高速鐵路CRTSⅢ型自密實混凝土充填層施工成套設備研究

高速鐵路CRTSⅢ型自密實混凝土充填層施工成套設備研究摘要院文章通過分析我國自主開發(fā)的CRTS芋型無砟軌道自密實混凝土充填層的施工工藝來系統(tǒng)介紹CRTS芋型無砟軌道自密實混凝土施工成套設備研制的整體思路，性能參數(shù)和各系統(tǒng)模塊精確設計配置，對CRTS芋型無砟軌道自密實混凝土填充層施工技術的推廣及優(yōu)化升級具有重要意義。

關鍵詞 院高速鐵路；CRTS芋型板；無砟軌道；自密實混凝土；施工成套設備

中圖分類號院TU528文獻標識碼院A文章編號院1006-4311（2024）27-0118-04

1概述

目前，我國高速鐵路技術已取得了舉世矚目的成就，開通運營的高速鐵路總里程世界第一。以CRTS玉型和CRTS域型為代表的板式無砟軌道結(jié)構(gòu)是我國高速鐵路的主要結(jié)構(gòu)形式之一，其主要是在日本、德國等技術基礎上通過引進、消化、吸收和再創(chuàng)新而發(fā)展形成，CRTS玉型和CRTS域型軌道結(jié)構(gòu)采用水泥乳化瀝青（CA）砂漿充填層技術。實踐表明，CA砂漿充填層技術不僅成本較高、施工質(zhì)量控制難度大，而且也影響錢國高速鐵路技術走出國門。為此，由中國鐵道科學研究院牽頭開發(fā)出的CRTS芋型板式無砟軌道結(jié)構(gòu)，采用自密實混凝土作為充填層材料，利用充填層自密實混凝土灌注工藝方法，將具有大的流動性、間隙通過性和抗離析性混凝土灌注至嵌有U形鋼筋和鋼筋網(wǎng)片的CRTS芋型板腔中，并成功應用于武漢城市圈城際鐵路、盤營客專鐵路、成灌線、京滬、石武廣高速鐵路車站道岔試驗等工程。

但芋型板式無砟軌道結(jié)構(gòu)用材料在攪拌、運輸、灌注過程中仍存在混凝土坍落度損失大，易離析、泌水、包裹性差和浮漿等現(xiàn)象，決定了其灌注工藝和專用設備不同于CRTS玉、CRTS域型軌道板，因此開展CRTS芋型無砟軌道板充填層施工成套設備的研究對本技術的推廣及優(yōu)化升級具有重要意義。

1.1CRTS芋型軌道板及自密實砂漿

CRTS芋型無砟軌道自密實混凝土主要由水泥、粉煤灰、細骨料、粗骨料、外加劑、膨脹劑和水等經(jīng)配制而成，參考配合比（kg/m3）為：水泥400、礦粉200、砂845、碎石719、水185、減水劑6.6、膨脹劑36、保水劑0.24和增粘劑3。在自密實混凝土填充層內(nèi)，配制HRB335準12鋼筋網(wǎng)片，以便與帶有U形筋的軌道板緊密連接，同時可起到控制自密實混凝土裂縫的生成與擴張；強度等級為C40，要求高流動度、不離析、填充均勻性和穩(wěn)定性的性能，澆筑時依靠其自重流動，無需振搗而達到密實的混凝土，其自有收縮率應小于萬分之三；自密實混凝土層在直線地段的寬度為2700mm，在曲線地段則是寬度為2600mm，厚度為90mm,然而其長度是和軌道板一致。

1.2自密實混凝土充填層施工對成套設備要求及設計原則

淤據(jù)查閱相關資料顯示，自密實混凝土在固定的攪拌站里攪拌后運到工地灌注完成不得超過90min。因此需要盡可能縮短中轉(zhuǎn)灌注時間；

于在灌注自密實混凝土的過程中，為提高灌注的質(zhì)量，整個灌注為先慢灌寅快灌寅慢灌的工藝；

盂在灌注過程中，要時刻觀察軌道板的上浮量，不能超過0.1mm；

榆為了不影響自密實混凝土的質(zhì)量，灌注前考慮二次攪拌工藝，為此攪拌裝置和灌注裝置合二為一；

虞為了提高軌道板與充填層自密實混凝土間的界面質(zhì)量和粘結(jié)力，需配帶水霧化裝置，在灌注前使水噴出后霧化，保持板腔潤濕、保濕養(yǎng)護，并用內(nèi)窺鏡板腔潤濕情況；

