哈大鐵路客運專線TJ－3標關鍵施工技術

王 珣

(中交第四公路工程局有限責任公司，北京 100022)

1 概述

哈大鐵路客運專線TJ－3標段位于吉林和黑龍江兩省，經過四平、長春、松原、哈爾濱轄區，起訖里程為D1K579+140～DK926+560，正線全長345.645 km。本標段橋梁總長約286.421 km，占標段總長度的84.9%。路基(含站場)共42段，總長約51.009 km，占標段總長度的15.1%。涵洞72座。車站6座。全段預制簡支箱梁8512孔，設置14個梁場。全段設置預制軌道板廠7處。鋪設無砟道床686.697 km;鋪無砟軌道298.908 km。設1個鋪軌基地，即雙城基地。

目前，對于鐵路工程施工環境溫度分區，尚無明確的標準，根據《建筑氣候區劃標準》(GB50178—93)及《民用建筑熱工設計規程》(JGJ24—86)之規定，本標段位于Ⅰ區，即嚴寒地區，沿線廣泛分布季節性凍土。

哈大客運專線是我國修建在嚴寒地區的第一條高速客運專線，TJ－3標位于哈大客運專線的北端，年平均氣溫4.4～8.4℃，極端最高溫度36.1～39.8℃，極端最低溫度－39.9～－32.8℃，年平均降雨量481.8～682.7 mm，年平均蒸發量1 226.0～1 781.5 mm，平均相對濕度62% ～65%，年平均風速2.8～3.9 m/s，最大定時風速12.0～34.0 m/s，年平均8級以上大風日數4～40.5 d，最大月平均日較差11.6～14.3℃，最大積雪厚度17～30 cm，最大季節凍土深度137～205 cm。哈大客運專線TJ－3標所處的環境非常特殊，由于客運專線的耐久性及高服役年限的要求，對施工組織和施工工藝的要求非常高。

2 季節性凍土地區路基施工技術

2.1 路基施工問題

由于地處季節性凍土地區，路基基床年復一年的周期性凍脹融沉會引起軌道結構的變形，加上動車動荷載的作用，如何保證路基工程的強度、剛度及穩定性是設計施工中要解決的首要問題。因此無砟軌道路基工后沉降被嚴格限制在15 mm以內。

在路基基床表層施工過程中，由于基床頂層上部設計為20 cm厚的砂墊層，鋪設后，上部級配碎石無法達到質量要求。

2.2 解決方案

在路基施工中，對基底的處理、填料選擇和防凍脹措施的應用是路基工程是否成功的關鍵。本標段地基處理選用了CFG樁、水泥攪拌樁、樁板結構、PHC樁等處理手段，輔以褥墊層。較好地控制了基底沉降。

在填料選擇方面，選擇了具有良好工程性能的A、B組填料，既保證了施工進度，也保證了路基沉降變形可控。

針對路基基床結構問題，通過現場試驗進行了設計優化，用15 cm厚的級配碎石取代了砂墊層，保留5 cm厚砂墊層，解決了此問題。

2.3 沉降觀測

現場試驗段選在扶余車站路基正線(DK832+748.59～DK834+518.9)，路基沉降觀測從2008年12月開始，截止2010年5月，測得最大沉降量為10.21 mm，推算的工后沉降量為4.43 mm，滿足規范要求。哈大客運專線TJ－3標路基工程實測最大沉降斷面沉降量為42.6 mm，達到無砟軌道評估指南要求。

2.4 變形模擬分析

根據數值模擬分析，模擬的實際凍深1.8 m，排除實際情況影響，與實測1.66 m基本接近，說明建立的計算模型基本是可靠的;通過分析計算，隨著氣候變暖溫度的升高，路基中的溫度場在緩慢變化，不同深度的溫度都有增加的趨勢;20年后最大凍深出現的時段，由于氣候變暖的影響，路基中處于完全的正溫狀態，說明路基出現最大凍深的時間提前，季凍區路基處于負溫的周期變短，最大凍深減小;溫度場和力場作用下的路基變形未超過15 mm，滿足要求;路基填料未發生凍脹或凍脹不明顯，完全能滿足季凍區內負溫作用下的要求;季凍區路基在溫度作用下正常運行20年后未見凍脹等災害發生。

