客运专线双线铁路隧道双块式无砟轨道整体道床施工工法

客运专线双线铁路隧道双块式无砟轨道整体道床施工工法中铁隧道集团一处陈建国陈海锋鲁斌1．前言根据客运专线高速铁路对轨道结构的要求，我国引进德国的Rheda2000型无砟轨道，并通过消化、吸收和再创新，自主研发了无砟轨道技术，其中双块式无砟轨道就是一种。整体道床作为无砟轨道结构最重要的组成局部，它的施工质量将直接影响无砟轨道结构的性能。中铁隧道集团一处承当了温福客运专线飞鸾隧道工程后，对客运专线隧道施工技术进行了调研与开发，取得了成功经验。其中双块式无砟轨道整体道床施工形成了分区、分幅平行流水作业的成熟工艺，速度快、质量高，为今后双块式无砟轨道整体道床施工提供参考和借鉴。现总结为工法供推广应用。2．工法特点2.1铺设条件严格，工法工艺严谨。施工前对隧道底板根底沉降进行评估、测设CPⅢ控制网点、重新拟合隧道线路，满足铺设条件后才进行整体道床施工。施工前先进行工艺性试验并评审合格。所有钢筋接头均采用绝缘卡处理，设置接地端子，进行绝缘电阻和接地电阻测试，实测值不得小于2MΩ。2.2分区、分幅平行流水作业，工序合理衔接，相互干扰小。2.3施工精度高。用于测设中线和高程的CPⅢ控制网本身精度和轨检小车的定位精度高，再加上大刚度的轨排架在施工过程中变形很小，曲线段采用轨排，确保了整体道床轨面高精度的严格要求。2.4资源配套合理，工艺成熟，施工进度快。改变了以往专家认为轨排长度与进度的比例一般为3:1的认识，实际施工到达了2:1～2.5:1，经飞鸾隧道〔双线铁路隧道〕6702m的现场实践，工艺日渐成熟，最高日进度达m。3．适用范围客运专线单洞双线铁路隧道双块式无砟轨道整体道床，单线铁路隧道、单/双线铁路路基、桥梁整体道床及单/双地铁的类似整体道床也可用作参考。4．工艺原理按上下行线分幅分区多工作面组织施工。轨排集中组装，专用龙门吊吊装、平板车运输至作业面后进行测量定位，由专用龙门吊配合人工粗调，轨检小车配合高精度螺杆调节器实现精确定位后单向连续挤压过轨浇筑道床板混凝土。5．施工工艺流程及操作要点-1〕道床板底层钢筋网绑扎、铺设道床板底层钢筋网绑扎、铺设轨排组装、道床板顶层钢筋安装轨排粗调线路精确调整混凝土浇筑精调装置和轨排架的拆卸混凝土养护及整修检查验收综合接地焊接及电阻检测模板及伸缩缝安装轨检小车检测施工准备轨排运输与铺设-1施工工艺流程5.2操作要点施工准备现场分六个区——堆放轨枕和轨排组装区、钢筋加工区、轨排铺设和粗调工作区、轨排精调固定区、混凝土浇筑区、检查整理和养护区进行组织与布置，各区之间纵向拉开距离，形成良好的物流组织。施工平面-1。-1整体道床施工平面布置示意1下承层验收确认按照铁路客运专线质量检查及验收标准规定的工程，全面进行底板检查验收，确保满足铺设整体道床的要求。检查确认工程是：测量检查底板外表高程，底板外表平整度及坡度。2线路基标1〕以全线重新测量设定的CPⅢ控制网为基准，在此根底上设定控制基标和加密基标测量，形成精度高的线路基标，确保轨排铺设和调整到达设计要求。2〕控制基标每60m设一个，平曲线ZH点、HY点、QZ点、YH点、HZ点和竖曲线起始点、变坡点增设控制基标。3〕加密基标直线段每设一个，曲线段每设一个。控制基标。4〕待已经施工完毕的混凝土底板到达一定强度后布设控制基标。