愚自密實混凝土灌注高度、灌注壓力、灌注速度、終灌條件等對充填層質(zhì)量影響參數(shù)的選定和工藝控制方法，決定了灌注設備的控制精確、可人性化設置的要求；

輿考慮到現(xiàn)場施工完畢后的設備裝置防盜，控制系統(tǒng)特采取便攜式配電箱+快速插座的模式，實現(xiàn)工后快速收回。

2CRTS芋型自密實混凝土充填層施工成套設備總體方案及主要技術特點

2.1CRTS芋型自密實混凝土充填層施工成套設備總體方案

結(jié)合工地上使用的簡易混凝土中轉(zhuǎn)灌注斗，進行CRTS芋型自密實混凝土成套設備的研究：

淤研制設備主要結(jié)合CRTS芋型自密實混凝土灌注工藝來總體結(jié)構(gòu)布局，以及配置攪拌系統(tǒng)，其攪拌葉片的設計。

于車架采用跨板行走，人力推動行走。

盂設備攪拌驅(qū)動系統(tǒng)采用電力及變頻技術，解決不同速度的任意調(diào)整及設定?？刂葡到y(tǒng)采用PLC及觸摸屏自動控制。

榆增加4個激光位移檢測儀來時刻檢測灌注過程中軌道板上浮情況，上浮量超標自動報警。

虞增加自動灌注控制系統(tǒng)，設置好灌注技術參數(shù)后，可實現(xiàn)一鍵自動快速灌注。

愚在車架上增加計量裝置，實現(xiàn)剩余灌注量自動計量；輿整機采用集成化、防盜設計。

2.2主要技術特點

2.2.1整體方案方面

機組應遵循先進、成熟、經(jīng)濟、適用、可靠的設計原則進行研制，并具有以下的主要技術特點：

淤整個罐子采用加大容積設計，整罐容量為1.8m3，一次接料至少可完成一塊CRTS芋型板灌注用量。

于車架跨板行走，走行輪采用鋼圈過塑膠，并設計有制動裝置。

盂在車架上設計由4個2t膜盒式稱重傳感器+稱重儀表組成的計量裝置，隨時可以讀取中轉(zhuǎn)灌注斗中剩余砂漿混凝土的重量。

榆中轉(zhuǎn)灌注斗底部設計有4kW攪拌電機，變頻控制實現(xiàn)0-32轉(zhuǎn)/min范圍內(nèi)無極調(diào)速。

虞灌注控制系統(tǒng)采用自動、手動兩種操作模式。自動控制系統(tǒng)采用PLC+觸摸屏自動控制，系統(tǒng)具有參數(shù)任意調(diào)、系統(tǒng)具有故障查詢、自動報警功能。

愚整個設備還設計有4個激光位移檢測儀來時刻檢測灌注過程中軌道板上浮情況，上浮量超標自動報警并中斷灌注。

輿所有電控系統(tǒng)集成在一個600伊600伊350配電箱中，配電箱采取便攜式設計，所有與配電箱連接的纜線采用快速插座連接，方便工后隨時收回，做到貴重設備防盜。

余機組具有綜合作業(yè)效率高、安全可靠、性價比高等特點。

2.2.2設備的使用維護方面

整機所有驅(qū)動采用電力驅(qū)動，行星減速機減速，減少維護保養(yǎng)工作量。攪拌電機變速系統(tǒng)采用變頻調(diào)整技術，控制精度高，工作可靠，維護保養(yǎng)工作少。灌注控制系統(tǒng)設有故障自診斷系統(tǒng)和故障報警系統(tǒng)，及時提醒故障部位，保證整機工作可靠性。

3CRTS芋型自密實混凝土中轉(zhuǎn)灌注設備主要技術性能參數(shù)各功能介紹

3.1整車主要技術性能參數(shù)

