《高速铁路轨道工程施工技术指南》编制原则及技术要点

曹德志,孙柏辉

(中铁一局集团新运工程公司,陕西咸阳 712000)

高速铁路轨道施工技术标准是铁路工程建设技术标准体系的重要组成部分。随着铁路建设高潮的到来,不仅铁路里程快速增加,而且列车运行速度和标准也有了极大提高,同时对列车运行的高可靠性、乘车的舒适度、轨道平顺性也提出了更高要求,现行的《客运专线铁路轨道工程施工技术指南》和《客运专线无砟轨道铁路工程施工技术指南》已无法满足高速铁路轨道工程施工新技术的发展需要,甚至制约部分新技术的推广。为统一高速铁路轨道工程施工技术要求,加强施工管理和过程控制,保证工程质量,结合国内客运专线施工实践及科研成果,正在研究编制《高速铁路轨道工程施工技术指南》(以下简称《指南》)。本文谨对新编《指南》的主要编制原则、主要内容和技术要点加以阐述。

1 编制原则

(1)结合近年来国内京津、武广、郑西等客运专线无砟轨道设计、施工实践及研究成果,细化高速铁路无砟轨道施工配套技术和质量控制。

(2)重点体现现代化管理手段,围绕机械化、工厂化、专业化、信息化等施工手段,整体提升铁路工程施工技术水平。

(3)将管理制度标准化、人员配备标准化、现场管理标准化、过程控制标准化渗透到标准各章节。

(4)体现新设备、新材料研发而产生的新工艺,对既有施工工艺进行对比筛选,淘汰了一些工效低、劳动强度大、安全风险高、影响职业健康的落后工艺和做法。

(5)纳入当前工程建设过程中,针对相关重、难点问题而制定的加强和改进措施。

(6)《指南》内容包括施工准备、施工测量、施工方法和装备选择、施工流程、关键技术过程控制要点、现场管理、接口质量、工序衔接等。

2 主要内容

《指南》主要是把现行的《客运专线铁路轨道工程施工技术指南》和《客运专线无砟轨道铁路工程施工技术指南》进行了整合,内容涵盖高速铁路有砟轨道和无砟轨道,纳入了国内近几年在高速铁路方面研发的新技术成果,同时将现行的《高速铁路无砟轨道工程施工精调作业指南》、在编的《高速铁路无砟轨道铺设作业技术规程》相关内容纳入到本《指南》中,使将来的标准体系更简洁,更利于现场执行。

《指南》共分 18章,主要内容包括:总则、术语、施工质量管理及施工准备、轨道施工测量、CRTSⅠ型板式无砟道床施工、CRTSⅡ型板式无砟道床施工、CRTSⅠ型双块式无砟道床施工、CRTSⅡ型双块式无砟道床施工、有砟轨道施工、枕式无砟道岔施工、板式无砟道岔铺设、有砟道岔铺设、钢轨伸缩调节器铺设、轨道过渡段施工、无缝线路施工、轨道精调整理及钢轨预打磨、线路及信号标志、竣工验收阶段工作,相关附录及条文说明等。

3 主要技术内容和要点

3.1 适用范围

本《指南》适用范围定义为旅客列车设计行车速度 250～350km/h标准轨距高速铁路轨道工程施工,适用于高速铁路轨道工程实施各阶段。较现行的轨道施工指南适用速度范围 200～350km/h有所提高,主要是与将来标准体系一致。随着铁路建设的大规模展开,以列车设计行车速度划分出现了较大差别,从普速的 120、200km/h的客货共线,到 350km/h的客运专线,对轨道平顺度的要求因列车行车速度的不同也有较大差异,为此,经过专家几次讨论,最终确定 250 km/h及以上的新建铁路工程定义为高速铁路,形成一整套完整的高速铁路标准体系。其他速度等级将按新的标准体系重新进行划分。同时本《指南》内容涵盖有砟轨道和无砟轨道,能够取代目前实施的多项施工指南,较原来的指南适用范围更全面。

3.2 总体内容调整

新增了部分内容。结合近几年国内客运专线铁路施工实践经验和新研究的成果,本《指南》总体结构上增加了施工质量管理、主要材料和构件的运输及储运(重点对轨道板、双块式轨枕、道岔板、高速道岔、500m长钢轨、水泥乳化沥青砂浆、滑动层等新材料的进场验收、储存、吊装及运输作了规定)、拖拉法铺设长钢轨、板式无砟道岔铺设、无砟轨道精调整理、无砟道岔精调整理、有砟轨道精调整理、有砟道岔精调整理、竣工验收阶段工作等章节内容。

