客运专线无砟轨道施工技术研究

客运专线无砟轨道施工技术研究第1章绪论1.1问题的提出现代高速铁路是以重型钢轨和混凝土枕为基础的有碴轨道结构，在列车速度达到250~300km/h的线路上能够确保行车的安全。但这种有碴轨道在列车载荷反复作用下的不足之处是轨道残余变形积累很快，而且沿轨道纵向方向，其变形积累的分布也不均匀，从而导致轨道高低的不平顺，影响了旅客乘坐的舒适性；同时也增大了轨道养护维修的工作量，加大了铁路后期的经济投入，使铁路建设和运营的整体成本提高。为了提高轨道在高速运行条件下的稳定性和耐久性，减少轨道后期维修，实现有效降低整体成本的目的，就必须改变轨下基础的结构形式，大力发展混凝土板式轨下基础。因此采用无碴轨道结构是目前国内外高速铁路发展的方向。秦沈客运专线作为国家跨世纪的重点建设项目是我国自行研究、设计、制造、建设的第一条时速200km/h运营线，是集新技术、新工艺、新材料、新设备于一体的高新技术的系统工程；是我国铁路步入高速化的起点及技术水平的标志性工程；同时它的建成也将为我国今后高速铁路的建设提供技术储备。沙河和狗河特大桥上的长枕埋入式和板式无碴轨道不仅是秦沈客运专线的高速试验项目之一，也是我中铁十一局集团公司承担施工的B26-1标段的重难点工程。由于时速200km/h以上的无碴轨道施工在我国尚无先例，因此开展对长枕埋入式和板式无碴轨道施工技术的研究将是保障无碴轨道设计平顺性的实现和秦沈客运专线无碴轨道综合试验成功的关键。1.2国内外现状日本、德国是铺设应用无碴轨道最多的国家。秦沈客运专线应用的板式无碴轨道结构基本是仿效日本的板式（Slab）轨道结构（图1-1示），长枕埋入式无碴轨道结构则基本是从德国的早期Rheda型轨道结构（图1-2示）演变而来。对无碴轨道的研究，日本和德国他们早期研究的出发点各有不同：日本的研究目标主要是少维修（省力化轨道）；德国则注重于刚度一致的高平顺性轨道。日本铁路是发展无碴轨道较早、较快的国家，早在1923年就铺设过混凝土整体道床，到了60年代中期，日本铁路成功地研制发展了板式无碴轨道。迄今为止，板式无碴轨道已成为日本高速新干线的主型轨道，在日本东北、上越新干线上，板式无碴轨道分别占到了全线延长公里的90%和93%。德国最早应用无碴轨道是在1959年，其Rhade型无碴轨道结构系统是由Eisenmann教授始创，并因于1972年原西德铁路在Rhade车站试铺成功而得名。而今，Rhade系列轨道已发展到Rhade2000型。无碴轨道的应用在德国也非常广泛，目前，正在新建的柏林~汉诺威和法兰克福~科隆两条高速铁路上铺设无碴轨道的长度分别为70%和100%。我国在1934年就曾铺设过混凝土整体道床轨道，从1965年即开始在长大山岭隧道内大量采用混凝土整体道床。北京地下铁道也全部采用了整体道岔无碴轨道，并取得了较好的效果。80年代初，为完善和发展整体道床轨道，开始积极研究并尝试应用板式无碴轨道。进入90年代以来，为适应我国铁路高速行车，发展高速铁路的需求，经过研究和开发，提出了可适用于隧道、桥梁和大型车站等地段的弹性支承块式、长枕埋入式及板式无碴轨道。到了20世纪末，在秦沈客运专线设计适用于高速铁路的板式和长枕埋入式无碴轨道。随着无碴轨道结构技术的发展，国外对无碴轨道施工技术的研究也日益精深。其施工生产逐渐规模化和系统化。我国因社会整体发展和日本及德国存在较大差异，受配套施工设备和机具开发的制约，现有的无碴轨道施工工艺及方法均较为落后。同时，由于早期进行过尝试的板式无碴轨道施工和快速、高速铁路的板式无碴轨道施工相比较，两者存在本质性差别。因而，在秦沈客运专线无碴轨道施工以前，我国尚无200km/h速度以上的板式、长枕埋入式无碴轨道施工先例。1.3本文研究的主要内容、目标与方法立足于我国现有的施工机械发展状况，结合现场施工，参照目前国内外同类项目施工技术，对秦沈客运专线板式、长枕埋入式无碴轨道施工技术进行研究，并指导和运用于秦沈客运专线无碴轨道施工。