具有完全自主知識產(chǎn)權的中國高鐵無砟軌道技術先張3型

目錄

一、總體研發(fā)思想

二、先張CTRSIII型板式無砟軌道結構體系特點

三、主要技術特點

四、社會及經(jīng)濟效益

五、結束語

當前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)展的技術路線，實質上就是始終堅持不斷地追求軌道的高平順性，和軌道結構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鍵的核心技術。因為，軌道幾何尺寸的制造精度、安裝誤差和剛度變化是引起高速列車振動的根源。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構剛度均勻性，不斷克服振動的過程。當前2頁，總共57頁。先張CRTSIII型板式無砟軌道技術特點，正是針對上述技術關鍵，吸取了以往各類無砟軌道優(yōu)點，從而研發(fā)的一種完全具有自主知識產(chǎn)權的、結構簡單、施工便捷、穩(wěn)定耐久、方便維修的全新無砟軌道結構?？傮w的研發(fā)思想：擴大軌道板的使用范圍并提高耐久性。其核心結構系統(tǒng)理論構架就是“路基縱連、橋隧單元、方便維修”當前3頁，總共57頁。(一)結構性能優(yōu)化提升

先張III型無砟軌道板結構圖二、先張CRTSIII無砟軌道板結構體系特點

當前4頁，總共57頁。

1、優(yōu)化了軌道板中預應力體系，采用雙向先張預應力結構，既提高了軌道板整體強度，又克服和改變了由于鋼廠或PC鋼棒生產(chǎn)中因材質缺陷及加工制造工藝瑕疵造成成品板的鋼棒“延時斷裂”的問題；預應力鋼筋端部設置錨固板，既減小預應力的建立起來的長度，又可長久保持預應力值不損失，提高軌道板耐久性；預應力鋼筋定尺下料，專用張拉千斤頂單根初張拉，然后整體張拉，整體同步放張。當前5頁，總共57頁。2、采用預應力鋼筋與結構鋼筋共同互補受力的混凝土結構，有利于降低構件的縱橫向預壓應力，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，而且克服了單一結構存在的諸多不利因素；對軌道板中構造鋼筋絲位進行了優(yōu)化調整，構造鋼筋直徑由原來的12mm調整為8mm。當前6頁，總共57頁。3、預應力鋼筋端部采用內藏式，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的侵害，提高了軌道板體的耐久性能。當前7頁，總共57頁。4、軌道板內的錨固板沿徑向凸出于先張縱、橫向預應力鋼筋，錨固板呈圓柱狀，外端面與圓柱面之間設置有圓弧倒角R，錨固板與縱、橫向預應力鋼筋通過螺紋連接后再與板體卡式連接形成自錨固結構，這種工藝，徹底解決了預應力鋼筋端部的局部回縮。錨固板同縱、橫向預應力鋼筋一樣均封裝于板體內。當前8頁，總共57頁。5、縱橫向預應力鋼筋端部錨穴孔均為Φ24圓孔。錨穴孔的直徑和深度遠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。當前9頁，總共57頁。

6、由于錨固板具有啞鈴效應功能，以及縱、橫向預應力鋼筋與混凝土之間有更充分、更密實地握裹結合而獲得握裹力，軌道板的力學性能更好。當前10頁，總共57頁。（二）完全自主知識產(chǎn)權的生產(chǎn)工藝技術1、先張軌道板鋼模技術2、連接桿設計及制造

連接桿

當前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)線布局設計當前12頁，總共57頁。當前13頁，總共57頁。4、產(chǎn)品標準

5、原材料要求

1）預應力鋼筋2）構造筋3）絕緣體4）錨固板當前14頁，總共57頁。6、軌道板生產(chǎn)工藝

當前15頁，總共57頁。當前16頁，總共57頁。當前17頁，總共57頁。三、先張CRTSIII型板式無砟軌道主要技術特點（一）結構簡單

1、結構組成與CRTSⅢ型板式無砟軌道相同當前18頁，總共57頁。軌道板：路基縱連，橋隧單元；填充調整層：自密實混凝土；緩沖隔離層：與軌道板對應為單元；底座及支承層：橋上單元，隧道內混凝土長單元（或直接采用隧底為基礎），路基上為連續(xù)碾壓混凝土；限位結構：門型筋+凹凸槽鋼筋混凝土。當前19頁，總共57頁。

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

（2）橋隧單元結構橋梁及隧底結構表面剛度較大，為軌道板采用單元結構提供了良好的條件。由于橋隧表面剛度大，對單元板端的約束力較強。列車通過時，板端豎向位移較小，產(chǎn)生的振動是安全、舒適可接受的范圍內。單元板結構不僅可簡化橋上、隧內軌道結構，降低建造難度，而且還可降低造價。當前23頁，總共57頁。

可最有效的克服連續(xù)結構受溫度力造成的復雜問題等。

當前24頁，總共57頁。

（3）自密實混凝土取代了CA砂漿傳統(tǒng)的CA砂漿調整層，只能提供極為有限的彈性，對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，給運營安全及維修帶來了極大的危害和困難。自密實混凝土彈模25000Mpa，與高彈CA砂漿彈模10000Mpa，所能提供的彈性相當。當前25頁，總共57頁。自密實混凝土與軌道板形成牢固的復合板結構，軌道板與混凝土基礎間不再有薄弱的夾心層，使軌道結構受力更趨合理。采用自密實混凝土取代CA砂漿作為填充調整層，不僅簡化了結構，節(jié)省了原材料，減少了對環(huán)境的污染，而且與“I”、“II”相比，僅填充調整層可降低造價70%。當前26頁，總共57頁。