整合了部分章节内容。考虑到高速铁路对长钢轨焊接接头质量的高标准要求,将现行施工指南中基地钢轨焊接内容取消,把 500m长钢轨焊接作为工厂化质量管理范畴,现场仅对 500m长钢轨按成品材料进行进场质量检验和把关。结合施工现场现行管理模式,将现行施工指南中长钢轨铺设、工地钢轨焊接、无缝线路应力放散及锁定等内容合并为一章进行编制,内容作相应的调整,更便于现场使用和执行。删除了现行指南中涉及线下工程、相关工程方面的内容,将其归口到相应的施工指南中。

摒弃了一些不成熟和落后的施工技术、工艺、做法。考虑到 CRTSⅢ型板式无砟轨道道床施工技术目前还处在研究开发阶段,还未达到推广程度,经专家多次讨论暂时予以取消。对高速铁路无砟轨道长钢轨铺设,结合国内新设备研制及推广情况,取消了“工具轨换铺法”施工工艺。将基地 500m长钢轨焊接内容取消,规定 500m长钢轨全部由焊轨厂直接供应,更有利于长钢轨焊接质量的控制。

3.3 编制的技术要点

(1)施工质量管理

增加了施工质量管理方面的内容。引入新的施工质量管理理念,从技术、管理两个方面,并按管理层、技术层、作业层 3个层次对现场施工质量进行分级管理。规定施工单位应结合项目实际,明确管理层、技术层、作业层施工质量管理工作的内容,对施工质量管理、施工质量技术、施工质量作业进行全过程、全方位管理与控制。《指南》中明确了管理层、技术层和作业层施工质量管理的具体内容,检查的具体要求,并以表格的形式进行了规定,使操作更简便,执行更具体。

(2)接口质量

轨道工程与线下工程工序交接除按常规交接相应资料、复测 CPⅠ、CPⅡ平面及高程控制网、中线桩和路面(含路基面、桥面和隧道仰拱填充层顶面)高程、平整度及几何尺寸外,对高速铁路有砟轨道工程增加了对线下结构物沉降变形观测的要求,对无砟轨道,按路基、桥梁、隧道分别规定了接口质量检查要求。无砟轨道施工前,路基地段还需检查路基过轨管线、集水井等施工情况;对桥梁地段,施工前还需检查相邻梁端高差、防水层、齿槽、预留套筒及钢筋、排水系统、预留凹槽、伸缩缝、接地装置、防撞墙、接触网支柱基础、遮板等施工情况;对隧道地段,施工前还需检查隧道仰拱回填层表面凿毛、预留孔道、沉降缝等情况。

(3)CRTSⅠ型轨道板铺设及精调施工

CRTSⅠ型轨道板铺设精调施工,现行施工指南中规定主要采用三角规法,即在混凝土底座和凸形挡台施工时,提前在凸形挡台上埋设基准器,作为轨道板精调的基准点,在轨道板精调过程中,利用三角规,通过凸形挡台上的基准器调整轨道板的方向和高低。该种精调轨道板技术,仅在武广客运专线综合试验段及石太客运专线采用,不仅增加了大量施工测量的工作量,而且额外需投入基准器成本,也没有充分发挥现有高精度测量系统的作用。吸收 CRTSⅡ型轨道板精调技术理念,对 CRTSⅠ型轨道板铺设精调施工方法进行了修改,拟采用棱镜标架法进行。该方法以 CPⅢ控制点为依据,轨道板粗铺就位后,在板上安装标架或螺栓孔定位适配器,用已设程序控制的全站仪测量放置在标架或适配器上的棱镜,获取各工位的调整量,使用轨道板专用调整机具将轨道板调整到位,轨道板精确调整后,将支承螺栓拧入轨道板的预埋螺栓孔内,并支承在底座混凝土上。该方法充分利用了现有的测量系统,且精度高,简便易行,在哈大、京沪部分地段得到应用,效果较好。

水泥沥青砂浆灌注,取消了原施工指南中“现场支立模板灌注砂浆”技术,推荐采用“灌注袋”灌注水泥沥青砂浆,更符合现场实际,便于现场质量控制。水泥沥青砂浆灌注分别从砂浆拌制、砂浆灌注、砂浆养护作了详细规定。

(4)CRTSⅡ型板式无砟轨道施工

结合京津城际施工实践及研究成果,同时结合京沪新的设计,完善了混凝土底座施工单元划分,细化了混凝土底座张拉顺序、钢板连接器后浇带设置、剪力齿槽后浇带设置等关键技术。规定底座板施工前,应根据设计要求布置临时端刺和划分施工单元,形成布置图,准确定位后浇带位置,统计后浇带数量。施工组织安排时,每个施工单元以 3～5km为宜,每个临时端刺的长度约 800m。简支梁上常规区底座板每次灌注长度最少为 1孔,一般宜为 3～4孔。临时端刺区底座板应分段施工完成,后浇带连接需根据临时端刺和常规区设置情况,按照设计顺序进行。与常规区不同,临时端刺的混凝土浇筑段的长度是不一样的,在 100～220m。

