高速铁路无碴轨道板封边方案的技术经济比选

王丙辰

1 工程概况

京沪高速铁路是我国第一条一次建设规模大、标准高、设计时速350 km的高速铁路，起自北京南站，终至上海虹桥站，全长1 317.84 km，正线绝大部分地段采用无碴轨道。途经河北、山东、安徽、江苏四省和北京、天津、上海三个直辖市。

无碴轨道轨道板精调完成后，在底座板和轨道板之间形成一条平均宽度为3 cm的缝隙，需用水泥乳化沥青砂浆(CA砂浆)填充，为防止在灌浆时砂浆从轨道板侧面溢出，必须将轨道板和底板之间的缝隙边缘进行密封。本文介绍的无碴轨道板封边施工里程为 DK238+470.17 ～DK259+431，长度为单线20.959 km，共有两种方案备选，方案一是采用角钢加海绵条封闭;方案二是采用水泥砂浆封闭。

2 封边方案选定原则

无碴轨道轨道板封边必须满足“施工方便、经济适用”的基本原则。方案的确定还要从原材料的供应、环境污染、工期合理方面综合考虑。本文从两种备选方案的技术经济角度进行分析，最终选定封边总成本最省的施工方案。

3 备选方案情况

3.1 方案一施工流程

1)封边角钢下料制作。无碴轨道板长度为6.45 m，宽度为2.55 m，轨道板精调完成后进行封边作业。每块轨道板封边需要2.8 m长角钢4根，0.5 m长角钢4根才能将轨道板与底座板间的缝隙完全封闭，为了保证角钢的钢度，减少扣压装置的用量，角钢采用∠75型角钢进行封边。

2)扣压装置安装。扣压装置是用来固定轨道板两侧的角钢，使角钢能与底座板和轨道板充分的密封，保证砂浆不溢出(见图1)。扣压装置主要起到对角钢的横向压紧和垂直压紧，靠自身的水平力和垂直力使其密贴。轨道板宽度为2.55 m，扣压装置设计宽度为2.65 m，采用外径5 cm、臂厚3 mm的空心方钢，轨道板两侧保留5 cm缝隙。

3)海绵条裁剪。角钢与底座板和轨道板之间采用1 cm厚的海绵条进行填充起密封作用，海绵条宽度为150 mm～200 mm，根据角钢的长度进行裁剪，角钢两端富裕5 cm，封闭角钢与调脚之间的空隙。

4)安装轨道板封边角钢和海绵条。海绵条与角钢底边对齐，海绵条顶面高出角钢棱角顶，角钢紧贴海绵条安放在轨道板两侧，将海绵条拉展，防止海绵条侵入轨道板底。

5)人工拆除封边角钢。CA砂浆灌注完成，待强度符合要求后，人工拆除封边角钢后回收。

图1 轨道板角钢封边剖析图

3.2 方案二施工流程

1)封边砂浆材料的选用。轨道板封边采用强度为M10的干硬性水泥砂浆，所用原材料为P.O32.5硅酸盐水泥、中砂及外加剂。每立方米砂浆用量为水泥∶中砂∶水=334∶1 430∶300，外加剂按水泥用量的2%掺加。

2)人工拌制封边砂浆。由于封边砂浆受桥上作业空间的限制采用人工拌和，操作中要严格按配合比控制拌制，避免出现砂灰分离现象，从而造成封边后“崩边”现象，形成质量隐患。

3)封边前底座板表面的湿润及杂物的清理，封边前底座板上、轨道板下及两侧的预湿，润湿不到位会降低封边砂浆与底座板间的粘结力，灌浆时砂浆的流动性，杂物清理不彻底会影响灌浆后CA砂浆层的质量。

4)现场封边。封边几何尺寸为高0.2 m，宽0.2 m等边直角三角形，封边质量的好坏将直接影响后续的灌浆工作，如操作工人振捣不密实，在没有压实前即将铁皮挡板抽出很可能在灌浆中会出现四边开裂，造成CA砂浆泄漏现象，影响灌浆质量。

