基于某高速铁路工程实践的土建关键技术探讨

任柯

摘要：本文基于笔者多年从事高速铁路土建施工的相关工作经验，以笔者参与的某高速铁路工程为研究背景，探讨了该高速铁路中涉及的四方面的关键技术，结合工程中的一些案例对关键技术进行了详细的分析，全文是笔者长期工作实践基础上的理论升华，相信对从事相关工作的同行能有所裨益。

关键词：高速铁路土建关键技术

中图分类号：U215文献标识码：A文章编号：1672-3791(2012)02(a)-0035-02

1某高铁实现铁路施工技术重大跨越

高速铁路是当今高新技术的集成，也是庞大复杂的系统。与常规铁路不同之处，它的系统与系统间的功能、作用起了质的变化，高速度，高密度、高可靠性是高速铁路高技术的核心。但是要实现这个核心技术的指标是很不容易的。比如，路基的框架，桥梁的钢度、轨道的线型，如果选择不合理，或者施工不到位，就会影响到运行的平稳性、安全性，对运输组织以及行车指挥造成困扰。

与既有铁路相比，某高速铁路将全线铺设无缝线路和无砟轨道，并且实现道口的全立交和线路的全封闭。特别是速度的提升，对于路基质量的要求更加苛刻。该高速铁路融合了土木、运载、机械、电子、指控、材料、信息、环保等技术的集成，涵盖多学科、集成多种高新技术、采用大量新材料和新工艺，是庞大复杂的系统工程。高速铁路对技术精度要求很高。比如钢轨间的距离误差不能超过±2mm，否则高速列车就会有脱轨的危险，这就要求有高科技的施工技术作保障。铁路路枕的强度能否抵御时速350公里列车的冲击也是一大难题。该高速铁路钢轨的耐久度将比现有钢轨提高数倍。

目前，我国已经开展了44项技术攻关和试验研究，其中在全线开展的桥梁桩基试验、路基CFG桩复合地基试验和桥梁桩基后注浆试验，已取得成果并用在基础沉降控制中。据观测，桥梁墩台在架梁以后只有毫米级的沉降，CFG桩处理的地基在预压期之前沉降已经稳定，通过设计优化还节省了投资。在CFG桩材料中，用尾砂替代河砂、用灰渣替代优质的粉煤灰，已经在全线推广使用，不仅节省成本，对节能减排意义重大。

我国在八五、九五期间已经开展了大量科研攻关工作，多年来中国铁路学习借鉴世界发达国家高速铁路建设技术和成功经验，博采众长，把引进技术和自主研发相结合，探索和积累符合国情的高速铁路桥梁建设的技术标准、设计技术、建造技术，在该高速铁路桥梁设计、施工、科研以及建设管理等方面将实现重大跨越。

2该高速铁路的重要土建关键技术

目前，该高铁整体工程全线路基土石方施工基本完成，今年将完成全部桥梁下部工程，贯通全线隧道工程，工程质量确保达到“零缺陷”。该高速铁路基础线路要求具有高平稳性，这个高平稳性最终要体现在轨道上，无论采用哪种轨道类型，也不论轨道是在路基、桥涵，或者隧道内，都要求它在空间上具有非常平缓、延伸的线型。高精度的允许误差、高光洁度的表面，在实践上还必须具有稳固的高保持性。同时还要充分考虑节地、集约用地问题。为了节地，路基跨越路线地质条件往往比较复杂，这便给施行技术增加了难度，给我们的铁道建筑工作者提出了新的挑战。

2.1节能技术

由于该高铁穿过地区多为经济较发达地区，土地资源尤其是耕地显得更加紧张，其节地效益也更加巨大。该高速铁路项目立足于土地节约集约利用，大力推广节地技术，不断优化桥路设置。

