謝良根 鈕 浩

(中鐵二十五局集團第五工程有限公司 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、準時、環(huán)保等優(yōu)越的性能越來越得到大家的青睞與認可。而高速鐵路的迅速崛起，為當下鐵路規(guī)劃和設計提供了許多技術上的開拓，特別是在國家鐵路網調整后，越來越多的高速鐵路需要擴寬或者實施新增二線等工程，為了更加經濟、安全地保障高速鐵路幫寬施工，以各種新工藝、新材料、新設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相關無砟軌道，而引入雄忻鐵路需要對既有大西客專鐵路路基進行部分拆除、地基處理、線路進行幫寬、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)道岔進行調整插入，滿足雄忻鐵路雙線同時進入要求。

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，泡沫輕質混凝土55 018 m3，道岔施工共12組，新增加道岔9組，移設利舊3組道岔。

3 關鍵施工技術

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向南，沿二廣高速公路東側南行，主要施工內容有拆除工程、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、物力以及機械設備，迅速形成現場大干場面。

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

圖1 施工機械設備在現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量及其使用壽命。鐵路路基工程中經常會遇到濕陷性黃土問題，處理的質量與選擇的方法將直接影響到軌道結構的穩(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。地基處理設計中復合地基是不同長度樁體組成的樁體復合地基。在荷載作用下，地基中的附加應力隨著深度增加而減少，為了更有效地利用復合地基中樁體的承載潛能，在樁體復合地基中，可以取不同長度的樁體以適應附加應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，相同的地基由于設計和施工要求的不同，采用的方法也不同。在進行地基處理時，要對樁基混合料和混凝土進行質量監(jiān)測、嚴格控制填料含水率和混凝土的和易性，同時要嚴把成孔質量、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，樁孔上部擴徑將導致成樁上部側阻力增大，而下部側阻力不能完全發(fā)揮[1]。要充分調查現場的實際情況以及設計要求，采取多種方案進行比選，在實用性、經濟性、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行幫寬，為避免對既有線路造成影響，本設計在無砟軌道范圍內采用澆筑泡沫輕質土的方式進行既有路基幫填，在有砟軌道范圍內采用AB料填筑進行幫寬。

DIIK199+792.16～DK200+215.00左側、DIIK199+794.14～DK200+215.00右側基床底層及基床以下幫填路堤采用泡沫輕質土填筑，其中基床表層底面以下0.8 m范圍內填筑高強泡沫輕質土，其余部分采用普通泡沫輕質土，泡沫輕質土寬度不小于3.0 m，于DK200+215.00～DK200+240.00左右兩側分別以1∶3的縱坡進行填料過渡，輕質土填筑最薄處不小于0.8 m，泡沫輕質土在上，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混凝土中間鋪設一層鍍鋅鋼絲網，以下設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。鍍鋅鋼絲網采用φ1.5 mm@2.5×2.5 cm冷鍍鋅鋼絲網。根據不同配合比下泡沫輕質土的密度與強度變化規(guī)律，采用施工濕密度570～600 kg/m3[2]。

幫填泡沫輕質土路基沿線路縱向每隔10 m設置一道橫向伸縮縫，縫寬2 cm，采用高密度泡沫板填充伸縮縫，伸縮縫外表面鋪設一層橫向背貼式止水帶。

泡沫輕質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土制作。

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

泡沫輕質土單個澆筑區(qū)的澆筑施工時間應控制在2 h內。

應沿澆筑區(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，當需要移動澆筑管時，應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，則應將澆筑管盡可能提出當前已澆筑輕質土表面后再移動(見圖2)。同時泡沫輕質土具有輕質性、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要求[3]。

圖2 幫寬部分擋墻內泡沫輕質土澆筑

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)雄忻鐵路的道岔進行重新編組后插入大西客專正線進行連鎖施工。根據設計方案，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)進行連接。由于高速鐵路無砟軌道的結構是利用扣件進行連接的，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，通過內符合和外符合精度兩大指標評價軌道幾何狀態(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，其質量應符合《高速鐵路用鋼軌》(TB/T 3276-2011)、《60 N、75 N鋼軌暫行技術條件》(TJ/GW 142-2015)高速鐵路部分等相關技術條件要求；一次鋪設跨區(qū)間無縫線路。該類無砟軌道在路基、橋梁、隧道區(qū)段其結構組成基本相同，有利于標準化設計和施工[6]。

變更后正線無砟軌道設計標準同原設計，其中鋼筋由HRB335改為HRB400，岔區(qū)軌枕埋入式無砟軌道結構高度改為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，根據現場實際情況，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)段內縱向鋼筋的搭接接頭面積百分率不應大于25%。

(2)利用錨固鋼筋，將無砟軌道拆除范圍兩側道床板與支承層進行錨固，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，錨固鋼筋數量、位置與原設計施工縫錨固鋼筋數量、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，其質量應符合相應速度等級的鋼軌相關要求。