同时，结合应用情况，探讨和完善现有施工技术，为我国今后高速铁路无碴轨道施工提供参考。2第2章秦沈客运专线无碴轨道工程概况2.1概况2.1.1长枕埋入式无碴轨道秦沈客运专线沙河特大桥(里程：DK43+573.45~DK44+228.58)位于辽宁省绥中县高岭乡，全长655.13m，桥墩高约10米，梁宽为12.4米。采用26孔24m预应力混凝土简支双线箱形梁，主跨桥墩采用桩基础，其余墩台采用明挖扩大基础。桥梁在平面上位于直线段，纵断面坡度为-9‰和-12‰，桥上有变坡点。沙河特大桥长枕埋入式无碴轨道(含过渡段)设计范围为：DK43＋554.85~DK44+247.18，全长692.33m。24m箱梁上每线设置6块道床板单元，梁跨端部为B型道床板，其余为A型道床板。桥梁两侧设防护墙，无碴轨道与有碴轨道的过渡和路基与桥台的过渡按在同一部位过渡进行，长度为25m。2.1.2板式无碴轨道秦沈客运专线狗河特大桥(里程为：DK62+975.29~DK63+717.00)，全长741.71米，采用28孔24米预应力混凝土简支双线箱形梁，主槽桥墩采用桩基础，其余墩台采用明挖扩大基础。24m箱梁上每线设置5块轨道板，梁跨端部的轨道板单元为B型，梁跨中部的轨道板单元均为A型，过渡段无碴轨道设置辅助轨处采用C型轨道板。桥梁两侧设防护墙、信号槽、人行道拦杆等设施。过渡段采用线路上部结构与下部结构在同一断面的过渡方式，长度为25m。2.2主要工程数量2.2.1沙河特大桥长枕埋入式无碴轨道沙河特大桥长枕埋入式无碴轨道主要工程数量见表2-1。沙河特大桥长枕埋入式无碴轨道工程数量表表2-1序号材料名称单位数量规格1钢轨m2769.3260kg/m2辅助轨m20025m，50kg/m3扣板式扣件组3444弹条Ⅲ型扣件组3365过渡段轨枕根136Ⅲ－GD型轨枕32Ⅲ型无挡肩轨枕(枕长2.6m)6WCK枕根36设置螺栓孔2148不设螺栓孔7钢筋混凝土搭板块28钢筋混凝土m31990C409钢筋t112Ⅱ级热轧螺纹钢筋Ф1296.1Ⅱ级热轧螺纹钢筋Ф1410WJ-2型扣件套4368垫板采用复合橡胶垫板11道床板下弹性垫层m2301微孔橡胶弹性垫层CEP-120115厚度为7mm的普通橡胶垫层12隔离层m24015TQF-1型防水卷材(厚度为1.2mm)13挡水墙素混凝土m311C4014桥梁预埋钢筋t12.5Ⅱ级热轧螺纹钢筋15一级碎石道碴m327316PVC排水管根312Ф80mm，长3.1m17PVC篦个312180×180×10m18沥青板m294.4长3100mm厚20mm高度由2％排水坡确定2.2.2狗河特大桥板式无碴轨道狗河特大桥板式无碴轨道主要工程数量见表2-2、表2-3、表2-4。狗河特大桥板式无碴轨道主要工程数量表表2-2序号材料名称单位数量规格1钢轨m2966.8460kg/m2钢轨m20050kg/m3A型轨道板块1684930×2400×190mm/块4B型轨道板块1084765×2400×190mm/块5C型轨道板块44765×2400×190mm/块6CA砂浆缓冲层m31707橡胶弹性垫层m2230微孔橡胶弹性垫层CEP-1201102厚度为10mm8不锈钢板m299厚度为1mm9弹性分开式扣件组4480(垫板采用复合橡胶垫板)10扣板式扣件组336见附页11过渡段有碴轨道基本轨扣件组272Ⅲ型弹条分开式扣件64弹条Ⅲ型扣件12过渡段轨枕根136设置辅助轨螺栓孔32Ⅲ型无挡肩轨枕(枕长2.6m)13沥青板块165250×2880×20mm/块，厚度20mm14底座混凝土m31005C4015底座中钢筋t107Ⅱ级螺纹钢筋16桥面预埋钢筋t17.19Ⅱ级螺纹钢筋17一级碎石道碴m327318基准底板个280见说明19基准器个依施工情况而定20挡水墙素混凝土m37C40注：过渡段采用特殊设计的轨枕，详图见铁道部专业设计院编设《专线9617》。每个基准底板由2根总长为375mm、直径为10mm的Ⅱ级钢筋和1块100×80×20mm的特制钢板组成。