曲2 mm的基礎上，混凝土收縮徐變28 d時，翹曲增量約為0．2 mm。

綜上所述，底模初始翹曲、底模整體下沉引起預應力偏心、溫度效應是造成軌道板翹曲變形的主要原因。經過大量工藝性試驗研究，分別采取底模設置0．5 mm預拱，底模安裝高度相對張拉橫梁抬高0．5 mm，混凝土養護過程中加強溫度控制、養護用水加熱后進行補水等一系列措施，能夠有效控制軌道板翹曲變形。采取措施后，軌道板平面度偏差均滿足產品標準±1 mm的要求，其中偏差≤0．5 mm的軌道板比例約為2/3。

2.2 蒸養工藝優化

蒸養的主要目的是在軌道板混凝土澆筑后的初期，在凝結硬化過程中進行溫度和濕度的控制，以利于混凝土獲得設計所要求的物理力學性能。采用蒸養技術能夠有效預防混凝土出現較大溫差，避免產生較大溫度應力和裂縫；為強度發展提供良好的熱濕環境，縮短了強度發展所需要的時間，加快了施工進度，提高了產品質量，同時提高了模具及其他設備的利用率，可創造較好的經濟效益。在此，主要從補水工藝和覆蓋工裝2個方面對軌道板蒸養工藝進行優化。

2.2.1 自動補水養護系統

在每個臺座8塊軌道板混凝土全部拉毛完成后，在軌道板縱向門型筋位置布設2根Φ25 mm的聚丙烯塑料水管（見圖2），按50 cm間距在水管上開直徑1 mm的孔；然后用塑料薄膜（厚0．10～0．15 mm）覆蓋混凝土表面，開啟自動補水系統（見圖3）定時補水，進行保濕養護。

為避免養護用水溫度低造成軌道板底面溫度降低，進而加劇軌道板翹曲變形，增設了恒溫養護水箱（見圖4），自動補水系統增加恒定水位、恒定水溫的功能，將養護用水加熱后再進行補水。

2.2.2 分塊式蒸養罩

摒棄傳統蒸養覆蓋方式（單塊軌道板混凝土用土工布覆蓋，然后整個臺座用塑料篷布覆蓋），采用分塊式蒸養罩，并在蒸養罩各分塊結合處、蒸養罩與臺座結合處安裝10 mm厚度的橡膠墊，同時在蒸養罩上增加混凝土試件出入口。上述措施避免了蒸汽從蒸養罩接縫處、蒸養罩與臺座之間的縫隙泄露，以及掀開蒸養罩取混凝土試件時的蒸汽浪費。在保證蒸養效果的同時，消除了蒸汽泄露傷人的安全隱患，并減少了能源浪費，節約了施工成本。

圖2 補水管布設

圖3 自動補水系統

圖4 恒溫養護水箱

2.3 成品軌道板外形尺寸檢測技術

軌道板水養完成后，主要采用無砟軌道板快速智能檢測系統對軌道板外形尺寸進行全面檢測（見圖5）。該系統采用動態激光掃描儀獲取軌道板表面激光點云，采用光學跟蹤器實時獲取動態掃描儀的位置和姿態信息，通過多站掃描數據融合得到整塊軌道板表面激光點云，實現軌道板外形尺寸自動化檢測，并輸出檢測結果。與傳統全站儀檢測方法相比，該系統采用激光掃描儀獲取數據，不受環境溫度、氣壓等因素的影響，適用范圍較廣；檢測效率大幅度提高，單塊軌道板檢測時間由25～30 min縮短至6～8 min。

軌道板在水養完成后，由于混凝土自身的徐變也可能加劇軌道板的翹曲變形。針對軌道板平面度檢驗項目，在軌道板達到28 d齡期，出場前采用 CRTSⅢ型軌道板變形快速檢測系統（見圖6）按25%的比率（2塊/8塊）進行抽檢。該系統為使用激光配合高靈敏度光電位置傳感器PSD的快速檢測裝置，利用激光建立基準線，使用PSD測量偏離基準線的偏差值。將激光發射端和PSD接收端分別安放于軌道板同一列首尾2個承軌臺上，以發射端坐標（0，0）與接收端記錄的坐標建立一條虛擬直線，通過移動PSD接收端依次測量每一承軌臺的坐標，該坐標垂直、水平偏離虛擬直線的距離即為該承軌臺的平面度、直線度偏差。CRTSⅢ型軌道板變形快速檢測系統操作簡單、方便快捷，只需1名檢測人員、1部手機、1套檢測工裝，2～3 min即可完成1塊軌道板檢測。檢測時間大幅縮短，檢測人員工作強度也大幅降低。

圖5 無砟軌道板快速智能檢測系統應用

圖6 SCTS CRTSⅢ型軌道板變形快速檢測系統應用

無砟軌道板快速智能檢測系統和CRTSⅢ型軌道板變形快速檢測系統等先進的成品板檢測技術對檢測環境和人員要求相對較低，同時降低了檢測人員的工作強度，并且在檢測精度和檢測效率方面均有顯著提升。

3 結束語

通過對CRTSⅢ型先張軌道板臺座法生產工藝進行優化，確保了軌道板制造精度，從工藝上保障了軌道板規?；a中的質量穩定，提高了臺座法生產工藝的競爭力。

（1）針對臺座法生產軌道板的翹曲變形問題，通過對影響因素進行分析，確定其主要原因，制定相應控制措施并實施，已基本解決該項技術難題，為后續同類施工提供經驗，也可為流水機組法施工工藝提供借鑒[5]。

（2）通過補水工藝和覆蓋工裝2方面對軌道板蒸養工藝進行優化，摒棄傳統的補水工藝和覆蓋工裝，提高了自動化、標準化程度，并在保證施工生產安全、產品質量穩定的基礎上，降低了施工成本。

（3）CRTSⅢ型軌道板變形快速檢測系統的應用，可以方便快捷地檢測軌道板平面度和直線度，具有良好的推廣應用前景，在軌道板預制、鋪設甚至軌道精調過程中的施工、監理等單位均可使用。

軌道板在場外運輸、存放、倒運、鋪設以及線路運營過程中，其平面度也有可能發生變化。因此，需要軌道板場聯合軌道板鋪設單位對軌道板平面度進行跟蹤檢測，進一步分析軌道板出場后不同工況下翹曲變形的深層原因，進而采取相應措施控制軌道板出場后的翹曲變形量，為進一步推廣CRTSⅢ型板式無砟軌道結構提供條件。