鐵路路基工程智慧化快速施工關(guān)鍵技術(shù)分析

毛朝勛 姚錫偉 陳 彬 郭 亮 何玉鳳

（內(nèi)江職業(yè)技術(shù)學(xué)院，四川 內(nèi)江 641100）

0 引言

在新建玉磨鐵路研和車站施工過程中，需先對(duì)軟土路基進(jìn)行排水加固處理，而后方可進(jìn)行土方填筑，且路基填方量較大。根據(jù)項(xiàng)目情況分析，采用傳統(tǒng)的施工技術(shù)和管理方法，無法完全確保路基填筑質(zhì)量。針對(duì)這種情況，項(xiàng)目部成立鐵路路基工程智慧化快速施工關(guān)鍵技術(shù)科研小組，對(duì)影響車站路基施工進(jìn)度的關(guān)鍵工序進(jìn)行科技攻關(guān)，形成6 項(xiàng)智慧化快速施工關(guān)鍵技術(shù)，在該項(xiàng)目中產(chǎn)生了較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。本文對(duì)6 項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)的研究和應(yīng)用進(jìn)行分析，以供參考。

1 研究與應(yīng)用的工程背景

在玉磨鐵路研和車站施工過程中對(duì)路基進(jìn)行檢測時(shí)，發(fā)現(xiàn)采用傳統(tǒng)施工方式無法完全確保路基填筑質(zhì)量。CFG 樁施工速度較慢、成本高、混凝土消耗大、復(fù)合地基承載力較低、成樁質(zhì)量不易控制、環(huán)境污染較大、渣土外棄量大；塑料排水板區(qū)域在原地面以下4.0～6.0m 處有承載力大于200kPa 的細(xì)圓礫土層及板巖夾砂巖層，傳統(tǒng)的插板機(jī)施工工藝無法穿透；溝渠擋墻長1806m，底寬8.0m，兩側(cè)擋墻高度為6～8m,工程量大、施工難度高，通過倒排工期發(fā)現(xiàn)按照常規(guī)的腳手架搭設(shè)組合鋼模板安裝工藝將嚴(yán)重制約施工進(jìn)度，且存在極大的安全風(fēng)險(xiǎn)；錨桿框架梁等邊坡防護(hù)工程澆筑時(shí)采用傳統(tǒng)模版拼裝，施工進(jìn)度緩慢，且混凝土浪費(fèi)嚴(yán)重；傳統(tǒng)項(xiàng)目管理方法對(duì)于人員的動(dòng)態(tài)信息、項(xiàng)目進(jìn)展情況、關(guān)鍵部件制作流程的質(zhì)量把控、現(xiàn)場設(shè)備的維護(hù)管理的信息采集費(fèi)時(shí)費(fèi)力。針對(duì)傳統(tǒng)施工和管理工作存在的問題，項(xiàng)目部成立鐵路路基工程智慧化快速施工關(guān)鍵技術(shù)科研小組，展開了鐵路路基工程智慧化快速施工關(guān)鍵技術(shù)的研究和應(yīng)用工作。

2 智慧化快速施工關(guān)鍵技術(shù)

科研小組對(duì)影響車站路基施工進(jìn)度的關(guān)鍵工序進(jìn)行科技攻關(guān)，取得了6 項(xiàng)智慧化快速施工關(guān)鍵技術(shù)，分別是路基連續(xù)壓實(shí)控制技術(shù)、塑料排水板引孔施工技術(shù)、等截面擠密螺紋樁施工技術(shù)、鋼模臺(tái)車施工技術(shù)、混凝土澆筑模架施工技術(shù)和項(xiàng)目施工管理信息技術(shù)。這里對(duì)這6項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)的研究和應(yīng)用進(jìn)行分析。

2.1 路基連續(xù)壓實(shí)控制技術(shù)

路基填筑碾壓過程中，根據(jù)土體與振動(dòng)壓路機(jī)動(dòng)態(tài)相互作用原理，通過連續(xù)量測振動(dòng)壓路機(jī)振動(dòng)輪豎向振動(dòng)響應(yīng)信號(hào)，建立檢測評(píng)定與反饋控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)碾壓面壓實(shí)質(zhì)量的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測與控制，如圖1所示。將振動(dòng)壓實(shí)機(jī)具作為加載設(shè)備，根據(jù)壓實(shí)機(jī)具與路基之間的相互作用，通過路基結(jié)構(gòu)的反作用力(抗力)來分析和評(píng)定路基的壓實(shí)狀態(tài)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)碾壓過程中壓實(shí)質(zhì)量的連續(xù)控制[1]。

