严寒地区高速铁路关键施工技术综述

2012-11-27赵世运张先军石刚强

铁道标准设计 2012年5期

赵世运，张先军，石刚强

(哈大铁路客运专线有限公司，沈阳 110002)

1 概述

哈大铁路客运专线纵贯东北三省，途经3个省会城市(哈尔滨、长春、沈阳)、1个计划单列市(大连)和6个地级市(营口、鞍山、辽阳、铁岭、四平、松原)。线路正线全长约904 km，其中辽宁省553.103正线km，吉林省269.685正线km，黑龙江省81.151正线km。

主要工程数量:正线路基长度231.245 km，占线路长度的25.58%;全线中桥以上桥梁共162座662 765折合双延米，桥梁长度占线路长度的73.32%;全线共有隧道8座9 929延长米，占线路全长的1.1%。哈大铁路客运专线正线铺轨1 776.44 km(含长春联络线20.4 km);站线铺轨108.72 km;铺道岔813组;道砟148.1万m3。全线共设车站23处，其中新建17处，改建5处，利用1处。

哈大铁路客运专线是我国在严寒地区［1］设计、建造的第一条客运专线，沿线冬季寒冷漫长，最冷月平均气温在－13.5～－17.5℃，极端最低气温达－36.5℃，沿线季节性冻土层厚度由南向北为1.48～2.05 m，每年从10月底开始冻结，次年5～6月全部融化。

2 哈大客运专线工程施工的难点

2.1 路基工程

(1)全线地处东北寒冷地区，路基将经受周期性冻融循环作用，易引起冻胀。融化期，由于上层土体开始融化，而下部仍处于冻结状态，未融化的土层起到隔水层的作用，在荷载反复作用下容易出现病害，处理比较困难。

(2)沿线软土、松软土等不良地质分布较广。地基处理是路基施工的重要环节，也是影响路基工后沉降的主要因素。对软土、松软土地段需选择合理的地基处理措施，并严格按照施工工艺标准施工。

(3)沉降控制标准要求严格，无砟轨道地段允许的工后沉降不大于15 mm，差异沉降不大于5 mm［2］。

(4)严寒地区防排水工程需要高度重视。软土、松软土、膨胀岩土水敏感性高，特别是冬季气温低，易起冻害，对基础影响大。

2.2 桥梁工程

(1)桥型、梁型种类多。桥梁上部结构除以32、24 m整孔箱梁作为主导梁型外，还采用了一些其他结构形式，如连续梁、连续刚构、钢混结合梁等，并且还有深水桥和防腐蚀的海湾大桥。

(2)采用的大型吊、运、架设备受到走行半径、道路坡度的限制，给箱梁的运输和架设带来一定难度。

(3)全线预制箱梁数量庞大，有效施工期短，进度指标较低，制、运、架设备投入多。

(4)桥梁沉降要求高、变形控制严。施工中必须采取严格的技术、工艺保证措施，控制墩台沉降和梁部收缩徐变引起的结构线型变化。

2.3 隧道工程

综合经济比较，为了满足运架梁需要，笔架山隧道和台山隧道采用超大断面设计，为施工带来了一定的难度。

2.4 轨道工程

(1)无砟轨道铺设精测量大，技术标准高。采用无砟轨道技术，促进了轨道设计、施工技术的跨越式发展，需引进或研制成套的轨道精测量控和安装设备，预先研究制定轨道施工组织方案。

(2)寒冷地区铺设无砟轨道尚无可借鉴经验。

(3)无砟轨道工程数量大，有效作业时间短，所开作业面多，需要工装设备多。

(4)采用厂制100 m定尺轨，基地焊接成500 m长轨条，一次性铺设跨区间无缝线路。长轨的运输、铺设、现场焊接、应力放散及锁定受环境影响大。

以上特点和难点对哈大客运专线的修建带来了很大的难度，需要通过科技创新手段针对本线施工中的难点、关键线路进行研究，在严寒地区取得成功稳定的关键施工技术成果，来保证工程的施工质量和建设标准。

3 路基及涵洞工程关键施工技术［3］

3.1 路基施工概述

路基工点类型主要有深路堑、路堑路堤边坡防护、岩溶路基、黏性土路基、软土(松软土)路堤、季节性冻土路基、膨胀岩土路堑、湿陷性黄土路基、风吹雪路基、浸水路基及路堤支挡等，其中地基处理采用CFG桩约34 km，水泥搅拌桩约10 km。大连至营口段，以剥蚀丘陵为主，地形起伏变化较大，沟谷及洼地发育，地基基础较好地段，以换填、强夯、冲击碾压等方式处理。大连地区部分填方地段岩溶发育，进行注浆等加固处理。部分深路堑有顺层，局部挖方地段岩层走向与线路走向基本一致，倾角12°～45°，特别是有地表水渗入或地下水的作用时，倾向线路一侧在开挖时易产生顺层滑动，在施工时采取分台阶开挖，并对高边坡进行加固，设置重力式挡墙等措施。

营口至沈阳段为冲洪积平原，地形平坦开阔，主要为辽河、太子河、浑河及其支流冲洪积形成。在滨海平原、冲洪积平原和局部的丘洼地，普遍分布第四系全新统黏性土、黄土、粉土和砂类土，由于部分黏性土的孔隙比较大且呈软塑状态，粉土砂累土呈松散、饱和状态，承载力较小，为松软地基。松软地基累计厚度一般小于10.0 m，局部地段较深，盖州、营口、海城、鞍山站路堤位于滨海相沉积地基上，其厚度超过50 m，地下水位较高，夹杂地震液化层，这种地基在上覆荷载的作用下会产生较大的变形，地基承载特性和变形特性对高速铁路路基工程极为不利，需研究采用新型复合结构进行地基处理。平原及地势低洼地段，路基积水严重无排水条件时，低路堤易受浸泡，在灯塔车站通过调整线路坡度，抬高路基高度，避免路基积水冻胀。