4 方案比较

方案一优点:

1)原材料为角钢、海绵条，购买方便，可利用既有钢筋加工厂集中加工，周转使用。

2)每100块板周转一次，角钢封边较传统水泥砂浆封边可节约工期1 d，施工段21 km(轨道板约6 400块)内轨道板封边于2010年4月25日开始，2010年9月6日完工，较计划工期提前了80 d。

3)工艺简单，可操作性强，减少砂浆完工后养护环节。

方案二缺点:

1)原材料采用为水泥、中砂、外加剂、水，需从桥下倒运至桥上施工点增加倒运费用。

2)在桥面人工拌制，存在污染桥面并增加现场文明施工。

3)完工后须人工拆除砂浆进行消纳处理。

5 经济性比较

5.1 方案一21 km范围成本费用

1)工程数量计算。a.封边角钢重量计算。每块轨道板封边需要2.8 m长角钢4根，0.5 m长角钢4根，角钢采用∠75型。角钢重量为(2.8 m ×4根 +0.5 m ×4 根)×5.818 kg/m=76.8 kg;本段分两个工作面，每个工作面考虑100 m，则需要制作200 m的封边角钢，角钢按周转100次考虑，共6 347块无碴轨道板，可以满足施工需要，本段角钢重量为76.8 kg×(200/6.45)=2 381 kg。b.压紧装置重量计算。每块轨道板封边需要5 cm方钢，长度为2.65 m 共4 根，重量为 2.65 m ×4 根 ×4.399 kg/m=46.63 kg。本段重量为 46.63 kg×(200/6.45)=1 446 kg。

2)角钢封边成本费用计算结果见表1。

表1 角钢封边成本费用计算结果

表2 M10砂浆封边成本费用计算结果

5.2 方案二21 km范围成本费用

1)封边砂浆体积计算。

体积计算公式:P=[(A×A)/2］×L×4;整理后得出:P=A2×2L。

代入数字后得出 P=0.2 m2×2 ×20 959 m=1 676.72 m3。

其中，P为砂浆体积，m3;A为封边砂浆的三角形边长，m;L为封边单线长度，m。

2)原材料数量计算。

按每立方米用量(kg)水泥∶中砂∶水=334∶1 430∶300可得出:

P.O32.5 水泥:1 676.72 m3×334 kg/m3=560 024 kg=560 t;

中砂:1 676.72 m3×1 430 kg/m3=2 397 709 kg/1 440 kg/m3=1 665 m3，中砂容重按1 440 kg/m3计算;

水:1 676.72 m3×300 kg/m3=503 016 kg=503 t;

外加剂:560 t×2%=11.2 t。

3)成本费用计算结果见表2。

5.3 成本费用对比分析

1)原材料对比分析见表3。

表3 封边原材料成本对比分析

2)总成本费用分析见表4。

表4 封边总成本对比分析 元

6 结论

经过上述经济分析比较，方案一成本费用最省，且便于施工，本段长度为21 km，方案一节约64万元，如果在全线1 318 km推广开来，则可节约4 016万元。同时，该方案解决了传统水泥砂浆封边中封边时间等待较长、资源浪费严重的问题，大大减少了环境污染和资源浪费，大大降低了劳力消耗和施工成本，有效缩短了工期，综合考虑，封边方案最终确定为方案一。

7 结语

无碴轨道施工技术是高速铁路和客运专线的关键技术，封边是无碴轨道板CA沥青砂浆灌注施工中的一个重要环节，传统封边所用的干硬性水泥砂浆不仅浪费人工、材料，而且封边也难以保证砂浆是否侵入轨道板下0.5 mm，灌浆后还需凿除清理垃圾，采用角钢封边，它对精调轨道板产生的扰动较小，而且不存在“崩边、跑模、漏浆”问题，同时节约了成本，加快了工程进度，可以在今后的高速铁路施工中推广应用。