3CPⅢ控制网测量和线路拟合在无砟轨道施工前，首先对隧道进行全线测量，对设计单位提供的测点及精密控制测量三等水准点成果、CPI控制网坐标成果、CPⅡ控制网坐标成果进行复测，进行CPⅢ控制网点布设、测量以及复测。全线CPⅠ、CPⅡ复测完成后设计单位重新进行纵、横断面线路拟合，对施工误差进行调整，满足整体道床高精度的施工要求。4混凝土配合比设计施工之前由试验室完成C40钢筋混凝土配合比设计工作，选择合格的原材料，混凝土的坍落度应符合泵送100～200米的距离要求。5无砟轨道铺设条件检查、评估无砟轨道施工前，按照《客运专线铁路无砟轨道铺设条件评估技术指南》的规定，对隧道进行全面检查评估，预测结构物的根底沉降变形，绘制沉降预测变形曲线，对工后沉降情况进行综合评估，确认满足设计沉降标准后，按《客运专线铁路无砟轨道铺设条件评估技术指南》规定的内容编制并提交《无砟轨道铺设条件评估报告》，做为无砟轨道整体道床施工的依据。6洞外工艺性试验1〕对检测工程或重要工序开展工艺验证，到达熟悉设备，摸索和完善工艺，验证设计和施工组织方案。2〕在试验中进行：钢筋安装及绝缘检测；轨排架立、粗调；竖向、横向精调螺杆的安装；模板的安装；轨排精调；轨道绝缘测试；混凝土浇筑、捣固、二次振捣、收光及养护；混凝土坍落度检查；测量的粗调、精调精度检测分析；混凝土浇筑过程的测量观测和检测；混凝土浇筑完成后的测量观测和检测。3〕根据工艺性试验段施工，认真总结、分析并形成成果，指导洞内整体道床施工。底层钢筋网绑扎、铺设道床板底层钢筋在洞口加工，基底处理结束后按的纵向间距在洞内绑扎组装。绑扎时，在纵横向钢筋搭接处〔含轨枕桁架钢筋〕加设绝缘套管隔开钢筋，确保纵横向钢筋节点绝缘。依次铺设时，钢筋网下用预制垫块进行支垫，保证道床板保护层厚度。轨排组装、安装顶层钢筋轨排组装场设置在隧道内洞口段，使用〔直线段〕或〔曲线段、直线段均可〕轨排架、采用龙门吊配合组装平台进行现场轨排组装。轨排组装时，将双块轨枕按顺序摆放到设有等距隔板的组装平台上，然后门吊吊起空排架移动至组装平台上方，准确对位后落下，再采用扣件将轨枕同排架连接成或长轨排，最后用扳手将扣件扣紧形成轨排。轨排组装后，进行顶层钢筋安装。轨排运输及就位组装好的轨排，用龙门吊将其吊装在平板车〔不多于三层〕，加固后运到轨排铺设现场，采用龙门吊按照设计位置依次摆放轨排就位。5.2.5轨排粗调以全站仪、精密水准仪为主，根据在水沟侧壁标注的高程和轨面弹线，采用仪器测量控制，使用龙门吊、轨排架配合人工进行粗调；以先中线后水平的顺序反复调整，使粗调后的轨排位置误差在±5mm范围内。1每榀轨排摆放就位后，反复交替左右、前后缓慢移动龙门吊和天车，粗调排架几何中心至线路中线，一般距中线±5mm，轨顶标高在±之内。2根据挡碴墙上每5m测设的基准点，在挡碴墙上用墨线画出一条轨面线，并标出每个点与线路中心线的距离，然后用3m水平直尺和轨道尺进行检测控制，轨道尺放在两轨面上测水平，3m水平直尺放在两轨面上使两轨面与挡碴墙上的轨面线保持在同一平面上，3m直尺下缘与挡碴墙上轨面线重合，轨排的高程即确定，最后根据3m直尺上的读数调整轨排中心线。对于曲线超高段，先按照上述方法按照内轨顶面标高对轨排进行粗调定位，然后锁定内侧排架支腿，用3m直尺和轨道尺配合对外侧轨面超高值进行调节。