沈阳至哈尔滨段沿线可分为辽河、松嫩平原2个主要地貌单元，地势总体呈中间高、南北低，地形较为平坦，河流水系发达。软土在辽河冲积平原区广泛分布，软土一般表现为强度低，具中、高压缩性，若不能满足客运专线对工后沉降的严格要求时，对软土地段可采用换填、强夯、预压法或碎石桩、水泥搅拌桩等措施进行处理，对于某些埋深和厚度较大、处理困难、路堤高度大于6 m的地段，经路基检算后仍难以控制工后沉降的地段，则需考虑以桥通过。

《哈大客运专线综合施工技术研究》(2006G011-F)子课题《哈大铁路客运专线 CFG桩复合地基综合技术研究》、《寒冷地区客运专线不同AB组填料路基防冻胀施工技术研究》、《寒冷地区客运专线路基过渡段施工技术研究》、《高速铁路季节性冻土路基变形机理及地基沉降控制技术研究》、《严寒地区客运专线路基防冻胀综合施工技术研究》、《严寒地区客运专线路桥(涵)过渡段施工技术研究》及《严寒地区客运专线线路长期监测系统及状态评估技术研究》(2008G038)等科研项目的研究，研究成果及时有效指导了本线的施工，并为今后运营维护提供技术支持。

3.2 地基处理

相对于一般地区而言，严寒地区松软土地基具有季节性冻土的特性，表现在地基强度受冻融循环的影响衰减严重等方面。因此，在地质情况不良地段，需要采取CFG桩、水泥搅拌桩复合地基、桩网结构等地基加固措施;在地质情况较好地段，采取强夯、冲击碾压措施处理地基。低矮路堤填土高度小于季节最大冻深，或路堑挖方地段基床范围内为冻胀性土或风化岩时，结合地基土层的冻胀性质，对冻胀范围土层进行挖除换填非冻胀性A、B组填料。

在海相沉积地区，针对实际情况采用新型复合结构进行地基处理。前期新营口站CFG桩试验段施工过程中，发现软塑液化层CFG桩普遍存在下沉现象，下沉量较大。当施工间距较小时，存在窜孔现象，致使邻桩下沉量增大;当加大施工间距时，施工效率又大大降低，进度缓慢。为了确保车站路基沉降能够满足高速铁路变形控制及工后沉降要求，哈大公司组织设计、施工及科研单位进行系统研究，最后确定在哈大高速铁路首次采用CFG桩与水泥搅拌桩长短交错布置，在桩顶铺设褥垫层，褥垫层内置土工格栅，并在褥垫层上设置钢筋混凝土板，即采用CFG桩(长桩)+水泥搅拌桩(短桩)+垫层+钢筋混凝土板的新型复合结构进行地基处理［4］。组合桩型复合地基因长桩和短桩的相间隔设置，在复合地基中形成如图1所示3个不同作用的工作区域，即:以提高承载力为主的长、短桩联合工作区(工作Ⅰ区)，以减小沉降量为目的的长桩工作区(工作Ⅱ区)，以及承受桩体荷载的持力土层或无桩工作区(工作Ⅲ区)，3个工作区共同工作，以提高浅层地基承载力、减小地基沉降量，形成良好的长短桩复合地基。

图1 组合桩型复合地基作用机理

3.3 路基防冻胀护道

长春以北最大冻结深度可达2.05 m，为防止冻胀破坏路堤边坡坡脚，当填土高度大于季节最大冻深时，且地基土为冻胀性土时，于路堤坡脚处设防冻胀护道，高度和宽度不小于冻结深度，消除冻胀力对路堤边坡稳定性的影响。防冻胀护道与路基本体同时施工，填料、压实标准同路基本体。

3.4 路基填料选择和压实标准

(1)基床表层级配碎石。级配碎石粒径、级配及材料性能在符合《客运专线基床表层级配碎石暂行技术条件》要求的基础上，同时应限定细颗粒含量，满足颗粒粒径d≤0.075 mm含量不大于5%，压实后颗粒粒径d≤0.075 mm含量不大于7%(质量比)，避免冻胀发生。

(2)路基填料选择。防冻层选用0.075 mm细粒含量小于15%，平均冻胀率η≤1且级配良好的非冻胀性A、B组填料。基床底层采用A、B组填料，粒径宜控制在6 cm以内;基床以下路基优先选用A、B组填料。在沈哈段，为了提高路基的防冻胀效果，将原设计的改良土填料变更为A、B组填料。

(3)填料在满足设计和验标压实标准的基础上，参照其他客运专线经验，应增加Ev2/Ev1指标的检测。

3.5 隔断层和防冻层施工

在基床表层下部设置两布一膜不透水土工布隔断层，可提供横向排水通道，有效阻隔地表水渗入基床底层。根据多次试验成果［5］，在对防冻层顶面找平、复压收光表面后，直接铺两布一膜不透水土工布，其上铺1层5 cm厚中粗砂，再填级配碎石，满足表层级配碎石压实要求，同时为提高基床表层刚度，级配碎石厚度相应增厚15 cm。在最大季节冻深范围内采用非冻胀性填料填筑，属于完全防冻。在基床底层顶部1 m范围内设置路基防冻层，用非冻胀性A、B组填料填筑，可以防治路基冻胀病害。