CRTS芋型自密實混凝土中轉(zhuǎn)灌注設備電子樣機見圖1。

CRTS芋型自密實混凝土中轉(zhuǎn)灌注設備按每次最大接收灌注量1.5m3對應1塊標準CRTS芋型板砂漿灌注量來設計。各種材料需要量及斗容量設計如表1。

CRTS芋型自密實混凝土中轉(zhuǎn)灌注設備主要組成部分為：車架、中轉(zhuǎn)罐、灌注漏斗、灌注控制系統(tǒng)、上浮檢測裝置等部分組成。

3.2設備框架

主要包括：鋼框架、走行輪（其中2套含制動裝置）、護欄、配電箱、稱重平臺、爬梯等。

3.3中轉(zhuǎn)罐

主要包括：罐體、中轉(zhuǎn)罐框架、氣動刀閘閥、攪拌電機、攪拌葉片、灌注彎頭。（圖4）

3.4灌注漏斗

主要包括：斗體、調(diào)節(jié)絲桿等。（圖5）

3.5電控系統(tǒng)

3.5.1灌注控制系統(tǒng)

灌注控制系統(tǒng)主要完成對灌注的手動控制和自動控制，具有灌注時間任意設置功能、自動檢測、閥門自動控制、手動控制和自動控制任意切換等功能，故障自診斷和報警功能。

灌注控制系統(tǒng)采用傳感器、控制元件-PLC-觸摸屏信號傳輸控制方式，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

淤自動控制程序：

首先設置參數(shù)：設置4個軌道板上浮檢測報警參數(shù)、設置2個灌注時間、設置2個灌注時間所對應的閥門開啟度，設置完畢后，開啟自動灌注旋鈕；

程序開始自動灌注控制：

1）第一步慢灌：閥門打開到所設定的開啟度1位置，開始慢灌，灌注時間為設定的時間1（慢灌時控制流量，防止底面形成氣泡）。

2）第二步快灌：閥門打開到所設定的開啟度2位置，開始快灌，灌注時間為設定的時間2（自密實混凝土當鋪滿整個底面后，可以加大流量，開始快灌注）。

3）第三步慢灌：當閥門打開到所設定的開啟度3位置，又開始慢灌，直到有一個紅外線檢測儀檢測到軌道板上浮超標后，報警燈報警，自動灌注停止。

4）自動灌注停止后，閥門關閉，只有自動灌注旋鈕打到“停止”狀態(tài)時，“手動控制閥門開啟大小旋鈕”不起作用。（圖6）

注：在整個自動灌注過程中，無論進行哪個步驟，只要有一個紅外線檢測儀檢測到軌道板上浮超標，報警燈報警，自動灌注流程中止，等檢測后發(fā)現(xiàn)時紅外線檢測儀誤判，按下“報警復位按鈕”后，自動程序繼續(xù)進行，但如果是自動流程走完后的報警，按下“報警復位按鈕”只能使報警燈停止報警。（圖7）

于手動控制：

“手動控制閥門開啟大小旋鈕”可以實現(xiàn)無極開啟閥門任意大小，從而實現(xiàn)灌注過程中的手動控制。

3.5.2稱重系統(tǒng)

主要包括：稱重儀表、4個2t量程的稱重膜盒傳感器。

3.5.3攪拌系統(tǒng)

主要包括：4kW變頻器、4kW電機減速器總成、旋鈕。

3.5.4上浮檢測系統(tǒng)

主要包括：4個激光位移傳感器、鋁合金萬向支座、無線發(fā)射與接收裝置。

只要在儀器面板上設置位移差值后，只要被測物體在傳感器探頭測量范圍75mm-130mm以內(nèi)出現(xiàn)位移出現(xiàn)設定的位移公差值后，儀器面板放大器輸出一個開關量信號給PLC，使PLC判斷是否暫停（或終止）灌注。（圖10）

4應用與效果

通過新建鄭徐客專線試驗段上灌注應用，基于本成套灌注設備的CRTS芋型無砟軌道自密實混凝土充填層施工工藝得到了有關專家的認可；從灌注后揭板試驗觀察成型的充填層，其表面氣泡大小明顯減小，這也得益于灌注速度的控制以及軌道板浮動超差提前預警等功能的實現(xiàn)。