謝良根 鈕 浩

(中鐵二十五局集團(tuán)第五工程有限公司 山東青島 266000)

1 前言

自中國高速鐵路開通運營以來，高速鐵路開始迅猛發(fā)展，其快速、安全、舒適、準(zhǔn)時、環(huán)保等優(yōu)越的性能越來越得到大家的青睞與認(rèn)可。而高速鐵路的迅速崛起，為當(dāng)下鐵路規(guī)劃和設(shè)計提供了許多技術(shù)上的開拓，特別是在國家鐵路網(wǎng)調(diào)整后，越來越多的高速鐵路需要擴寬或者實施新增二線等工程，為了更加經(jīng)濟(jì)、安全地保障高速鐵路幫寬施工，以各種新工藝、新材料、新設(shè)備為代表的路基幫寬施工對保證高速鐵路安全運營具有重要意義。

2 工程概況

既有大西客專在忻州西站已鋪設(shè)相關(guān)無砟軌道，而引入雄忻鐵路需要對既有大西客專鐵路路基進(jìn)行部分拆除、地基處理、線路進(jìn)行幫寬、同時插入同步實施工程鐵路道岔，對整個忻州西站北咽喉區(qū)道岔進(jìn)行調(diào)整插入，滿足雄忻鐵路雙線同時進(jìn)入要求。

京太鐵路(雄忻段)引入大西客專同步實施工程主要工程量有破除道岔及無砟軌道2.18 km，破除路基護(hù)坡及水溝13 200 m3；柱錘沖擴樁22 756 m，重型碾壓3 092 m3。L型擋土墻施工4 386 m3，懸壁式擋墻3 997 m3，泡沫輕質(zhì)混凝土55 018 m3，道岔施工共12組，新增加道岔9組，移設(shè)利舊3組道岔。

3 關(guān)鍵施工技術(shù)

雄忻鐵路從城區(qū)北部自東向西引入，上跨五保高速公路后轉(zhuǎn)向南，沿二廣高速公路東側(cè)南行，主要施工內(nèi)容有拆除工程、幫寬地帶地基處理工程、幫寬地帶擋土墻工程、路基幫寬工程、線上軌道及道岔插入工程、人工及自動化監(jiān)測工程，由于工期緊張，為了確保按期開通運營，項目部經(jīng)過討論決定采用“多區(qū)段、平行流水”施工的方式，拆除一段施工一段，配足人力、物力以及機械設(shè)備，迅速形成現(xiàn)場大干場面。

3.1 路基及軌道拆除工程施工

路基及軌道拆除施工前，先將鐵路用地范圍內(nèi)線路柵欄進(jìn)行拆除，修筑臨時施工便道，以便施工機械設(shè)備和人員進(jìn)入既有鐵路用地，隨后對線路范圍內(nèi)的植被，垃圾和有機雜質(zhì)清除掉，清除后的棄土堆放指定的地點(棄土場)。參照設(shè)計圖紙對忻州西站北咽喉區(qū)涉及到幫寬范圍內(nèi)的路基邊坡防護(hù)采用破碎機進(jìn)行破除(見圖1)，同時對線路上需要拆除的道岔和無砟軌道進(jìn)行破除和平移。配備齊全的機械設(shè)備在破除的同時對所有混凝土碎塊和地表土進(jìn)行清運外移。

圖1 施工機械設(shè)備在現(xiàn)場破除原有路基邊坡

3.2 幫寬帶基底處理

路基基底處理施工是鐵路工程施工的主要環(huán)節(jié)之一，路基的好壞很大程度上決定了鐵路的質(zhì)量及其使用壽命。鐵路路基工程中經(jīng)常會遇到濕陷性黃土問題，處理的質(zhì)量與選擇的方法將直接影響到軌道結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與安全性，做好鐵路路基是整個鐵路工程的重中之重。

在幫寬部位分別采取螺桿樁+水泥土擠密樁、旋噴樁+水泥土擠密樁加固處理，螺桿樁徑0.4 m，樁間距1.8～2.0 m，正方形布置，樁長27～30 m；擠密樁樁徑0.4 m，樁間距0.9～1.0 m，正方形布置，樁長6～7 m；旋噴樁樁徑0.6 m，樁間距1.5 m，正方形布置，樁長20 m。地基處理設(shè)計中復(fù)合地基是不同長度樁體組成的樁體復(fù)合地基。在荷載作用下，地基中的附加應(yīng)力隨著深度增加而減少，為了更有效地利用復(fù)合地基中樁體的承載潛能，在樁體復(fù)合地基中，可以取不同長度的樁體以適應(yīng)附加應(yīng)力由上而下減小的特征。

