高鐵車站無砟軌道改建施工技術

陳志遠

(中鐵四局集團有限公司第八工程分公司,安徽 合肥230041)

隨著我國高速鐵路路網建設的快速發展，大量新建線路需要引入既有無砟車站。鐵路運營高鐵車站無砟軌道改建施工需求日顯迫切，已成為新建高鐵引入車站的關鍵技術難題。主要技術難點在于既有無砟軌道拆除難度大、對既有線行車組織影響大，施工和運營的安全風險高[1]。為了實現新建鐵路引入既有高速車站，開展高鐵車站無砟軌道改建技術研究非常必要。

1 概況

1.1 項目概況

新建贛州至深圳鐵路北起江西省贛州市，南至深圳市，線路全長436.367 km，最終引入深圳北站。引入時需對車站北端咽喉進行改造，車站規模不改動；同時并行既有動車所增設深圳北第二動車所，新建2條動走線全部接入車站北咽喉西側；預留深圳北站與深汕鐵路西麗方向的聯絡線。2017年12月28日調圖后，深圳北站每天辦理始發終到列車177對、通過59對，合計236對，列車均為動車組，行車密度非常大。

本次贛深引入深圳北站改造工程主要涉及：拆除既有無砟軌道728m后插鋪8組無砟道岔，拆除有砟軌道3.6 km、道岔10組，新鋪有砟線路7.45 km及道岔23組；同步完成接觸網、通信、信號等四電工程改造施工。與傳統站改的最大區別是高鐵既有C40鋼筋混凝土無砟軌道破除施工難度大、封鎖時間長、風險高，且高鐵無砟軌道開通前需進行拉通試驗，尚無成熟經驗可借鑒（圖1）。

圖1 深圳北站平面圖

1.2 高鐵車站改建重難點分析及對策

深圳北站地處鬧市區，屬繁忙高鐵車站，本次改造主要有營業線施工安全隱患大、工期緊，既有無砟道床拆除及外運施工難度大，行車運輸干擾大等重難點。針對重難點制定以下對策：

1.2.1 通過結構安全性檢算，研發一種適用于高鐵無砟軌道改造的線間裝配式物理隔離結構，將施工區域與行車區域隔離開，最大程度降低營業線施工安全風險[2]。

1.2.2 成立無砟道床拆除施工技術研究小組，研發滿足本工程整體道床切割破除及板塊外運的配套施工設備和工裝，提前在場外進行無砟道床拆除相關工藝性試驗，記錄分析試驗數據，為正式拆除施工提供科學數據，達到快速破除，節約施工工期之目的。

1.2.3 為減少對運輸的干擾，將整個站改工程分解為兩階段施工，第一階段為北咽喉西半場改造，第二階段為北咽喉東半場及南咽喉改造。經反復論證并充分考慮改造工程施工對運輸組織的影響，經廣州局同意，站改施工計劃分兩階段實施：2019年10月10日～2019年12月18日進行北咽喉西半場改造（69日歷天）；2020年10月14日～2020年12月18日（65日歷天）進行北咽喉東半場、南咽喉改造。根據工程量不同，初步計劃時間如下：安裝物理隔離及破除無砟道床7天、無砟道岔施工15～17天、混凝土養生及焊軌放散28天、靜態驗收及隔離拆除3～5天，拉通試驗8～14天。

2 無砟道床拆除工藝性試驗

2.1 試驗目的

為確保無砟軌道拆除作業有序、順利進行，加大對無砟改建施工工期和安全的把握，嚴格按照既有線無砟軌道標準制作試驗段，提前進行無砟軌道拆除工藝性試驗，選擇適合的機械設備，總結施工工藝參數，優化配置資源，為既有線無砟道床拆除施工做好準備。

2.2 試驗內容

工藝性試驗內容主要有：測試高頻墻鋸鋸切道床板性能，記錄鋸切時間；測試電鎬鑿除混凝土道床板性能，記錄鑿除時間；測試劈裂機劈裂板塊性能，記錄劈裂時間；測試鋸切之后，起道器頂升道床板塊性能；測試叉車起吊轉運板塊性能，記錄板塊吊運時間；檢測無砟道床拆除工藝對既有設施的影響。

圖2 現場工藝性試驗圖

圖3 運板叉車圖

2.3 試驗總結

既有道床板為雙塊式無砟軌道，道床板寬2.8 米，厚0.3 米，支承層寬3.4 米，厚0.3 米，軌枕間距為0.65 米，因當時沒有雙塊式無擋肩軌枕資源，在試驗段道床板施工中，暫不放入軌枕，將軌枕的重量折算為C40砼方量納入道床板的厚度中，經過計算，此次試驗段道床板寬度為2.8 ，厚度為0.31 米，鋼筋按既有道床設計進行配置。

