高速鐵路無碴軌道板封邊方案的技術經濟比選

王丙辰

1 工程概況

京滬高速鐵路是我國第一條一次建設規模大、標準高、設計時速350 km的高速鐵路，起自北京南站，終至上海虹橋站，全長1 317.84 km，正線絕大部分地段采用無碴軌道。途經河北、山東、安徽、江蘇四省和北京、天津、上海三個直轄市。

無碴軌道軌道板精調完成后，在底座板和軌道板之間形成一條平均寬度為3 cm的縫隙，需用水泥乳化瀝青砂漿(CA砂漿)填充，為防止在灌漿時砂漿從軌道板側面溢出，必須將軌道板和底板之間的縫隙邊緣進行密封。本文介紹的無碴軌道板封邊施工里程為 DK238+470.17 ～DK259+431，長度為單線20.959 km，共有兩種方案備選，方案一是采用角鋼加海綿條封閉;方案二是采用水泥砂漿封閉。

2 封邊方案選定原則

無碴軌道軌道板封邊必須滿足“施工方便、經濟適用”的基本原則。方案的確定還要從原材料的供應、環境污染、工期合理方面綜合考慮。本文從兩種備選方案的技術經濟角度進行分析，最終選定封邊總成本最省的施工方案。

3 備選方案情況

3.1 方案一施工流程

1)封邊角鋼下料制作。無碴軌道板長度為6.45 m，寬度為2.55 m，軌道板精調完成后進行封邊作業。每塊軌道板封邊需要2.8 m長角鋼4根，0.5 m長角鋼4根才能將軌道板與底座板間的縫隙完全封閉，為了保證角鋼的鋼度，減少扣壓裝置的用量，角鋼采用∠75型角鋼進行封邊。

2)扣壓裝置安裝。扣壓裝置是用來固定軌道板兩側的角鋼，使角鋼能與底座板和軌道板充分的密封，保證砂漿不溢出(見圖1)。扣壓裝置主要起到對角鋼的橫向壓緊和垂直壓緊，靠自身的水平力和垂直力使其密貼。軌道板寬度為2.55 m，扣壓裝置設計寬度為2.65 m，采用外徑5 cm、臂厚3 mm的空心方鋼，軌道板兩側保留5 cm縫隙。

3)海綿條裁剪。角鋼與底座板和軌道板之間采用1 cm厚的海綿條進行填充起密封作用，海綿條寬度為150 mm～200 mm，根據角鋼的長度進行裁剪，角鋼兩端富裕5 cm，封閉角鋼與調腳之間的空隙。

4)安裝軌道板封邊角鋼和海綿條。海綿條與角鋼底邊對齊，海綿條頂面高出角鋼棱角頂，角鋼緊貼海綿條安放在軌道板兩側，將海綿條拉展，防止海綿條侵入軌道板底。

5)人工拆除封邊角鋼。CA砂漿灌注完成，待強度符合要求后，人工拆除封邊角鋼后回收。

圖1 軌道板角鋼封邊剖析圖

3.2 方案二施工流程

1)封邊砂漿材料的選用。軌道板封邊采用強度為M10的干硬性水泥砂漿，所用原材料為P.O32.5硅酸鹽水泥、中砂及外加劑。每立方米砂漿用量為水泥∶中砂∶水=334∶1 430∶300，外加劑按水泥用量的2%摻加。

2)人工拌制封邊砂漿。由于封邊砂漿受橋上作業空間的限制采用人工拌和，操作中要嚴格按配合比控制拌制，避免出現砂灰分離現象，從而造成封邊后“崩邊”現象，形成質量隱患。

3)封邊前底座板表面的濕潤及雜物的清理，封邊前底座板上、軌道板下及兩側的預濕，潤濕不到位會降低封邊砂漿與底座板間的粘結力，灌漿時砂漿的流動性，雜物清理不徹底會影響灌漿后CA砂漿層的質量。

4)現場封邊。封邊幾何尺寸為高0.2 m，寬0.2 m等邊直角三角形，封邊質量的好壞將直接影響后續的灌漿工作，如操作工人振搗不密實，在沒有壓實前即將鐵皮擋板抽出很可能在灌漿中會出現四邊開裂，造成CA砂漿泄漏現象，影響灌漿質量。