调节定位后，轨排间使用标准60kg/m钢轨、夹板联结，每接头按1-3-4-6顺序拧紧4套螺栓，轨缝控制在6～8mm。将待浇筑段轨排联结成一组长轨道，完成竖向和横向支撑螺杆的固定。3轨距和轨底坡为定值不可调，在排架制造时予以固定，上下、水平由竖向螺杆调整。轨向由左右横向支撑螺杆调整。模板及伸缩缝的安装轨道粗调工序结束后在最终线路精确调整之前，安装定制钢模板，模板内侧、外侧通过膨胀螺栓等支撑固定，必须同轨道独立排列，不得与轨道有任何连接。模板和交叉加强配筋之间的距离不小于50mm；钢模板牢固地固定在道床底板混凝土上。按设计要求道床板每设置2cm宽伸缩缝，采用沥青浸油木板嵌缝。为保证伸缩缝顺直，采用角钢和钢筋安装在钢轨上靠紧油木板进行固定。线路精确调整1轨道精调作业按无砟轨道检测小车的测量与操作指示进行，通过人工调节螺栓精调装置实现轨道的精确定位。精调时，小车静置于被调整轨道上，通过全站仪对小车棱镜点的跟踪测量，实时显示对应点处的轨道位置、设计位置及其位置偏差的大小、调轨方向，直接指导现场的调轨作业。2最终线形调整须在混凝土浇筑之前大约1.5～2小时完成，调整长度必须保持比当班方案浇筑段长度长10m以上。3轨排精调使用螺栓精调装置，采用无砟轨道专用精调检测小车的定点测量模式，逐个轨枕进行测量，实时显示对应点处的轨道位置、设计位置、位置偏差及调轨方向，直接指导现场的螺栓调整器进行中线、高程和平面的调轨和固定作业。综合接地及电阻测试纵向钢筋通过相邻两块道床板两端的接线端子〔采用不锈钢连接〕形成纵向贯穿。纵向钢筋顺线路方向每隔100m断开，并通过“┕〞不锈钢连接至综合接地预留的接地端子。采用移动式焊机焊接接地钢筋，焊接采用“┕〞钢筋帮条单面焊接〔焊接长度不小于10cm〕。利用摇表对纵、横向钢筋的接头绝缘情况与接地钢筋之间的导电进行检查，电阻在混凝土浇注之前必须到达2MΩ以上。混凝土浇筑1采用隧道外集中拌合、运输车运输，输送泵泵送入模程序。混凝土输送管架设在隧道的中部，使用高频插入式振捣器振捣密实，人工收面。2在浇筑混凝土前，侧模采用脱模剂涂刷均匀，并使用防护罩保护钢轨及轨枕不被混凝土污染。3混凝土浇筑按单向连续挤压过轨方式进行。即混凝土始终保持从上循环末端向另一端逐榀连续进行，振捣器连续振捣使混凝土挤压过轨排架底部，在第一个轨枕下混凝土未密实之前，不得将浇筑口移至下一个浇筑口，保证混凝土密实、均匀。浇筑过程中，振捣器插点布置应均匀，不得漏振，加强对轨枕底部及其周围混凝土的振捣，严禁碰撞轨排架与支撑架。同时应注意轨排几何状态的变化，保证轨排、模板、支撑架的稳定牢固，并随时监测；如有变位，立即停止浇筑和振捣，并在混凝土初凝前进行调整。为保证轨枕下混凝土密实，在混凝土初凝前采取二次振捣以加强密实措施，保证道床板混凝土浇筑质量。4混凝土浇筑完2～4小时松开扣件和螺杆。在混凝土强度到达2.5MPa以上，且其外表及棱角不因拆模而受损时撤除侧模。在未到达设计强度75%前，严禁在道床上行车和碰撞轨枕。精调装置和轨排架的拆卸待混凝土强度到达5Mpa后，先复测轨道结构线形，确保符合设计要求后才松开轨道扣件，拆卸模板、拆卸精调装置和轨排架。作业中，要防止轨道受热及长度波动而产生的力影响新浇混凝土的脆性结构，防止破坏轨枕和平板混凝土的粘结性。同时由专人负责对拆卸的模板、精调工具和轨排架立即使用水和毛刷进行清洁工作，以备下次使用。