當前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%。橋梁上設置混凝土底座，僅僅是為了防排水、超高和設置限位凹槽功能需求，所以底座鋼筋可大大減少。隧道內限位凹槽可直接設置在仰拱上，僅限位機構需配置鋼筋，所以底座鋼筋可大大減少。

當前28頁，總共57頁。路基上采用的是碾壓混凝土做為支承層結構，因此，也僅是限位凹槽內需配置鋼筋，所以支承層鋼筋可大大減少。當前29頁，總共57頁。

(5)先張軌道板采用預制技術不分開式扣件系統(tǒng)與先張雙向預應力軌道板巧妙結合全新絕緣技術措施軌道板下預留門型鋼筋，板端預留連接剪力板有擋肩承軌槽部位不采用打磨措施，通過二維可調鋼模采用預制技術實現(xiàn)高精度空間曲面板，簡化了工藝，較低了制造成本。

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

（二）施工便捷

1、因為取消了CA砂漿，即取消了復雜的制造工藝和專用的CA砂漿攪拌車及相應工裝。而采用的自密實混凝土，均為成熟的施工工藝，通過混凝土攪拌站、運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單。先張CRTSIII型板式無砟軌道施工工藝框圖當前32頁，總共57頁。

當前33頁，總共57頁。

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

（三）穩(wěn)定、耐久

1、結構體系具有較強的穩(wěn)定性不分開式扣件與有擋肩軌道板有機結合，更有利于確保鋼軌在高速列車動荷載作用下趨于安全穩(wěn)定。通過自密實混凝土與軌道板間的有效連接，組成具有更強穩(wěn)定的復合板。在復合板與底座之間設置嵌入式限位凹凸臺，實現(xiàn)復合板與基礎底座在縱、橫向上具有足夠強度的接觸性約束。當前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軌道板的影響。同時，又可緩解列車動荷載作用對橋梁的影響。底座與梁面（或隧道底面）的基礎固定連接，實現(xiàn)了整個無砟軌道系統(tǒng)與梁面（或隧底）的整體穩(wěn)定性結合。當前39頁，總共57頁。2、結構體系具有良好的耐久性軌道板采用雙向先張部分預應力結構，為不開裂設計思想，使用壽命可達到60-100年。軌道板下填充調整層由自密實混凝土取代CA砂漿，使用壽命可達到60-100年。自密實混凝土同軌道板形成牢固的復合板結構，軌道結構更穩(wěn)定，列車沖擊動荷載對軌道板的影響更小，能提高其耐久性，使用壽命可達到60-100年。當前40頁，總共57頁?！皹蛩韱卧Y構，路基柔性縱連結構”，確保了道床板結構均具有單元思想，使溫度力和環(huán)境變化對軌道結構影響變的更小，提供了可以達到60-100年壽命的基礎條件。在軌道板（復合板）與底座（或支承層）之間設置了緩沖隔離層，確保了能夠在養(yǎng)護維修的基礎條件下，使先張CRTSⅢ型板式無砟軌道結構使用壽命達到60-100年。當前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？是因為，中國地域寬廣，溫度區(qū)跨度大，地質條件也非常復雜。做為中國的高速鐵路無砟軌道系統(tǒng)，希望適應范圍廣，并建立在長期穩(wěn)定的基礎上，但是長期穩(wěn)定的基礎是不太容易實現(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、且適應較大調整的能力，作為高鐵無砟軌道重要的核心技術。當前42頁，總共57頁。其次，通過國內外工程實測調查顯示，普通混凝土使用壽命在30-50年就會出現(xiàn)明顯老化，對無砟軌道混凝土結構耐久性會造成嚴重影響。又由于無砟軌道結構所處工作環(huán)境非常惡劣，且無砟軌道其他部分也同樣會出現(xiàn)磨損。因此，要清楚的認識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？哪些部件在什么時間需要更換？這是非常重要的。當前43頁，總共57頁。下圖為“使用年限及養(yǎng)護維修周期框圖”當前44頁，總共57頁。

2、維修思路和方便的維修方法（1）采用單元結構、或柔性連接結構和分離式結構的維修思路有擋肩雙向后張預應力軌道板門型鋼筋底座或支承層自密實鋼筋混凝土鋼軌緩沖隔離層扣件系統(tǒng)當前45頁，總共57頁。單元+分離式結構、與柔性縱連+分離式結構，在其自密實混凝土（復合板）與底座（或支承層）之間設置了緩沖隔離層，實現(xiàn)了無砟軌道道床的可維修性。當基礎出現(xiàn)了較大的沉降，而扣件已不能調整時（超出扣件的最大調高能力），可將復合板整體抬升到所需高度，通過在復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線下基礎工程“工后零沉降”的技術要求，完全可以降低對基礎沉降過高的控制要求，放寬對軌道板鋪設的基本條件，對地質勘察、沉降觀測、基床結構的要求也可大大降低，符合目前高速鐵路建設的實際需求。

當前47頁，總共57頁。當前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：維修前測量——復合板底切割鑿除安裝孔——千斤頂掛鉤安裝——整體抬升——精調與固定——測量評估——復合板下灌注樹脂砂漿——拆除維修工裝——線路精調——維修結束。當前49頁，總共57頁。

②維修方法當發(fā)生較大范圍的不均勻沉降時，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、三灌。一頂：在維修區(qū)段的每一塊軌道板下（設計位置）開四個方孔，安裝Z字形頂升裝置，用螺旋千斤頂頂起軌道板；二測：依據(jù)CPⅢ點，用全站儀、軌道檢測儀等，測量線路的高程與方向，并精確定位；三灌：精調定位后，在軌道板四周關模并灌注板下樹脂砂漿。當前50頁，總共57頁。當發(fā)生不可抗力的自然災害，線路局部發(fā)生破壞，發(fā)生斷板時，則需要更換軌道板，具體方法是：一解，二拆，三換，四測，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