圖1 路基連續(xù)壓實(shí)控制技術(shù)原理示意圖

研和車站因其土石方工程較大，路基斷面較寬，采用常規(guī)檢測（某填層內(nèi)隨機(jī)抽樣檢測），不能有效地反映所有填筑區(qū)域的填筑質(zhì)量，一旦選取的點(diǎn)常規(guī)檢測不合格，就要對(duì)該填層重新碾壓，這樣費(fèi)時(shí)費(fèi)力，經(jīng)濟(jì)性較差，而且施工質(zhì)量得不到保障。應(yīng)中國鐵路總公司工程管理中心要求，并在對(duì)實(shí)際情況綜合考量后，采用連續(xù)壓實(shí)系統(tǒng)（CPMS）“質(zhì)量檢測”功能對(duì)已達(dá)到工藝性試驗(yàn)?zāi)雺罕閿?shù)要求的區(qū)域進(jìn)行檢測。從壓實(shí)程度分布圖及壓實(shí)狀態(tài)分布圖看，某一填層所有點(diǎn)的壓實(shí)質(zhì)量一覽無余，這是“由點(diǎn)到面”的檢測，能做到有的放矢的處理。在該技術(shù)的支撐下，施工單位只需針對(duì)不合格的區(qū)域重新碾壓，最大限度地降低驗(yàn)收檢驗(yàn)不合格的風(fēng)險(xiǎn)，且保證了路基填筑質(zhì)量。

2.2 塑料排水板引孔施工技術(shù)

引孔機(jī)施工動(dòng)力源采用可移動(dòng)的工程機(jī)械-鋼板樁打樁機(jī)，按照常規(guī)鋼板樁打設(shè)的操作流程，可輕松穿透承載力大于200kPa 的細(xì)圓礫土層及板巖夾砂巖層，方便排水板打設(shè)，保證工程進(jìn)度及工程質(zhì)量。在引孔的工作過程中，將釬桿安裝到振動(dòng)錘后，直接將釬桿放置于指定引孔位置，微調(diào)釬桿垂直度，直至垂直度和孔位偏差符合要求，然后進(jìn)行樁錘下打作業(yè)，直至穿透硬質(zhì)地層，達(dá)到引孔目的，最后進(jìn)行釬桿上提，完成引孔施工。該工法施工工藝流程為：清理地表至設(shè)計(jì)標(biāo)高→平整施工場地→攤鋪下層砂墊層→引孔機(jī)械就位引孔→引孔機(jī)具移位→機(jī)具就位插打塑料排水板→排水板機(jī)具移位→埋設(shè)板頭→攤鋪上層砂墊層。

2.3 等截面擠密螺紋樁施工技術(shù)

等截面擠密螺紋樁施工是將帶有正向成螺裝置的螺桿對(duì)準(zhǔn)樁位，正向旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)至設(shè)計(jì)樁底標(biāo)，然后反向旋轉(zhuǎn)提鉆同時(shí)泵送混凝土形成下部螺紋段，正向旋轉(zhuǎn)提鉆泵送混凝土。此時(shí)，鉆具將咬合在螺片間的土體剪切破壞，形成圓柱形樁孔，同時(shí)泵送的混凝土迅速填充樁孔和鉆具最下部凸起的掃土螺牙在圓柱形樁孔內(nèi)旋轉(zhuǎn)剪切土體形成的空間，形成帶有反向螺紋的樁體[2]。采用擠密螺紋樁與傳統(tǒng)的CFG 樁加固相比在施工過程中不取土，對(duì)樁間土有明顯的擠密效果。通過對(duì)樁周土體擠密，使樁體與樁周土共同受力，形成復(fù)合地基，其滾壓擠密形成的螺紋可增加樁身的粗糙度，加大樁身的側(cè)摩阻力。既能提高樁的承載力，又能減少樁體和復(fù)合地基的沉降率，并且大大節(jié)約了工期，并且減少了粉塵和噪音污染。

2.4 鋼模臺(tái)車施工技術(shù)

根據(jù)隧道施工臺(tái)車的模樣，運(yùn)用傳統(tǒng)的搭設(shè)腳手架組合鋼模板拼裝施工工藝，將鋼模板組裝成滿足施工現(xiàn)場需要的鋼模臺(tái)車。鋼模臺(tái)車系統(tǒng)由三部分組成：臺(tái)車、鋼模板以及行走裝置，如圖2和圖3所示。