养护及整修混凝土浇筑之后，在12h之内将混凝土外表覆盖上土工布，同时开始洒水自然养护7天以上，绝不允许绒状材料直接覆盖在新鲜的混凝土外表之上。取出调整装置之后，调整轴的空孔必须使用符合要求的高标号混凝土砂浆进行灌筑，同时对成型的混凝土整体外观进行检查整理。5.3劳动力组织〔见表5.3-1〕表-1劳动力安排序号班组主要工作内容人数×班次小计备注1管理人员现场指挥协调1×22队长2×24领工员2现场技术组现场技术指导、质量检查控制，测量、试验1×22工程师2×24质检员4×312测量2×24试验3轨排班轨排组装、运输、粗调、精调及拆运10×220组装3×26运输6×212粗调2×24精调4×28拆运4钢筋班钢筋加工、绑扎及铺设10×220底层钢筋6×212顶层钢筋5木工班边模安装、拆运，伸缩缝模板加工及安装6×2126混凝土班道床板混凝土浇注20×2167综合班龙门吊走行轨安装，底板凿毛清理，混凝土养护11×222合计1606．材料与设备6.1材料本工法所涉及水泥、碎石、中粗砂及钢筋等材料，为常规建筑材料，均按设计及标准要求购置，不涉及需特别说明的新型材料。钢筋绝缘卡应符合设计图纸的相关要求，双块式轨枕应满足《无砟轨道双块式轨枕通用图》及《无砟轨道双块式轨枕技术条件》要求。钢筋绝缘卡技术要求钢筋绝缘卡的原材料体积电阻率不小于1010Ω·cm³，绝缘卡的卡力不得小于，绝缘电阻不小于1010Ω。双块式轨枕技术要求详见表-1。表6.1.2-1尺寸允许偏差表序号检查项目允许偏差值备注1上长度+4mm、-2mm2下长度+4mm、-2mm3上宽度±2mm4下宽度±2mm5高度±3mm6预埋套管与上外表垂直度±1°7预埋套管轴心间距〔横向投影〕±1mm8预埋套管轴心间距〔纵向投影〕±9内侧预埋套管间距〔横向投影〕±1mm10下排钢筋距轨枕顶面距离+3mm、-2mm11轨枕两个混凝土块上外表水平对齐，不允许有扭曲或折角。用2200mm×200mm平钢板进行检测，当平钢板与轨枕上外表靠贴时，任何一角〔或一边〕不允许有大于1mm的缝。注：1〕轨枕外观质量和各部尺寸，用精度不低于的量具测量，使用统一的量具。2〕检验批次同等条件生产的不多于1000根为一批，外观质量和各部位尺寸的检验数量为10根，待检批量不少于100根。6.2设备采用的主要机具设备参见表-1。表-1主要机械设备序号机具或材料名称规格或型号单位数量备注1龙门吊10T/跨度台2轨排铺设2龙门吊10T/跨度台1轨排组装3移动式组装平台1250×280×50cm台2轨排组装4轨排架250型，长榀假设干直线段、曲线段5轨排架250型，长榀假设干直线段6平板运输车8T辆2运输轨排7混凝土搅拌站HZ60座18混凝土罐车8m辆49混凝土输送泵HTB60套110轨检小车GEDO轨检仪套2配TrimbleS6全站仪11精密水准仪DNA03台112试验检测设备套17．质量控制7.1工程质量控制标准7.1.1执行设计文件及《客运专线无砟轨道铁路工程施工技术指南》〔TZ216-2007〕、《客运专线无砟轨道铁路工程施工质量验收暂行标准》〔铁建设【2007】85号〕、《客运专线无砟轨道铁路工程测量暂行规定》〔铁建设【2006】189号〕、《客运专线铁路无砟轨道铺设条件评估技术指南》〔铁建设【2006】158号〕等标准和标准。