明确了钢板连接器后浇带、齿槽后浇带设置。钢板连接器后浇带可以设置在单个的结构单位端刺、临时端刺以及浇筑段之间,通过后浇带实现各个结构单位的互相连接。齿槽后浇带用于实现结构单元临时端刺和底座板与桥梁的连接,部分后浇带在纵连之前进行浇筑,并发挥作用,但是大部分后浇带要在纵连之后才浇筑。后浇带连接器纵向连接指的是相邻的各个结构单元,如端刺,临时端刺以及混凝土浇筑段之间的连接,纵连时要考虑构件温度,每次张拉都要对每个钢板后浇带的张拉量以及实际需要达到的张拉量进行记录。纵向连接及后浇带施工最佳温度 20～30℃,只进行连接,无需张拉,施组安排时应充分考虑这一点。

《指南》中对轨道板精调、限位结构(如侧向挡块、端刺、摩擦板、过渡板等)施工等均作了详细规定,对轨道板纵连顺序采用图例的形式进行了说明,更便于操作人员对施工细节的把握。

(5)道岔铺设方法

无砟道岔铺设,现行施工指南中推荐采用“移位法铺设”,即道岔提前在组装厂组装成轨排,运输到现场以后通过纵移小车纵移、横移就位后,架设轨排,拆除纵移轨道后精调道岔,浇筑道岔道床混凝土。当时提出这种铺设方法主要是借鉴国外的施工经验。从目前国内武广、郑西实施情况来看,由于大部分新建客运专线车站道岔区不具备轨排运输至现场的条件,大部分采用了“原位铺设法”,即道岔除尖轨组件、可动心轨辙叉组件采用整体运输至现场吊铺到位外,其他均采用散件运输至铺设位置,在道岔原位搭设组装平台组装道岔,支撑系统架设道岔后拆除组装平台,然后精调道岔、浇筑道岔混凝土的施工方法,同样能够满足道岔铺设质量要求。本《指南》充分结合实际,对道岔铺设同时提出了“原位法”和“移位法”两种铺设方法。对道岔长大轨件吊装,规定采用横梁吊具、尼龙软索吊带,对吊点间距也作了详细规定,对道岔钢轨件、岔枕、箱装配件的现场存放也结合实践作了具体规定。

有砟道岔铺设,现行指南中推荐采用“专用机械铺设法”和“专用机械换铺法”,均属于“移位铺设法”,即提前在场外组装平台上组装道岔轨排,然后通过专用运输车运抵现场,专用机械铺设。“专用机械铺设法”需要研发或从国外引进斜板运输车,国内目前尚未研制出或引进该车,该方法在现场没有使用过。“专用机械换铺法”在甬台温铺设 18号高速道岔时使用过,采用在铺轨基地搭设道岔组装平台(三轨组合式组装平台),组装道岔后在平台上将岔内钢轨焊接,整组道岔用 8组(上部、下部小车为一组)法国吉斯玛公司的道岔换铺机整组提升、运输、铺设就位,远距离运输可采用平板车整体运输(18号道岔整组运输平板车可采用换长 1.3+1.3+1.5+1.3+1.3的组合,并对应增加转向装置),通过实践,该种方法施工效率高,能够满足高速道岔铺设精度要求,在本《指南》中对该施工技术作了详细规定。但该方法受专用设备约束,也有一定局限性,在合宁、合武、温福、福厦等有砟高速道岔铺设中,也大量采用了“原位铺设法”,即在岔位搭设简易组装平台,组装道岔后,整组提升,拆除组装平台,完成道岔铺设,同样能够满足道岔铺设质量要求。故本《指南》中同时规定了“移位法(专用机械换铺法)”和“原位法”两种高速有砟道岔铺设方法,取消了需要斜板运输车配套的“专用机械铺设法”工艺。

(6)无砟轨道长钢轨铺设技术

无砟轨道长钢轨铺设,现行施工指南中主要采用“推送法”和“工具轨换铺法”两种方法。从近几年实施情况看,“推送法”具有设备简单、造价低等特点,比较适合铺轨数量少、客货共线长大隧道内、有砟轨道人工铺枕的工况下长钢轨的铺设,每天铺轨进度 4～6 km;“工具轨换铺法”在营业线改造施工中大量采用,在客运专线无砟轨道几乎没有采用。高速铁路无砟轨道道床表面相对平整,铺轨工况条件较好,实践证明,比较适合采用“拖拉法”施工,该方法施工效率也相对较高。特别是最近几年,“拖拉法”铺设长钢轨配套设备也充分吸收了“推送法”长钢轨放送车的一些优点,配套增加了推送装置,既可以前面拖拉,也可以后方推送,并具备同步功能,能够适应平坡、长大坡道铺轨需要,使“拖拉法”在高速铁路长钢轨铺设中更彰显优势,在京津、武广、郑西等成功运用,每天铺轨进度 8～10km。故本《指南》中对高速铁路无砟轨道长钢轨铺设推荐采用“拖拉法”,取消了“工具轨换铺法”。

