1、高速铁路无砟轨道铺设平顺度控制浅析【摘要】：轨道平顺度(水平、轨距、轨向、高低、扭曲)控制是无砟轨道铁路轨道铺设的难点问题。本文较全面地介绍了无砟轨道铁路平顺度控制的措施和对策。 【关键词】无砟轨道平顺度粗调、精调轨检小车 中图分类号：U412.36+6 文献标识码： A 文章编号： 前言高速铁路和客运专线铁路在建设方面与传统铁路的主要区别，是一次建成稳固、可靠的线下工程和高平顺性的轨道结构。轨道的高平顺性是实现列车高速运行的最基本条件。实现和保持高精度的轨道内外部几何状态是客运专线建设的关键技术，是最重要基础技术工作。 无砟轨道结构是目前高速客运专线推广应用的一项新技术，它具有几何形态一次成
2、型，后期调整量很小的工程特性，因而要求轨道铺设时具有更高的平顺性，无砟轨道铺设中的轨道粗调、精调及轨道板混凝土浇筑直接影响轨道的平顺性。 本文立足于武广高速铁路工程实践，对无砟轨道铺设平顺度控制问题进行探讨，以资参考。 1 工程概况 中铁四局五公司承担武广客专专线 DK1455+202DK1522+794 段 CRTS I 型双块式无砟轨道施工任务，正线全长 54.1Km。设计为双线，设计列车最高行驶速度 350km/h，线间距 5m，最小曲线半径 7000m，最大坡度12,曲线最大超高 125mm。 CRTS型双块式无砟轨道是将预制的双块式轨枕现浇入连续钢筋混凝土道床内形成整体的无砟轨道结构
3、。路基地段双块式无砟轨道由钢轨、扣件、双块式轨枕、道床板和支承层等组成，轨道高度为 797mm，道床板宽为 2.8m，厚为 0.24m ，设计为低流动性 C40 砼；桥梁地段双块式无砟轨道由钢轨、扣件、双块式轨枕、道床板、中间层、凸台和保护层等组成，轨道高度为 767mm。道床板宽为 2.8m，厚为 0.3550.377m ，设计为低流动性 C40 钢筋砼，道床板底和保护层间采用 4mm 聚丙烯土工布隔层。轨枕为场内预制，每联轨枕长为 2.4m，宽为 0.288m，重 202kg。无砟轨道钢轨间距为 1.435 米，轨枕间距为 0.6000.650 米。 CRTS I 型双块式无砟轨道采用轨排
4、法施工，路基地段主要施工步骤如下：水硬性支承层施工、绑扎道床底层钢筋、散枕、轨排组装、轨排粗调、安装螺杆调节器、绑扎钢筋骨架及安装模板、轨排精调及固定、道床板混凝土浇筑、预松螺杆调节器及扣件、道床板混凝土养护、拆除螺杆调节器及工具轨模板、填充支撑螺杆预留孔。 2、轨排组装、轨道粗调、精调 2.1 轨排组装 轨排组装前，检查确认轨枕承轨台上没有异物，在承轨台上安放铁垫板、绝缘缓冲垫板，龙门吊将钢轨吊放在轨下橡胶垫板上。 将两股钢轨端头方正，并使其对正无砟轨道铺设起点位置处，根据设计图纸，在钢轨上画标识线标识出轨枕中心线对应位置，使用套橡胶的撬棍将轨枕中心拨到标识线位置处。 轨排组装时，以左股为基
5、准股，安装时用 10m 弦线控制轨向。再以左股为基准，通过轨距定出右股的位置。 按如下步骤固定钢轨：安放轨距块;安放弹条、锚固螺栓，弹条与钢轨间应密帖接触，不得有异物。紧固螺栓，压紧弹条;使用定扭力距扳手拧紧锚固螺栓，扭力矩约 120180Nm，钢轨两侧的扣件螺栓应同时施加扭矩。 轨排组装完毕后，对轨距、轨枕位置进行检查，轨枕间距误差控制在5mm，轨距控制在1mm，变化率不得大于 1，对达不到要求的进行调整，使用定扭力矩扳手检查锚固螺栓扭矩，对达不到规定扭矩的部位及时拧紧，并用塞尺检查扣件弹条与轨底之间的间隙。 利用小型运输车沿着轨道两侧散布螺杆调节器，并每隔 3 根（曲线地段 2 根）轨枕间
