具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的中國高鐵無砟軌道技術(shù)先張3型

目錄

一、總體研發(fā)思想

二、先張CTRSIII型板式無砟軌道結(jié)構(gòu)體系特點(diǎn)

三、主要技術(shù)特點(diǎn)

四、社會(huì)及經(jīng)濟(jì)效益

五、結(jié)束語

當(dāng)前1頁，總共57頁。一、總體研發(fā)思想

軌道交通是一種低碳、節(jié)能、環(huán)保的綠色交通。隨著高速鐵路時(shí)代的到來，為中國老百姓帶來了更加方便、快捷、安全、舒適的出行選擇。而高速鐵道無砟軌道發(fā)展的技術(shù)路線，實(shí)質(zhì)上就是始終堅(jiān)持不斷地追求軌道的高平順性，和軌道結(jié)構(gòu)縱向剛度均勻化的連續(xù)性，這是確保高速列車安全性和舒適性最關(guān)鍵的核心技術(shù)。因?yàn)椋壍缼缀纬叽绲闹圃炀?、安裝誤差和剛度變化是引起高速列車振動(dòng)的根源。我們追求高速度的過程，就是不斷的提高軌道精度和軌道結(jié)構(gòu)剛度均勻性，不斷克服振動(dòng)的過程。當(dāng)前2頁，總共57頁。先張CRTSIII型板式無砟軌道技術(shù)特點(diǎn)，正是針對(duì)上述技術(shù)關(guān)鍵，吸取了以往各類無砟軌道優(yōu)點(diǎn)，從而研發(fā)的一種完全具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、施工便捷、穩(wěn)定耐久、方便維修的全新無砟軌道結(jié)構(gòu)?？傮w的研發(fā)思想：擴(kuò)大軌道板的使用范圍并提高耐久性。其核心結(jié)構(gòu)系統(tǒng)理論構(gòu)架就是“路基縱連、橋隧單元、方便維修”當(dāng)前3頁，總共57頁。(一)結(jié)構(gòu)性能優(yōu)化提升

先張III型無砟軌道板結(jié)構(gòu)圖二、先張CRTSIII無砟軌道板結(jié)構(gòu)體系特點(diǎn)

當(dāng)前4頁，總共57頁。

1、優(yōu)化了軌道板中預(yù)應(yīng)力體系，采用雙向先張預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)，既提高了軌道板整體強(qiáng)度，又克服和改變了由于鋼廠或PC鋼棒生產(chǎn)中因材質(zhì)缺陷及加工制造工藝瑕疵造成成品板的鋼棒“延時(shí)斷裂”的問題；預(yù)應(yīng)力鋼筋端部設(shè)置錨固板，既減小預(yù)應(yīng)力的建立起來的長度，又可長久保持預(yù)應(yīng)力值不損失，提高軌道板耐久性；預(yù)應(yīng)力鋼筋定尺下料，專用張拉千斤頂單根初張拉，然后整體張拉，整體同步放張。當(dāng)前5頁，總共57頁。2、采用預(yù)應(yīng)力鋼筋與結(jié)構(gòu)鋼筋共同互補(bǔ)受力的混凝土結(jié)構(gòu)，有利于降低構(gòu)件的縱橫向預(yù)壓應(yīng)力，從而避免沿鋼筋方向出現(xiàn)縱向裂紋，提高軌道板整體強(qiáng)度，提高軌道板抗沖擊、抗疲勞的耐久性能，而且克服了單一結(jié)構(gòu)存在的諸多不利因素；對(duì)軌道板中構(gòu)造鋼筋絲位進(jìn)行了優(yōu)化調(diào)整，構(gòu)造鋼筋直徑由原來的12mm調(diào)整為8mm。當(dāng)前6頁，總共57頁。3、預(yù)應(yīng)力鋼筋端部采用內(nèi)藏式，鋼筋頭不外露，防止外來水的長期浸蝕以及空氣中其他有害介質(zhì)的侵害，提高了軌道板體的耐久性能。當(dāng)前7頁，總共57頁。4、軌道板內(nèi)的錨固板沿徑向凸出于先張縱、橫向預(yù)應(yīng)力鋼筋，錨固板呈圓柱狀，外端面與圓柱面之間設(shè)置有圓弧倒角R，錨固板與縱、橫向預(yù)應(yīng)力鋼筋通過螺紋連接后再與板體卡式連接形成自錨固結(jié)構(gòu)，這種工藝，徹底解決了預(yù)應(yīng)力鋼筋端部的局部回縮。錨固板同縱、橫向預(yù)應(yīng)力鋼筋一樣均封裝于板體內(nèi)。當(dāng)前8頁，總共57頁。5、縱橫向預(yù)應(yīng)力鋼筋端部錨穴孔均為Φ24圓孔。錨穴孔的直徑和深度遠(yuǎn)小于原有后張板中錨穴孔的尺寸，從而大大增加了錨穴孔周圍混凝土的厚度，混凝土將不易開裂，可有效控制錨穴孔周邊混凝土淺薄性微裂紋，將延長軌道板的使用壽命。當(dāng)前9頁，總共57頁。

