孫繼成

(中鐵四局集團(tuán)有限公司,安徽合肥 230011)

1 概述

滬寧城際鐵路全長301 km,原設(shè)計(jì)全線采用有砟軌道,設(shè)計(jì)時(shí)速200 km以上,計(jì)劃工期為四年,后經(jīng)優(yōu)化調(diào)整至兩年。2008年7月1日開工后,先后歷經(jīng)了四次較大技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)調(diào)整,調(diào)整后全線采用CRTSⅠ型單元板式無砟軌道,運(yùn)行時(shí)速調(diào)整至300 km以上,總工期仍為兩年。滬寧城際鐵路是國內(nèi)第一條全線采用單元板無砟軌道的客運(yùn)專線鐵路,相對于國內(nèi)、外同類無砟軌道結(jié)構(gòu)的鐵路而言,滬寧城際鐵路無砟軌道施工具有如下兩大特點(diǎn)。

(1)無砟軌道施工精度控制要求高

目前,國內(nèi)、外投入運(yùn)營的全線采用CRTSⅠ型單元板式無砟軌道線路且運(yùn)營速度在300 km/h以上的還尚無先例。面對滬寧城際鐵路運(yùn)行時(shí)速在300 km以上的設(shè)計(jì)速度要求,在建設(shè)過程中必須采取特殊工藝手段和措施進(jìn)行高精度無砟軌道施工控制,才能實(shí)現(xiàn)全線軌道幾何狀態(tài)的高平順性,滿足高速運(yùn)營的需求。

(2)無砟軌道施組工期空前緊張

根據(jù)滬寧城際鐵路全線指導(dǎo)施組安排,無砟軌道施工時(shí)間平均為2個(gè)月左右時(shí)間。鋼軌幾何狀態(tài)調(diào)整工期也極為緊張,鋼軌精調(diào)施組時(shí)間較長的地段約20 d左右,較少地段不足15 d。工期緊張和施工困難程度在單元板式無砟軌道建設(shè)史上也史無前例。

綜上所述,滬寧城際鐵路無砟軌道施工無論在技術(shù)上還是施工組織上都面臨著前所未有的挑戰(zhàn),系統(tǒng)優(yōu)化無砟軌道施工精度控制方案,提高精調(diào)質(zhì)量,努力減少后期鋼軌幾何狀態(tài)精調(diào)工作量,成為確保滬寧全線按期高質(zhì)量開通的關(guān)健。而作為無砟軌道重要載體的軌道板唯有實(shí)施精確預(yù)制、精確安裝才能最大限度減少后期鋼軌的精調(diào)量。

2 軌道板制造精度控制指標(biāo)優(yōu)化研究

結(jié)合滬寧城際鐵路項(xiàng)目特點(diǎn),研究優(yōu)化軌道板制造控制精度標(biāo)準(zhǔn),實(shí)現(xiàn)軌道板預(yù)埋套管的位置及軌道板四角承軌面水平的精確控制,以滿足無砟軌道系統(tǒng)高精度控制的需要。

2.1 原軌道板制造精度控制標(biāo)準(zhǔn)

按《客運(yùn)專線鐵路CRTSⅠ型板式無柞軌道混凝土軌道板暫行技術(shù)條件》(科技基[2008]74號(hào))文件要求,無砟軌道板模板應(yīng)具有足夠強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性的鋼模,并能保證軌道板各部形狀、尺寸,其制造公差為軌道板成品允許公差的1/2,其主要尺寸入偏差如表1所示。

表1 軌道板外形尺寸偏差要求

2.2 優(yōu)化后的軌道板制造精度控制標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)滬寧城際軌道板精調(diào)方案需要,本著“需要、可能、可行”的原則,研究提出了如圖1所示軌道板制造控制精度標(biāo)準(zhǔn),此制造標(biāo)準(zhǔn)與單元板制造技術(shù)條件中的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)相比有大幅提高。