6、距将其安装在工具轨上，旋紧定位螺栓。要使轨底与托板密帖。安装螺杆，并做竖向与水平方向调整，使调节器中的平移板安装在中间位置，以保证向两侧各能偏移 25mm，将轨排初步固定。 2.2 轨排粗调 (一) 采用轨排粗调机粗调 GPT50 型轨排粗调机组是用来对预装轨排进行抬升、横移、偏转调整，使预装轨排初步达到轨道线路设计要求，之后再利用轨检小车，对轨排进行最后修正，以达到最终要求。粗调机是轨排粗调机组的主要工作装置，每台粗调机与其各自对应的测量小车一起构成整个机组的一个工作单元。 粗调机的工作类似于龙门架的吊装原理，在两侧走行立柱的支撑下，依靠举升电动推杆实现粗调机及轨排的升降，待轨排脱离地面到一
7、定高度，依靠横移电动推杆实现轨排的左右横向移动，依靠偏转电动推杆实现轨排的偏转。配合测量小车及测量系统与线路设计数据进行比对，在比对数据的指导下由电控系统自动完成对轨排的调整，直至达到线路设计的要求，各调整机能在最终定位基础上调整定位精度均达到 3mm。粗调机组由不同数量的粗调机及配套测量小车组成。单台粗调机和对应的测量小车组成一个工作单元。对轨排的调整是靠每个工作单元对所夹持轨排段的调整反映在整根轨排，从而使整根轨排达到轨道线路设计要求。 （1）粗调机就位：安装好工具轨和螺杆调节器托轨板后，粗调机沿工具轨自行驶入，粗调单元均匀分布在工具轨上。 （2）准备粗调：放下两侧辅助支撑边轮，支撑在底部
8、结构物顶面上。放下夹轨器，夹紧钢轨。 （3）全站仪设站,全站仪采用瑞士徕卡 TCA1800 型测量机器人：全站仪采用自由设站法，测量测站附近 6 个 CP基准控制点棱镜，通过配套软件，自动平差计算，确定全站仪的 x、y、z 坐标。改变全站仪测站时，必须至少观测后方 3 个交叉控制点，同时对已完成调整的最后一组轨排进行复测量，偏差大于 2 mm 时，应重新设站。 （4）测量与轨道调整：依次遥控打开每个粗调单元顶部的棱镜，全站仪自动搜索、测量、计算得出的棱镜 x、y、z 数据，各单元倾角仪测得的倾角数据，全部无线传输到电脑上。通过计算软件，计算出每个调节单元与设计位置的偏差（调整数据） 。并由无线
9、信号发送至各个调节单元，进行水平、垂直、超高位置的自动调节。调整按照先调整中间两台、后调整端部两台的顺序进行。一般情况下，调整后的高度应低于设计标高 25 mm。 （5）确认粗调结果：重复测量，确认轨排定位。必要时再次进行调整，一般需重复调整 23 次。 （6）安装螺杆：完成轨道粗调后，安装调节器螺杆。根据超高的不同选择螺杆调节器托盘的倾斜插孔（用于调节与底座面的角度，确保垂直大地，受力良好） ，旋入螺杆，安装波纹管或其他隔离套。采用电动扳手拧紧调节螺杆或徒手拧至螺杆接触地面，超高段需要使用扳手旋转90消除空隙，使螺杆底部略有受力，直线段用手拧紧即可。 （7）质量标准及验收检验方法 a、粗调后
10、检验标准见表 1 b、螺杆调节器螺杆检查项目：螺杆无明显弯曲，螺纹完好,无混凝土附着；螺杆已涂油润滑；套管已安装就位；螺杆最大扭矩不应超过 5 Nm；螺杆顶端高出钢轨顶面不得超过 70 mm。 （二）采用人工粗调 在轨排组装及螺杆调节器组装完毕后，将螺杆调节器的螺杆用扭力扳手拧紧，使其扭矩等于 5Nm，用精密水准仪测量每个螺杆调节器所在位置工具轨的顶面高程，并据此逐对拧紧螺杆调节器的螺杆，使其误差控制在-4mm-2mm 之内。第一遍精调完后，用精密水准仪重新测量每个螺杆调节器所在位置工具轨的顶面高程，并据此由逐对拧紧螺杆调节器的螺杆，使其误差控制在-2mm-1mm 之内。两遍调完后，再进行一次