3.6 过渡段施工

无砟轨道路堤与桥台、路堤与横向结构物连接处由于路基刚度差异较大，因此必须设置一定长度的过渡段，使轨道的刚度逐渐变化，并最大限度地减少差异沉降。过渡段填料采用掺加3%～5%水泥的稳定级配碎石，在保证刚度的基础上，也有效地防止了冻害的产生。对于结构物之间的短路堤，为避免多次过渡使刚度变化不均匀，设计采用加强措施，按过渡段施工一次过渡到位。

3.7 加强路基防排水施工

路基面排水层使用C25纤维混凝土，可满足沥青混凝土在无砟轨道铺设后大型摊铺和碾压设备无法进场施工情况下的质量要求，可有效防止地表降水的下渗，保证大气降水的顺利排出。线间排水改进为混凝土底座预埋排水管方式，避免路基本体通过管道排水易引起管道周边路基冻胀的危害，使路基表面的降水通过轨道和路基表面迅速排除。路堑内采用路堤式路堑结构形式并设置复合排水网，且埋置在冻结线以下，路基设置完善的地表与地下排水措施，保证排水管网畅通，使路基范围内的地表水和地下水顺畅引离路基，防止地表水或地下水浸入路基，保持路基土干燥，减少冻结过程中水分聚流的来源。

3.8 涵洞防冻胀施工

考虑到风道效应，除做好路涵过渡段设计外，涵洞基础全部埋置在冻结深度以下，同时应避免涵底冬季积水，防止涵洞基础冻胀。此外，根据对严寒地区既有铁路路基冻害的调查，由于双向通风效应的影响，涵洞顶部路基冻害比较突出，因此要加强涵洞顶部的防冻胀处理措施，涵洞顶部冻结范围内路基宜采用掺水泥的级配碎石，或优质A、B组填料填筑。

3.9 变形观测与沉降评估

路基作为轨道铺设的基础，客运专线对路基工后沉降要求十分严格，主要体现在地基的沉降变形和路基本体沉降控制。施工期间应严格控制地基处理、路基填筑施工工艺，并采取堆载预压的方法，做好路基沉降的观测和评估，保证路基质量。根据《哈大铁路客运专线沉降变形观测系统实施细则》和《哈大铁路客运专线线下工程沉降变形评估实施细则》，沉降变形观测断面根据不同的地基条件、地基处理方法、路堤高度、堆载预压，不同的结构部位等具体情况设置，原则上沿线路方向的间距一般不大于50m，路基面沉降观测时间不少于6个月。路基沉降观测频次按规范要求进行，考虑到哈大铁路客运专线地处严寒地区的特殊情况，在冻结期与融化期，观测频次比平常增加1倍。各路基堆载段落卸载前，必须经评估单位评估并出具书面通知，方可卸载。根据在填筑施工期间的变形观测数据，预测后期残余沉降，经分析、评估满足沉降控制标准的地段方可铺设无砟轨道，以保证无砟轨道铺设质量。

3.10 路基长期监测系统建设

为了深入研究哈大铁路客运专线路基稳定状态的变化规律，及时掌握路基稳定性及其变化过程，并为哈大铁路客运专线路基的养护维修、修正完善设计规范和保护措施提供科学依据，在哈大客运专线的辽河平原、松嫩平原地段高路堤、低路堤、路基与桥台过渡段、路基与涵洞过渡段、路堤与路堑过渡段(换填与CFG不同地基处理方式)等处选取了7个典型监测断面，进行自动监测技术的实际应用考核试验，并以此为基础，建立示范性的路基状态长期自动监测系统。每断面的监测内容为:沉降变形、地温、土体应力、含水量共计4种监测项目。监测结果初步表明:哈大铁路客运专线路基基本没有发生明显变形，具有较好的稳定性。

4 桥涵工程关键施工技术

4.1 防海水腐蚀混凝土及施工技术

哈大铁路客运专线普兰店海湾大桥地处大连地区海域，海面宽阔，自然条件复杂，所处环境复杂。该桥所处地区地表水及地下水对混凝土结构其镁盐侵蚀、硫酸盐侵蚀和盐类结构侵蚀、化学侵蚀等级为H2，氯盐环境作用等级L3，冻融破坏环境作用等级D3。针对该桥的工程特点，哈大铁路客运专线公司开展了《防海水腐蚀混凝土及施工技术研究》，解决了高性能防腐蚀混凝土耐久性配合比设计、防腐蚀混凝土拌制，附加防腐措施，并对大体积混凝土进行温度监控研究。

4.1.1 防腐混凝土配合比技术

哈大铁路客运专线普兰店海湾特大桥防海水侵蚀混凝土选用了低碱含量和低C3A含量的P.O 42.5级水泥，以抑制碱骨料反应和控制混凝土早期的水化热，提高水泥的适应性;细骨料应选用在Ⅱ区级配区的中粗河砂或人工砂，外加剂选用高性能聚羧酸系减水剂，以提高混凝土的工作性能;采用双掺法选用矿粉和Ⅰ级粉煤灰活性矿物掺和料，在满足工艺性、力学和耐久性的前提下，尽量降低水泥用量，改善混凝土的综合性能，以提高混凝土的密实性，从而提高混凝土的耐久性。

4.1.2 防腐混凝土施工技术

施工中对防腐混凝土的拌和、运输、浇筑、养护等环节采取了严格的控制措施。通过采取温控措施，控制骨料温度，控制混凝土出机温度，控制浇筑入模温度，增加养护时间等措施，保证了混凝土的耐久性。