(7)有砟轨道及道岔精调阶段划分

结合合宁、合武、石太、甬台温、温福、福厦等客运专线有砟轨道施工实践,将有砟轨道道床达到初期稳定阶段以前的工作定义为铺砟整道阶段,将初期稳定以后的工作定义为精调整理阶段,将现行施工指南中“道床达到初期稳定阶段,道床厚度宜比设计厚度小40mm”更改为“道床达到初期稳定阶段,轨面高程宜比设计低 50mm,轨道中心线与设计线路中线一致,允许偏差为 30mm”,通过轨面高程来控制轨道初期稳定阶段起道量更为合理,对预留起道量由 40mm增加为50mm,主要是目前多条线都出现了精调后轨道起道量偏高的情况,故作此调整,为后期精调整理预留足够的空间,同时增加线路中线允许偏差,更利于后期精调整理。

对有砟道岔,规定道岔铺设到位,人工起平道岔、补砟、起道、拨道、捣固为人工上砟整道阶段,其后,采用大型专用道岔捣固机作业阶段为道岔精调整理阶段。增加了道岔人工上砟整道阶段铺岔后的相应标准,即起平后的道岔高程宜低于设计高程 50mm,道岔内部几何尺寸达标,在道岔捣固车捣固前应根据 CPⅢ轨道控制网和加密基桩对道岔整体平顺性进行人工整治,保证道岔内高低允许偏差不大于 5mm/10m弦,轨向允许偏差不大于 3mm/10m弦,水平允许偏差不大于 2mm。同时也增加了道岔精调整理相应的作业技术要求和标准。

(8)有砟道床预铺道砟厚度及机养遍数

现行施工指南中对于有砟轨道预铺道砟摊铺厚度和机养遍数均是结合秦沈客运专线及国内前期研究成果制定的,由于秦沈客运专线设计时速低,标准已无法适应高速铁路有砟轨道施工技术要求。为此,中铁一局新运公司在温福、福厦铁路铺轨工程项目部开设了铺砟整道工艺性试验段。该试验段设置在福厦线涵江车站出站端左线 DIK85+950～DIK86+850里程段,试验段长度 900m,两端各设置 50m与线路顺接。在试验段范围内以 300m为一个分段,分别设置 3个试验区段,对不同工况模拟试验,确定合理的铺轨前预铺道砟厚度及碾压遍数,确定铺砟整道机养遍数及机养参数。通过试验,并结合上海局合宁、合武实践经验,将有砟道床预铺道砟厚度由原来的 150mm提高到200～250mm,这样同样能够保证预铺道砟的质量,同时减少了后期上砟整道作业遍数;有砟轨道机养遍数分为铺砟整道和精调整理 2个阶段,对铺砟整道阶段作业遍数正常状况下经验值为 4次,最终应以线路达到初期稳定状态轨道标准为验收依据确定遍数,对精调整理阶段线路通常分 4遍进行大机精细整道,第1、2遍采用精确法作业,第3、4遍采用顺平法作业,起道量控制在 15mm左右,宜采用双捣,对相应的技术要求也作了详细规定。

4 存在问题

高速铁路轨道工程施工中,对 CRTSⅠ型板式无砟轨道水泥沥青砂浆灌注,如何科学地确定注入袋砂浆已灌满,还需要进一步摸索;对于高速铁路有砟轨道铺砟整道技术要求及道床状态参数还需通过进一步实践验证;有砟轨道采用大型养路机械机养,如何与 CPⅢ轨道控制网进行有效衔接,需要设立科研课题作进一步研究,用以解决机养过程中实现机养车起拨道量数据与 CPⅢ轨道控制网的联测联调技术难题;轨道过渡段施工技术也需结合相应的设计制定切合实际的施工方案及质量控制措施;所采用的施工设备配套及施工方法也需结合将来轨道结构形式及工程实践不断优化、创新。

[1]铁建设函[2005]754号,客运专线无砟轨道铁路设计指南[S].

[2]TZ211—2005,客运专线铁路轨道工程施工技术指南[S].

[3]TZ216—2007,客运专线无砟轨道铁路工程施工技术指南[S].

[4]工管技[2008]8号,客运专线有砟轨道道岔铺设暂行技术条件[S].

[5]工管技[2008]8号,客运专线无砟轨道道岔铺设暂行技术条件[S].