采用微型盾构换填营业线冻害路基施工技术

2019-04-03张宇

铁道建筑 2019年3期

张宇

(沈阳局集团公司山海关工务段，辽宁锦州 121000)

1 铁路营业线施工原则

铁路营业线施工是指影响营业线设备稳定、使用和行车安全的各种施工作业[1]，按组织方式、影响程度可分为施工和维修2类。邻近营业线施工是指在营业线两侧一定范围内，新建铁路工程、既有线改造工程、地方工程等影响或可能影响铁路营业线设备稳定、使用和行车安全的施工作业。

营业线施工的目的是为了保证行车设备状态良好，使列车按照规定的速度安全、平稳、不间断的运行。天窗修制度是保证铁路营业线施工安全的有效措施，凡影响营业线设备稳定、使用和行车安全的施工作业，都必须纳入施工天窗。铁路营业线施工是运输组织的重要组成部分，应加强施工计划和施工组织管理，积极推广技术先进的施工机具和施工方法，提高施工作业效率和质量。

2 工程概况

秦沈线自开通运营以来常年出现季节性冻害现象[2]。2017—2018年发生冻害368处，其中292处位于涵洞顶部，平均冻胀长度为10 m，平均冻胀高度为5.2 mm。

关于季节性冻土的冻害整治前人已经做过大量的研究[3-6]，本次冻害整治采用新型的治理工艺——微型盾构横向换填法进行治理，治理涵洞6座11处(上下行)，冻害治理长度共计202 m。

3 施工工艺简介

微型盾构掘进换填冻害路基整治技术是采用微型盾构设备对产生冻害层位的路基填料进行置换，换填材料为不产生冻害的混凝土或砂浆，从而达到减少或消除路基冻害的目的。

主要施工工序如下：

1)勘察取样

冻害整治实施前对每个工点进行勘察取样，并进行土工试验。

2)设置硬隔离

在道床坡脚采用金属浸塑网将营业线与施工作业区进行隔离(安装供监测人员上道的通道门)，再向下延伸与原有的防护网相连，形成封闭的作业区间，确保点外施工对行车不产生干扰。

3)场地清理及搭设施工平台

清除施工地段路堤边坡和涵洞周边的杂物、植被灌木，凿除施工地段路肩及边坡圬工防护和涵洞顶帽石，对影响施工的电线电缆进行迁移、防护、固定。清除道砟外侧的基床填料，修整微型盾构所需的施工面。采用H型钢和架子管搭设施工平台。

4)微型盾构机掘进作业

将微型盾构机放置在施工平台上，将钻头钻杆连接到盾构机上，同时将套管套在钻杆上。校正盾构机和套管的轴线、高程和坡度，并将盾构机固定在施工平台上。根据现场勘查的置换厚度选用匹配的套管管径。启动设备，即可进行盾构掘进作业。每节钻杆长1.0 m，插接连接。当第1节钻杆和套管掘进完成后，将钻机与钻杆拆开，安装下一根钻杆和套管继续推进。持续工作，掘进至设计要求的深度。

5)施工监测

施工监测通过测量仪器在施工期间对路基、轨面高程及平面进行监测，主要采用全站仪监测系统和自动监测系统2种监测手段。

全站监测系统由2台智能全站仪和相应数量的棱镜组成。全站仪在封闭网内上下行各设置1台，棱镜布置在轨枕两端，每4根轨枕(间距2.4 m)设置1个棱镜。用φ12 mm钻头打孔，打孔深度30 mm。然后将长50 mm的棱镜杆采用胶装的方式固定在孔内，最后将棱镜安装在棱镜杆上。棱镜高度低于轨头20 mm，轨枕两端交替呈梅花形布置，路肩侧棱镜朝本侧施工方向，两线间一侧朝相反方向。监测时，上行全站仪监测上行外股轨枕端和下行两线间轨枕端，下行全站仪监测下行外股轨枕端和上行两线间轨枕端。

自动监测系统主要由自动监测传感器和接收终端组成。自动监测传感器沿线路方向安装在轨枕一端，每个轨枕端打设2个膨胀螺丝，然后用U形钢圈固定，接收终端安设在作业点现场。

6)灌浆置换

掘进至设计深度后退出钻头和钻杆，套管留在孔内，清理残留的浮土，选用C30自密实混凝土和速凝砂浆分层灌注。浇筑过程中不断振捣，确保混凝土和砂浆填满钢管。

7)排水管施工

采用潜孔钻机在相邻钢管下方钻孔，孔径90 mm，钻孔深度和钢套管相同。成孔后放入高密度聚乙烯(High Density Polyethylene，HDPE)排水管，排水坡度不小于0.5%。排水管上半部可钻10 mm小孔，梅花形布置，前端管口和管壁外部包扎一层土工布。

8)工作面回填及坡面防护恢复

将路肩开挖出来的土掺入白灰(石灰和土的体积比为3∶7)进行回填并分层压实，每层厚度不大于300 mm，压实率不小于90%。边坡用浆砌片石重新砌筑，路肩采用防水砂浆浇筑封闭。