4.1.3 混凝土附加防腐措施

根据“铁路混凝土工程结构耐久性设计暂行规定”(铁建设［2005］157号)处于严重腐蚀环境下的混凝土结构应采取必要的附加防腐蚀措施。哈大铁路客运专线普兰店海湾大桥采取了利用环氧树脂涂层钢筋代替普通钢筋、增加混凝土保护层厚度控制、防腐涂料外涂层及桥墩外包耐候钢板等附加防腐措施，实现了对位于海水、河流中经受侵蚀或反复冻融的桥梁混凝土结构耐久性的质量控制，达到了预期的混凝土防腐目标。

4.2 岩溶地质深水基础施工技术

普兰店海湾大桥位于岩溶发育地区，对于穿越多层高大溶洞的钻孔桩施工，目前尚未形成统一的工法，因此，哈大铁路客运专线公司开展了《严寒地区铁路客运专线桥梁冬季施工关键技术研究》(2008G038)。钻孔桩施工中采取了泥浆止漏及溶洞封堵技术、溶洞顶板及溶洞内钻进技术、岩溶注浆设计和施工等关键技术，总结出了一套合理、适用的岩溶地质深水基础成孔施工工艺。

4.3 严寒地区桥梁支座灌浆材料及施工技术

哈大铁路客运专线地处严寒地区，冬季架梁不可避免。在架梁过程中支座压浆工序是架梁工程的质量控制要点，紧密关系着桥梁的安全运营。为了解决哈大铁路客运专线冬季架梁在负温下支座压浆的问题，公司开展了《严寒地区铁路客运专线桥梁冬季施工关键技术研究》(2008G038)。相关单位结合施工实际，从材料和施工工艺两方面着手，研制了在适应于－5℃和－10℃温度条件下支座灌浆材料［6］;同时进行了现场应用试验研究，现场通过采取蓄热养生、加热养护和化学反应释放热量、提高入模温度等工艺措施，满足了浆体在负温下正常凝结硬化，2 h强度达到20 MPa，1 d抗折强度大于10 MPa，负温转正温后浆体强度继续增长的要求，确保了负温下支座压浆的质量满足规范要求，保证了严寒地区冬季桥梁的正常铺架施工。

4.4 桥梁转体施工技术

转体法是跨越铁路、公路及特殊地形的有效施工方法，具有对运输干扰少，主体施工时不中断交通、不需要复杂的悬臂拼装设备和技术等优点。哈大铁路客运专线刘房子立交特大桥和运粮河特大桥跨越既有繁忙干线哈大铁路，为了减少施工对既有铁路的安全影响，采取了转体施工，公司开展了子课题为《哈大客运专线上跨既有繁忙干线铁路连续梁水平转体法施工技术研究》。为了降低桥梁施工对既有京哈铁路的影响，转体之前首先采用支架现浇法平行于既有京哈铁路线两侧完成2个主墩上部的连续梁T形结构浇筑，然后将T构绕主墩中心通过球铰水平旋转至设计位置，最后用吊篮法完成连续梁合龙施工施工过程中主要采取了以下关键技术［7-10］。

4.4.1 转动体系设计、加工与安装技术

通过对重4 700 kN的转体结构的转盘动摩擦力矩、静摩擦力矩、牵引力、助推力、惯性制动距离等主要参数进行分析计算，对转盘进行了系统设计，对球铰进行了配套选型，并对平衡系统、牵引系统、助推系统进行了设计，对关键系统和部件制定了详细的加工与安装方案，确保了转动体系的构造合理、结构受力均衡、定位准确、体系安全，为连续梁转体工作奠定了坚实的基础。

4.4.2 试转体技术

通过试转体试验，熟练掌握了牵引设备的操作要领，进一步规范了设备操作行为，做到了步调一致;通过演练，对连续式千斤顶加载后的工作性能进行了检验，确定了合理转速的油泵控制参数，对停止牵引后转动体在惯性作用下可能产生的转动距离进行了测试，取得了经验;通过查找差距及时总结进一步修正了原制定的转体方案，丰富了原施工组织设计的内容，使每个管理人员、操作人员进一步明确了自己岗位职责的工作步骤、操作方法。

4.4.3 转体后中跨合龙段移动支架设计与施工技术

跨既有线铁路桥梁转体后，于既有线铁路上空进行中跨合龙段施工，安全风险大，对合龙吊架的设计、安全、施工技术提出了更高的要求。通过对重达1 120 kN的移动支架进行结构设计，通过制定支架加工、加载、滑移以及中跨合龙段的混凝土施工方案及保障措施，确保了转体后中跨合龙段施工安全、质量可控。

4.4.4 转体施工监控技术

连续箱梁桥在转体前后结构受力复杂，为了确保桥体安全及转体过程的平稳性、转体单元成桥后线形及受力状态符合设计要求，施工单位聘请科研院校制定了详细的梁体结构线形和转体关键部件受力的监控方案，明确了监控内容和施工监测手段，对转体施工的全过程进行了系统监控，通过监控及时地将信息进行分析并反馈到施工现场，确保了转体施工的安全顺利。

4.4.5 工程效果

哈大铁路客运专线刘房子跨哈大铁路立交特大桥和运粮河特大桥跨越既有繁忙铁路干线主跨，都在规定的“天窗”时间内转到了预定位置，并及时完成了中边跨合龙段施工。大桥转体施工的合龙高差、轴线偏差均满足符合规范要求;在整个应力监测过程中，球铰下盘最大应力均远小于其抗压强度，箱梁监控断面测点的最大压应力也远小于主梁混凝土强度值，满足规范要求，为繁忙的铁路干线争得了宝贵的营运时间。