4 方案比較

方案一優點:

1)原材料為角鋼、海綿條，購買方便，可利用既有鋼筋加工廠集中加工，周轉使用。

2)每100塊板周轉一次，角鋼封邊較傳統水泥砂漿封邊可節約工期1 d，施工段21 km(軌道板約6 400塊)內軌道板封邊于2010年4月25日開始，2010年9月6日完工，較計劃工期提前了80 d。

3)工藝簡單，可操作性強，減少砂漿完工后養護環節。

方案二缺點:

1)原材料采用為水泥、中砂、外加劑、水，需從橋下倒運至橋上施工點增加倒運費用。

2)在橋面人工拌制，存在污染橋面并增加現場文明施工。

3)完工后須人工拆除砂漿進行消納處理。

5 經濟性比較

5.1 方案一21 km范圍成本費用

1)工程數量計算。a.封邊角鋼重量計算。每塊軌道板封邊需要2.8 m長角鋼4根，0.5 m長角鋼4根，角鋼采用∠75型。角鋼重量為(2.8 m ×4根 +0.5 m ×4 根)×5.818 kg/m=76.8 kg;本段分兩個工作面，每個工作面考慮100 m，則需要制作200 m的封邊角鋼，角鋼按周轉100次考慮，共6 347塊無碴軌道板，可以滿足施工需要，本段角鋼重量為76.8 kg×(200/6.45)=2 381 kg。b.壓緊裝置重量計算。每塊軌道板封邊需要5 cm方鋼，長度為2.65 m 共4 根，重量為 2.65 m ×4 根 ×4.399 kg/m=46.63 kg。本段重量為 46.63 kg×(200/6.45)=1 446 kg。

2)角鋼封邊成本費用計算結果見表1。

表1 角鋼封邊成本費用計算結果

表2 M10砂漿封邊成本費用計算結果

5.2 方案二21 km范圍成本費用

1)封邊砂漿體積計算。

體積計算公式:P=[(A×A)/2］×L×4;整理后得出:P=A2×2L。

代入數字后得出 P=0.2 m2×2 ×20 959 m=1 676.72 m3。

其中，P為砂漿體積，m3;A為封邊砂漿的三角形邊長，m;L為封邊單線長度，m。

2)原材料數量計算。

按每立方米用量(kg)水泥∶中砂∶水=334∶1 430∶300可得出:

P.O32.5 水泥:1 676.72 m3×334 kg/m3=560 024 kg=560 t;

中砂:1 676.72 m3×1 430 kg/m3=2 397 709 kg/1 440 kg/m3=1 665 m3，中砂容重按1 440 kg/m3計算;

水:1 676.72 m3×300 kg/m3=503 016 kg=503 t;

外加劑:560 t×2%=11.2 t。

3)成本費用計算結果見表2。

5.3 成本費用對比分析

1)原材料對比分析見表3。

表3 封邊原材料成本對比分析

2)總成本費用分析見表4。

表4 封邊總成本對比分析 元

6 結論

經過上述經濟分析比較，方案一成本費用最省，且便于施工，本段長度為21 km，方案一節約64萬元，如果在全線1 318 km推廣開來，則可節約4 016萬元。同時，該方案解決了傳統水泥砂漿封邊中封邊時間等待較長、資源浪費嚴重的問題，大大減少了環境污染和資源浪費，大大降低了勞力消耗和施工成本，有效縮短了工期，綜合考慮，封邊方案最終確定為方案一。

7 結語

無碴軌道施工技術是高速鐵路和客運專線的關鍵技術，封邊是無碴軌道板CA瀝青砂漿灌注施工中的一個重要環節，傳統封邊所用的干硬性水泥砂漿不僅浪費人工、材料，而且封邊也難以保證砂漿是否侵入軌道板下0.5 mm，灌漿后還需鑿除清理垃圾，采用角鋼封邊，它對精調軌道板產生的擾動較小，而且不存在“崩邊、跑模、漏漿”問題，同時節約了成本，加快了工程進度，可以在今后的高速鐵路施工中推廣應用。