9)撤除硬隔离

拆除道床坡脚和两端的金属隔离网，并对被破坏的道砟面进行修整恢复。

4 施工计划和施工组织管理

本次冻害整治工程工点分散、施工线路长、施工工艺复杂，需要营业线封锁施工，从而影响运输组织。因此，施工前必须做好施工计划和施工组织[7]，做到施工方案超前，要素配置到位，内外协调有序，安全质量受控。

4.1 施工工序分级管理

按照铁运[2012]280号《铁路营业线施工安全管理办法》对微型盾构掘进换填冻害路基整治技术的施工工序进行分析，将不同的施工工序进行分级管理。因上述工序4—6中涉及对路基本体进行钻孔、掘进、灌浆等作业，影响路基稳定及行车安全，必须申请营业线封锁，在天窗点内施工，施工等级为Ⅲ级(见图1)。而工序1，3，7，8为辅助性工程(见图2)，不影响路基稳定及行车安全，可申请邻近营业线施工。按B类施工管理，编制施工安全监督计划上报铁路局申请施工。

图1 营业线封锁微型盾构施工图2 邻近营业线B类施工

通过对施工工序的分级分类，按不同施工等级、类别进行管理，缩短了施工周期，最大限度地降低施工对行车的影响，有效提高了天窗的利用率。

4.2 营业线封锁施工组织管理

从台安K608+500至丁香湖K676+635两个区间共有涵洞6座，冻害点11处。为了便于施工管理，同时减少对运输组织的影响，每次只申请1个涵洞(含上下行)进行营业线封锁施工。

按照规定，施工单位必须提前向运输处提出月度施工计划申请表。因此，需要对每处工点的施工难点、施工效率做好预判，制定合理的施工流水计划，由慢到快，由易到难循序推进。做到申请的天窗不浪费，也不能因为申请天窗不足造成施工组织混乱。

5 营业线施工安全管控

营业线施工必须把确保安全放在首位，坚持“安全第一、预防为主、综合治理”的方针。

5.1 安全培训

安全培训是提高施工从业人员安全意识和安全技能的主要手段。施工单位在进场前对参与施工的所有人员进行一次施工安全培训，并邀请设备管理单位的安全专职人员讲解安全知识，最后进行考试，合格者方准进场施工。

5.2 安全交底

施工单位应先对交底工作做好充分的准备，对每个分项分部工程的施工方法、作业流程、人员分工、机具设备操作、安全文明施工和存在的危险因素及其控制措施向所有参与施工的人员进行详细交底。特别是对施工作业过程中可能危及营业线列车运行安全的风险进行针对性的分析，并制定专项防控措施，责任到人，有效落实。

5.3 雨季施工安全工作

开挖的施工面预留一定的排水坡度，防止积水。靠近线路一侧采用双层沙袋护坡，如遇降雨则采用塑料布对施工面进行全覆盖，防止雨水冲刷路基基床。雨季前对现场配电箱、闸箱、电缆临时支架等设备仔细检查，确保用电安全。雨季所需材料、设备和其他用品，如水泵、抽水软管、草袋、塑料布、苫布等由材料部门提前准备，水泵等设备应提前检修。

5.4 施工安全防护措施

1)设置硬隔离。将施工作业人员和机具与行车隔离，除天窗点内监测人员上道外，其他人员一律不准越过隔离网。施工过程中若邻线来车，防护员鸣笛，所有施工人员应立即停止作业。

2)严格按规章制度设置施工防护。现场施工负责人、安全员、现场防护员、驻站联络员等按照规定时间到达自己的工作岗位，充分做好施工准备，认真进行班前安全教育。检查防护用品，确保性能良好并进行试通话，确保施工作业过程中联络通畅。施工天窗命令下达后，按规定设置施工封锁防护，防护人员严格执行呼叫应答制度，安全员对防护人员进行监督检查，确保防护工作有效落实。

3)严格执行施工登记、销记制度。严格按当日批准的施工计划进行登记、销记，并按命令下达的天窗时间组织施工，未接到上道命令严禁上道。

4)做好上道材料和工(机)具的登记。上道前，清点、登记各种上道工(机)具和材料，并明确到每个施工人员，施工结束后复检、销记。由工区监控人员和施工单位管理人员共同确认上道工(机)具和材料。

5)防止漏电伤害。电线线路负荷(尤其是插线板)、用电器功率必须与电源线负荷相匹配。保证电源线线路顺畅。移动设备时，先断电后扯线移动。电源线线路须配漏电保护和接地安全保护。

6)施工人员必须穿戴带有反光条的劳动防护用品，备好照明设备，保证现场照明。

7)接近高压电线路等供电设备作业的工(机)具和作业人员须与供电设备的带电部分保持不小于2 m的距离。

8)作业地点用临时封闭网与线路隔离，非封锁期间人员及工具不得侵入封闭网内，本线来车时停止作业。

9)单线封锁邻线通车时，安全员、现场防护人员要加强巡视、瞭望，确保施工工具不侵入限界；邻线有列车通过时，两端防护员立即通知现场防护人员，现场防护员鸣笛示警要求监测人员立即下道避车。

10)施工完成后，施工单位加强线路设备养护，按规定逐步提速直至列车常速运行，确保行车安全。