王 珣

(中交第四公路工程局有限責任公司，北京 100022)

1 概述

哈大鐵路客運專線TJ－3標段位于吉林和黑龍江兩省，經(jīng)過四平、長春、松原、哈爾濱轄區(qū)，起訖里程為D1K579+140～DK926+560，正線全長345.645 km。本標段橋梁總長約286.421 km，占標段總長度的84.9%。路基(含站場)共42段，總長約51.009 km，占標段總長度的15.1%。涵洞72座。車站6座。全段預制簡支箱梁8512孔，設置14個梁場。全段設置預制軌道板廠7處。鋪設無砟道床686.697 km;鋪無砟軌道298.908 km。設1個鋪軌基地，即雙城基地。

目前，對于鐵路工程施工環(huán)境溫度分區(qū)，尚無明確的標準，根據(jù)《建筑氣候區(qū)劃標準》(GB50178—93)及《民用建筑熱工設計規(guī)程》(JGJ24—86)之規(guī)定，本標段位于Ⅰ區(qū)，即嚴寒地區(qū)，沿線廣泛分布季節(jié)性凍土。

哈大客運專線是我國修建在嚴寒地區(qū)的第一條高速客運專線，TJ－3標位于哈大客運專線的北端，年平均氣溫4.4～8.4℃，極端最高溫度36.1～39.8℃，極端最低溫度－39.9～－32.8℃，年平均降雨量481.8～682.7 mm，年平均蒸發(fā)量1 226.0～1 781.5 mm，平均相對濕度62% ～65%，年平均風速2.8～3.9 m/s，最大定時風速12.0～34.0 m/s，年平均8級以上大風日數(shù)4～40.5 d，最大月平均日較差11.6～14.3℃，最大積雪厚度17～30 cm，最大季節(jié)凍土深度137～205 cm。哈大客運專線TJ－3標所處的環(huán)境非常特殊，由于客運專線的耐久性及高服役年限的要求，對施工組織和施工工藝的要求非常高。

2 季節(jié)性凍土地區(qū)路基施工技術(shù)

2.1 路基施工問題

由于地處季節(jié)性凍土地區(qū)，路基基床年復一年的周期性凍脹融沉會引起軌道結(jié)構(gòu)的變形，加上動車動荷載的作用，如何保證路基工程的強度、剛度及穩(wěn)定性是設計施工中要解決的首要問題。因此無砟軌道路基工后沉降被嚴格限制在15 mm以內(nèi)。

在路基基床表層施工過程中，由于基床頂層上部設計為20 cm厚的砂墊層，鋪設后，上部級配碎石無法達到質(zhì)量要求。

2.2 解決方案

在路基施工中，對基底的處理、填料選擇和防凍脹措施的應用是路基工程是否成功的關鍵。本標段地基處理選用了CFG樁、水泥攪拌樁、樁板結(jié)構(gòu)、PHC樁等處理手段，輔以褥墊層。較好地控制了基底沉降。

在填料選擇方面，選擇了具有良好工程性能的A、B組填料，既保證了施工進度，也保證了路基沉降變形可控。

針對路基基床結(jié)構(gòu)問題，通過現(xiàn)場試驗進行了設計優(yōu)化，用15 cm厚的級配碎石取代了砂墊層，保留5 cm厚砂墊層，解決了此問題。

2.3 沉降觀測

現(xiàn)場試驗段選在扶余車站路基正線(DK832+748.59～DK834+518.9)，路基沉降觀測從2008年12月開始，截止2010年5月，測得最大沉降量為10.21 mm，推算的工后沉降量為4.43 mm，滿足規(guī)范要求。哈大客運專線TJ－3標路基工程實測最大沉降斷面沉降量為42.6 mm，達到無砟軌道評估指南要求。

2.4 變形模擬分析

根據(jù)數(shù)值模擬分析，模擬的實際凍深1.8 m，排除實際情況影響，與實測1.66 m基本接近，說明建立的計算模型基本是可靠的;通過分析計算，隨著氣候變暖溫度的升高，路基中的溫度場在緩慢變化，不同深度的溫度都有增加的趨勢;20年后最大凍深出現(xiàn)的時段，由于氣候變暖的影響，路基中處于完全的正溫狀態(tài)，說明路基出現(xiàn)最大凍深的時間提前，季凍區(qū)路基處于負溫的周期變短，最大凍深減小;溫度場和力場作用下的路基變形未超過15 mm，滿足要求;路基填料未發(fā)生凍脹或凍脹不明顯，完全能滿足季凍區(qū)內(nèi)負溫作用下的要求;季凍區(qū)路基在溫度作用下正常運行20年后未見凍脹等災害發(fā)生。

3 橋梁施工技術(shù)