本次試驗道床單元板塊劃分為2.6 m/塊，含4根軌枕，重量約12t。通過對多種機械設備組合進行工藝性試驗，最終確定由電動高頻墻鋸1臺（直徑1.2 m）、取芯機1臺、劈裂機1套、電鎬2臺、16噸內燃平衡重式叉車1臺的配置方案。通過對試驗段的模擬鋸切、電鎬開槽、劈裂及叉車裝運，得出各工序時間如表1。

表1 無砟道床拆除工藝性試驗時間記錄表

3 無砟軌道拆除施工關鍵技術

3.1 線間物理隔離設置施工，切開線間封閉層

在改造工程封鎖前利用天窗點進行物理隔離基礎施工，封鎖后利用天窗點進行網片和立柱安裝，將施工區域與行車區域隔離開。同步進行線間封閉層縱向切縫施工，減小對既有線側的影響，后期道岔施工完成時再進行接縫。（見圖4）

圖4 物理隔離橫斷面圖

3.2 施工段前后既有25m無砟道床植入錨筋加固

錨筋是為了限制道床板和支撐層間的移動，保證分界處既有道床縱橫向穩定，在需拆除區段前后各25米范圍內，對道床板與支承層植銷釘加固。每間隔兩根軌枕設置一排錨固銷釘，每排四根直徑28mm、長400mm螺紋鋼筋。每組道岔植銷釘量為160根（具體加固位置以設計圖為準），采用植筋膠錨固及封頂。

3.3 無砟軌道拆除施工工藝

無砟軌道拆除工藝流程：測量放樣、標識→無縫線路鋼軌應力釋放、拆除→端頭2m搭接段鑿除、開劈裂推讓槽→單元板塊切割→單元板塊劈裂→單元板塊提升、轉運→裝平板車外運。

3.3.1 無縫線路拆除

封鎖點前，提前調查既有線鋼軌焊頭位置，確定道岔岔位，確定線路拆除的起、終點，將需要拆除的鋼軌、無砟道床位置、叉車叉槽位置在線路上用油漆進行分段標識。彈線標識前需查閱既有無砟軌道施（竣）工圖紙、使用定測雷達對鋼筋定位等方式避開橫向鋼筋，減小鋸片損耗及鋸切時間。鋼軌原則上切割成25m/段，道床板單元塊劃分為2.6 m每段。

封鎖點下達后，對作業范圍的外側柵欄網進行拆除，同步安裝線間物理隔離立柱及網片，將施工區域與行車區域進行隔離，按規定設置“兩橫一縱”銅導線[3]。鋸軌組根據標識位置鋸切鋼軌，鋸切鋼軌應在現場軌溫接近或低于鎖定軌溫且處于降溫階段進行，當現場軌溫大于鎖定軌溫時需采取噴淋或冷敷等降溫措施，防止夾鋸。扣件組解開扣配件，將切割下來的鋼軌撥至線路外側封閉層上，人工配合裝載機將短軌拖至線外場地堆碼并對既有扣件進行回收。同步人工使用電鎬鑿除支撐層周圍外側的封閉層混凝土，清出線外。

3.3.2 無砟道床拆除

3.3.2.1 推讓槽施工：無砟道床拆除時，首段切割單元塊劈裂分離移出線路需要一定的推讓空間，因此設置0.3 m寬×0.6 m深的首塊板劈裂推讓槽。采用WS440HF高頻墻鋸配直徑1200mm鋸片沿墨線鋸切兩刀。在兩鋸縫中間位置沿道床板橫向按（500+600+600+600+500）布置鉆4個直徑40mm、深度450mm的劈裂孔，安裝劈裂機橫向劈裂推讓槽產生裂縫。人工使用電鎬鑿除道床板和支承層混凝土并清出現場，完成0.3 m開槽工作。

3.3.2.2 端頭2m搭接段施工：本次拆除區域兩端各2m道床，采用電鎬鑿除方式保留既有道床板縱向鋼筋，通過道床板鋼筋搭接，實現新老道床的連接。施工前使用定測雷達檢測道床板鋼筋保護層厚度，用手持切割機沿鑿除范圍邊線橫向切割，深度小于等于保護層厚度。切縫后，人工用電鎬鑿除2m范圍道床板混凝土，清除混凝土碎塊及橫向鋼筋，保留縱向鋼筋進行搭接。新老道床接縫處為薄弱環節，澆筑混凝土前，應對周圍松散的、不滿足要求的部分進行鑿除和清理，然后鑿毛、涂刷界面劑增強粘結性，確保新老混凝土之間有足夠的粘結力。

