日本板式轨道混凝土轨道板制造技术.doc
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1、日本板式轨道混凝土轨道板制造技术1.前言有碴轨道因列车的反复通过而使道床逐渐松弛,致使轨道失去平顺性,影响旅客的舒适度,同时加大了线路的养护维修工作量,这不符合高速铁路的线路所必须具有的良好的稳定性、平顺性和少维修的要求。与有碴轨道相比,无碴轨道具有更好的整体性、稳定性和耐久性,虽然技术复杂,一次性投资大于有碴轨道,但其使用寿命周期长,维修量小,基本上免维修,能够有效缓解因速度增加、行车密度增大、养护维修天窗越来越短、维护标准提高、大型养护机械设备作业噪声等造成的线路维修作业难度。日本板式无碴轨道已有成熟的技术和丰富的施工经验,其铺设范围已从桥梁、隧道发展到土质路基和道岔区,其定型的无碴轨道包
2、括适用于高架桥和隧道的A型板式轨道、框架式轨道板,适用于土质路基上的RA型板式轨道和特殊减振区段用的防振G型轨道板等。国内板式无碴轨道进行了一系列试验研究和尝试,已在秦沈客运专线狗河特大桥和双河特大桥分别试铺了741m直线和740m曲线板式无碴轨道,在遂渝线设立了无碴轨道综合试验段,在赣龙线枫树排隧道铺设了板式轨道,取得了大量试验数据和成果。2004年初,国务院批准了中长期铁路网规划,确立了我国铁路网建设的宏伟蓝图,之后,又批准了武广、郑西、石太、京津、合宁、合武、温福、福厦、甬温九个客运专线项目,累计长度达3000多公里,这标志着我国铁路客运专线建设掀开了崭新的一页。利用在新广州站及相关工程
3、试验段施工契机,研究板式无碴轨道的制造技术,为建设具有自主知识产权的无碴轨道提供基本数据。本制造技术由铁道部工程管理中心负责解释。本制造技术主编单位:中铁四局集团有限公司。本制造技术参编单位:中铁十四局集团有限公司。本制造技术主要起草人:邓民、王淮海、刘岩峰、吴榃、汪崎峰、殷枝荣、陈亮2.生产厂的总体设计方案2.1设计生产能力日本轨道板预制厂在一定范围内供应较为经济,一般控制在30km内,最大不超过50km。因而轨道板预制厂的生产能力约为50000m2(双线)5m/块1.0521000块。按轨道板预制工期24个月、每月25天考虑,则平均每天需要生产轨道板21000块(24月25天/月)35块/
4、天。轨道板预制周期为24小时,考虑不同板型轨道板的生产需要,计划配备各类模板共36套,即轨道板预制厂的设计生产能力为36块/天,可以满足施工需要。2.2总体布置图轨道板预制厂分为生产区、存板区、办公生活区。生产区包括1条钢筋加工生产线、2条轨道板预制生产线和搅拌站,轨道板生产线和钢筋加工生产线布置在钢结构厂房内。每条轨道板生产线分别配置10t桁吊2台和18套模具,2条生产线共用一套蒸养设备;钢筋加工生产线配备1台5t桁吊和1套钢筋加工设备及10套绑扎胎具;搅拌站设一台HZS60搅拌机,轨道板在湿润养生后运至存板区分组存放;存板区存板能力设计为14400块;厂内道路与施工便道或地方道路连通,方便
5、原材料进厂和轨道板成品出厂运输;办公生活区内设办公室、试验室及职工宿舍;场内还设置了配电房、材料仓库等。详见图2.2.1所示。图2.2.1 轨道板预制厂平面布置图2.3各功能区的设计及说明轨道板预制厂平面布置规划说明如下:生产区轨道板预制区:内设轨道板预制生产线、成品质量检测区和轨道板湿润养护区,在生产车间内形成流水作业,台位分两侧布置,中间设置高频转换器,每个转换器分别控制4个高频振动器。钢筋加工生产线:内设钢筋存放、加工、绑扎区和成品骨架存储区。钢筋生产线内的成品骨架由10t桁吊整体吊装入模。搅拌站:由搅拌设备、水泥筒仓、骨料仓、计量设备和控制室等组成,骨料通过传送带送入搅拌机。办公生活区