7.1.2各工序施工允许偏差参见表～表6。表7.1-1控制基标及加密基标测设允许误差表序号工程允许值备注1控制基标方向误差4″相邻点高差中误差8×L1/2距离偏差1/200002加密基标中线偏位±1mm相邻加密基标间距离偏差±2mm每相邻加密基标高差偏差±1mm表2钢筋安装位置允许偏差序号工程允许偏差〔mm〕1钢筋间距202钢筋保护层厚度设计为25～35mm时＋5，-2设计为小于25mm时＋3，-1表3轨排组装架设允许偏差序号检查工程允许偏差备注1轨枕间距±5mm尺量2轨距±1mm，变化不得大于1‰轨道尺量3水平1mm4扭曲2mm基长5轨排方正度不大于2mm尺量对角线长度6轨向直线不得大于2mm/10m弦10m弦用直尺量7轨面上下直线不得大于2mm/10m弦10m弦用直尺量表4轨面高程、轨道中线、线间距允许偏差序号工程允许偏差〔mm〕备注1轨面高程±2专用测量仪器检验2轨道中线23线间距+5，0表5道床板模板安装允许偏差序号工程允许偏差〔mm〕备注1顶面高程±5均为模板内侧允许偏差2宽度±53中线位置2表6混凝土道床板外形尺寸允许偏差序号项目允许偏差〔mm〕备注1顶面宽度±102中线位置23道床板顶面与承轨台相对高差±54伸缩缝位置±55平整度21m直尺检查7.2质量保证措施成立工程QC攻关小组，按照全面质量管理体系标准，以全新的观念、全新的管理模式实施质量管理；依靠科学管理和科技进步，不断推进新技术、新工艺、新设备的应用，不断提高施工工艺水平，进而提高和保证工程质量，确保质量目标的实现。7.2.2编制详细的施工组织设计和各工序作业指导书，做好施工技术准备工作，做好各级技术交底，做到及时、全面、准确。7.2.3对各工序操作作人员进行技术质量培训教育，并进行各工种上岗考试，考试合格前方可上岗。做好原始资料的记录、收集和整理，坚持谁施工、谁记录、谁负责的方法，做到内业与外业同步进行。在隧道内进行试验段施工，对钢筋安装及绝缘检测、轨排架立与粗调、螺旋调整器的安装、模板的安装、轨排精调、混凝土浇筑与振捣、二次振捣、收光及养护、混凝土坍落度及强度、混凝土浇筑前后全过程及轨枕结构尺寸和几何位置的测量观测与检测等进行分析和总结，确保全面铺开后各主要工序和检测工程质量一次性到达标准要求。在混凝土浇筑前、中、后，使用轨道检测小车进行精调后的屡次检测，并现场进行数据比照分析，及时消除或防止不利因素，确保轨道精确定位。当检查发现轨道偏差超过标准允许值较小时，通过可调扣件来纠正高程和中心偏差；假设为较大的中心和高程正偏差时，必须在混凝土终凝前及时将该局部工程返工。因物流中断导致混凝土施工的间歇时间小于前面局部混凝土的初凝时间或能重塑的时间时，在物流供给恢复后继续施工；假设是大于时，那么对已施工到达一块标准道床板〔〕长度的进行顶面抹面整平，对未到达一块标准道床板〔6.23m〕长度的，将该块道床模板内的混凝土铲除后清运出施工现场，清理干净为后续的施工做铺垫，等物流正常有保证后才继续进行下道工序作业。8．平安措施8.1合理布局施工现场，安稳机械设备，整齐堆放材料，做到场地平整、整洁，施工便道边坡稳定、防护周全，有醒目的平安标语和平安警示标志，能提醒现场人员注意平安，有平安生产的良好环境。8.2加强所有起重、电器、运输等设备的保养，配置完备的平安装置，使其保持良好的工作状态，所有设备的操作人员经严格培训合格后持证上岗，并严格遵守平安操作规程。