3.3.2.3 道床板切割分離成單元塊施工：根據單元塊長度劃分，每110m無砟道床拆除作業面劃分為42個單元板塊，使用高頻墻鋸沿標識線鋸切道床板，再用液壓劈裂機劈裂分離、形成單元板塊。分段切割后，使用液壓劈裂機將道床板劈裂分離為2.6 m/塊的單元板塊。

3.3.3 道床板塊外運

采用HNF-160型內燃平衡重式叉車叉運裝車，額定起重量16000Kg，長×寬×高：8280×2750×3365mm，貨叉長2600mm，叉車最小轉彎半徑8.8 m。現場接觸網至路基面凈空6160mm，叉車頂部距離接觸網距離2795mm，滿足不小于2000mm安全距離要求。道床板采用重型半掛牽引車外運。考慮機械、人員等不穩定因素對鄰線行車安全的影響，決定道床板塊起升、裝車外運作業在天窗點停電期間進行。板塊頂升：用電鎬在道床板塊側面與路基接觸面鑿坑安放2臺起道器，間隔1.2 m，同步頂升道床板塊，待道床板與路基面出現較大縫隙后安放1.5 m長、15cm寬方木條，然后撤下起道器。叉車從側向進入（垂直線路方向），貨叉伸進道床板塊與路基面的縫隙中，提升70cm后原地向后轉彎叉移板塊至外側便道較寬區域進行裝車。常規地段板塊叉車均以側向站位叉走道床板，側向叉運板塊外側空間要求大于等于5.8 m，新建接觸網基礎內側距板邊7.65 m，滿足空間要求。在叉運既有接觸網基礎對應位置的板塊時，外側空間過小不滿足叉車側向轉彎要求，采取縱向站位，沿線路中心方向進行板塊起升轉運。（見圖5）

圖5 叉車轉彎示意圖

板塊裝車、運輸：受場地限制，本次采用13m長，荷載35t牽引平板車將道床板塊拉至指定場所卸車后返回，每車裝2塊，裝車后進行覆蓋，防止碎塊掉落及粉塵污染。循環以上步驟，直至各作業面無砟道床板塊全部外運。

3.4 無砟道岔插鋪、整體道床施工

既有無砟道床拆除后，無砟高速道岔組件通過汽車運輸至鋪設現場采用“原位法”鋪設施工[4]，主要施工工藝、流程同原位鋪設法，本文不再贅述。需注意的是要同步完成高速道岔前后過渡段無砟軌道的施工，注意做好岔區與既有無砟軌道的銜接，保證無砟軌道的高平順性；混凝土澆注后要做好養生工作，要多留置同條件混凝土試塊，以便檢測新施工道床強度。

4 無砟道床改建施工安全質量環保要求

4.1 切割過程中采用帶水作業，從而起到降溫及避免揚塵的作用。墻鋸用水量約為5L/min，現場配備20t灑水車及兩個1t儲水桶保證施工用水。

4.2 因切割過程有泥漿飛濺，切到鋼筋時會有微弱火花飛出，在鋸片正對的線間隔離網片外側設置擋板進行防護，確保動車運行安全。擋板隨墻鋸同步移動拆裝。

4.3 切割時采用特制廢水泥漿皿回收從鋸縫中排出的泥漿及廢水，嚴禁私排。

4.4 為減少切割過程中的噪音污染，每次切割必須安裝墻鋸防護罩，降低噪音。

4.5 嚴格按路局批準的營業線計劃施工，嚴禁無計劃、超計劃施工，施工時做好營業線安全防護工作。

5 結論

為了適應我國既有大型樞紐車站引入新建無砟高速鐵路需要，結合贛深鐵路引入深圳北站，對既有無砟車站改建安全防護、工藝性試驗、無砟道床拆除工藝等進行了技術分析和總結，結論如下:

5.1 模擬現場道床破除施工，通過工藝試驗，采用先進的混凝土切割、破除設備，優化人員、設備、機具組合，可最大程度提高施工效率，符合計劃工期。

5.2 設置可拆卸物理隔離措施，建立相對獨立的封閉區域，可以有效地解決行車與施工相互干擾問題，提高施工效率。

5.3 在無砟道床拆除區段前后25米范圍內，對道床板與支承層植入錨筋加固；端頭2m設置搭接段，實現新老道床順利連接，保證既有無砟道床穩定性和新建無砟軌道的高平順性。

5.4 總結的安全質量環保措施，滿足鬧市區施工要求，實現安全環保要求，踐行綠色施工理念。