(2)軌枕及扣件

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

(3)道床

采用一級碎石道砟，道砟上道前應進行清洗，道砟的物理力學性能及清潔度應符合《鐵路碎石道砟》(TB/T 2140-2008)相關規(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

本次設計雄忻鐵路接入本站北部咽喉，經上、下行聯絡線分別在大西正線新增60 kg/m、42號道岔共2組；忻州西站最外側道岔向區(qū)間方向移設247 m，北咽喉共移設60 kg/m、18號道岔3組，新設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。根據站場設計圖進行道岔區(qū)基準控制測量，確認無誤后再進行道岔和無砟軌道樁位放樣[7]。

3.4.4 軌道施工技術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，制定相關控制要點。

(1)建立健全質量管理體系，嚴格施工過程控制，針對不同工序、不同施工內容制定并實施作業(yè)指導書、質量實施細則和質量監(jiān)測大綱，保證最終的施工質量。

(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標，CPⅢ網復測精度達標。

(3)在精調測量中，配置高精度的全站儀、電子水準儀，軌道板精調系統等精調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)根據氣候條件，進行嚴格的施工作業(yè)控制，如測量和精調應選擇在溫差不大、陽光不強、少風、無雨的天氣，道床板混凝土灌注則應選擇在溫差不大、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部幾何質量，確保道岔部件組裝正確、準確、完整，以良好的道岔內部幾何為良好軌道線形提供保障。

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

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

(9)軌道精調根據需要調整的數據和調整材料的型號規(guī)格準備材料。先調整基準軌，另一條軌用道尺根據軌距和超高控制，要參考軌道監(jiān)測小車測量數據避免三角坑[10]。

(10)嚴格控制道岔焊接鎖定及工電聯調邊界施工條件，焊縫打磨時應嚴格控制打磨情況，避免出現過打磨，即不可恢復性打磨，如軌頂凹陷等。

(11)當道岔各個部件安裝緊密之后，在道岔上安裝一定數量的勾鎖器，便于后期精調工作的展開，為了精調工作順利進行，還應該搭建一段5 m以上的工具軌[11]。

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

(13)無砟軌道鋪設后，應及時完成道岔前后無砟軌道的施工，因故不能施工的，應及時將恒載施工完成，如完成軌道板預鋪等，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

根據監(jiān)測方案總體目標以及確定的監(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。

根據監(jiān)測方案設計原則，于忻州西站拆除路基段落監(jiān)測范圍布設自動監(jiān)測系統。大西鐵路DK199+845～DK200+635段正線左側沿線路方向布置3條測線，DK199+845～DK200+010段正線右側沿線路方向布置1條測線，每條測線設1個基準點，每條測線上每隔15 m設一個監(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試完成。期間對忻州西站4條測線進行自動化監(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)境等滿足現場監(jiān)測要求，此外需體積小，便于安裝、易于保護。整套監(jiān)測設備安裝后高度不得超過軌面高程。

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

在既有大西客專路基DIIK199+793.67～DK200+950.00范圍內設置靜力水準儀、關聯沉降板等設備進行路基變形的自動化監(jiān)測。經過人工監(jiān)測與自動化監(jiān)測數據對比分析可知，自動化監(jiān)測的數據與人工監(jiān)測的數據基本吻合，兩者監(jiān)測的數據差值在毫米級范圍變化，說明自動化監(jiān)測的數據也是可靠的[12]。

4 結束語

通過資料分析、現場施工、室內外試驗及實際工程應用，對高速鐵路路基幫寬關鍵技術及工程應用進行研究，主要得到以下結論：

(1)針對濕陷性黃土地基處理，采用復合地基的設計方案能夠完全滿足地基承載力需求，多樁型復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，且具有很好的經濟效益。

(2)為防止泡沫輕質土主體工程出現質量問題，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)施工支擋結構；同時采用加氣混凝土塊磚墻側壁鋪設高密度聚苯乙烯泡沫板作為分隔縫，應用其高壓縮的特性，起到應力釋放的作用，提高泡沫輕質土結構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處理，在泡沫輕質土幫寬部分采用鑿毛植筋處理、在幫填AB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觀測點進行人工監(jiān)測，及時采集路基偏移和沉降數據，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自動化監(jiān)測設備，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向偏移進行全時段監(jiān)測，掌握了新舊路基運營后的數據，為大西正線開通運營提供了有效的數據支持。

(5)在雄安-忻州高鐵接入大西客專路基工程成功應用，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支撐，并解決了多項高速鐵路路基泡沫輕質土應用難題，完善了高速鐵路路基泡沫輕質土技術體系，奠定了我國高速鐵路路基領域泡沫輕質土應用基礎，應用效果良好。