3 橋梁施工技術

TJ－3標除了車站及部分區間路基外，大部分地段以橋梁通過，橋梁施工是本標段施工的重點，箱梁預制數量為所有基建施工標段最多的，達到8 000孔以上，施工環境屬于嚴寒地區，針對這一特點，重點對箱梁預制及架設進行論述。

3.1 箱梁預制施工

3.1.1 大型梁場建設技術

梁場位置選定后，應進行梁場總體規劃，根據工期及功能區域占地情況，粗算梁場占地面積。梁場根據功能需要劃分為制梁區、存梁區、拌和區、鋼筋加工區、試驗室、辦公生活區、施工通道和其他附屬等各個區域，各區域之間相對獨立又緊密相聯。制梁區規劃應考慮制梁臺座數量、布置形式及設置依據，模型數量及操作方式，鋼筋綁扎臺座數量及形式，水、電、汽布設等。存梁區應考慮存梁臺座數量、布置形式，移梁或運梁通道的寬度、厚度，水、電、汽布設及排水方式等。梁場設備包括混凝土攪拌設備、混凝土輸送設備、布料設備、鋼筋加工設備、地磅、養護設備、張拉設備、壓漿設備、提梁設備、運梁設備、架梁設備等。

在有連續梁及特殊結構影響的情況下，由于受到特殊結構施工影響，架梁會出現停工狀態。在梁場設置時，盡量將特殊結構集中地段安排在架梁方向的末端，相應的，必須增加梁場的數量以避免受到特殊結構的阻礙。考慮以上因素，本標段設梁場14座，平均每座梁場制梁626孔，較原設計10座箱梁制梁場平均每個梁場減少制梁250孔，減少絕對工期約4個月。

3.1.2 冬季箱梁預制技術

當晝夜平均氣溫連續3d低于+5℃或最低氣溫低于－3℃時，應采取冬期施工措施。1榀32 m客運專線箱梁的混凝土總量約為329 m3，屬于大體積混凝土結構。由于水泥水化熱的影響，需要在預制箱梁梁體內部溫度升高的同時提高其養護的環境溫度，減少由于溫度差引起的應力，能有效防止梁體裂縫。

TJ－3標所處嚴寒地區，晝夜溫差較大，而《客運專線預應力混凝土預制梁暫行技術條件》(鐵科技［2004］120號)規定在混凝土凝固過程中表層與環境溫差、梁體內部和梁體表層的溫差不能超過15℃。否則梁體必將產生大量的由于溫度應力引起的裂紋。所以不僅要在冬季進行蒸汽養護，甚至晝夜溫差大的夏季都必須采用蒸汽養護工藝進行箱梁的施工。這是哈大客運專線制梁的特點。

3.2 箱梁冬季架設

3.2.1 低溫支座灌漿料的應用

哈大鐵路客運專線有效施工期短，采用冬季專用支座灌漿料，可以有效延長架梁作業時間，對縮短工期有很好的效果。該材料具有早強、高強、充盈性好等特點。當晝夜平均環境溫度低于0℃時可實施，最低可在－15℃環境下繼續組織施工。

3.2.2 低溫架梁支座灌漿工藝(圖1)

圖1 冬季支座灌漿施工工藝(單位:mm)

此施工工藝的核心在于采用專門研制的冬季負溫支座灌漿料，在完成支座灌漿后，采用預熱，搭設保溫棚等周密的保溫措施，保證支座灌注材料強度持續上升，滿足設計技術要求。其保溫措施主要有包裹保溫、采用小型可移動鍋爐加熱、搭設暖棚等措施，保證支座砂漿強度持續增長。應用于本技術的冬季支座灌漿保溫裝置已申請發明專利。

3.3 特殊結構橋梁施工

3.3.1 跨越繁忙干線橋梁轉體施工技術

劉房子特大橋及運糧河特大橋小角度(23°～25°)跨越既有京哈繁忙干線，考慮到安全風險和對運輸影響，由原設計的在既有線上空懸灌施工變更為線外支架現澆轉體合龍的施工方法。劉房子特大橋為(48+80+48)m連續梁，運糧河特大橋為(60+100+60)m連續梁。