11、测量，将后面调整导致前面已调好的误差增大至超过-2mm-1mm 的个别点进行微调，使其符合上述误差要求。调整时，须前后 23 对螺杆调节器综合考虑反复进行。 高程调好后，用十字方尺垂直置于两根工具轨顶面，方尺在距工具轨一侧内缘 1435mm/2 处划一 0.5mm 宽缺口，人工在逐对螺杆调节器处十字方尺的缺口下吊垂球，同设计线路中心墨线相比较；当其误差超过2mm 时，采用专用调节机具，将螺杆调节器上的轨排在螺杆调节器托板上进行整体平移。每次平移量不超过 2mm，否则须分次平移，以免使轨排或螺杆调节器过度变形。平移时须前后 23 对螺杆调节器综合考虑反复进行，直至误差不超过 2mm。 2.3 轨
12、排精调 精调作业是在粗调的基础上进行的，是控制轨道平顺度关键的一步，精调对象是每根轨枕处的轮轨踏面，用轨检小车和全站仪逐一检测每根轨枕处的轨顶高程、轨道中线位置、线间距、轨道平顺度等几何形位。 精调前根据设计资料将轨道线形参数输入轨检小车系统软件中。轨检小车现场组装，将轨检小车置于轨道上，然后通过通信接口与全站仪联络。根据测量显示数据，进行轨道精调。通过竖向螺杆进行垂直调整，在曲线地段，调整时可能产生水平位移，因此必须在垂直及水平双方向同时进行调整。通过螺旋调整器进行水平调整。轨道测量时与前一轨排搭接不少于 10m。 轨道精调后几何形位允许偏差见表 2。 表 2 轨道精调后几何形位允许偏差表
13、轨排精调时应注意以下要点： 精调前把轨道清扫干净，避免尘土等杂物对测量产生影响。 轨检小车和全站仪的距离应控制在 70 米以内，如果测量条件较差,应该进一步缩短目标距离（5060m） 。 为了确保全站仪与轨检小车之间的通视，以及测量的精度，测量区域应尽量避免其它施工作业。 每个测量区间全站仪自由设站时需要 8 个控制点，下一区间设站时至少要包括 4 个上一区间精调中用到的控制点，以保证轨道线形的平顺性。 精调时将全站仪架设在轨道中心，以减小测距误差对轨道横向偏移的影响，并且在测量的过程中，全站仪不受干扰。 选用高精度全站仪，并定期检定，采集数据时小车要停稳，全站仪采用精确模式。 精调时应尽量保
14、证工作的连续性，轨检小车应由远及近靠近全站仪的方向进行测量，恶劣天气条件下禁止测量，中午 11 点到下午 3 点之间避免测量作业。 如轨道粗调放样偏差较大，应避免对单点进行调整，并增加精调次数，一般需要反复对轨道调整 3 次或以上。 精调时要实时关注偏差值，如果存在明显异常，需重复采集数据，覆盖之前采集的结果，如依然存在突变，要及时分析原因 设站后要使用控制点检核全站仪设站，搬站前也要再次检核，以证实此次设站测量结果的可靠性；如测量条件不佳，测量期间增加检核次数。 3、道床板混凝土浇筑 轨排精调后应采取防护措施，严禁踩踏和撞击。为减少气温的影响，轨排精调后应尽早浇筑混凝土，最迟不得超过 12
15、小时。如果轨排受到外部扰动，或放置时间过长，或环境温度变化超过 15时，必须重新检查确认仍合格后，方能浇筑混凝土。 混凝土捣固时，随时监测轨排几何形位的变化，异常时，暂停施工，找出原因，采取相应补救措施和预防措施。砼浇筑完后 12 小时,将螺杆调节器逆时针转 90180，以便轨排同砼更好接触，砼浇筑完后45 小时松开扣件螺杆，终凝前一个小时拆除螺杆调节器。 严格控制混凝土的塌落度，混凝土振捣要密实，特别是轨枕下面的混凝土，浇筑速度不能太快。 道床混凝土强度达到 5mpa 时，方可拆除轨道排架、支撑杆。道床板混凝土在未达到设计强度的 70%前，严禁在道床上行车和碰撞轨道部件。4、轨道几何状态偏差