6、由于錨固板具有啞鈴效應(yīng)功能，以及縱、橫向預(yù)應(yīng)力鋼筋與混凝土之間有更充分、更密實(shí)地握裹結(jié)合而獲得握裹力，軌道板的力學(xué)性能更好。當(dāng)前10頁，總共57頁。（二）完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的生產(chǎn)工藝技術(shù)1、先張軌道板鋼模技術(shù)2、連接桿設(shè)計(jì)及制造

連接桿

當(dāng)前11頁，總共57頁。2x4單元矩陣生產(chǎn)布置圖3、張拉體系及生產(chǎn)線布局設(shè)計(jì)當(dāng)前12頁，總共57頁。當(dāng)前13頁，總共57頁。4、產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)

5、原材料要求

1）預(yù)應(yīng)力鋼筋2）構(gòu)造筋3）絕緣體4）錨固板當(dāng)前14頁，總共57頁。6、軌道板生產(chǎn)工藝

當(dāng)前15頁，總共57頁。當(dāng)前16頁，總共57頁。當(dāng)前17頁，總共57頁。三、先張CRTSIII型板式無砟軌道主要技術(shù)特點(diǎn)（一）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單

1、結(jié)構(gòu)組成與CRTSⅢ型板式無砟軌道相同當(dāng)前18頁，總共57頁。軌道板：路基縱連，橋隧單元；填充調(diào)整層：自密實(shí)混凝土；緩沖隔離層：與軌道板對(duì)應(yīng)為單元；底座及支承層：橋上單元，隧道內(nèi)混凝土長單元（或直接采用隧底為基礎(chǔ)），路基上為連續(xù)碾壓混凝土；限位結(jié)構(gòu)：門型筋+凹凸槽鋼筋混凝土。當(dāng)前19頁，總共57頁。

其結(jié)構(gòu)技術(shù)特點(diǎn)：（1）路基縱連結(jié)構(gòu)路基結(jié)構(gòu)是由散粒體填筑形成，路基表面剛度較小。若采用單元結(jié)構(gòu)，列車通過時(shí)，由于路基表面剛度較低，對(duì)板端支承反力，約束力不夠，板端豎向位移較大，形成振動(dòng)源，對(duì)高速列車安全性和舒適性影響較大。當(dāng)前20頁，總共57頁。縱連結(jié)構(gòu)可有效分散板下應(yīng)力集中，降低應(yīng)力峰值，提高軌道結(jié)構(gòu)的整體性，增大軌道結(jié)構(gòu)的連續(xù)剛度，可最經(jīng)濟(jì)、最合理、最有效的克服路基表面剛度降低所帶來的振動(dòng)問題。采用的是一種柔性的縱連結(jié)構(gòu)。溫升溫降時(shí)，軌道板縱向可移動(dòng)（具有單元自由伸縮效果），豎向受限則不能移動(dòng)。若基礎(chǔ)有沉降，柔性縱連結(jié)構(gòu)有較強(qiáng)的跟隨性。當(dāng)前21頁，總共57頁。當(dāng)前22頁，總共57頁。

