高原地區CRTSI型雙塊式無砟軌道施工技術淺析

陳喜剛

（中鐵二局集團新運工程有限公司，四川 成都 610036）

0 引言

高原地區高速鐵路雙塊式無砟軌道施工，混凝土道床實體質量控制尤為關鍵，需預防混凝土開裂、季節性凍融對軌道結構造成破壞，以提高其耐久性和穩定性。無砟軌道施工采用標準軌道排架和混凝土保溫保濕等技術措施，大大降低了高原特殊氣候環境對施工的不利影響，確保了施工質量。在對高原地區高速鐵路CRTSI型雙塊式無砟軌道施工技術進行研究、實踐和論證中取得的成果很好地解決了高原環境溫差大、干燥多風、日照強烈等自然條件下無砟軌道施工的技術難題。本文對該技術進行分析總結。

1 工程概況

1.1 工程簡介

蘭新客運專線西寧至張掖站前工程LXS-8標段位于甘肅省中牧山丹馬場和張掖市民樂縣境內。施工里程 DK345+155～DK407+122，線路全長 61.363 正線公里，全段鋪設CRTSI型雙塊式無砟軌道122.726 單線公里，其中路基段長度60.856km，橋梁段長度24.59km，隧道段長度37.28km。

1.2 自然條件

工程地處祁連山高原、高海拔地區（海拔在2500～4000m 之間），氣候寒冷，晝夜溫差大，日照強烈，干旱多風，冰凍時間長，存在一定的凍融凍脹破壞危害。該地區年平均氣溫8.4℃，最冷月平均氣溫-9.1℃，年平均降雨量113.9mm，蒸發量2002.5mm。

1.3 無砟軌道設計簡介

全段采用CRTSI型雙塊式無砟軌道結構系統。CRTS I 型雙塊式無砟軌道結構自上而下依次由：鋼軌、扣件、軌枕、道床板和底座板（支承層）構成。鋼軌采用60kg/m、U71Mn（G）100m 定尺長無螺栓孔新軌，扣件采用Vossloh（福斯羅）300 型扣件，扣件節點間距為650mm，軌枕采用雙塊式桁架軌枕，道床板采用C40 鋼筋混凝土結構。

2 施工總體方案

當箱梁架設完成且橋面保護層達到設計強度，路基、橋梁、隧道工后沉降和橋梁收縮徐變評估滿足無砟軌道鋪設要求，布設CPⅢ控制網且經評估后方可進行無砟軌道施工，無砟軌道鋪設、粗調、精調均以CPⅢ測量控制網進行控制。無砟軌道采用排架法施工。路基和中小橋梁地段混凝土支承層或底座交接完成后，采用汽車運輸軌道散料，從沿線便道進入，用吊車卸放軌料（底層鋼筋預先鋪設綁扎），人工配合汽車吊擺放軌枕用排架組裝軌排，排架法調整軌道就位，精調后關模澆筑道床板混凝土。路基、橋梁地段道床混凝土采取吊車吊料斗或汽車泵泵送澆筑，跨河橋或橋高＞30m 的特殊橋梁地段安設地泵，鋪設管道輸送混凝土進行澆筑[1]。隧道內和特大橋段用隨車吊運輸軌道散料，卸放于兩線間，人工配合跨雙線龍門吊散布軌枕組裝軌排，左右線相錯交替流水循環施工。一條線道床板混凝土澆筑通過罐車溜槽放料澆筑，另一線道床板混凝土采用龍門吊吊運料斗澆筑[2]。

3 無砟軌道施工方法及施工工藝

3.1 無砟軌道施工工藝

無砟軌道施工工藝見圖1所示。

圖1 無砟軌道施工工藝流程圖

3.1.1 軌排組裝

（1）散布軌枕：使用吊車（龍門吊）與軌枕專用吊具將軌枕吊放在底座上,每次起吊每垛的1層（5根軌枕）。

（2）勻枕：按照底座上軌枕塊的定位線掛線勻枕，軌枕間距±5mm，橫向偏差＜1mm。

（3）排架組裝：人工配合起重設備將軌道排架工具軌底面與扣件承軌槽對齊，平穩、緩慢地將排架放置于軌枕上進行組裝。

（4）排架鋪設：根據測量基標點使用“L”尺定位鋪設排架。

3.1.2 軌排粗調

利用排架橫、豎向調節器對軌排進行粗調，使用“L”尺及電子道尺檢測軌道中線、水平、高程，中線偏差±5mm，高程偏差-2～-5mm。軌道調整時按照先中線后高程的順序進行，如圖2 所示，調整順序：1→4→5→8→2→3→6→7，1→2→3→4→5→6→7→8[3]。

圖2 軌道粗調順序

3.1.3 軌排精調

采用高精度全站儀通過后方交會自由設站，測量小車實時顯示檢測點處的軌道幾何狀態，對軌道進行精調，每班應預留3 榀排架進行搭接。當精調完成距澆筑混凝土超過6h 或溫度變化超過15℃時，需對軌道幾何狀態重新復測后方能進行混凝土澆筑[4]。

3.1.4 道床板混凝土澆筑及養護

（1）混凝土布料及振搗：道床混凝土由拌合站集中拌制，混凝土罐車運輸到施工現場，采用汽車泵或料斗澆筑，澆筑時應3 點布料，采用4 根搗固棒進行振搗[5]。振搗時分前后兩區間隔2m 振搗，前區采用Ф50 搗固棒振搗軌道中間、軌枕底部等大面部位，后區采用Ф30搗固棒加強振搗軌枕四周及底部、道床側邊。混凝土布料工藝如圖3所示，振搗工藝如圖4所示。