8.3编制各工序平安作业指导书，编制相关机械设备施工专项方案，定期进行龙门吊钢丝绳检测。8.4现场设置足够的照明设施，并配备用发电机；交接班时检查平安情况，做好交接班记录。8.5交叉施工的工序，在施工前了解交叉施工工作内容、施工时间，平安考前须知等，必要时派专人进行协调、防护，确保平安。9．环保措施9.1保护〔现场内外〕环境，最大限度地限制施工作业引起的污染、噪音和其他不良后果，从根本上防止对公众和财产造成的损坏和妨害，做到不阻碍当地群众的生产及生活。9.2优先安排电动机械施工，对柴油机械、车辆安装防漏油设施，对机壳进行覆盖围护，防止在车辆停放、维修时漏油污染。9.3对施工场地、施工便道经常洒水，减少扬尘对周围环境的污染。禁止在施工现场燃烧油毡、橡胶、塑料、皮革、树叶、枯草、各种包装物等废弃物品以及其他会产生有毒有害烟尘和恶臭气体的物质。大型拌和站〔预制场〕设置在当地主风向的下方，并配有除尘装置；砂石料场保持经常洒水；砂石装卸时尽量降低落差。施工人员作业时戴上防尘用具以保护健康。9.4将阻尼材料涂在振动源上，或通过改动振动源与其他刚性结构连接方式来降低机械振动和噪声，设备选型优先考虑低噪声产品。让处于噪声环境下的人员使用耳塞、耳罩等防护用品，减少相关人员在噪声环境中的暴露时间。出入现场的机械、车辆做到少鸣笛，不急刹车；车辆在等候装运时待速或停机；加强设备维修，定时保养润滑；对机械正确操作，使机械噪声维持其最低声级水平。10．效益分析10.1经济效益10.1.1现场投入少1、使用液压钢轨升降机〔即移动式固定梁〕提升轨道排架、混凝土浇筑机等全套机械设备。需投入设备606万元，人员120人；2、场外组装轨排固定架方案。需投入设备476万元，人员160人；3、现场组装轨排方案。需投入设备426万元，人员210人。本工法采用第二种方案。比第一种方案减少设备投入130万元，比第三种方案虽多投入设备50万元，但工期可提前1个月，减少人工费投入4月×230人×3500元/月/人－3月×160人×3500元/月/人＝126万元，实际比第三种方案综合投入减少76万元。10.1.2由于无砟轨道施工工序多且环环相扣，科学、合理的施工方案和现场组织管理，良好的资源组织，缩短了各工序循环作业时间，加快了施工进度，较方案工期提前1个月完工，节约人工费：1月×160人×3500元/月/人＝56万元，减少机械使用费：1月×476万元÷6年÷12月＝6.6万元，此外还有管理等费用节约，工程本钱能得到较好的控制。10.2综合效益本工法采用场外组装轨排固定架施工双线隧道无砟轨道，洞内外分区分幅进行组织，既保证了施工质量和进度，又节约了工程本钱。在高标准、高精度的要求下，一个工作面每天平均可完成无砟轨道整体道床单线220m，保持全线整体道床施工最快的速度，将原先专家认为类似整体道床轨排架与施工进度3:1，通过工程合理组织到达了2:1～2.5:1，未出现一次质量事故，工程质量满足验标要求，得到了建设单位、监理单位等各方的高度认可，提供了可借鉴的成功经验，使其在我国客运专线铁路高速铁路无砟轨道施工中得到了大量推广运用，形成了较好的社会、环境、技术、节能等效益。11．应用实例11.1飞鸾隧道工程概况飞鸾隧道为双线电气化铁路隧道，设计时