TJ－3標除了車站及部分區(qū)間路基外，大部分地段以橋梁通過，橋梁施工是本標段施工的重點，箱梁預制數(shù)量為所有基建施工標段最多的，達到8 000孔以上，施工環(huán)境屬于嚴寒地區(qū)，針對這一特點，重點對箱梁預制及架設進行論述。

3.1 箱梁預制施工

3.1.1 大型梁場建設技術(shù)

梁場位置選定后，應進行梁場總體規(guī)劃，根據(jù)工期及功能區(qū)域占地情況，粗算梁場占地面積。梁場根據(jù)功能需要劃分為制梁區(qū)、存梁區(qū)、拌和區(qū)、鋼筋加工區(qū)、試驗室、辦公生活區(qū)、施工通道和其他附屬等各個區(qū)域，各區(qū)域之間相對獨立又緊密相聯(lián)。制梁區(qū)規(guī)劃應考慮制梁臺座數(shù)量、布置形式及設置依據(jù)，模型數(shù)量及操作方式，鋼筋綁扎臺座數(shù)量及形式，水、電、汽布設等。存梁區(qū)應考慮存梁臺座數(shù)量、布置形式，移梁或運梁通道的寬度、厚度，水、電、汽布設及排水方式等。梁場設備包括混凝土攪拌設備、混凝土輸送設備、布料設備、鋼筋加工設備、地磅、養(yǎng)護設備、張拉設備、壓漿設備、提梁設備、運梁設備、架梁設備等。

在有連續(xù)梁及特殊結(jié)構(gòu)影響的情況下，由于受到特殊結(jié)構(gòu)施工影響，架梁會出現(xiàn)停工狀態(tài)。在梁場設置時，盡量將特殊結(jié)構(gòu)集中地段安排在架梁方向的末端，相應的，必須增加梁場的數(shù)量以避免受到特殊結(jié)構(gòu)的阻礙。考慮以上因素，本標段設梁場14座，平均每座梁場制梁626孔，較原設計10座箱梁制梁場平均每個梁場減少制梁250孔，減少絕對工期約4個月。

3.1.2 冬季箱梁預制技術(shù)

當晝夜平均氣溫連續(xù)3d低于+5℃或最低氣溫低于－3℃時，應采取冬期施工措施。1榀32 m客運專線箱梁的混凝土總量約為329 m3，屬于大體積混凝土結(jié)構(gòu)。由于水泥水化熱的影響，需要在預制箱梁梁體內(nèi)部溫度升高的同時提高其養(yǎng)護的環(huán)境溫度，減少由于溫度差引起的應力，能有效防止梁體裂縫。

TJ－3標所處嚴寒地區(qū)，晝夜溫差較大，而《客運專線預應力混凝土預制梁暫行技術(shù)條件》(鐵科技［2004］120號)規(guī)定在混凝土凝固過程中表層與環(huán)境溫差、梁體內(nèi)部和梁體表層的溫差不能超過15℃。否則梁體必將產(chǎn)生大量的由于溫度應力引起的裂紋。所以不僅要在冬季進行蒸汽養(yǎng)護，甚至晝夜溫差大的夏季都必須采用蒸汽養(yǎng)護工藝進行箱梁的施工。這是哈大客運專線制梁的特點。

3.2 箱梁冬季架設

3.2.1 低溫支座灌漿料的應用

哈大鐵路客運專線有效施工期短，采用冬季專用支座灌漿料，可以有效延長架梁作業(yè)時間，對縮短工期有很好的效果。該材料具有早強、高強、充盈性好等特點。當晝夜平均環(huán)境溫度低于0℃時可實施，最低可在－15℃環(huán)境下繼續(xù)組織施工。

3.2.2 低溫架梁支座灌漿工藝(圖1)

圖1 冬季支座灌漿施工工藝(單位:mm)

此施工工藝的核心在于采用專門研制的冬季負溫支座灌漿料，在完成支座灌漿后，采用預熱，搭設保溫棚等周密的保溫措施，保證支座灌注材料強度持續(xù)上升，滿足設計技術(shù)要求。其保溫措施主要有包裹保溫、采用小型可移動鍋爐加熱、搭設暖棚等措施，保證支座砂漿強度持續(xù)增長。應用于本技術(shù)的冬季支座灌漿保溫裝置已申請發(fā)明專利。

3.3 特殊結(jié)構(gòu)橋梁施工

3.3.1 跨越繁忙干線橋梁轉(zhuǎn)體施工技術(shù)

劉房子特大橋及運糧河特大橋小角度(23°～25°)跨越既有京哈繁忙干線，考慮到安全風險和對運輸影響，由原設計的在既有線上空懸灌施工變更為線外支架現(xiàn)澆轉(zhuǎn)體合龍的施工方法。劉房子特大橋為(48+80+48)m連續(xù)梁，運糧河特大橋為(60+100+60)m連續(xù)梁。

