戈壁恶劣气候条件下CRTSⅠ型双块式无砟轨道施工技术

2014-11-25张建场中铁四局集团有限公司安徽合肥230023

安徽建筑 2014年2期

张建场（中铁四局集团有限公司，安徽合肥 230023）

0 前言

兰新铁路第二双线（新疆段）是我国在戈壁滩恶劣气候条件下首次建设的CRTSⅠ型双块式无砟轨道整体道床结构型式高速铁路，沿线通过戈壁滩百里风区，多处于严寒、温差大、风沙大、日照强、干旱缺水等恶劣自然气候，如何提高双块式无砟轨道施工精度和施工效率，保证混凝土施工质量，减少无砟轨道道床板混凝土施工中产生早期裂纹，避免出现横向贯穿裂缝、轨枕拐角处八字裂缝、轨枕块周边离缝、道床板表面收缩裂纹。减少施工用水量，降低施工成本，是戈壁滩地区施工解决的施工关键和难点。

1 工程概况

兰新铁路第二双线（新疆段）LXTJ4标段，线路起讫里程：DK1310+000～DK1489+000，采用CRTSⅠ型双块式无砟轨道整体道床结构型式，正线全长179.017km。本标段线路全部位于哈密市管辖内，线路东起哈密出站端，向西延伸至哈密与吐鲁番地区交界处，沿线地貌属哈密、吐鲁番盆地北缘山前冲、洪积平原区，地形平坦开阔，地势略有起伏，地面高程700m～1050m，多为典型的戈壁荒漠地貌，区内人烟稀少。了墩～小草湖段(DK1413+000～DK1511+000，长97km)为兰新线著名的百里风区。

该标段所经地区属中温带干旱大陆性气候区，以气候干燥、降雨量小、冰冻期长、昼夜温差变化较大、春秋多风，夏季短促而炎热、冬季漫长且严寒为其主要特征。年平均气温10.6℃，最高44.7℃，最低-32℃；最热月平均27.1℃，最冷月平均-11.7℃；年平均降水量35.7mm，最大68.3mm，最小11.5mm；月最大28.5mm，日最大25.5mm，年平均大风日数（≥8级）有208d。

该地区恶劣气候条件，造成双块式无砟轨道施工具有较大的技术难度。

2 无砟轨道施工工艺及难点

双块式无砟轨道施工主要包括：路基段支承层和桥梁段底座施工以及道床板施工两部分。

2.1 路基段支承层和桥梁段底座施工

长大段落路基支承层一般采用水硬性混合料滑模摊铺法施工；小于200m的桥隧间短路基及不便于采用滑模摊铺工艺的地段可采用C15低塑性混凝土模筑法施工；路桥、路隧过渡段支承结构以及桥梁段底座施工采用模筑法施工。

2.1.1 滑模摊铺法施工

滑模摊铺法施工工艺流程主要为：对线下工程按规定进行沉降变形评估；对路基顶面标高、平整度及压实度等指标进行验收；对CPⅢ网进行复测，根据CPⅢ网测量放样；挂设引导线及摊铺施工；切缝、养生及成品验收。

2.1.2 模筑法施工

模筑法施工工艺流程主要为：线下工程基床表层验收，CPIII测量，作业人员培训，混凝土配合比选定，施工测量放样，模板安装，混凝土拌合与运输，混凝土浇筑，找平和拉槽，人工修边，拆模，切缝，养护，成品外形检测。

2.1.3 桥梁底座施工

桥梁底座施工施工工艺流程主要为：对桥梁工后沉降和梁体收缩徐变情况进行评估；复测CPⅠ、CPⅡ控制点并布设测量加密桩控制点，布设测量CPⅢ控制网；对梁面进行验收；安装连接钢筋、绑扎底座钢筋、立模、浇筑混凝土；混凝土养生、成品验收。