6、主要布置办公室、试验室和职工宿舍及停车场等生活配套设施。存板区轨道板铺设由预制厂同时向两端辐射,轨道板铺设速度为250m/d单工作面,按每月25个工作日考虑,则轨道板铺设工期为50000m2(双线)2(双工作面)250m/d单工作面25天/月8个月。轨道板储存期按半个月考虑,则轨道板铺设期间预制厂的生产量为(80.5)月25天/月36块/天6750块,则存板区的理论存板量应为21000675014250块,设计存板能力为14400块,可以满足施工需要。该区与进出场道路相连,便于轨道板吊装和搬运。其它临时设施预制厂内还设置油罐、锅炉房、蒸养控制室及配电房等,用于生产配套服务等,主要布置在生产厂房
7、的进口端。2.4水电气等辅助设施的说明预制厂内施工、生活用水均接驳当地自来水供应网络。轨道板混凝土由设在预制厂内的搅拌站供应。电由当地供电网络引入,轨道板厂内设置变压器、配电房,生活、生产区单独配线供应。水水的需求主要是搅拌站、蒸汽养护、养生池用水、生活用水四个方面,其日用水量计算见表2.3-1。表2.3-1 日用水量计算表参数项目K1K2Q1N1(L/m3)H(h)q1(L/s)Q(m3)混凝土搅拌1.1517214440.82811.92蒸汽养护42.2231.97二次养护1.15110086.6530.9239.97洗石用水1.151.55220050.9917.94生活用水11.525
8、0100240.43437.5场内小计5.395109.3注:q1用水流量,q1=K1K2Q1N1/(H3600)K1未预计施工用水系数,取1.01.15K2不均衡系数,取1.01.5Q1工作量N1用水定额,混凝土搅拌用水量=144L/m3H日工作时间Q日用水量,Qq1H3600/1000K1K2Q1N1单台锅炉用水量计算:41000/3600=1.11L/s供应网路管径计算:进场区管径D=0.068m,设计管径D=80mmn:水管路数v:流速,施工及生活用水取1.5m/s(经济参考流速)供水网布置:预制厂铺设1路80主水管,设100m3蓄水池1座(满足24小时以上生产、生活用水量)。电轨道板
9、预制厂内主要用电设备是搅拌站、钢筋加工制作设备、高频振动器、锅炉、生活用电等,总功率在700kW以内,按613kVA配置即可满足生产、生活需要,轨道板厂内备用500kW发电机1台。蒸汽养护用蒸汽由一台4t/h的锅炉提供,蒸汽管道在厂建时沿制板台座预埋,每个台座采用阀门单独控制。3.生产厂房的总体布置设计3.1平面和截面布置形式及尺寸轨道板预制和钢筋加工生产线、轨道板成品检查和湿润养护区均设在钢结构厂房内,厂房净跨为214+10.6m,总长度为120.5m,桁吊吊钩至地面高度为6.8m,详细布置参见图3.1.1和图3.1.2所示。图3.1.1 厂房平面布置示意图图3.1.2 厂房横断面示意图3.
10、2生产线的结构设计3.2.1轨道板预制生产线如图3.1.1所示,2条生产线并列布置,每条生产线共设置18套模具,台座左右对称布置。模板采用定型厂制钢模,底模采用预埋高强螺栓固定在台座上,侧模和端模采用铰接方式连接在底模上,可侧向旋开,方便拆模。钢筋骨架由桁吊吊装入模,预埋件在制板台座上安装,并采用特制的预埋件固定装置固定在底模上,以保证其平位置和垂直度。混凝土采用变频底振工艺,装配式高频振动器悬挂在底模上,由高频转换器控制其振动频率。高频转换器放置在移动台架上,每条生产线配备2台,分别控制4台高频振动器。轨道板拆模由专用千斤顶配合桁吊完成:首先松开侧模,装上支压板,采用千斤顶支承在支压板上将轨
11、道板垂直顶起68mm,再由桁吊将轨道板移至成品检测区。3.2.2钢筋加工生产线钢筋加工生产线布置在轨道板预制生产线的一侧,包括原材料存放区、钢筋切割区、钢筋弯制区、钢筋绑扎区成品骨架存放区,配备1台钢筋切断机和2台钢筋弯曲机,专用钢筋绑扎胎具10套。根据配筋图进行钢筋下料、弯制,半成品放置在专用移动式台架上推至绑扎区,利用专用钢筋胎具进行绑扎。成品骨架由桁吊吊至存放区或直接吊装入模。3.2.3成品检测区和湿润养护区成品检测区内设5个检测台座,检测台座采用钢筋混凝土制成,用于成品检查、标识等。轨道板检查合格并标识完毕后,由桁吊吊至湿润养护区进行二次养护,二次养护可采用水池养护或喷淋养护。3.3与