（2）橋隧單元結(jié)構(gòu)橋梁及隧底結(jié)構(gòu)表面剛度較大，為軌道板采用單元結(jié)構(gòu)提供了良好的條件。由于橋隧表面剛度大，對(duì)單元板端的約束力較強(qiáng)。列車通過時(shí)，板端豎向位移較小，產(chǎn)生的振動(dòng)是安全、舒適可接受的范圍內(nèi)。單元板結(jié)構(gòu)不僅可簡(jiǎn)化橋上、隧內(nèi)軌道結(jié)構(gòu)，降低建造難度，而且還可降低造價(jià)。當(dāng)前23頁，總共57頁。

可最有效的克服連續(xù)結(jié)構(gòu)受溫度力造成的復(fù)雜問題等。

當(dāng)前24頁，總共57頁。

（3）自密實(shí)混凝土取代了CA砂漿傳統(tǒng)的CA砂漿調(diào)整層，只能提供極為有限的彈性，對(duì)軌道剛度過渡緩沖作用微小。傳統(tǒng)的CA砂漿層與軌道板之間極易產(chǎn)生離縫等破損病害，給運(yùn)營安全及維修帶來了極大的危害和困難。自密實(shí)混凝土彈模25000Mpa，與高彈CA砂漿彈模10000Mpa，所能提供的彈性相當(dāng)。當(dāng)前25頁，總共57頁。自密實(shí)混凝土與軌道板形成牢固的復(fù)合板結(jié)構(gòu)，軌道板與混凝土基礎(chǔ)間不再有薄弱的夾心層，使軌道結(jié)構(gòu)受力更趨合理。采用自密實(shí)混凝土取代CA砂漿作為填充調(diào)整層，不僅簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)，節(jié)省了原材料，減少了對(duì)環(huán)境的污染，而且與“I”、“II”相比，僅填充調(diào)整層可降低造價(jià)70%。當(dāng)前26頁，總共57頁。

當(dāng)前27頁，總共57頁。

（4）鋼筋混凝土底座或支承層所用鋼筋可節(jié)省80%。橋梁上設(shè)置混凝土底座，僅僅是為了防排水、超高和設(shè)置限位凹槽功能需求，所以底座鋼筋可大大減少。隧道內(nèi)限位凹槽可直接設(shè)置在仰拱上，僅限位機(jī)構(gòu)需配置鋼筋，所以底座鋼筋可大大減少。

當(dāng)前28頁，總共57頁。路基上采用的是碾壓混凝土做為支承層結(jié)構(gòu)，因此，也僅是限位凹槽內(nèi)需配置鋼筋，所以支承層鋼筋可大大減少。當(dāng)前29頁，總共57頁。

(5)先張軌道板采用預(yù)制技術(shù)不分開式扣件系統(tǒng)與先張雙向預(yù)應(yīng)力軌道板巧妙結(jié)合全新絕緣技術(shù)措施軌道板下預(yù)留門型鋼筋，板端預(yù)留連接剪力板有擋肩承軌槽部位不采用打磨措施，通過二維可調(diào)鋼模采用預(yù)制技術(shù)實(shí)現(xiàn)高精度空間曲面板，簡(jiǎn)化了工藝，較低了制造成本。

當(dāng)前30頁，總共57頁。（6）采用了“緩沖隔離層”技術(shù)，為日后實(shí)現(xiàn)維修創(chuàng)造了必要的條件。當(dāng)前31頁，總共57頁。

（二）施工便捷

1、因?yàn)槿∠薈A砂漿，即取消了復(fù)雜的制造工藝和專用的CA砂漿攪拌車及相應(yīng)工裝。而采用的自密實(shí)混凝土，均為成熟的施工工藝，通過混凝土攪拌站、運(yùn)輸罐車及泵車就可灌注。