劉房子特大橋DK647+489.15～DK647+666.85段上部結構為(48+80+48)m現澆預應力混凝土連續梁，與既有線斜交角度為25°，其中48號～49號主墩分別位于鐵路兩側路塹邊坡上，上跨Ⅰ級雙線電氣化既有京哈鐵路，采用球面半徑為4.6 m，平面直徑為2.3 m的球鉸中心轉盤實施轉體，于2009年9月4日成功實施轉體。見圖2。

運糧河特大橋 DK913+283.10(838號墩)～DK913+383.10(839號墩)段位置與既有京哈線鐵路相交，標準中心線與既有鐵路夾角為23°。轉體質量約6 200 t，采用平面直徑為3 m的球鉸中心轉盤實施轉體，于2009年10月12日成功實施轉體，見圖3。

圖2 劉房子特大橋轉體完成

圖3 運糧河特大橋上跨京哈線轉體施工

3.3.2 鋼箱疊拱橋梁施工技術

哈大客運專線新開河特大橋1-138 m鋼箱疊拱橋是哈大鐵路客運專線唯一的一座鋼箱疊拱橋。該橋采用138 m鋼箱疊拱，全橋長144 m，橋面寬度為18 m，總高48 m，橋下凈空10 m，全橋鋼結構總質量約4 100 t。兩側系梁為等寬變高度箱形截面。拱肋與系梁間采用φ130 mm實心圓鋼吊桿連接。端橫梁為單箱3室箱形結構，截面尺寸4 500 mm(高)×7 300 mm(寬)×13 060 mm(長)。中橫梁為工型。全橋設4道2 000 mm×800 mm工型縱梁。橫、縱梁上布置剪力釘，現澆 C50混凝土橋面。拱肋為1 800 mm×2 000 mm等截面箱形結構，上、下拱肋在拱腳處聯結在一起。見圖4。

圖4 138 m新開河特大橋鋼箱疊拱合龍

本橋架設拱肋前需通過架橋機及運梁車，所以采用“先梁后拱法”。在原位拼裝施工支架，利用支架平臺焊接系梁、縱梁、橫梁;在系梁上搭設支架，焊接拱肋，安裝實心吊桿;在系梁、橫梁、縱梁上安裝預制橋面板，現澆濕接縫。施工順序為:主橋基礎及臨時墩→分段吊裝組拼系梁→吊裝組拼縱橫梁→架設臨時鋼橋面→在臨時鋼橋面上過架橋機→運輸91孔32 m預應力混凝土箱梁。然后拆掉臨時鋼橋面→搭設鋼支架→安裝拱腳整體段→拼裝拱肋成拱→安裝橫撐→安裝吊桿→施工橋面系。

根據結構特點，綜合考慮構件的尺寸、運輸及地域條件，確定設計劃分梁段在廠內制作，汽車運輸至橋址;為縮短施工工期，減少高空作業，設計節段到施工現場后，卸落在對應的地面拼裝臺座上，根據系梁底支架布置及龍門吊裝能力，將系梁部分節段在地面拼裝完成，拱肋采取地面平行施工拼裝，將中間共長88 m節段在系梁側面拱肋拼裝支架上立式拼裝焊接成型，整體抬吊架設。