凸形挡台防护材料表表2-3序号材料名称单位数量规格1A3钢板kg55.2厚3mm2树脂砂浆m30.23粘贴胶带条20810×250×2mm/条4橡胶弹性防护垫m21.8厚20mm梁面防排水数量表表2-4序号材料名称单位数量规格1保护层混凝土m375.6C402防水涂料t4.5聚胺酯3防水卷材(氯化聚乙烯)m688.8宽1750mm1377.6宽640mm4PVC管(硬聚氯乙烯)个560Φ80×2860mm壁厚6mm5PVC篦(硬聚氯乙烯)个560180×180×10mm6混凝土垫层m398C402.3设计原则及标准2.3.1轨道设计原则轨道采用一次性铺设跨区间无缝线路，桥上采用长枕埋入式（沙河特大桥）、板式（狗河特大桥）无碴轨道，过渡段路基部分采用有碴轨道，道碴采用一级碎石道碴。2.3.2采用标准2.3.2.1钢轨及配件基本轨采用60kg/m非淬火钢轨（图号：TB/T2341.3-93），沙河特大桥上长枕埋入式无碴轨道及狗河特大桥上板式无碴轨道均采用一次性铺设跨区间无缝线路，其中沙河特大桥上长枕埋入式无碴轨道单元轨节长1.385km；狗河特大桥上板式无碴轨道单元轨节长1.483km。过渡段辅助轨采用8根长度为25m的50kg/m钢轨(图号：TB/T2341.2-93)，辅助轨中心距基本轨中心520mm。桥上无碴轨道轨下采用刚度为50~60kN/mm的复合橡胶垫板（图号：研线9705）；过渡段基本轨下采用60-10-17型号橡胶垫板；长枕埋入式无碴轨道辅助轨下采用聚乙烯垫板（图号：研线9204-8），板式无碴轨道辅助轨下采用塑料垫片（图号：专线9617）。2.3.2.2轨枕及扣件1.轨枕有碴轨道未设置辅助轨部分采用Ⅲ型无挡肩混凝土枕（图号：专线3394）；设置辅助轨部分长枕埋入式无碴轨道采用经过改动的Ⅲ型无挡肩混凝土枕（参见秦沈客施线07-13）、板式无碴轨道采用特殊设计的过渡段轨枕（参见秦沈客施线08-14），每公里铺设1667根。长枕埋入式无碴轨道结构中采用WCK型枕。2.扣件桥上无碴轨道扣件暂按WJ-2型扣件设计，有碴轨道基本轨采用防腐Ⅲ型弹条扣件（图号：专线3328）；板式无碴轨道过渡段设置辅助轨部分的基本轨采用Ⅲ型弹条分开式扣件，辅助轨采用扣板式扣件（图号：专线9617）；长枕埋入式无碴轨道辅助轨采用扣板式扣件（图号：研线9204）。2.3.2.3道床桥上无碴轨道的道床结构型式见相应设计图纸；过渡段有碴轨道道床与相邻有碴轨道结构一致，铺设Ⅲ型轨枕地段道床顶面高度应与轨枕中部顶面平齐，岔枕、桥枕等其他类型轨枕地段的道床顶面应低于轨枕承轨面3cm。考虑一次性铺设跨区间无缝线路，需对道床进行分层捣固。2.3.2.4轨道高度过渡段土质路基有碴轨道结构高度为0.91m；沙河特大桥上长枕埋入式无碴轨道轨顶至梁面高度为0.83m；狗河特大桥上板式无碴轨道轨顶至梁面高度为0.70m。2.4设计说明及施工注意事项2.4.1沙河特大桥上长枕埋入式无碴轨道2.4.1.1结构组成与型式尺寸1.结构组成长枕埋入式无碴轨道结构主要由以下几部分组成：钢筋混凝土底座、隔离层（或弹性垫层）、钢筋混凝土道床板、WCK型轨枕、60kg/m钢轨及WJ-2型扣件（参见图2-1）。2.型式尺寸(1)长枕埋入式无碴轨道结构宽度为3.1m，结构高度与秦沈客运专线桥上有碴轨道的结构高度相同，即：轨底至梁面的高度为0.65m。底座两端凹槽尺寸为1.0×0.7×0.13m。(2)24m梁跨内每线由6块道床板单元组成。梁跨端部的B型道床板单元长度为4.028m；其余为A型道床板，其单元长度为4.036m。单元之间的伸缩缝为80mm。桥跨之间两B型道床板间距为0.1m，钢轨支承间距除梁跨端部为0.592m（梁端构造缝为0.1m时）均为0.588m。秦沈客运专线沙河特大桥位于辽宁省绥中县高岭乡，全长692.33米。大桥桥跨设计为2（26—24m）双线箱形直线梁，桥墩高约10米，梁宽为12.4米