圖3 混凝土布料工藝圖

圖4 混凝土振搗工藝圖

（2）抹面：混凝土振搗完成后，及時修整、抹平混凝土裸露面，用坡度尺完成并預留橫向排水坡，隨后再用鋼抹抹平壓實。為防止混凝土表面失水產生塑性裂紋，在混凝土初凝前（用手指按壓混凝土表面無凹坑）進行第三次抹面。抹面時嚴禁灑水潤面，抹面過程中要注意加強對鋼軌下方、排架橫梁下方、軌枕四周及道床面排水坡的控制[6]。

（3）放散應力：混凝土初凝后松開排架支承螺栓1/4～1/2 圈，同時松開扣件和鋼軌接頭夾板螺栓，避免溫度變化時鋼軌伸縮對混凝土造成破壞。

（4）養護：混凝土初凝后（經工藝試驗檢測6～8h后達到初凝），及時噴涂養護液（成膜厚度不小于0.2mm）覆蓋兩布一膜進行保濕養護。

4 無砟軌道結構施工的關鍵技術措施

4.1 高性能混凝土施工技術

（1）道床板混凝土配合比設計。道床混凝土產生開裂的主因是澆筑成型后混凝土發生了收縮。混凝土收縮分為失水過快的塑性收縮和停止養護后不可逆的干燥收縮。鐵路總公司科技研究開發計劃項目《干旱風沙地區混凝土和無砟軌道施工質量控制措施研究》成果報告表明，膠凝材料用量及摻合料種類對混凝土干燥收縮影響較大，砂率的影響次之，含氣量的影響最小[7]。因此，道床混凝土拌合物在滿足力學性能和耐久性能的前提下，低收縮混凝土的制備應遵循以下原則：膠凝材料用量宜控制在380kg/m3左右，不宜超過400kg/m3；摻合料應優先選用優質粉煤灰，摻量宜為30%，礦渣粉不宜單獨使用；砂率不宜大于40%；混凝土入模含氣量宜控制在4%～6%。

（2）普通摻合料配合比。從表1 數據可以看出，所選定的配合比滿足施工要求。工程所處的環境為高原干旱風沙地區，對預防惡劣環境下混凝土的開裂提出了嚴峻挑戰。優化配合比只能在一定程度上降低混凝土干縮開裂，并不能全面抑制道床混凝土的開裂。

表1 道床混凝土配合比（單位：kg/m3）

（3）內養護劑配合比。內養護材料是能顯著提高混凝土內部濕度，促進膠凝材料后期水化及提高道床板混凝土抗裂性能的新型材料。研究表明內養護材料具有內部補水、保水、減縮效應，其最佳摻量為膠材用量的8%左右，基于此確定的內養護材料配合比見表2，內養護材料對混凝土性能的影響見表3。

表2 添加內養護材料的配合比（單位：kg/m3）

表3 摻內養護劑的混凝土主要性能指標

（4）混凝土性能線外驗證。在線外澆筑無砟軌道試驗段，對2 種配合比性能及質量進行比較和驗證，分別用摻加普通摻合料和摻加內養護材料的混凝土連續澆筑無砟軌道試驗段，道床收面后在相同外界條件下采用“兩布一膜”進行覆蓋，保濕養護。試驗段混凝土在覆蓋養護過程中均沒有裂紋出現，在后續的觀察中發現普通摻合料的道床板軌枕周圍有細小裂紋出現，而摻加內養護材料的道床板基本沒有裂紋出現[8]。結合配合比試拌時的混凝土性能指標不難發現，基于內養護材料的道床板混凝土配合比優于摻加普通摻合料的配合比。

4.2 混凝土保濕養護技術措施

工程地處祁連山高原、高海拔地區，晝夜溫差大、干燥多風、日照強烈，自然條件差。為避免陽光直射和大風導致混凝土水分蒸發過快，預防道床板產生開裂，混凝土澆筑完成后立即搭設作業棚，混凝土收面在施工作業棚內完成。混凝土養護采用噴涂養護液覆蓋兩布一膜保濕養護[8]。

4.3 混凝土保溫養護技術措施

為避免露天大溫差對混凝土的影響，在混凝土澆筑后搭設保溫棚，配置暖風機進行升溫。隧道洞門采取封閉措施保溫。冬季施工時混凝土強度未達到設計強度的40%以前不得受凍，保溫養護不少于7d（根據實時氣溫情況確定），之后覆蓋土工布和棉被自然養護，混凝土養護期不得少于28d。

5 結束語

在雙塊式無砟軌道施工過程中，確保軌道幾何狀態和道床實體質量是施工控制的重點和難點，特別是在高寒干旱地區尤為突出。在無砟軌道施工過程中，通過多次的工藝性試驗，對施工方法和工藝進行分析總結，最終確定軌道排架鋪設及精調、混凝土澆筑、保溫保濕養護關鍵技術措施的作業標準和控制要點。在施工過程中嚴格按照施工方法和工藝流程執行，有效指導現場施工，提高了工作效率，保證了施工質量。在線路交驗和聯調聯試時均取得了良好效果，確保了線路開通運營安全性和舒適性，對今后類似工程具有一定的借鑒意義。