劉房子特大橋DK647+489.15～DK647+666.85段上部結(jié)構(gòu)為(48+80+48)m現(xiàn)澆預應力混凝土連續(xù)梁，與既有線斜交角度為25°，其中48號～49號主墩分別位于鐵路兩側(cè)路塹邊坡上，上跨Ⅰ級雙線電氣化既有京哈鐵路，采用球面半徑為4.6 m，平面直徑為2.3 m的球鉸中心轉(zhuǎn)盤實施轉(zhuǎn)體，于2009年9月4日成功實施轉(zhuǎn)體。見圖2。

運糧河特大橋 DK913+283.10(838號墩)～DK913+383.10(839號墩)段位置與既有京哈線鐵路相交，標準中心線與既有鐵路夾角為23°。轉(zhuǎn)體質(zhì)量約6 200 t，采用平面直徑為3 m的球鉸中心轉(zhuǎn)盤實施轉(zhuǎn)體，于2009年10月12日成功實施轉(zhuǎn)體，見圖3。

圖2 劉房子特大橋轉(zhuǎn)體完成

圖3 運糧河特大橋上跨京哈線轉(zhuǎn)體施工

3.3.2 鋼箱疊拱橋梁施工技術(shù)

哈大客運專線新開河特大橋1-138 m鋼箱疊拱橋是哈大鐵路客運專線唯一的一座鋼箱疊拱橋。該橋采用138 m鋼箱疊拱，全橋長144 m，橋面寬度為18 m，總高48 m，橋下凈空10 m，全橋鋼結(jié)構(gòu)總質(zhì)量約4 100 t。兩側(cè)系梁為等寬變高度箱形截面。拱肋與系梁間采用φ130 mm實心圓鋼吊桿連接。端橫梁為單箱3室箱形結(jié)構(gòu)，截面尺寸4 500 mm(高)×7 300 mm(寬)×13 060 mm(長)。中橫梁為工型。全橋設4道2 000 mm×800 mm工型縱梁。橫、縱梁上布置剪力釘，現(xiàn)澆 C50混凝土橋面。拱肋為1 800 mm×2 000 mm等截面箱形結(jié)構(gòu)，上、下拱肋在拱腳處聯(lián)結(jié)在一起。見圖4。

圖4 138 m新開河特大橋鋼箱疊拱合龍

本橋架設拱肋前需通過架橋機及運梁車，所以采用“先梁后拱法”。在原位拼裝施工支架，利用支架平臺焊接系梁、縱梁、橫梁;在系梁上搭設支架，焊接拱肋，安裝實心吊桿;在系梁、橫梁、縱梁上安裝預制橋面板，現(xiàn)澆濕接縫。施工順序為:主橋基礎及臨時墩→分段吊裝組拼系梁→吊裝組拼縱橫梁→架設臨時鋼橋面→在臨時鋼橋面上過架橋機→運輸91孔32 m預應力混凝土箱梁。然后拆掉臨時鋼橋面→搭設鋼支架→安裝拱腳整體段→拼裝拱肋成拱→安裝橫撐→安裝吊桿→施工橋面系。

根據(jù)結(jié)構(gòu)特點，綜合考慮構(gòu)件的尺寸、運輸及地域條件，確定設計劃分梁段在廠內(nèi)制作，汽車運輸至橋址;為縮短施工工期，減少高空作業(yè)，設計節(jié)段到施工現(xiàn)場后，卸落在對應的地面拼裝臺座上，根據(jù)系梁底支架布置及龍門吊裝能力，將系梁部分節(jié)段在地面拼裝完成，拱肋采取地面平行施工拼裝，將中間共長88 m節(jié)段在系梁側(cè)面拱肋拼裝支架上立式拼裝焊接成型，整體抬吊架設。

4 無砟軌道施工

4.1 軌道板預制施工技術(shù)

本標段生產(chǎn)的CRTSⅠ型軌道板采用工廠化流水線生產(chǎn)制作。其關鍵施工技術(shù)是自動張拉技術(shù)和混凝土防裂技術(shù)。

4.1.1 自動張拉技術(shù)