2、CRTSIII型板式無砟軌道施工工藝十分簡(jiǎn)單。先張CRTSIII型板式無砟軌道施工工藝框圖當(dāng)前32頁，總共57頁。

當(dāng)前33頁，總共57頁。

當(dāng)前34頁，總共57頁。CPIII測(cè)設(shè)與其他無砟軌道相同?；炷恋鬃刹捎脦ё詣?dòng)測(cè)控的混凝土澆筑一體機(jī)。支承層采用碾壓砼為宜。隔離層與限位凹槽采用人工鋪設(shè)施工。高精度有擋肩先張雙向預(yù)應(yīng)力空間曲面軌道板通過采用二維可調(diào)鋼模預(yù)制技術(shù)產(chǎn)生，不需要打磨工藝和打磨設(shè)備，且單模生產(chǎn)平均工效可實(shí)現(xiàn)塊/日。當(dāng)前35頁，總共57頁。鋪設(shè)、精調(diào)軌道板與CRTSI型和CRTSII型相同，但為防止灌注填充層時(shí)上浮，均應(yīng)加強(qiáng)固定工裝及工藝。自密實(shí)混凝土灌注施工，均采用通用混凝土施工設(shè)備，混凝土攪拌站，混凝土運(yùn)輸罐車，混凝土泵車（或地泵）和自密實(shí)混凝土中轉(zhuǎn)灌注漏斗。鋪設(shè)長鋼軌以及無縫線路施工與其他相同。鋼軌精調(diào)需要采用重載式軌道測(cè)量?jī)x（軌道幾何狀態(tài)測(cè)量?jī)x）。當(dāng)前36頁，總共57頁。3、施工效率原灌注CA砂漿，一個(gè)工作面每天（16h）平均灌注30塊軌道板。而改為自密實(shí)混凝土，一個(gè)工作面每天（16h）平均可灌注80-100塊，提高工效300%。當(dāng)前37頁，總共57頁。

（三）穩(wěn)定、耐久

1、結(jié)構(gòu)體系具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性不分開式扣件與有擋肩軌道板有機(jī)結(jié)合，更有利于確保鋼軌在高速列車動(dòng)荷載作用下趨于安全穩(wěn)定。通過自密實(shí)混凝土與軌道板間的有效連接，組成具有更強(qiáng)穩(wěn)定的復(fù)合板。在復(fù)合板與底座之間設(shè)置嵌入式限位凹凸臺(tái)，實(shí)現(xiàn)復(fù)合板與基礎(chǔ)底座在縱、橫向上具有足夠強(qiáng)度的接觸性約束。當(dāng)前38頁，總共57頁。隔離層的合理約束連接，可緩解梁體受溫度力作用對(duì)軌道板的影響。同時(shí)，又可緩解列車動(dòng)荷載作用對(duì)橋梁的影響。底座與梁面（或隧道底面）的基礎(chǔ)固定連接，實(shí)現(xiàn)了整個(gè)無砟軌道系統(tǒng)與梁面（或隧底）的整體穩(wěn)定性結(jié)合。當(dāng)前39頁，總共57頁。2、結(jié)構(gòu)體系具有良好的耐久性軌道板采用雙向先張部分預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)，為不開裂設(shè)計(jì)思想，使用壽命可達(dá)到60-100年。軌道板下填充調(diào)整層由自密實(shí)混凝土取代CA砂漿，使用壽命可達(dá)到60-100年。自密實(shí)混凝土同軌道板形成牢固的復(fù)合板結(jié)構(gòu)，軌道結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定，列車沖擊動(dòng)荷載對(duì)軌道板的影響更小，能提高其耐久性，使用壽命可達(dá)到60-100年。當(dāng)前40頁，總共57頁?！皹蛩韱卧Y(jié)構(gòu)，路基柔性縱連結(jié)構(gòu)”，確保了道床板結(jié)構(gòu)均具有單元思想，使溫度力和環(huán)境變化對(duì)軌道結(jié)構(gòu)影響變的更小，提供了可以達(dá)到60-100年壽命的基礎(chǔ)條件。在軌道板（復(fù)合板）與底座（或支承層）之間設(shè)置了緩沖隔離層，確保了能夠在養(yǎng)護(hù)維修的基礎(chǔ)條件下，使先張CRTSⅢ型板式無砟軌道結(jié)構(gòu)使用壽命達(dá)到60-100年。當(dāng)前41頁，總共57頁。（四）方便、維修