“以桥代路”是一大特色。“以桥代路”方案工程成本高、工艺难度大、装备要求高，整条铁路线采用全封闭立交桥的形式建成，为适应沿线城市密集、道路河流发达、软土地基等特点，该高速铁路徐沪段全线桥梁比例达到80％以上，达到135座。这样既保证了运行效率，又节约了土地。正常的铁路宽度，包括排水溝，双线要40m宽，修建桥梁的话占地只是23m宽。通过能力高出一倍，而占地少了一半。

项目在线路走向选择上也充分考虑节地、集约用地问题：线路设计时尽可能顺直，以减小展线长度；优化线路平面和纵断面，在满足立交、通航等技术标准的基础上尽可能降低路堤、路堑填挖高度，避免路基高填深挖。

为达到集约用地的目的，在设计中尽量与公路、既有铁路共用同一走廊，巧妙减少夹心地，减少对土地和城市的分割，尽可能少占良田和土地利用价值较高的城市用地。在间距稍大的地段设置铁路车站、电气化和通信信号设施，以减少铁路、公路对城市规划的切割和居住环境的影响。在与城际铁路及各联络线路并行地段，在确保工程安全的前提下，采用各种措施，使最小并行间距降低为10m，虽然加大了施工难度，但大大节约了用地。一些站坪还采用了曲线布置形式，将不能避免的包夹地设计为动车存车场，从而减少了站外动车运用所的规模。

项目优化施工组织方案时，节约大量临时用地6200亩，其中一是优化梁场布局和数量(由65个减为48个)，采取双层存梁，节约大临用地约4000亩；二是铺轨基地(4个)、制梁场(2个)、制板场(4个)、拌合站(10个)等大临设施采取永临结合方式，节约大临用地约2200亩；其三是和当地规划建设相结合，尽量少占耕地。目前大临用地总量控制在2.5万亩。同时对临时用地耕土层进行剥离保护，为复垦造地打好基础。对于27f多亩临时用地，要求征地前先做复垦方案，缴纳复垦保证金，剥离耕作层。目前已先后剥离1万亩左右耕地的耕作层，每亩缴纳8000～12000元的复垦保证金。

2.2路基技术

高铁路基按跨越地区的地质条件差异大，可划分为：一般路基、砂土液化区路基、松软土路基、软土路基、岩溶区路基、膨胀土路基，此外还有石膏土区路基。所涉及到的主要问题：一是砂土液化；二是松软土、软土路基的工后沉降及差异沉降；三是岩溶区路基及其受环境影响的问题；四是膨胀土改良后做为填料的力学性质及耐久性问题；五是过渡段的差异沉降及其对行车的影响；六是石膏土路基受水浸泡后的变形问题；七是路基防洪问题及其受气候环境的影响问题。所以这些困难都是对我国铁道工作者的严峻考验。本文只就以下几个方面技术加以介绍。

(1)软土地基沉降控制技术。

在某工段5工区的现场，每天都要一层层反复碾压，每铺设一层，其高度就会上升30cm。然后再通过一台台大型设备、车辆对其进行碾压，确保其稳定性后再继续铺设。最后完工要铺设至20层，以每铺设一层的高度30cm来计算，该路段的深度约在6m左右。这样做的目的是通过一层层的碾压，让该路段土与石子的间隙尽可能最小，从而保证其更加稳固。仅仅依靠对土与石子的碾压是远远不够的，为了保证该路段的根基稳定，1140m长的路段下面一共打下了近2万根桩，其目的就是要更好地固定土与石子。在打桩的时候，每个桩内不仅灌入了高性能的混凝土，并且打桩的密度很大，每间隔1.8m就会打一根桩。施工结束后发现，

1140m的路段上居然打了近2万根桩。所打的桩越多，分散点就越多。等到以后通车了，就算受到了来自路面上的重压，凭借近2万根桩的作用力就会轻而易举地将压力化解，这样就不会让路基有下沉的影响。与此同时，还能对桩与桩之间的土与石子起到更加紧密的作用，尽可能减少其缝隙。