圖2 臺(tái)車示意圖

圖3 行走裝置示意圖

圖4 澆筑模架設(shè)計(jì)示意圖

臺(tái)車和鋼模板拼裝完成后，通過可伸縮絲杠對(duì)模板進(jìn)行調(diào)整，利用人力或牽引設(shè)備在行走裝置上整體向前移動(dòng)。采用鋼模臺(tái)車整體支拆施工工藝，避免了腳手架的反復(fù)安拆以及模板的反復(fù)拼裝，提高了施工效率，大大縮短了施工周期。

2.5 混凝土澆筑模架施工技術(shù)

通過研究將傳統(tǒng)的組合鋼模板[3]拼裝施工工藝改為采用新型混凝土模架澆筑裝置，形成了實(shí)用新型專利。該結(jié)構(gòu)利用下部支撐行走單元和上部支撐行走單元實(shí)現(xiàn)了混凝土澆筑模架的支撐與行走，由于其具有特殊的構(gòu)件和結(jié)構(gòu)形式，使得模板支架受力穩(wěn)定，同時(shí)通過液壓調(diào)節(jié)桿和電葫蘆實(shí)現(xiàn)了模板的伸縮可調(diào)，便于其在混凝土澆筑前后的各種定位，可適應(yīng)不同的邊坡斜度。

2.6 項(xiàng)目施工管理信息技術(shù)

在鐵路工程路基施工中使用集“工、料、機(jī)和過程控制[4]”于一體的施工生產(chǎn)二維碼管理系統(tǒng)，利用二維碼+移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)+云技術(shù)，按照施工管理流程，通過對(duì)管理架構(gòu)的設(shè)計(jì)，逐步完善系統(tǒng)，使其適用于鐵路路基工程施工的管理。通過二維碼信息的錄入，讓一線員工隨時(shí)隨地掌握原材料、設(shè)備進(jìn)場及使用情況，方便項(xiàng)目管理人員掌握生產(chǎn)設(shè)備以及材料的實(shí)時(shí)情況，并及時(shí)根據(jù)現(xiàn)場施工情況做出調(diào)整，同時(shí)現(xiàn)場施工管理人員也可根據(jù)二維碼反饋的最新材料、設(shè)備情況進(jìn)行動(dòng)態(tài)改變，使現(xiàn)場施工生產(chǎn)效率最大化；同時(shí)根據(jù)各工點(diǎn)二維碼中的施工方案、技術(shù)交底快速掌握各工序卡控要點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了由紙質(zhì)到電子信息化的轉(zhuǎn)變。二維碼主要包括文本碼、圖文碼、文件碼、商品碼、名片碼、記錄碼、企業(yè)碼等。二維碼信息技術(shù)在項(xiàng)目施工管理中的應(yīng)用，加快了項(xiàng)目各環(huán)節(jié)信息的采集速度，也提高了信息的準(zhǔn)確性，同時(shí)也節(jié)約了大量的人力、物力，為項(xiàng)目部的管理節(jié)約了管理成本。

3 結(jié)束語

綜上所述，在傳統(tǒng)施工方式無法完全確保路基填筑質(zhì)量時(shí)，必須實(shí)事求是想辦法解決。玉磨鐵路研和車站的施工實(shí)踐證明：設(shè)置正確的連續(xù)壓實(shí)控制技術(shù)參數(shù)，確定連續(xù)壓實(shí)控制的目標(biāo)值，可以對(duì)路基連續(xù)碾壓填筑施工過程實(shí)現(xiàn)全方位數(shù)字化監(jiān)控、動(dòng)態(tài)分析與評(píng)價(jià)，加快了施工進(jìn)度和有效控制了質(zhì)量；利用等截面螺紋樁在施工過程中對(duì)樁周身土體進(jìn)行擠密，使樁體與樁周土共同受力，形成復(fù)合受力的路基，增強(qiáng)了路基的承載能力，并且在桁架下部裝設(shè)了行走裝置，實(shí)際施工時(shí)可利用其下部行走裝置整體移動(dòng)；適應(yīng)于高坡大跨度邊坡的混凝土澆筑防護(hù)施工工法，可適應(yīng)不同的邊坡斜度，具有更好的經(jīng)濟(jì)適應(yīng)性能；在鐵路工程中使用集“工料機(jī)和過程控制”于一體的二維碼施工管理信息技術(shù)，利用二維碼+移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)+云技術(shù)，有利于實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目部施工管理的智能化。