不同的地基采用的地基處理方法不同，相同的地基由于設(shè)計和施工要求的不同，采用的方法也不同。在進(jìn)行地基處理時，要對樁基混合料和混凝土進(jìn)行質(zhì)量監(jiān)測、嚴(yán)格控制填料含水率和混凝土的和易性，同時要嚴(yán)把成孔質(zhì)量、確保樁身完整性，樁孔的孔徑偏小則使整樁的承載能力降低，樁孔上部擴徑將導(dǎo)致成樁上部側(cè)阻力增大，而下部側(cè)阻力不能完全發(fā)揮[1]。要充分調(diào)查現(xiàn)場的實際情況以及設(shè)計要求，采取多種方案進(jìn)行比選，在實用性、經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性等方面做到最優(yōu)。

3.3 路基幫寬施工

雄忻鐵路插入大西客專忻州西站同步實施工程采用42號無砟道岔插入的方式與大西客專正線連鎖，引入雄忻鐵路需要對既有鐵路路基進(jìn)行幫寬，為避免對既有線路造成影響，本設(shè)計在無砟軌道范圍內(nèi)采用澆筑泡沫輕質(zhì)土的方式進(jìn)行既有路基幫填，在有砟軌道范圍內(nèi)采用AB料填筑進(jìn)行幫寬。

DIIK199+792.16～DK200+215.00左側(cè)、DIIK199+794.14～DK200+215.00右側(cè)基床底層及基床以下幫填路堤采用泡沫輕質(zhì)土填筑，其中基床表層底面以下0.8 m范圍內(nèi)填筑高強泡沫輕質(zhì)土，其余部分采用普通泡沫輕質(zhì)土，泡沫輕質(zhì)土寬度不小于3.0 m，于DK200+215.00～DK200+240.00左右兩側(cè)分別以1∶3的縱坡進(jìn)行填料過渡，輕質(zhì)土填筑最薄處不小于0.8 m，泡沫輕質(zhì)土在上，常規(guī)填料在下，填料交接位置挖臺階，臺階寬度不小于2.0 m，與填料交界面臺階位置及填料交接范圍既有邊坡挖臺階位置澆筑的C30混凝土中間鋪設(shè)一層鍍鋅鋼絲網(wǎng)，以下設(shè)置聚脲高分子防水層(5 mm厚)+HDPE防滲土工膜，HDPE防滲土工膜采用GH-1型聚乙烯土工膜，厚度為0.5 mm。鍍鋅鋼絲網(wǎng)采用φ1.5 mm@2.5×2.5 cm冷鍍鋅鋼絲網(wǎng)。根據(jù)不同配合比下泡沫輕質(zhì)土的密度與強度變化規(guī)律，采用施工濕密度570～600 kg/m3[2]。

幫填泡沫輕質(zhì)土路基沿線路縱向每隔10 m設(shè)置一道橫向伸縮縫，縫寬2 cm，采用高密度泡沫板填充伸縮縫，伸縮縫外表面鋪設(shè)一層橫向背貼式止水帶。

泡沫輕質(zhì)土的施工工藝特點可概括為“三點制作、兩步輸送、流動澆筑”。所謂“三點制作”，系指水泥漿制作、泡沫制作和泡沫輕質(zhì)土制作。

同一區(qū)段上下相鄰澆筑層，當(dāng)施工期氣溫不低于16℃，最短澆筑間隔時間可按9～13 h控制；否則，澆筑間隔時間應(yīng)不低于24 h。

泡沫輕質(zhì)土單個澆筑區(qū)的澆筑施工時間應(yīng)控制在2 h內(nèi)。

應(yīng)沿澆筑區(qū)長軸方向自一端向另一端澆筑；如采用一條以上澆筑管澆筑時，則可并排地從一端開始澆筑，或采用對角的澆筑方式。

澆筑過程中，當(dāng)需要移動澆筑管時，應(yīng)沿澆筑管放置的方向前后移動，而不宜左右移動澆筑管；如確實需要左右移動澆筑管，則應(yīng)將澆筑管盡可能提出當(dāng)前已澆筑輕質(zhì)土表面后再移動(見圖2)。同時泡沫輕質(zhì)土具有輕質(zhì)性、施工方便、良好的環(huán)保特性等優(yōu)點，符合對路基幫寬的技術(shù)要求[3]。