2.2 道床板施工

针对本项目所处戈壁滩百里风区的严寒、温差大、风沙大、日照强、干旱缺水等恶劣自然气候，如何保证双块式无砟轨道道床板施工质量是施工关键技术。

以往双块式无砟轨道施工采用工具轨法，由于工具轨法刚度低、支撑无法固定、调整精度差，在此恶劣自然气候条件下，很难保证工程质量，因此，采用轨排框架法施工。

2.2.1 轨排框架法施工工艺流程

①对路基、桥梁、隧道工后沉降和桥梁收缩徐变情况进行评估，满足无砟轨道铺设条件后，方可进行无砟轨道施工。

②复测CPⅠ、CPⅡ控制点并布设测量加密桩控制点，完成CPⅢ控制网布设、测量和评估。

③运卸轨排框架、双块式轨枕、钢筋等施工机具及材料；布设纵向钢筋；散布双块式轨枕；现场组装轨排；粗调轨排；绑扎纵、横向钢筋；立纵、横向及伸缩缝、假缝模板；精调轨排；绝缘测试；浇筑混凝土。

④拆除模板和轨排框架，清理并倒运模板、施工机具、轨排框架等，养护混凝土，轨道数据采集，嵌缝施工。

⑤道床板成品验收。

2.2.2 主要施工装备配备

①道床板施工主要施工设备有：轨排框架、专用吊装设备及吊具、模板和小型工器具等。按照工作面划分，配备成套施工设备，并进行安装调试，对关键设备进行操作和精度确认。

②轨排框架工装可采用单梁和双梁形式，其实体图如图1、图2，轨排框架长度可根据现场物流条件和和不同工况下道床板长度设定（现场使用的主要有6.5m和11.7m两种）。

③轨排框架要在有资质和经验的工厂内按照精度要求制作、编号、建档；轨排框架运到施工现场要按照档案编号逐一验收，并作为工装设备进行全过程管理。轨排检测验收技术标准如下表1。

轨排框架验收技术标准表1

2.2.3 施工测量

2.2.3.1 测量仪器及设备

配备性能稳定、测量精度和数量满足施工要求且标定合格的测量设备；采用数据处理模型合理且通过验证的软件。全站仪采用测角精度≤1″，测距精度≤1mm+2ppm且具有自动目标识别、跟踪、计算、传输数据功能的测量机器人。精调小车系统采用能够根据自身测量系统测量超高及轨距，和全站仪配合完成高程和平面偏差测量并反馈给电脑或PDA，供精调人员作为轨排调整量的参考。

2.2.3.2 移动式精调作业专用房

图1 双梁轨排框架图

图2 单梁轨排框架图

图3 精调用防风、防晒专用房

图4 轨道精调顺序示意图

图5 混凝土施工作业棚

结合兰新铁路第二双线风沙大、光照强的气候特点，精调过程中需配置移动式精调专用房供全站仪设站用，以提高精调进度和质量；该专用房要具备轨道走行及自身固定装置，高度及长度必须方便仪器设站和测量人员观测，前后瞭望窗口具备开关功能且不影响到测量视线。精调专用房见图3。

3.2.4 轨排精调

轨排精调一般应在风力不超过3级、温度稳定的气候条件下进行。夏季晴天10点至18点不宜精调，冬季12点至15点不宜精调，阴天空气条件良好时可全天精调。

由于风及空气波动的影响，当测量数据跳动超过0.5mm时，将小车向全站仪推进直至数据跳动小于0.5mm，然后将小车退回搭接区域，并根据数据稳定时小车与全站仪的距离搬运全站仪重新进行设站。

精调顺序为先中线后高程，对某两个特定轨轨排框架而言，精调顺序为：1→4→5→8→2→3→6→7→1→2→3→4→5→6→7→8，具体点位如图4所示。

①调整中线：采用专用开口扳手调节左右轨向锁定器，调整轨道中线，一次调整2组，左右各配2人同时作业。

②调整高程：用套筒扳手，旋转竖向螺杆，调整轨道水平、超高。粗调后顶面标高应略低于设计顶面标高。调整螺杆时要缓慢进行，调整后用手检查螺杆是否受力，如未受力则拧紧调整附近的螺杆。