4.5 节段预制桥位拼架法施工技术

4.5.1 工程概况

普兰店特大桥跨越普兰店海湾，大桥全长4.96 km，共140个墩台。下部结构为钻孔嵌岩桩，其中主桥为每墩13根φ1.50 m钻孔桩，两岸引桥为每墩10根或12根φ1.00 m或φ1.25 m钻孔桩，桩长6～53 m。上部结构为PC双线简支箱梁，采用单箱单室的截面类型，整孔箱梁共分为11个预制节段，用10道湿接缝连接，箱梁设纵向预应力体系，采用两端张拉施工。其中主跨为18孔56 m简支箱梁。

4.5.2 关键施工技术

普兰店海湾桥主桥71～89号墩18孔56 m跨简支箱梁原设计采用在节段梁场预制，现场移动支架拼装、湿接缝连接的方式进行施工。为了确保普兰店海湾特大桥的梁体节段预制桥位拼架的顺利实施，公司开展了《节段预制桥位拼架法施工装备及工艺研究》，施工中采用了以下关键技术。

(1)支架主桁、墩旁托架的设计、安装技术

移动支架主桁、墩旁托架作为箱梁拼架施工中的重要承重结构，直接关系到施工过程的安全，因此在综合、全面地考虑各项因素的情况下进行支架主桁、墩旁托架的设计，是本工程的一项关键技术。

移动支架结构由主桁和墩旁托架组成一个整体结构，施工前首先利用专业结构分析软件对移动支架主桁、墩旁托架在各种工况下的受力情况进行模拟、计算，完成了结构装备的设计工作。移动支架安装后，对支架主桁和墩旁托架进行荷载试验，判断支架结构在实际工作状态下的安全储备，评价其在设计使用荷载下的工作性能，为箱梁施工预拱度设置提供参考。

移动支架的移动利用2台1 500 kN连续张拉用千斤顶实现，支架起顶利用8台5 000 kN自锁式千斤顶进行;湿接缝模板、节段箱梁的吊装施工均利用移动支架上的提梁吊机实现;在每段节段梁下均设置4台1 000 kN自锁式液压油缸，用来对节段梁进行线形调整。

(2)节段梁运输、拼装技术

拼架法施工箱梁运输采用两种方式，其一，由于72号～75号墩位于筑岛区，龙门吊将梁段吊装至轮胎式运梁台车后，由陆路运至待架部位;其二，76号～86号墩位于海上，预制梁段通过梁场龙门吊机将梁块起吊至箱梁下海码头门吊跨度内，由箱梁下海码头2 300 kN高架门机装到箱梁运输驳船上，运至待架部位。

节段梁拼装施工步骤为:移动支架走行到位并调整、起顶→安装移动支架下托梁→吊装湿接缝模板→吊装节段箱梁并调整线形→绑扎湿接缝钢筋、安装波纹管→安装模板并报检→浇筑湿接缝混凝土、养护→第一批钢绞线张拉→移动支架落梁→第二批钢绞线张拉→移动支架前移进入下一孔施工。

4.5.3 工程效果

通过对节段梁运输、拼装、张拉、湿接缝技术的研究应用，确保了施工方案可行，质量安全可控。普兰店海湾特大桥于2009年10月顺利完成了节段梁拼装施工，梁体的线型、接缝处理等全部满足规范要求。

4.6 钢箱叠拱桥桥施工技术

4.6.1 工程概况(图2)

图2 钢箱叠拱桥效果图

哈大客运专线新开河特大桥1-138 m钢箱叠拱为哈大铁路客运专线跨越长春市富民大街而设，与富民大街线路中心夹角为59°。由于斜交角度过大，中间设墩困难，因此采用大跨度桥梁通过方案。该桥设计为下承式138 m钢箱叠拱，全桥长144 m，桥面宽度为18 m，总高48 m，全桥钢结构总重约41 000 kN。梁部主系梁采用钢箱梁，吊杆采用实心圆钢吊杆，拱肋分上下两肋，采用等截面钢箱。本桥《新开河特大桥138 m钢箱叠拱桥综合施工技术研究》被列为铁道部科技计划的子项目之一。

4.6.2 新开河特大桥1-138 m钢箱叠拱关键施工技术

本桥施工中采用临时支架、龙门架施工方法相结合，自行设计2 000 kN大吨位龙门架架设安装系梁、拱肋及横撑。根据工期要求，本桥架设拱肋前需通过架桥机及运梁车，所以采用“先梁后拱法”。在原位拼装施工支架，利用支架平台焊接系梁、纵梁、横梁;在系梁上搭设支架，焊接拱肋，安装实心吊杆;在系梁、横梁、纵梁上安装预制桥面板，现浇湿接缝。

哈大铁路客运专线开河138 m跨钢箱叠拱桥主要采用了以下关键技术。

(1)临时支墩及临时桥面系施工技术

支墩基础采用阀型基础，墩高8～9.5 m。支墩混凝土基础进行夯实，必要时局部扩大。临时支墩横梁上的调整槽钢高度考虑成桥状态时的下挠度，亦即在确定型钢调整高度时应计入成桥状态时的下挠数值。

根据工期安排，在系梁完成后拱部安装前，应保证运梁车及架桥机的通过，因此，本桥采用总长为140.5 m钢结构临时桥面系，待所有架梁完成后拆除临时桥面系。在临时桥面施工完成后，运梁车通过前需要模拟运梁车运梁时的荷载采用沙箱分2次进行加载预压。加载过程由科研院校对基础、支柱、梁部进行了全方位监控，确保了“先梁后拱”的施工方法顺利实施，确保了临时桥面系的使用安全。