圖2 幫寬部分擋墻內(nèi)泡沫輕質(zhì)土澆筑

3.4 軌道施工

雄忻鐵路引入大西客專忻州西站同步實施工程中最為重要的環(huán)節(jié)是在路基幫寬施工完成后，對線路北咽喉區(qū)雄忻鐵路的道岔進(jìn)行重新編組后插入大西客專正線進(jìn)行連鎖施工。根據(jù)設(shè)計方案，拆除原大西客專忻州西站正線1、3號道岔后向小里程方向移動，同時在大西客專正線咽喉區(qū)Ⅰ、Ⅱ道分別采用42號道岔與雄忻正線Ⅰ、Ⅱ道(即大西Ⅲ、Ⅳ道)進(jìn)行連接。由于高速鐵路無砟軌道的結(jié)構(gòu)是利用扣件進(jìn)行連接的，因此對地基的接觸有著比較高的要求，所以在施工時做好軌道的控制是施工過程的重點和難點[4]。同時無砟軌道的幾何狀態(tài)的平順性通過軌道幾何狀態(tài)測量儀來監(jiān)測獲取，通過內(nèi)符合和外符合精度兩大指標(biāo)評價軌道幾何狀態(tài)也能最大節(jié)約成本[5]。

3.4.1 正線無砟軌道施工

鋼軌采用100 m定尺長、U71MnG、60 N無螺栓孔新鋼軌，曲線半徑R≤2 800 m地段采用100 m定尺長、U71Mn熱處理鋼軌，其質(zhì)量應(yīng)符合《高速鐵路用鋼軌》(TB/T 3276-2011)、《60 N、75 N鋼軌暫行技術(shù)條件》(TJ/GW 142-2015)高速鐵路部分等相關(guān)技術(shù)條件要求；一次鋪設(shè)跨區(qū)間無縫線路。該類無砟軌道在路基、橋梁、隧道區(qū)段其結(jié)構(gòu)組成基本相同，有利于標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計和施工[6]。

變更后正線無砟軌道設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)同原設(shè)計，其中鋼筋由HRB335改為HRB400，岔區(qū)軌枕埋入式無砟軌道結(jié)構(gòu)高度改為860 mm。無砟軌道拆除段落起始位置不在原道床板施工縫位置或與岔區(qū)無砟軌道分界位置的情況，根據(jù)現(xiàn)場實際情況，采用如下方案處理施工縫：

(1)拆除無砟軌道段落起終點位置，露出縱向鋼筋長度不小于1 000 mm，并進(jìn)行除銹處理，縱向鋼筋搭接長度不小于700 mm，同一連接區(qū)段內(nèi)縱向鋼筋的搭接接頭面積百分率不應(yīng)大于25%。

(2)利用錨固鋼筋，將無砟軌道拆除范圍兩側(cè)道床板與支承層進(jìn)行錨固，錨固鋼筋直徑為20 mm，長度為490 mm，保證伸入支承層錨固深度不小于250 mm，錨固鋼筋數(shù)量、位置與原設(shè)計施工縫錨固鋼筋數(shù)量、位置相同，錨固鋼筋布置見圖3。

圖3 無砟軌道錨固鋼筋布置

3.4.2 有砟軌道施工

(1)鋼軌

一般地段采用60 N、定尺長100 m的U71Mn無螺栓孔新鋼軌，曲線半徑R≤1 200 m地段采用60 N、定尺長100 m的U71MnH鋼軌，其質(zhì)量應(yīng)符合相應(yīng)速度等級的鋼軌相關(guān)要求。

(2)軌枕及扣件

采用2.6 m長Ⅲa型混凝土枕(圖號：專線3393)，軌枕鋪設(shè)根數(shù)均為1 667根/km，采用彈條Ⅱ型扣件。

(3)道床

采用一級碎石道砟，道砟上道前應(yīng)進(jìn)行清洗，道砟的物理力學(xué)性能及清潔度應(yīng)符合《鐵路碎石道砟》(TB/T 2140-2008)相關(guān)規(guī)定級配碎石路基地段采用單層道砟，面砟厚30 cm。

3.4.3 道岔施工

本次設(shè)計雄忻鐵路接入本站北部咽喉，經(jīng)上、下行聯(lián)絡(luò)線分別在大西正線新增60 kg/m、42號道岔共2組；忻州西站最外側(cè)道岔向區(qū)間方向移設(shè)247 m，北咽喉共移設(shè)60 kg/m、18號道岔3組，新設(shè)60 kg/m、18號道岔3組。維修工區(qū)隨咽喉區(qū)的改造而局部移設(shè)。根據(jù)站場設(shè)計圖進(jìn)行道岔區(qū)基準(zhǔn)控制測量，確認(rèn)無誤后再進(jìn)行道岔和無砟軌道樁位放樣[7]。