③安装鱼尾板后再次精调：轨排第一遍精调完成轨道偏差在1mm后，相邻轨排用鱼尾板进行连接，鱼尾板处扣件必须要安装到位。轨缝宜控制在10mm~30mm，钢轨接头处应平顺，不得有错牙或错台。再次对轨排进行精调，精调完成后逐轨枕对轨道几何状态进行检测调整。

④绝对偏差复核：精调完成后，在混凝土浇筑前需对精调结果进行一次复核。

2.2.5 混凝土施工

①混凝土施工配合比：道床板混凝土配合比应根据道床板的结构特点、施工条件以及环境条件所要求的性能和“低胶材用量、低用水量、低坍落度、高含气量”（三低一高）的原则进行设计，在综合工作性能、力学性能、收缩性能、耐久性能和抗裂性能的基础上，提出试验配合比。

②对于干旱地区（干旱指数=年蒸发量/年降雨量＞7），应采用“低胶材用量、低用水量、低坍落度、高含气量”（三低一高）的干旱地区道床板混凝土，其配制要点为：胶凝材料用量不宜大于380 kg/m3；用水量不宜大于150 kg/m3；采用泵送施工时，混凝土出机坍落度控制在140mm~160mm，坍落度损失不大于20mm；采用吊斗施工时，混凝土出机坍落度控制在120mm~140mm，坍落度损失不大于20mm。采用减水剂和引气剂双掺的方式配制，入模含气量不小于4%；单位体积浆体的量不宜大于0.30m3。

③对于大风及干旱地区（平均风速6级以上或瞬时风速8级以上、干旱指数＞7），其配制要点为除满足上述要求外，还应掺入内养护材料。

④混凝土养护：大风干旱地区由于混凝土表面水份蒸发快，容易造成混凝土表面开裂，无砟轨道道床板收面应在施工棚内进行，如图5。施工棚每个作业面至少配置150m。混凝土浇筑完成后，将施工棚推至浇筑段落进行收面、养护。采用施工棚作业时，要考虑物流组织的影响，每个循环施工完成要置于同一线路后方。最低温度低于5℃时，要延长作业棚的覆盖时间，并在棚内增加升温设施，以缩短养护剂的成膜时间，抵御混凝土内外大温差造成的混凝土开裂。

3 质量控制关键技术

①无砟轨道双块式轨枕施工精度控制。采用轨排框架作为轨排定位工具，可以使用高效率的粗调测量系统进行轨排框架粗调，利用检测小车测量工艺进行精调和复测，提高了施工过程中轨道调整速度和控制精度。

轨排框架用于现场组装轨排，集成化性能好，在施工区外一次完成轨排枕距、轨距、线形的工厂化调整固定；轨排框架及其支撑系统使轨距、中线、水平、轨面高低、三角坑均可精确控制；轨排组装、吊运、定位机械化，混凝土运输灌注等全作业过程为平行流水式，施工程序容易掌握、各工序衔接紧凑有序，环境污染小，安全性好，利于工序质量控制和现场施工管理。

②混凝土养护是防止混凝土开裂关键环节。混凝土养护是防止混凝土开裂的重要一环，针对本线大风干旱、昼夜温差大、水资源极度匮乏的特点，经试验研究，宜采用喷洒养护剂的方式进行养护。对于大风及干旱地区，采用掺入内掺养护材料，提高混凝土养护质量。

③采用施工作业棚方式，将无砟轨道道床板混凝土施工旗在棚内进行，防止混凝土内外大温差、水份快速蒸发而造成的混凝土开裂。

④混凝土终凝前，应及时拧松扣件、鱼尾夹板以及轨排框架支撑螺杆，释放轨排应力，以防轨排框架因温度应力造成混凝土开裂。同时释放轨道在施工过程中因温度和徐变引起的变形，让新浇混凝土处于自由状态，减少轨枕角处混凝土八字裂纹,避免钢轨伸缩造成道床板开裂。