4 無砟軌道施工

4.1 軌道板預制施工技術

本標段生產的CRTSⅠ型軌道板采用工廠化流水線生產制作。其關鍵施工技術是自動張拉技術和混凝土防裂技術。

4.1.1 自動張拉技術

軌道板預應力張拉設備主要包括自動張拉千斤頂、張拉油泵、油壓表;封錨設備主要包括強制攪拌機、空氣壓縮機、空氣錘等。

(1)預應力鋼棒和錨墊板之間須保持垂直，偏差不大于1°。

(2)校正預應力鋼棒外露長度，滿足設計、規范要求。

(3)千斤頂緩慢進油至初始油壓，在此過程中要撥正千斤頂，使千斤頂與錨具對中，鋼棒、錨具、千斤頂三者同心。

(4)預應力采用雙控，以油壓表讀數為主，伸長值作為校核。

(5)按設計張拉順序進行張拉。

(6)軌道板預施應力須勻速加載，當張拉力加載到100%時，持荷時間滿足設計要求。

(7)張拉記錄及時填寫，不得隨意涂改，經有關人員簽字后及時交技術部門。

此項自動張拉技術，形成于本標段三勝板廠，其特點是“張拉精度高，預應力雙控，強制保證持荷時間，數據自動采集，張拉形成壓痕，過程可控。”軌道板預制技術及其精度檢測系統和方法已分別申請實用新型及發明專利。

4.1.2 軌道板防裂技術

CRTSⅠ型軌道板主要有縱向錨穴裂縫。為對其進行控制，采取以下措施:

(1)嚴格按照設計配合比進行混凝土施工，加強混凝土的坍落度控制，將混凝土坍落度控制在80～120 mm的設計范圍以內。在滿足混凝土振搗密實和其他各項性能指標外，坍落度盡可能減小。

(2)布料必須按照先側面、端面后中間的分3路布料的方式進行布料，布料完成后，先進行人工初平后進行振搗，防止聚集浮漿而產生裂紋。

(3)在混凝土初凝前采取2次收面工藝。

(4)將恒溫時的最高溫度設定為40℃，將靜停時間設定為4.5 h;升溫時間為2.5 h;恒溫時間為6 h;降溫時間設定為5 h。

(5)隨時掌控環境情況，根據環境情況制定蒸養方案。當環境溫度偏低，相應延長靜停時間，適時進行2次收面。避免養護溫度突變，導致混凝土出現裂紋。

(6)設置自動噴霧裝置，在進入降溫階段，向軌道板噴灑溫度在30～40℃的溫水進行潮濕養護。

(7)軌道板脫模后至入水前，全過程濕潤養護避免干縮裂縫的出現。

(8)采用半鋼半塑的錨穴模型進行施工。

4.2 軌道板鋪設技術

軌道板的鋪設施工主要分2個步驟:第1步粗鋪板，將板運至施工點，利用龍門吊板至待鋪位置，進行大體對位后落板;第2步精鋪板，利用軌道板調整器調整軌道板高低、方向及凸形擋臺縫。

軌道板精調合格后，應在凸形擋臺與軌道板間加木楔固定，并在軌道板邊底座上錨固螺紋鋼筋，通過壓板壓在軌道板上，防止軌道板在灌注時發生上浮現象。曲線地段軌道板為防止軌道板向曲線內側滑移，在曲線內側軌道板側面加設擋板。

為了保證在墊層灌漿時軌道板不上浮，且在超高段砂漿灌注時軌道板不產生橫向位移，軌道板精調后應在軌道板四角安裝限位裝置。軌道板精調后，首先量取軌道板與底座之間空隙尺寸，根據尺寸大小選擇合適的砂漿袋，并采用后穿法將砂漿帶穿入軌道板與底座之間，并盡量展平。

根據充填砂漿層厚度，確定單次砂漿攪拌量，并輸入控制系統，檢查顯示屏上顯示的各參數，確認無誤后，進行砂漿拌制。

將灌注袋灌注口置于軌道板較低一端，出漿袋口置于較高一端，保證砂漿灌注密實。

灌注結束后，充填砂漿層一般采取自然養護。當日最低氣溫低于0℃時，對充填砂漿層采取適當的保溫措施。

灌注完成后7 d以上，或抗壓強度達到0.7 MPa以上后，方可在軌道板上承重。

5 結語

哈大鐵路客運專線TJ－3標，地處東北嚴寒地區，在施工中，加強科技攻關，成功解決了嚴控路基變形沉降、大型箱梁制運架、橋梁冬季及越冬施工、耐久性混凝土優化、鋼箱疊拱特殊結構橋梁、跨越繁忙干線轉體法施工、嚴寒地區無砟軌道施工等技術難題。形成了嚴寒地區高速鐵路施工關鍵技術，為類似工程提供了經驗和參考。

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