哈大铁路客运专线TJ－3标关键施工技术

王 珣

(中交第四公路工程局有限责任公司，北京 100022)

1 概述

哈大铁路客运专线TJ－3标段位于吉林和黑龙江两省，经过四平、长春、松原、哈尔滨辖区，起讫里程为D1K579+140～DK926+560，正线全长345.645 km。本标段桥梁总长约286.421 km，占标段总长度的84.9%。路基(含站场)共42段，总长约51.009 km，占标段总长度的15.1%。涵洞72座。车站6座。全段预制简支箱梁8512孔，设置14个梁场。全段设置预制轨道板厂7处。铺设无砟道床686.697 km;铺无砟轨道298.908 km。设1个铺轨基地，即双城基地。

目前，对于铁路工程施工环境温度分区，尚无明确的标准，根据《建筑气候区划标准》(GB50178—93)及《民用建筑热工设计规程》(JGJ24—86)之规定，本标段位于Ⅰ区，即严寒地区，沿线广泛分布季节性冻土。

哈大客运专线是我国修建在严寒地区的第一条高速客运专线，TJ－3标位于哈大客运专线的北端，年平均气温4.4～8.4℃，极端最高温度36.1～39.8℃，极端最低温度－39.9～－32.8℃，年平均降雨量481.8～682.7 mm，年平均蒸发量1 226.0～1 781.5 mm，平均相对湿度62% ～65%，年平均风速2.8～3.9 m/s，最大定时风速12.0～34.0 m/s，年平均8级以上大风日数4～40.5 d，最大月平均日较差11.6～14.3℃，最大积雪厚度17～30 cm，最大季节冻土深度137～205 cm。哈大客运专线TJ－3标所处的环境非常特殊，由于客运专线的耐久性及高服役年限的要求，对施工组织和施工工艺的要求非常高。

2 季节性冻土地区路基施工技术

2.1 路基施工问题

由于地处季节性冻土地区，路基基床年复一年的周期性冻胀融沉会引起轨道结构的变形，加上动车动荷载的作用，如何保证路基工程的强度、刚度及稳定性是设计施工中要解决的首要问题。因此无砟轨道路基工后沉降被严格限制在15 mm以内。

在路基基床表层施工过程中，由于基床顶层上部设计为20 cm厚的砂垫层，铺设后，上部级配碎石无法达到质量要求。

2.2 解决方案

在路基施工中，对基底的处理、填料选择和防冻胀措施的应用是路基工程是否成功的关键。本标段地基处理选用了CFG桩、水泥搅拌桩、桩板结构、PHC桩等处理手段，辅以褥垫层。较好地控制了基底沉降。

在填料选择方面，选择了具有良好工程性能的A、B组填料，既保证了施工进度，也保证了路基沉降变形可控。

针对路基基床结构问题，通过现场试验进行了设计优化，用15 cm厚的级配碎石取代了砂垫层，保留5 cm厚砂垫层，解决了此问题。

2.3 沉降观测

现场试验段选在扶余车站路基正线(DK832+748.59～DK834+518.9)，路基沉降观测从2008年12月开始，截止2010年5月，测得最大沉降量为10.21 mm，推算的工后沉降量为4.43 mm，满足规范要求。哈大客运专线TJ－3标路基工程实测最大沉降断面沉降量为42.6 mm，达到无砟轨道评估指南要求。

2.4 变形模拟分析

根据数值模拟分析，模拟的实际冻深1.8 m，排除实际情况影响，与实测1.66 m基本接近，说明建立的计算模型基本是可靠的;通过分析计算，随着气候变暖温度的升高，路基中的温度场在缓慢变化，不同深度的温度都有增加的趋势;20年后最大冻深出现的时段，由于气候变暖的影响，路基中处于完全的正温状态，说明路基出现最大冻深的时间提前，季冻区路基处于负温的周期变短，最大冻深减小;温度场和力场作用下的路基变形未超过15 mm，满足要求;路基填料未发生冻胀或冻胀不明显，完全能满足季冻区内负温作用下的要求;季冻区路基在温度作用下正常运行20年后未见冻胀等灾害发生。

3 桥梁施工技术

TJ－3标除了车站及部分区间路基外，大部分地段以桥梁通过，桥梁施工是本标段施工的重点，箱梁预制数量为所有基建施工标段最多的，达到8 000孔以上，施工环境属于严寒地区，针对这一特点，重点对箱梁预制及架设进行论述。

3.1 箱梁预制施工

3.1.1 大型梁场建设技术

梁场位置选定后，应进行梁场总体规划，根据工期及功能区域占地情况，粗算梁场占地面积。梁场根据功能需要划分为制梁区、存梁区、拌和区、钢筋加工区、试验室、办公生活区、施工通道和其他附属等各个区域，各区域之间相对独立又紧密相联。制梁区规划应考虑制梁台座数量、布置形式及设置依据，模型数量及操作方式，钢筋绑扎台座数量及形式，水、电、汽布设等。存梁区应考虑存梁台座数量、布置形式，移梁或运梁通道的宽度、厚度，水、电、汽布设及排水方式等。梁场设备包括混凝土搅拌设备、混凝土输送设备、布料设备、钢筋加工设备、地磅、养护设备、张拉设备、压浆设备、提梁设备、运梁设备、架梁设备等。