3.4.4 軌道施工技術(shù)常見問題及控制要點

軌道施工過程中常見問題有尖軌軌距較小，不易調(diào)整到位，心軌處支距過大，直曲股偏差過大等[8]，針對以上問題，制定相關(guān)控制要點。

(1)建立健全質(zhì)量管理體系，嚴(yán)格施工過程控制，針對不同工序、不同施工內(nèi)容制定并實施作業(yè)指導(dǎo)書、質(zhì)量實施細(xì)則和質(zhì)量監(jiān)測大綱，保證最終的施工質(zhì)量。

(2)控制無砟軌道施工邊界條件，道岔施工前，橋梁沉降和徐變評估、路基沉降評估等必須達(dá)標(biāo)，CPⅢ網(wǎng)復(fù)測精度達(dá)標(biāo)。

(3)在精調(diào)測量中，配置高精度的全站儀、電子水準(zhǔn)儀，軌道板精調(diào)系統(tǒng)等精調(diào)支架加工及安裝精度也是混凝土灌注過程中道岔線性不變化的重要保證[9]。

(4)根據(jù)氣候條件，進(jìn)行嚴(yán)格的施工作業(yè)控制，如測量和精調(diào)應(yīng)選擇在溫差不大、陽光不強、少風(fēng)、無雨的天氣，道床板混凝土灌注則應(yīng)選擇在溫差不大、陽光不強、無雨或小雨的天氣。

(5)道岔部件在儲存和運輸、吊裝過程中，應(yīng)切實采用諸如吊梁+吊帶吊裝、軸線運輸車+托架運輸、硬化地面、軌木支墊等措施以確保道岔部件特別是鋼軌件不變形、無損傷。

(6)道岔組裝采用道岔組裝平臺或道岔平移臺車，首先保證道岔組裝的內(nèi)部幾何質(zhì)量，確保道岔部件組裝正確、準(zhǔn)確、完整，以良好的道岔內(nèi)部幾何為良好軌道線形提供保障。

(7)道岔軌排調(diào)節(jié)裝置和固定裝置必須保證其加工精度，安裝穩(wěn)固、牢靠，防止軌道板精調(diào)后產(chǎn)生移位變形，影響軌道板鋪設(shè)精度。

(8)道岔道床板混凝土灌注之前，必須對道岔軌道線形進(jìn)行復(fù)測，并設(shè)置隔離區(qū)，以防止車輛和行人從上通過擾動道岔軌排。

(9)軌道精調(diào)根據(jù)需要調(diào)整的數(shù)據(jù)和調(diào)整材料的型號規(guī)格準(zhǔn)備材料。先調(diào)整基準(zhǔn)軌，另一條軌用道尺根據(jù)軌距和超高控制，要參考軌道監(jiān)測小車測量數(shù)據(jù)避免三角坑[10]。

(10)嚴(yán)格控制道岔焊接鎖定及工電聯(lián)調(diào)邊界施工條件，焊縫打磨時應(yīng)嚴(yán)格控制打磨情況，避免出現(xiàn)過打磨，即不可恢復(fù)性打磨，如軌頂凹陷等。

(11)當(dāng)?shù)啦砀鱾€部件安裝緊密之后，在道岔上安裝一定數(shù)量的勾鎖器，便于后期精調(diào)工作的展開，為了精調(diào)工作順利進(jìn)行，還應(yīng)該搭建一段5 m以上的工具軌[11]。

(12)加強與設(shè)備接收單位的聯(lián)系和溝通，爭取設(shè)備接收單位從道岔組裝施工開始到交驗結(jié)束全過程參與質(zhì)量控制。

(13)無砟軌道鋪設(shè)后，應(yīng)及時完成道岔前后無砟軌道的施工，因故不能施工的，應(yīng)及時將恒載施工完成，如完成軌道板預(yù)鋪等，以防止岔區(qū)因地基變形引起的道岔兩端無砟軌道翹曲變形。

3.5 自動化監(jiān)測

根據(jù)監(jiān)測方案總體目標(biāo)以及確定的監(jiān)測范圍，忻州西站拆除路基段落施工過程中，重點監(jiān)測DK199+845～DK200+635范圍內(nèi)的沉降變形，由此可以評估忻州西站拆除路基段落施工對未拆除及新建段落造成的影響。

根據(jù)監(jiān)測方案設(shè)計原則，于忻州西站拆除路基段落監(jiān)測范圍布設(shè)自動監(jiān)測系統(tǒng)。大西鐵路DK199+845～DK200+635段正線左側(cè)沿線路方向布置3條測線，DK199+845～DK200+010段正線右側(cè)沿線路方向布置1條測線，每條測線設(shè)1個基準(zhǔn)點，每條測線上每隔15 m設(shè)一個監(jiān)測點。