(2)2 000 kN万能杆件龙门吊拼装技术

龙门吊基础采用C30混凝土，宽度3 m，预埋用于固定钢轨的φ16 mm@500 mm钢筋，两侧无干扰区域设置地锚及缆风索，地锚采用混凝土浇筑，埋深不小于5 m，预埋双φ20 mm环形圆钢露出地面与倒链和缆风绳连接。

本桥采用的龙门吊万能杆件结构总高58 m，单台龙门所用杆件总重3 000 kN，起吊能力2 000 kN。横梁上安装走行绞车，底部安装横梁及走行系统。施工时，首先施工龙门轨道基础及地锚，在此基础上拼装龙门立柱，横向对应位置拼装横梁，各缆风绳节点随立柱升高而升高，最终节点在立柱顶。在立柱顶端内侧拼装牛腿及工作平台，然后起吊横梁并与立柱连接成整体。龙门拼装完成后，按设计荷载进行了加载试运行，消除非弹性变形，取得有关挠度及应力等数据，并取得了地方质监部门的使用许可。

(3)拱部地面分段拼装，整体吊装技术

钢箱叠拱主拱跨结构各节段由工厂厂内制造，分段汽车运至现场。系梁、纵梁、横梁分段直接在支架上完成成桥拼装;拱肋的拼装分两步完成:一、拱脚及上、下拱肋的1号段在系梁上搭设支架拼装;二、上、下拱肋的2号～5号段在系梁两侧的低支架进行局部组拼，最后采用2台龙门吊机(2 000 kN)88 m(2号～5号段)整体抬吊到系梁顶的拼装支架上，按设计顺序进行正式的主拱跨结构吊装组拼及焊接，现浇桥面板。然后拆除支撑结构，最后铺设桥面二期恒载。

5 无砟轨道关键施工技术

5.1 CRTSⅠ型无砟轨道工程概况

哈大铁路客运专线全线无砟轨道铺设长度为847双线km，其中除岔区铺设轨枕埋入式无砟轨道外，其余地段均铺设CRTSⅠ型板式无砟轨道。根据施工组织安排，全线共设置了16个轨道板预制厂，预制无砟轨道板354 094块。

哈大铁路客运专线CRTSⅠ型无砟轨道板设计为后张法双向预应力混凝土结构，为确保CRTSⅠ型板式无砟轨道在严寒地区的使用寿命，铁道部组织相关单位开展了科研攻关，从优化结构设计着手，采取增加轨道板厚度、板面设置承轨台、加密底座伸缩缝等措施提高轨道结构的低温适应性［11］。与内地沪杭高铁及沪宁高铁采用的CRTSⅠ型无砟轨道板结构相比，哈大铁路客运专线CRTSⅠ型无砟轨道板板厚由19 cm增至20 cm，增加了1 cm高的承轨台。为确保哈大铁路客运专线I型轨道板生产质量及精度满足相关要求，哈大铁路客运专线公司以“标准化、工厂化、机械化、专业化、信息化”为手段，组织相关单位对轨道板制造及铺设进行了系统研究和工艺创新，并在全线推广。

5.2 无砟轨道板预制关键施工技术及工艺创新

哈大铁路客运专线轨道板制造主要进行了5项工艺创新，轨道板制造流程及主要工艺创新点详见图3。

图3 哈大铁路客运专线轨道板制造工艺及主要创新点

5.2.1 钢筋加工数控化技术

为了提高钢筋加工精度和生产效率，该成套设备主要由数控钢筋切断机和数控钢筋弯曲机组成，效率较高，完全可以满足板厂生产的需要。

5.2.2 蒸汽养护温控自动化技术

蒸汽养护是用蒸汽在混凝土结构周围造成湿热环境，以加速混凝土硬化的方法［1］。为了保证蒸养效果和混凝土品质，哈大铁路客运专线全线16个板厂全部采用自动温控系统进行温度动态控制，为了提高工作效率，温控系统采用一控一模的方式。

蒸汽养护严格按照静养、升温、恒温、降温4个阶段进行，采用测温元件实时监控厂房内环境温度、蒸养棚内蒸汽温度、轨道板的芯部温度、轨道板表面温度。同时利用计算机程序在电脑上实现对养护规则的设定，实现对养护过程的全程监控，包括实时温度曲线的显示、历史数据的查询、数据的打印等管理功能，确保蒸养过程中每块板的升、降温速率、恒温时间和温度等满足规范要求。

5.2.3 预应力张拉自动化及痕迹自动生成技术［12］

预应力自动张拉系统实现了预应力张拉过程的智能化、自动化、标准化、信息化、数字化，具有张拉精度高、差错率小、操作简便，工效高及综合费用较低的优点。自动张拉系统设备由液压系统、测力系统、位移测量系统和控制系统等组成［3］。

5.2.4 锚穴口自动成槽技术

轨道板锚穴自动成槽工艺采用在模板内锚具表面加纵横交错硅胶条制成的环状体，在混凝土灌注前安装在锚具上并调整均匀，直接在混凝土灌注过程中形成纵横交错的凹槽以达到锚穴成槽的效果。此工艺避免了以前人工对高强度等级混凝土凿毛的困难、能够提高工效，减少板厂的粉尘污染和噪声污染，同时纵横交错成槽使封锚砂浆能与轨道板板体很好的连接，降低了运营过程中封锚砂浆脱落的风险。