16、原因分析及采取措施 从已经施工完毕的 41km 无砟轨道复核数据采集情况看，轨道中线合格率只达到 92%,轨距合格率只达到 95%，其他状态指标均达到 98%以上，偏差原因分析如下 ：（1）浇筑道床板混凝土时捣固棒触及到钢筋、螺杆调节器、钢轨、轨枕及轨距支撑杆等元件，从而引起轨道偏移及高差；（2）浇筑混凝土速度过快，混凝土对轨排的冲击力引起轨道偏移；（3）工具轨、螺杆调整器多次倒用，运输、存放，使用不规范造成工具轨、螺杆调节器变形。螺杆调节器刚度不够，特别在桥梁地段影响更大。（4）在桥梁地段道床板结构较厚，螺杆较长，自身稳定性较差，螺杆调节器支撑于桥面隔离层上，无防横移措施，在施工中外界荷载的
17、不均匀性使得局部偏差较大，在施工中产生偏移，从而影响平面位置及轨面标高。 （5）工具轨接头处的数据偏差较大。 （6）工具轨的清洁度（含轨底，轨面，轨头内侧面）对精调测量数据的影响。 （7）轨枕桁架变形下挠引起轨距偏小(8)曲线超高地段混凝土下料顺序及方法不当导致中线向线路内侧偏移较大；(9)精调全站仪搬站及混凝土浇注过渡段的影响。 （10）CP控制网精度的影响。 针对偏差引起的因素采取如下措施：（1）螺杆调节器严格与钢筋分开，尽量避免捣固棒碰撞各部件。 （2）控制浇筑道床板混凝土速度，每小时浇筑道床板长度控制在 2025m，混凝土垂直布料。 （3）工具轨和螺杆调节器进场前验收合格方能使用，在使
18、用过程中加强保养，经常检验，变形过大禁止使用。 （4）在桥梁地段在防撞墙上安放支撑杆连接轨排，在路基地段在轨排接头处的两外侧对称设置地锚，以防在浇筑混凝土过程中轨排移动。 （5）工具轨缝尽量偏小，控制在 15-30mm 以内，加强工具轨轨头的连接，在工具轨两端各钻 3 个直径 31mm 的螺栓孔，然后采用夹板和 3 根螺栓将轨排固定，提高轨头处轨道的平顺性。 （6）在精调前把钢轨清洁彻底，把螺杆调节器螺栓拧紧。(7) 每隔三根轨枕增设轨距撑杆，测出各种温度条件下砼的初、终凝时间，准确把握松螺杆调节器的时机及角度，螺杆调节器的松开及时，又不影响道床板本身质量和道床板与轨枕的紧密相接。 （8）浇筑
19、道床板混凝土应从低轨侧向高轨侧进行。 （9）采用精调全站仪搬站补偿程序（动态补偿）及混凝土浇注过渡段补偿程序（手动补偿） ，以确保精调后得轨道得高平顺性。 （10）按规范测设 CP控制网，保护好 CP控制点，发现有扰动现象进行补测。（11）设其他措施：螺杆调节器的螺杆安装时竖直，螺杆调节器的托板底部焊铁件加固，增加变形刚度；轨排提升时各螺杆调节器均衡受力，螺杆调节器及托盘要注意保养。 采取以上措施后施工的无砟轨道几何状态状态指标均达到 98%以上。 5 结束语 （1）无砟轨道具有几何形态一次成型，施工测量定位工作极端重要。施工时必须严格依 CP控制网按指定的方法和精度标准做好无砟轨道结构的定位和精调，以确保轨道铺设的几何轨道内、外部几何形位和尺寸满足轨道验收标准的要求，实现轨道的高平顺性，满足列车高速运行的需要。 （2）无砟轨道高速铁路必须采用相对控制与绝对控制相结合的方法来进行轨道铺轨控制，轨道的平顺度控制是建立在满足精度要求的外部几何形位基础上的进行。 （3）轨道中线和轨距相对难以控制，把握好无砟轨道铺设中的轨道粗调、精调及轨道板混凝土浇筑工序作业，确保轨道的平顺度满足设计要求。