12、生产线有关的供热设计采用一套自动温控设备配合一台4t/h的锅炉进行蒸汽养生,主管道沿台座纵向布置,每个台座布置2根支蒸汽管道,均采用阀门单独控制。3.4环保要求厂房采用吸音材料内衬,同时尽量采用低噪音施工设备,合理安排,避免夜间施工;场地周围做到排水畅通,不得积水、积污,应充分考虑其对原地面排水的影响,以免阻挡地表径流的排泄;场内设固定的垃圾桶或垃圾池盛放垃圾,分类标识存放,垃圾定期收集,运至指定的垃圾处理场或废品回收利用;生产、生活污水须经集中净化处理后排入排污管道,严禁将未达到排放标准的污水直接排放至江河及其它水体中;废油、破损的预埋件等塑料制品、橡胶垫板的边角料等均应按工业废弃物进行处理
13、或委托相关单位进行处理;做好当地水系、植被的保护工作,施工便道应采用粘结性材料封闭,两侧做好植被防护,运输车辆不得越界行驶,以免碾坏植被、庄稼、乡村道路等,防止扬尘和水土流失;对运输车辆和施工设备进行定期检查,不得带故障工作,避免加大噪音,尾气排放不达标的检修合格后方可投入使用;轨道板运输路线尽量避开市区,如运输车辆不得已进入市区,应避免鸣笛、急刹车等制造噪音的行为;预制厂选址时,避免或尽量减少占用耕地、森林,同时对原有植被做好保护工作,工程结束后及时做好复耕或还林工作。4.生产线的详细设计4.1工艺布置图模板采用钢丝刷和高压风清理,每次使用前均进行检查以确保变形量处在允许误差之内。钢筋在加工
14、区内下料、弯制并绑扎成型后,放在钢筋骨架运输台车上运至轨道板预制生产线内,并由10t桁吊提升放入已经清理、检查完毕的模板内,安装预埋件,自检合格后报请质量工程师检查,确认达到技术要求后浇筑混凝土。混凝土出料时由串筒直接放料至料斗内,并通过横移滑道运输至轨道板生产线内,再由桁吊提升浇筑,高频转换器配合高频振动器完成振捣工艺,人工抹面并刷毛。混凝土浇筑完毕后,静停4h,进行蒸汽养生,采用自动温控设备进行温度调节,确保养护温度和湿度满足技术要求。蒸养结束后自然降温至室温,确认同条件养护试件满足强度要求后进行拆模作业,拆模由专用千斤顶和桁吊配合进行。轨道板预制周期为24h。轨道板拆模后立即运至成品检测
15、区,经检查合格并标识完毕后移至养护水池内进行二次养护,湿润养护结束后运至存板区内存放。详见图4.1.1所示。图4.1.1 轨道板预制工艺布置图4.2生产工艺流程设计图4.2.1 轨道板预制施工工艺流程图4.3制造设备及说明表4.3-1 主要设备配置表设备名称规格数量备注1.搅拌站装置散装水泥筒仓早强50t2个骨料堆放场地600m31个计量搅拌装置HZS601台2.钢筋加工设备钢筋切断机1台钢筋弯曲机2台半自动焊接机1台3.装卸设备桁吊10t4台汽车起重机25t1台桁吊5t1台大型卡车2台场内倒运板用4.混凝土浇注设备轨道板模板36套混凝土料斗1.5m32个高频变换器4台高频模板振捣器16台压缩
16、机2台5.养护设备锅炉4t/h台小型直管式自动温度控制装置套养护水槽2套6.试验设备骨料试验器具1套万能试验机100t1套养护水槽1套附带恒温水循环装置塞孔栓拉拔试验装置1套模板检查器具1套产品检查器具1套5.生产厂的投资分析轨道板预制厂的主要投资包括场地租赁(购买)、土建、钢结构厂房、机械设备、试验仪器和检验检测器具等,具体分析如表5-1所示。表5-1 轨道板预制厂投资分析表序号项目数量费用备注1预制厂用地44600m2360万按租地考虑,4元/m2月2土建1项270万按6个月考虑3钢结构厂房4476m2160万360元/m24机械设备详见表4.3-11100万5试验仪器详见表4.3-160
17、万6检验检测器具详见表4.3-150万7合计2000万6.原材料技术要求6.1原材料质量管理方案各种原材料进厂前必须全部检验、试验,杜绝不合格品进入厂内。原材料型号、规格及保管方法如表6.1-1所示。表6.1-1 原材料型号、规格及保管方法表品名规格保管方法混凝土水泥早强硅酸盐水泥JIS R 5210散装水泥筒仓细骨料碎砂JIS A 5005带顶棚骨料堆放场粗骨料碎石JIS A 5005带顶棚骨料堆放场水自来水减水剂标准型贮藏容器钢材钢筋SD345钢筋加工场内钢筋堆放场网格钢筋SD345钢筋加工场内钢筋堆放场预埋部件塞孔栓直接连接K形直接连接K形原材料仓库内螺旋筋普通铁丝JIS G 3532,