5.2.5 成品板平整度自动检测技术

传统意义上的检测方法大多采用游标卡尺、塞尺、靠尺及水准仪等设备，不仅工效慢，精度低，影响检测进度。哈大铁路客运专线组织相关单位开发了成品板平整度自动检测评估系统。

成品板平整度检测系统主要由测量机器人(全站仪)、数据处理终端(数据处理软件)和测量辅助器材3部分组成，该系统采用自定心螺孔适配器，能够精准的测量螺栓孔的中心和对应的板面的高程;采用球形棱镜做测量目标，定心准确，快速高效;采用高精度、具有自动目标搜索、自动目标瞄准的全站仪(测量机器人)进行测量，保证了测量精度，提高了测量效率。

5.3 CRTSⅠ型无砟轨道铺设

5.3.1 混凝土底座施工技术

轨道板底座施工采用隔一打一，有效的控制底座及凸台混凝土拆模时掉楞掉角，保证了结构物几何外形满足规范要求，保证了底座和凸台处伸缩缝线形，解决了底座模板拆除困难的问题。

为了有效解决底座混凝土“烂根”问题，并加快施工进度，节约施工成本，提高施工质量，采用了“L”形活动模板，保证了底座施工质量。

5.3.2 CA砂浆严寒地区配方创新

CA砂浆由水泥、乳化沥青、细骨料(砂)、混合料、水、铝粉、各种外加剂等多种原材料组成，作为板式轨道混凝土底座与轨道板间的弹性调整层，是一种集混凝土刚性和沥青弹性为一体的半刚性体，其性能的好坏直接影响板式轨道应用的耐久性和维修工作量。

哈大铁路客运专线地处严寒地区，水泥乳化沥青砂浆施工质量关系着严寒地区客运专线CRTSⅠ型板式无砟轨道建设的成败。为了确保水泥乳化沥青砂浆施工质量和耐久性，指导严寒地区客运专线铁路CRTSⅠ型板式无砟轨道水泥乳化沥青砂浆的生产和施工，铁道部、哈大铁路客运专线公司及相关部门依据严寒地区CRTSⅠ型板式无砟轨道水泥乳化沥青砂浆自主创新研究的最新成果及滨绥线成高子车站试验段工程实践经验，提出了针对严寒地区的气候条件及使用状况的水泥乳化沥青砂浆4项指标，详见表1，并已在《客运专线铁路CRTSⅠ型板式无砟轨道水泥乳化沥青砂浆暂行补充技术条件》——严寒地区补充规定(科技基［2009］77号)文件发布执行。

表1 严寒地区水泥乳化沥青砂浆补充的性能指标要求

5.3.3 CA砂浆拌制技术

CA砂浆正式施工前必须通过工艺性试验和上道试验，在施工现场制配时，CA砂浆的配合比要根据气候条件、温度条件及现场所采购的材料性能的变化，通过试验及时修正配合比，并做好试验记录。

CA砂浆的投料顺序必须严格按照预先设定的顺序进行，砂浆的强度依搅拌机的旋转速度和拌和时间的不同而受影响，通常搅拌机的旋转速度越大，拌和时间越长，强度就越降低。

5.3.4 CA砂浆运输及灌注技术

哈大铁路客运专线多采用轮胎式砂浆车，其主要在线下行走及施工。为减少砂浆车及相关机械的移动次数，减少便道交通干扰，加快施工进度，哈大铁路客运专线相关单位采取了线下拌制、线上运输的施工方式，并研制了能在双线底座间2.2 m宽通道运输的双向运浆车。可双向行驶，无需在线上调头作业，操作简便。

CA砂浆灌注以不致带入空气为原则徐徐地连续进行，并按照工艺性试验确定的灌注顺序、灌注时间等技术参数，严格控制整个灌注过程。在超高地段和坡度地段进行砂浆灌注时，采取从低向高进行灌注，以利于砂浆排气;在水泥乳化沥青砂浆抗压强度达到0.1 MPa以上，开始拆除支撑螺旋栓。

5.3.5 曲线地段防浮及防滑技术

曲线地段通过设置防滑装置，有效地控制了CA砂浆在灌注过程中轨道板向内侧滑移，保证了轨道板中心线与设计线路中心线误差控制在±1 mm内。防浮装置的设置保证轨道板承轨台高程控制在±1 mm内。

5.3.6 防雨棚及CPⅢ测设移动防风亭的使用技术

为解决CA砂浆“雨天不得进行施工”的问题，在桥面上搭设移动防护棚，CA砂浆灌注过程中全部在棚内进行，从而有效地解决了CA砂浆雨天不得施工的问题。为减少大风天气对测量工作的影响，加快及改善CPⅢ控制网及轨道板精调施工进度及质量，在全站仪设站位置搭设棚罩，从而降低测量误差，保证施工质量并提高施工进度。

5.3.7 沥青储存罐降温技术

为了保证夏季施工时乳化沥青温度满足要求，哈大铁路客运专线采取了沥青储存罐降温技术。在加工沥青储存罐时，在罐内布设“Z”字形冷却管道，在管道进口及出口设置开关装置。在沥青储存罐附近打一口水井和渗水井，在水井内安放水泵，利用水泵将4～6℃的井水通过沥青储存罐内的冷却管道对乳化沥青进行降温，保证了乳化沥青正常使用温度，确保了CA砂浆施工质量。