在有连续梁及特殊结构影响的情况下，由于受到特殊结构施工影响，架梁会出现停工状态。在梁场设置时，尽量将特殊结构集中地段安排在架梁方向的末端，相应的，必须增加梁场的数量以避免受到特殊结构的阻碍。考虑以上因素，本标段设梁场14座，平均每座梁场制梁626孔，较原设计10座箱梁制梁场平均每个梁场减少制梁250孔，减少绝对工期约4个月。

3.1.2 冬季箱梁预制技术

当昼夜平均气温连续3d低于+5℃或最低气温低于－3℃时，应采取冬期施工措施。1榀32 m客运专线箱梁的混凝土总量约为329 m3，属于大体积混凝土结构。由于水泥水化热的影响，需要在预制箱梁梁体内部温度升高的同时提高其养护的环境温度，减少由于温度差引起的应力，能有效防止梁体裂缝。

TJ－3标所处严寒地区，昼夜温差较大，而《客运专线预应力混凝土预制梁暂行技术条件》(铁科技［2004］120号)规定在混凝土凝固过程中表层与环境温差、梁体内部和梁体表层的温差不能超过15℃。否则梁体必将产生大量的由于温度应力引起的裂纹。所以不仅要在冬季进行蒸汽养护，甚至昼夜温差大的夏季都必须采用蒸汽养护工艺进行箱梁的施工。这是哈大客运专线制梁的特点。

3.2 箱梁冬季架设

3.2.1 低温支座灌浆料的应用

哈大铁路客运专线有效施工期短，采用冬季专用支座灌浆料，可以有效延长架梁作业时间，对缩短工期有很好的效果。该材料具有早强、高强、充盈性好等特点。当昼夜平均环境温度低于0℃时可实施，最低可在－15℃环境下继续组织施工。

3.2.2 低温架梁支座灌浆工艺(图1)

图1 冬季支座灌浆施工工艺(单位:mm)

此施工工艺的核心在于采用专门研制的冬季负温支座灌浆料，在完成支座灌浆后，采用预热，搭设保温棚等周密的保温措施，保证支座灌注材料强度持续上升，满足设计技术要求。其保温措施主要有包裹保温、采用小型可移动锅炉加热、搭设暖棚等措施，保证支座砂浆强度持续增长。应用于本技术的冬季支座灌浆保温装置已申请发明专利。

3.3 特殊结构桥梁施工

3.3.1 跨越繁忙干线桥梁转体施工技术

刘房子特大桥及运粮河特大桥小角度(23°～25°)跨越既有京哈繁忙干线，考虑到安全风险和对运输影响，由原设计的在既有线上空悬灌施工变更为线外支架现浇转体合龙的施工方法。刘房子特大桥为(48+80+48)m连续梁，运粮河特大桥为(60+100+60)m连续梁。

刘房子特大桥DK647+489.15～DK647+666.85段上部结构为(48+80+48)m现浇预应力混凝土连续梁，与既有线斜交角度为25°，其中48号～49号主墩分别位于铁路两侧路堑边坡上，上跨Ⅰ级双线电气化既有京哈铁路，采用球面半径为4.6 m，平面直径为2.3 m的球铰中心转盘实施转体，于2009年9月4日成功实施转体。见图2。

运粮河特大桥 DK913+283.10(838号墩)～DK913+383.10(839号墩)段位置与既有京哈线铁路相交，标准中心线与既有铁路夹角为23°。转体质量约6 200 t，采用平面直径为3 m的球铰中心转盘实施转体，于2009年10月12日成功实施转体，见图3。

图2 刘房子特大桥转体完成

图3 运粮河特大桥上跨京哈线转体施工

3.3.2 钢箱叠拱桥梁施工技术

哈大客运专线新开河特大桥1-138 m钢箱叠拱桥是哈大铁路客运专线唯一的一座钢箱叠拱桥。该桥采用138 m钢箱叠拱，全桥长144 m，桥面宽度为18 m，总高48 m，桥下净空10 m，全桥钢结构总质量约4 100 t。两侧系梁为等宽变高度箱形截面。拱肋与系梁间采用φ130 mm实心圆钢吊杆连接。端横梁为单箱3室箱形结构，截面尺寸4 500 mm(高)×7 300 mm(宽)×13 060 mm(长)。中横梁为工型。全桥设4道2 000 mm×800 mm工型纵梁。横、纵梁上布置剪力钉，现浇 C50混凝土桥面。拱肋为1 800 mm×2 000 mm等截面箱形结构，上、下拱肋在拱脚处联结在一起。见图4。

图4 138 m新开河特大桥钢箱叠拱合龙

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。施工顺序为:主桥基础及临时墩→分段吊装组拼系梁→吊装组拼纵横梁→架设临时钢桥面→在临时钢桥面上过架桥机→运输91孔32 m预应力混凝土箱梁。然后拆掉临时钢桥面→搭设钢支架→安装拱脚整体段→拼装拱肋成拱→安装横撑→安装吊杆→施工桥面系。