(2)岩溶注浆技术。

该高速铁路沿途线路跨越许多不良地基，其中四标项目部大部分路基为岩溶路基，全线范围内均需采用岩溶注浆。岩溶注浆采用先导勘探法，遵循“先探后灌，探灌结合”的原则，先进行物探及部分钻孔作为先导勘察孔，探明岩溶发育、分布情况，再进行相应处理。经钻探显示本段地基岩层以页岩和灰岩为主，溶洞高度在0.6m～6m之间，且溶洞内充填褐色粘土，溶洞大小不一。

2.3桥梁技术

在某高速铁路桥梁设计中，大量采用新技术、新结构，在工程建设中解决高速大跨深水桥梁建造技术。研发了高强度、高韧性、焊接性能良好的Q420qE新钢种，研究采用了整体刚度大、稳定性好的三片主桁结构和正交异性整体钢桥面，研发了18000t世界上最大支承反力的球形支座和1000mm钢轨伸缩调节器及梁端伸缩装置，研究采用了确保基础施工质量和上部结构线形控制与准确合龙的施工技术。

某黄河大桥总长5143.4m，主桥为下承式、等高度、连续、刚性梁柔性拱桥。黄河大桥的墩桩设计直径2.5m的112根，均为90至102m超长深桩；直径2m的墩桩42根，分别为70至90m长深桩。施工方设计提出了十多套不同的备选方案和保证措施，最终选定将钻孔桩施工分為钻进就位、泥浆制备、钻进施工、一次清孔、钢筋笼制作安装、二次清孔和灌注水下混凝土等七大步骤，并细化为十七道工序，使钻机安装水平稳固、钢筋笼安装位置准确，保持了清孔后泥浆指标和孔底沉淀厚度和河道水环境，且终孔后经电子探孔仪对孔径、孔深和垂直度的探测达到100％合格。黄河大桥的两个水中主墩承台混凝土方量均达6000方，做好内外表面保温工作、降低混凝土内外温差是控制承台浇注质量的关键。施工队采取分两次浇注工法和“内散外蓄”的创新方案，通过在混凝土内部采取冷却水管降温、分层浇注和插入式振捣器振捣的作业方法，优化混凝土的配合比设计选定，混凝土低温入仓、绘制内部温度变化曲线加强过程控制和保湿蓄热养护，浇注出的承台外形美观、质量优良。

2.4隧道技术

隧道仰拱施工一般采用军用便梁搭桥或左右分侧的方式进行。这类施工方法不仅严重影响了隧道的开挖进度，而且不能有效保证仰拱初期支护和混凝土的施工质量。2008年10月15日，一种经过改良的可移动仰拱栈桥在某隧道工地上正式投入使用。这种带有行走设施的仰拱栈桥，能够保证在各种车辆正常通行的情况下，掌子面施工不受影响，桥下还可以进行隧道的仰拱初期支护、钢筋绑扎、衬砌等施工。与普通的仰拱栈桥相比，可移动仰拱栈桥的安全性能更好。当没有使用可移动仰拱栈桥时，掌子面的开挖与仰拱施工无法同时进行。但在可移动仰拱栈桥投入使用之后，两者之间的干扰得以消除，施工效率提高了20％。

3结语

近20年的时间里，我国掌握的高铁技术基本上是引进的国外先进技术。中方采取的方式是，购买产品的同时引进相关技术，买了产品，也拥有了相关技术的知识产权。国内技术原创能力比较薄弱，我国铁路在引进先进技术的基础上，作了很大的创新。某高速铁路要做到主体工程质量“零缺陷”，充分满足高速铁路对安全性、可靠性、耐久性和舒适性的要求，成为经得起运营检验、实践检验和历史检验的精品工程。某高铁完工、投入使用，将标志着中国进入一个拥有世界最现代化公共基础设施的一流大国的时代。

参考文献

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[2]桥涵[M].中国铁道出版社，2002

[3]客运专线高速铁路桥涵工程施工技术指南TZ213-2005[S].中国铁道出版社，2005

[4]高速铁路测量手册[S].中国铁道出版社，2001