6 62号高速无砟道岔铺设技术

哈大客运专线2组62号高速无砟道岔位于长春西站北咽喉，设计为渡线道岔，分别连接哈大铁路客运专线和长春联络线，62号高速无砟道岔全长201 m，直股通过速度350 km/h，侧股通过速度220 km/h。为目前世界上最大号码道岔。62号高速无砟道岔施工过无砟道岔长大构件运输吊装技术。

6.1 无砟轨道长大构件运输吊装技术

62号无砟道岔经既有线到达双城车站，然后经双城铺轨基地进入哈大铁路客运专线长春西站铺设地点，利用左线作为大型吊车停车点进行现场卸车。为了保证吊装作业过程中道岔构件处于允许的弹性变化范围内，确保吊装作业安全，针对对不同道岔构件的载荷工况，扁担梁及吊点的设置进行了科学计算和检验，现场卸车采用2台1 200 kN吊车，运用2副24 m长的扁担梁进行同时吊卸作业，将基-尖轨、导轨及辙叉分批一次性就位，确保了道岔在吊装作业中纵横向最大变形量不超过100 mm，并安全吊卸就位。无砟道岔钢轨结构件吊装详见图4。

图4 62号无砟道岔钢轨结构件吊装

6.2 岔枕间距变化控制技术

岔枕间距是决定道岔线形的制约因素。道岔组装过程中由于单个构件长，当温度变化时导致钢轨件伸缩幅度大，从而影响岔枕间距反复超标。为了确保岔枕间距符合允许误差±2 mm的技术标准，经多次研究分析，首先以20根岔枕为1个单元，用全站仪测量定出每个单元首根及末根岔枕的绝对位置，中间岔枕按照设计岔枕间距逐根方正锁紧钢轨扣件，消除用传统方法对长大构件岔枕定位产生的累积误差;然后将钢轨接头处前后相邻6根岔枕间距均按照设计间距逐根严格定位，消除轨温变化对接缝处岔枕间距的变化大的影响，保证了岔枕间距满足技术标准要求。

6.3 道岔直曲股精调线形控制技术

道岔精调要同时满足直曲股线形的平顺性，是精调工作的关键。为了确保道岔直股曲股线形符合设计要求，安排4台小车同时采集数据;为了减小全站仪设站误差，严格采取定点设站。精调前对4台小车进行交叉校核，降低各方面因素对道岔精确测量造成的误差，然后分别对直曲股进行精调。针对道岔精调过程中出现的长垫板上直股满足平顺性要求，曲股不满足要求时，通过更换轨距块调整线形，使道岔线型满足技术标准要求。

7 结论

(1)哈大铁路客运专线路基工程通过采取CFG桩、水泥搅拌桩复合地基、桩网结构等复合地基处理措施进行地基处理;通过设置隔断层、防冻层、防冻护道，控制路堤填土高度、加强沉降观测等措施，确保了路基工程质量满足设计及规范要求。

(2)哈大客运专线是我国也是世界上第一条严寒地区无砟轨道高速铁路，路基冻胀具有普遍性且难以避免。从实测数据分析，哈大客专的路基冻胀总体上属于可控范围，但对列车高速运行要求而言，现有的防冻胀措施仍需要进一步加强。适合严寒地区高速铁路的无砟轨道路基的防冻胀结构和措施是一个需要不断探索、积累和完善的过程。

(3)重点桥梁工程通过加强设计、科研与施工相结合、全程监测等措施，确保了转体桥梁、钢箱叠拱桥等工程顺利完成，避免了海水、河流对经受侵蚀或反复冻融的桥梁混凝土结构造成剥蚀危害。

(4)轨道工程通过优化轨道板结构设计，通过轨道板制造及铺设过程中的改革创新，通过对大号码高速无砟道岔的吊装、精调等关键工序的研究，确保了轨道工程的顺利实施。

(5)通过对严寒地区无砟轨道CA砂浆的配方的创新设计，确保了CA砂浆的抗疲劳性、低温抗裂性、低温折压比、低温弹性模量等关键指标满足严寒地区的环境要求，保证了CA砂浆在严寒环境下的耐久性。

(6)由于哈大铁路客运专线地处严寒地区，且地下水位较高，河流水系发达，地下水丰富。随着城市发展对地下水位产生的变化，可能导致地基基础及路基的下沉，需要在今后的运营中加强观察和观测，确保路基稳定和行车安全。

(7)由于哈大铁路客运专线地处严寒地区，高性能混凝土在严寒地区的耐久性和抗裂性能需要进一步观察;

(8)由于后张法CRTSⅠ型无砟轨道板所采用的预应力钢棒可能存在断裂的现象，为了确保运营安全，大量增加了防护措施。同时，轨道板在严寒地区的抗裂性能也有待观察。而先张板在降低预应力筋断裂几率及抗裂性能方面明显优于后张板，建议后期的工程实践中进一步对先张板进行试验研究。

［1］铁道部第一勘测设计院.铁路工程地质手册［M］.北京:中国铁道出版社，1999.

［2］中华人民共和国铁道部.TB10621—2009 高速铁路设计规范(试行)［S］.北京:中国铁道出版社，2009.

［3］石刚强，张先军.严寒地区客运专线路基冻胀影响因素及防治技术［J］.铁道建筑，2011(6):93-95.

［4］张先军，赵世运.哈大高速铁路新营口车站组合桩复合地基的运用研究［J］.铁道工程学报，2011(5):34-39.

［5］王珣，时伟.季节性冻土地区客运专线路基基床结构优化［J］.中国港湾建设，2010(6):37-38.

［6］杨富民，张勇，李学斌.防冻型支座灌浆材料的研究［J］.铁道建筑，2012(1):34-37.