根据结构特点，综合考虑构件的尺寸、运输及地域条件，确定设计划分梁段在厂内制作，汽车运输至桥址;为缩短施工工期，减少高空作业，设计节段到施工现场后，卸落在对应的地面拼装台座上，根据系梁底支架布置及龙门吊装能力，将系梁部分节段在地面拼装完成，拱肋采取地面平行施工拼装，将中间共长88 m节段在系梁侧面拱肋拼装支架上立式拼装焊接成型，整体抬吊架设。

4 无砟轨道施工

4.1 轨道板预制施工技术

本标段生产的CRTSⅠ型轨道板采用工厂化流水线生产制作。其关键施工技术是自动张拉技术和混凝土防裂技术。

4.1.1 自动张拉技术

轨道板预应力张拉设备主要包括自动张拉千斤顶、张拉油泵、油压表;封锚设备主要包括强制搅拌机、空气压缩机、空气锤等。

(1)预应力钢棒和锚垫板之间须保持垂直，偏差不大于1°。

(2)校正预应力钢棒外露长度，满足设计、规范要求。

(3)千斤顶缓慢进油至初始油压，在此过程中要拨正千斤顶，使千斤顶与锚具对中，钢棒、锚具、千斤顶三者同心。

(4)预应力采用双控，以油压表读数为主，伸长值作为校核。

(5)按设计张拉顺序进行张拉。

(6)轨道板预施应力须匀速加载，当张拉力加载到100%时，持荷时间满足设计要求。

(7)张拉记录及时填写，不得随意涂改，经有关人员签字后及时交技术部门。

此项自动张拉技术，形成于本标段三胜板厂，其特点是“张拉精度高，预应力双控，强制保证持荷时间，数据自动采集，张拉形成压痕，过程可控。”轨道板预制技术及其精度检测系统和方法已分别申请实用新型及发明专利。

4.1.2 轨道板防裂技术

CRTSⅠ型轨道板主要有纵向锚穴裂缝。为对其进行控制，采取以下措施:

(1)严格按照设计配合比进行混凝土施工，加强混凝土的坍落度控制，将混凝土坍落度控制在80～120 mm的设计范围以内。在满足混凝土振捣密实和其他各项性能指标外，坍落度尽可能减小。

(2)布料必须按照先侧面、端面后中间的分3路布料的方式进行布料，布料完成后，先进行人工初平后进行振捣，防止聚集浮浆而产生裂纹。

(3)在混凝土初凝前采取2次收面工艺。

(4)将恒温时的最高温度设定为40℃，将静停时间设定为4.5 h;升温时间为2.5 h;恒温时间为6 h;降温时间设定为5 h。

(5)随时掌控环境情况，根据环境情况制定蒸养方案。当环境温度偏低，相应延长静停时间，适时进行2次收面。避免养护温度突变，导致混凝土出现裂纹。

(6)设置自动喷雾装置，在进入降温阶段，向轨道板喷洒温度在30～40℃的温水进行潮湿养护。

(7)轨道板脱模后至入水前，全过程湿润养护避免干缩裂缝的出现。

(8)采用半钢半塑的锚穴模型进行施工。

4.2 轨道板铺设技术

轨道板的铺设施工主要分2个步骤:第1步粗铺板，将板运至施工点，利用龙门吊板至待铺位置，进行大体对位后落板;第2步精铺板，利用轨道板调整器调整轨道板高低、方向及凸形挡台缝。

轨道板精调合格后，应在凸形挡台与轨道板间加木楔固定，并在轨道板边底座上锚固螺纹钢筋，通过压板压在轨道板上，防止轨道板在灌注时发生上浮现象。曲线地段轨道板为防止轨道板向曲线内侧滑移，在曲线内侧轨道板侧面加设挡板。

为了保证在垫层灌浆时轨道板不上浮，且在超高段砂浆灌注时轨道板不产生横向位移，轨道板精调后应在轨道板四角安装限位装置。轨道板精调后，首先量取轨道板与底座之间空隙尺寸，根据尺寸大小选择合适的砂浆袋，并采用后穿法将砂浆带穿入轨道板与底座之间，并尽量展平。

根据充填砂浆层厚度，确定单次砂浆搅拌量，并输入控制系统，检查显示屏上显示的各参数，确认无误后，进行砂浆拌制。

将灌注袋灌注口置于轨道板较低一端，出浆袋口置于较高一端，保证砂浆灌注密实。

灌注结束后，充填砂浆层一般采取自然养护。当日最低气温低于0℃时，对充填砂浆层采取适当的保温措施。

灌注完成后7 d以上，或抗压强度达到0.7 MPa以上后，方可在轨道板上承重。

5 结语

哈大铁路客运专线TJ－3标，地处东北严寒地区，在施工中，加强科技攻关，成功解决了严控路基变形沉降、大型箱梁制运架、桥梁冬季及越冬施工、耐久性混凝土优化、钢箱叠拱特殊结构桥梁、跨越繁忙干线转体法施工、严寒地区无砟轨道施工等技术难题。形成了严寒地区高速铁路施工关键技术，为类似工程提供了经验和参考。

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