軌道板制造精度調(diào)整要求：每排各扣件墊板處板面中部位置高差值控制在0.5 mm以內(nèi)；各排螺栓孔擬合中心與軌道板擬合中心線間距誤差按小于0.5 mm控制；每對螺栓孔中心距(兩外側(cè)B值、兩內(nèi)側(cè)A值)實(shí)測值與設(shè)計(jì)值誤差小于0.5 mm。

3 軌道板制造精度控制及成品質(zhì)量檢測方案

3.1 軌道板制造精度控制方案

為了實(shí)現(xiàn)對軌道板制造過程的高精度控制,依據(jù)優(yōu)化后的軌道板精度控制指標(biāo),進(jìn)一步研究提出了相應(yīng)的精度控制方案。軌道板制造過程中,施工單位按成品軌道板精度控制標(biāo)準(zhǔn)的50%進(jìn)行軌道板模具的加工制做,并對每套軌道板模具進(jìn)廠使用前進(jìn)行測量檢查,其精度狀態(tài)滿足要求時(shí)方可投入生產(chǎn)線。軌道板制造完成后,對成品軌道板進(jìn)行規(guī)則性抽檢：對每一模具生產(chǎn)的前20塊軌道板逐一測量檢查,對其后每生產(chǎn)10塊軌道板測量檢查一次。發(fā)現(xiàn)精度控制問題時(shí),立即對軌道板模具狀態(tài)進(jìn)行測量檢查、確認(rèn),并根據(jù)實(shí)際情況對模具進(jìn)行校正。這樣操作即滿足了軌道板生產(chǎn)精度控制檢測需要又兼顧了軌道板生產(chǎn)效率。

3.2 成品軌道板質(zhì)量檢測方案

(1)檢測設(shè)備

檢測設(shè)備包括智能型全站儀、電子水準(zhǔn)儀、專用附件、檢測軟件等。

智能型全站儀：采用測角精度≤1″,測距精度≤±(1+2×10-6D) mm的高精度智能型全站儀,如徠卡TCA2003、1201等,進(jìn)行軌道板成品質(zhì)量(承軌點(diǎn)高程及螺栓孔線性度)的檢查測量。

電子水準(zhǔn)儀：在軌道板模具高程的檢測中,考慮到模具允許誤差值應(yīng)按軌道板允許誤差值的50%計(jì),即模具承軌點(diǎn)處高程誤差值允許0.25 mm,不宜采用全站儀進(jìn)行三角高程測量(不夠精確),而采用高精度電子水準(zhǔn)儀進(jìn)行高程數(shù)據(jù)采集,其每公里往返測高程精度為±0.3 mm。

專用測量附件：采用專用的螺栓孔檢測棱鏡(如圖2)進(jìn)行成品軌道板檢測。螺栓孔檢測棱鏡配有球型棱鏡及特殊設(shè)計(jì)的的固定設(shè)備,可以保證棱鏡位于螺栓孔的圓心,并保證測量的高程面是軌道板的平整面,而避開螺栓孔的突出和凹陷的問題。

圖2 螺栓孔檢測棱鏡

檢測分析軟件：針對滬寧城際檢測要求開發(fā)的檢測軟件采用自動(dòng)跟蹤測量、坐標(biāo)增量測量兩種模式,運(yùn)用線性、平面最小二乘擬合算法,分析測量各螺栓孔中心的三維坐標(biāo),得出最優(yōu)的擬合線形和擬合平面,然后計(jì)算各測量點(diǎn)位相對于擬合線形和擬合平面的偏差(如圖3所示)。

圖3 檢測軟件界面

(2)檢測方法

軌道板制造精度檢測時(shí),采用高精度全站儀,架于距軌道板端5～8 m的位置,測量放置在軌道板4列螺栓孔上的專用棱鏡,得其三維坐標(biāo)。利用軟件分析軌道板的線性度與平整度,檢測軌道板螺栓孔的線性度和板平整度是否合格。軌道板模具檢測時(shí),其平整度(高程)測量采用高精度水準(zhǔn)儀,螺栓孔的線性度檢測仍采用高精度全站儀測量。在測量模具和軌道板檢測過程中,應(yīng)盡量減少和避免震動(dòng)對儀器的影響。