1、作為一種全新的無砟軌道系統(tǒng)，為什么要考慮維修？是因?yàn)椋袊赜驅(qū)拸V，溫度區(qū)跨度大，地質(zhì)條件也非常復(fù)雜。做為中國的高速鐵路無砟軌道系統(tǒng)，希望適應(yīng)范圍廣，并建立在長期穩(wěn)定的基礎(chǔ)上，但是長期穩(wěn)定的基礎(chǔ)是不太容易實(shí)現(xiàn)，所以，新型無砟軌道系統(tǒng)必須把具備維修方便條件及功能、且適應(yīng)較大調(diào)整的能力，作為高鐵無砟軌道重要的核心技術(shù)。當(dāng)前42頁，總共57頁。其次，通過國內(nèi)外工程實(shí)測(cè)調(diào)查顯示，普通混凝土使用壽命在30-50年就會(huì)出現(xiàn)明顯老化，對(duì)無砟軌道混凝土結(jié)構(gòu)耐久性會(huì)造成嚴(yán)重影響。又由于無砟軌道結(jié)構(gòu)所處工作環(huán)境非常惡劣，且無砟軌道其他部分也同樣會(huì)出現(xiàn)磨損。因此，要清楚的認(rèn)識(shí)無砟軌道哪些部件正常使用年限？哪些部位在什么樣情況下需要維修？哪些部件在什么時(shí)間需要更換？這是非常重要的。當(dāng)前43頁，總共57頁。下圖為“使用年限及養(yǎng)護(hù)維修周期框圖”當(dāng)前44頁，總共57頁。

2、維修思路和方便的維修方法（1）采用單元結(jié)構(gòu)、或柔性連接結(jié)構(gòu)和分離式結(jié)構(gòu)的維修思路有擋肩雙向后張預(yù)應(yīng)力軌道板門型鋼筋底座或支承層自密實(shí)鋼筋混凝土鋼軌緩沖隔離層扣件系統(tǒng)當(dāng)前45頁，總共57頁。單元+分離式結(jié)構(gòu)、與柔性縱連+分離式結(jié)構(gòu)，在其自密實(shí)混凝土（復(fù)合板）與底座（或支承層）之間設(shè)置了緩沖隔離層，實(shí)現(xiàn)了無砟軌道道床的可維修性。當(dāng)基礎(chǔ)出現(xiàn)了較大的沉降，而扣件已不能調(diào)整時(shí)（超出扣件的最大調(diào)高能力），可將復(fù)合板整體抬升到所需高度，通過在復(fù)合板下灌注樹脂砂漿，即可確保無砟軌道的快速維修，又能保證不中斷行車。當(dāng)前46頁，總共57頁。這種具備快速方便的維修方法與思路，完全可以打破無砟軌道對(duì)線下基礎(chǔ)工程“工后零沉降”的技術(shù)要求，完全可以降低對(duì)基礎(chǔ)沉降過高的控制要求，放寬對(duì)軌道板鋪設(shè)的基本條件，對(duì)地質(zhì)勘察、沉降觀測(cè)、基床結(jié)構(gòu)的要求也可大大降低，符合目前高速鐵路建設(shè)的實(shí)際需求。

當(dāng)前47頁，總共57頁。當(dāng)前48頁，總共57頁。

（2）方便的快速維修方法①方便快速的維修工藝流程：維修前測(cè)量——復(fù)合板底切割鑿除安裝孔——千斤頂掛鉤安裝——整體抬升——精調(diào)與固定——測(cè)量評(píng)估——復(fù)合板下灌注樹脂砂漿——拆除維修工裝——線路精調(diào)——維修結(jié)束。當(dāng)前49頁，總共57頁。

②維修方法當(dāng)發(fā)生較大范圍的不均勻沉降時(shí)，路基只需要頂升軌道板來維修線路高程及方向。具體方法是：一頂、二測(cè)、三灌。一頂：在維修區(qū)段的每一塊軌道板下（設(shè)計(jì)位置）開四個(gè)方孔，安裝Z字形頂升裝置，用螺旋千斤頂頂起軌道板；二測(cè)：依據(jù)CPⅢ點(diǎn)，用全站儀、軌道檢測(cè)儀等，測(cè)量線路的高程與方向，并精確定位；三灌：精調(diào)定位后，在軌道板四周關(guān)模并灌注板下樹脂砂漿。當(dāng)前50頁，總共57頁。當(dāng)發(fā)生不可抗力的自然災(zāi)害，線路局部發(fā)生破壞，發(fā)生斷板時(shí)，則需要更換軌道板，具體方法是：一解，二拆，三換，四測(cè)，五灌，六連。一解：先拆除軌道板上的鋼軌，清除板縫樹脂砂漿（斷板兩端）、松開剪力板連接螺栓，割掉剪力