軌道板預應力張拉設備主要包括自動張拉千斤頂、張拉油泵、油壓表;封錨設備主要包括強制攪拌機、空氣壓縮機、空氣錘等。

(1)預應力鋼棒和錨墊板之間須保持垂直，偏差不大于1°。

(2)校正預應力鋼棒外露長度，滿足設計、規(guī)范要求。

(3)千斤頂緩慢進油至初始油壓，在此過程中要撥正千斤頂，使千斤頂與錨具對中，鋼棒、錨具、千斤頂三者同心。

(4)預應力采用雙控，以油壓表讀數(shù)為主，伸長值作為校核。

(5)按設計張拉順序進行張拉。

(6)軌道板預施應力須勻速加載，當張拉力加載到100%時，持荷時間滿足設計要求。

(7)張拉記錄及時填寫，不得隨意涂改，經(jīng)有關人員簽字后及時交技術(shù)部門。

此項自動張拉技術(shù)，形成于本標段三勝板廠，其特點是“張拉精度高，預應力雙控，強制保證持荷時間，數(shù)據(jù)自動采集，張拉形成壓痕，過程可控?！避壍腊孱A制技術(shù)及其精度檢測系統(tǒng)和方法已分別申請實用新型及發(fā)明專利。

4.1.2 軌道板防裂技術(shù)

CRTSⅠ型軌道板主要有縱向錨穴裂縫。為對其進行控制，采取以下措施:

(1)嚴格按照設計配合比進行混凝土施工，加強混凝土的坍落度控制，將混凝土坍落度控制在80～120 mm的設計范圍以內(nèi)。在滿足混凝土振搗密實和其他各項性能指標外，坍落度盡可能減小。

(2)布料必須按照先側(cè)面、端面后中間的分3路布料的方式進行布料，布料完成后，先進行人工初平后進行振搗，防止聚集浮漿而產(chǎn)生裂紋。

(3)在混凝土初凝前采取2次收面工藝。

(4)將恒溫時的最高溫度設定為40℃，將靜停時間設定為4.5 h;升溫時間為2.5 h;恒溫時間為6 h;降溫時間設定為5 h。

(5)隨時掌控環(huán)境情況，根據(jù)環(huán)境情況制定蒸養(yǎng)方案。當環(huán)境溫度偏低，相應延長靜停時間，適時進行2次收面。避免養(yǎng)護溫度突變，導致混凝土出現(xiàn)裂紋。

(6)設置自動噴霧裝置，在進入降溫階段，向軌道板噴灑溫度在30～40℃的溫水進行潮濕養(yǎng)護。

(7)軌道板脫模后至入水前，全過程濕潤養(yǎng)護避免干縮裂縫的出現(xiàn)。

(8)采用半鋼半塑的錨穴模型進行施工。

4.2 軌道板鋪設技術(shù)

軌道板的鋪設施工主要分2個步驟:第1步粗鋪板，將板運至施工點，利用龍門吊板至待鋪位置，進行大體對位后落板;第2步精鋪板，利用軌道板調(diào)整器調(diào)整軌道板高低、方向及凸形擋臺縫。

軌道板精調(diào)合格后，應在凸形擋臺與軌道板間加木楔固定，并在軌道板邊底座上錨固螺紋鋼筋，通過壓板壓在軌道板上，防止軌道板在灌注時發(fā)生上浮現(xiàn)象。曲線地段軌道板為防止軌道板向曲線內(nèi)側(cè)滑移，在曲線內(nèi)側(cè)軌道板側(cè)面加設擋板。

為了保證在墊層灌漿時軌道板不上浮，且在超高段砂漿灌注時軌道板不產(chǎn)生橫向位移，軌道板精調(diào)后應在軌道板四角安裝限位裝置。軌道板精調(diào)后，首先量取軌道板與底座之間空隙尺寸，根據(jù)尺寸大小選擇合適的砂漿袋，并采用后穿法將砂漿帶穿入軌道板與底座之間，并盡量展平。

根據(jù)充填砂漿層厚度，確定單次砂漿攪拌量，并輸入控制系統(tǒng)，檢查顯示屏上顯示的各參數(shù)，確認無誤后，進行砂漿拌制。

將灌注袋灌注口置于軌道板較低一端，出漿袋口置于較高一端，保證砂漿灌注密實。

灌注結(jié)束后，充填砂漿層一般采取自然養(yǎng)護。當日最低氣溫低于0℃時，對充填砂漿層采取適當?shù)谋卮胧?/p>

灌注完成后7 d以上，或抗壓強度達到0.7 MPa以上后，方可在軌道板上承重。

5 結(jié)語

哈大鐵路客運專線TJ－3標，地處東北嚴寒地區(qū)，在施工中，加強科技攻關，成功解決了嚴控路基變形沉降、大型箱梁制運架、橋梁冬季及越冬施工、耐久性混凝土優(yōu)化、鋼箱疊拱特殊結(jié)構(gòu)橋梁、跨越繁忙干線轉(zhuǎn)體法施工、嚴寒地區(qū)無砟軌道施工等技術(shù)難題。形成了嚴寒地區(qū)高速鐵路施工關鍵技術(shù)，為類似工程提供了經(jīng)驗和參考。

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