(3)檢測結(jié)果的分析

現(xiàn)場測量完成后,將測量數(shù)據(jù)導(dǎo)入專門研發(fā)的數(shù)據(jù)處理軟件中,利用軟件直接分析出檢測結(jié)果,分析結(jié)果以方便查看的線性度、平整度偏差模型及建立表格顯示,同時(shí)方便輸出打印。

4 軌道板高精度制造技術(shù)驗(yàn)證

為驗(yàn)證軌道板檢測方案的可靠性和軌道板精度控制技術(shù)指標(biāo)合理性,選擇滬寧城際鐵路軌道板廠的部分軌道板對檢測方案的保證能力進(jìn)行檢測并驗(yàn)證。其驗(yàn)證工作程序?yàn)椋簩ο戮€成品軌道板進(jìn)行平整度(各承軌點(diǎn)處)及線性度(螺栓孔位置)的批量抽檢測量檢查→針對制造精度上存在的問題測量并校驗(yàn)?zāi)＞摺＞咝ｒ?yàn)后重新進(jìn)行軌道板生產(chǎn)→測量檢查軌道板平整度及線性度并確認(rèn)模具校驗(yàn)成效。軌道板精度控制仍存在問題時(shí),重新檢查校驗(yàn)?zāi)＞?直至成品軌道板精度符合要求。

按上述方式組織的驗(yàn)證工作取得了預(yù)期成果,軌道板制造控制精度檢測方案能夠有效發(fā)現(xiàn)軌道板生產(chǎn)中模具存在的精度不足問題,并及時(shí)得到校驗(yàn),確保軌道板制造精度滿足控制要求。從試驗(yàn)驗(yàn)證階段中的檢測資料中隨機(jī)抽取的軌道板偏差計(jì)算成果如表2所示。

根據(jù)在滬寧城際對軌道板生產(chǎn)精度控制情況以及檢測成果的分析,可以驗(yàn)證得出：

(1)通過檢測軌道板來確認(rèn)軌道板生產(chǎn)模具精度并及時(shí)校驗(yàn)的檢測方案,可以對軌道板制造精度實(shí)施有效控制,方案可行。

(2)軌道板線性度、平整度的偏差基本可以控制在0.5 mm以內(nèi),滬寧城際提出的軌道板制造精度控制指標(biāo)可以實(shí)現(xiàn)。

表2 軌道板檢測成果

5 結(jié)論

相比CRTSⅡ型軌道板通過數(shù)控機(jī)床打磨后實(shí)現(xiàn)承軌面高精度(0.3 mm)控制的施工工藝,在滬寧城際鐵路的工程實(shí)踐中CRTSⅠ型軌道板同樣實(shí)現(xiàn)了預(yù)埋螺栓孔和平整度的高精度(0.5 mm)控制,并且在精度差異不大的情況下Ⅰ型軌道板經(jīng)濟(jì)效益遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于CRTSⅡ型軌道板。通過對滬寧城際軌道板的高精度制造,給后續(xù)軌道板精調(diào)、軌道精調(diào)提供了最重要的基礎(chǔ),也為滬寧城際鐵路在20 d時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)軌道精調(diào)提供了重要支撐。

[1]鐵建設(shè)函[2009]674號(hào) 高速鐵路無砟軌道工程施工精調(diào)作業(yè)指南[S]

[2]TB10601—2009 高速鐵路工程測量規(guī)范[S]

[3]朱 穎.客運(yùn)專線無砟軌道鐵路工程測量技術(shù)[M].北京：中國鐵道出版社,2009

[4]何華武.無碴軌道技術(shù)[M].北京：中國鐵道出版社,2005