18、SWM-B(塞孔栓用预埋套管用)原材料仓库内预埋套管原材料仓库内钢筋定位器原材料仓库内其他模板剥离剂原材料仓库内6.2混凝土6.2.1原材料表6.2.1-1 混凝土原材料规格名 称标 准规格水泥早强硅酸盐水泥JISR5210细骨料碎 砂JISA5005粗骨料碎 石JISA5005减水剂标准型应对混凝土无害AE剂类应对混凝土无害水自来水应对混凝土无害6.2.2标准配方表6.2.2-1 混凝土的标准配方设计基准强度(N/2)脱模时强度(N/2)水泥的种类细骨料最大尺寸()坍落度范围(cm)空气量范围(%)最大水灰比(%)单位水泥量(/m3)4030早强硅酸盐水泥2561.531(41)45400注
19、:( )内为用于寒冷地带。依照标准配方,编制在本工程使用的混凝土的配方计划。根据编制后的配方计划进行试验性搅拌,确认所需质量后,作为工地施工配方适用于本工程。搅拌顺序如下所示:水泥细骨料30秒水减水剂AE剂粗骨料120秒结束6.2.3与混凝土有关的资料和易性为建造拥有较少裂缝、具有良好耐久性和不透水性的优质混凝土结构物,在搬运、浇注、捣固等适合于作业的范围内,原则上应尽量减少单位水量,并使用较少发生材料分离的低坍落度混凝土。抗压强度对试验值必须高于设计基准强度的确认,应同时考虑到经济性等,通常使用高于设计基准强度5以下的值。耐久性水灰比,是在影响混凝土耐久性的配方上影响要素中最为重要的因素。随
20、着水灰比的增大,混凝土的耐久性将下降。但是,水灰比过小,会造成单位水泥量相对增加的结果,导至水合热和干燥收缩增加,对于结构物来说,相反会对混凝土的耐久性造成不良影响。不透水性不透水的混凝土结构,从确保混凝土耐久性和保护钢材性能的角度考虑是最为理想的。有效方法为在可以确保适合作业的可施工性的范围内,减少水灰比。裂缝抵抗性为防止沉降裂缝、收缩裂缝、干燥裂缝,有效的方法是分别使用具有减水效果的混合材料,能降低干燥收缩的混合材料,以及采用单位水量比较小的配方。细骨料粒度为制造质量良好的混凝土,最好在JIS A 1102的粒度范围内,并使用粗粒比率在2.33.1之间的细骨料较为理想。如果使用粗粒比率超出
21、该范围的细骨料,最好混合2种以上的细骨料,进行粒度比率调整后再使用。粗粒比率较大时:虽然难以进行浇注,但是可以节约水泥量。粗粒比率较小时:虽然容易进行浇注,但是水泥量会增加。碱性骨料反应碱性骨料反应,大致分为碱性硅石反应和碱性碳酸盐反应。从世界上来看,几乎所有的碱性骨料反应为碱性硅石反应。在日本,尚未确认存在碱性碳酸盐反应。针对碱性硅石反应的安全性,通常采用由“化学法”以及“灰浆条法”规定的方法进行判定。碱性硅石反应时,如果将有害骨料与无害骨料混合使用,砂浆和混凝土的膨胀量将成为最大,通常将其称为膨胀量最大化现象。在混合使用骨料时,采用化学法分别进行各种骨料的碱性骨料反应,即使仅得出一项“并不
22、无害”的结果时,也必须采用灰浆条法对实际所使用比例进行混合后的骨料进行反应性试验进行调查。碎砂碎砂不仅颗粒形状有棱角,还混入了相当数量的石粉。因此,在生产混凝土上使用碎砂时,为获得规定的可施工性所需单位水量值将变得很大。最好尽量选择棱角较小,较少细长颗粒和扁平颗粒的细砂。碎砂中的石粉,是导致混凝土单位水量增加的要素,但是具有减少材料分离的效果。粗骨料以往的试验结果表明,粗骨料质量对混凝土强度的影响程度,在强度较强的范围内会变得相当大。例如有报告指出,在80N/mm2的抗压强度下,即使在将配方固定的条件下进行试验,根据所使用粗骨料的种类,抗压强度之差达到了2025 N/mm2。但是,与粗骨料质量
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