此外，忻州西站DK199+845～DK200+635段的4條測線，需在拆除路基段落開工之前安裝調(diào)試完成。期間對忻州西站4條測線進(jìn)行自動化監(jiān)測以獲取各監(jiān)測點的初始高程及沉降變形趨勢，為拆除路基段落施工后準(zhǔn)確評估施工對忻州西站新建或未拆除段落的影響提供初始條件。

忻州西站拆除路基段落現(xiàn)場監(jiān)測元器件安裝于軌道底座板下混凝土封閉層上，元器件選型的原則為分辨率、量程及工作環(huán)境等滿足現(xiàn)場監(jiān)測要求，此外需體積小，便于安裝、易于保護(hù)。整套監(jiān)測設(shè)備安裝后高度不得超過軌面高程。

施工期間按時進(jìn)行觀測，施工完工后連續(xù)30 d路基的變形量小于設(shè)計要求后每5 d觀測1次。如果發(fā)現(xiàn)變形，則繼續(xù)每天進(jìn)行觀測，具體終止觀測時間根據(jù)評估結(jié)果確定。

在既有大西客專路基DIIK199+793.67～DK200+950.00范圍內(nèi)設(shè)置靜力水準(zhǔn)儀、關(guān)聯(lián)沉降板等設(shè)備進(jìn)行路基變形的自動化監(jiān)測。經(jīng)過人工監(jiān)測與自動化監(jiān)測數(shù)據(jù)對比分析可知，自動化監(jiān)測的數(shù)據(jù)與人工監(jiān)測的數(shù)據(jù)基本吻合，兩者監(jiān)測的數(shù)據(jù)差值在毫米級范圍變化，說明自動化監(jiān)測的數(shù)據(jù)也是可靠的[12]。

4 結(jié)束語

通過資料分析、現(xiàn)場施工、室內(nèi)外試驗及實際工程應(yīng)用，對高速鐵路路基幫寬關(guān)鍵技術(shù)及工程應(yīng)用進(jìn)行研究，主要得到以下結(jié)論：

(1)針對濕陷性黃土地基處理，采用復(fù)合地基的設(shè)計方案能夠完全滿足地基承載力需求，多樁型復(fù)合地基可很好地解決不良地基狀況，滿足工程對較高地基承載力的需要，且具有很好的經(jīng)濟(jì)效益。

(2)為防止泡沫輕質(zhì)土主體工程出現(xiàn)質(zhì)量問題，采用厚度0.6 m、長度10 m、埋入式澆筑的分層連續(xù)式施工工藝；創(chuàng)新采用了砌筑加氣混凝土塊作為快速分區(qū)施工支擋結(jié)構(gòu)；同時采用加氣混凝土塊磚墻側(cè)壁鋪設(shè)高密度聚苯乙烯泡沫板作為分隔縫，應(yīng)用其高壓縮的特性，起到應(yīng)力釋放的作用，提高泡沫輕質(zhì)土結(jié)構(gòu)的使用性能和耐久性能。

(3)針對路基邊坡破除后幫寬的技術(shù)處理，在泡沫輕質(zhì)土幫寬部分采用鑿毛植筋處理、在幫填A(yù)B料部位采取對原有路基邊坡挖臺階等處理方法，在后期幫寬過程中采用埋設(shè)觀測點進(jìn)行人工監(jiān)測，及時采集路基偏移和沉降數(shù)據(jù)，確保了新建路基和原有路基的整體性、安全性。

(4)通過對在軌道線路上埋設(shè)自動化監(jiān)測設(shè)備，對既有路基和新建路基的軌道整體沉降和新舊路基在施工及運營過程中的側(cè)向偏移進(jìn)行全時段監(jiān)測，掌握了新舊路基運營后的數(shù)據(jù)，為大西正線開通運營提供了有效的數(shù)據(jù)支持。

(5)在雄安-忻州高鐵接入大西客專路基工程成功應(yīng)用，顯著減小了路基幫填對既有大西客專線路的影響，為忻州西站線路的長期安全服役提供了有力的技術(shù)支撐，并解決了多項高速鐵路路基泡沫輕質(zhì)土應(yīng)用難題，完善了高速鐵路路基泡沫輕質(zhì)土技術(shù)體系，奠定了我國高速鐵路路基領(lǐng)域泡沫輕質(zhì)土應(yīng)用基礎(chǔ)，應(yīng)用效果良好。