高速铁路运营线无砟轨道地段插入道岔技术研究

李秋义

(中铁第四勘察设计院集团有限责任公司，武汉 430063)



高速铁路运营线无砟轨道地段插入道岔技术研究

李秋义

(中铁第四勘察设计院集团有限责任公司，武汉 430063)

随着我国高速铁路网建设的不断深入和完善，大量新建线路需要引入既有车站或枢纽，我国高速铁路建设运营线无砟轨道地段插入道岔的功能需求日显迫切，已成为制约我国高速铁路建设的关键技术难题。结合某新建高速铁路引入既有高铁站的接轨方案，提出拆除既有无砟轨道、新铺无砟道岔技术方案，通过设置安全隔离板墙，封锁一线施工，相邻正线单线行车，采用新材料、新工艺、新技术等系列措施，可确保施工安全和缩短工期，减少对运营的影响。该方案解决了高铁车站或枢纽无砟轨道接轨的技术难题，实现新建高速铁路线路与既有枢纽的成功引入。

高速铁路；运营线 ； 无砟轨道； 插入道岔

1 概述

无砟轨道具有少维修高平顺的优点，在我国高速铁路得到普遍应用，并已成为我国高速铁路的主要技术特征之一，根据2015年铁路部门统计数据，目前我国已经建成高速铁路无砟轨道超过1万km。我国铺设无砟轨道的高速铁路站内正线及相邻到发线一般也采用无砟轨道结构，使轨行区整洁美观，与无站台柱雨棚互相配合，形成良好的站台候车环境和视觉效果，成为高速铁路站内的一道风景。随着我国高速铁路网的不断完善，我国高速铁路建设出现了新建线路引入已建成高铁车站的功能需求，需要既有运营高铁无砟轨道地段插入道岔。既有运营高速铁路无砟轨道地段插入道岔是我国高速铁路建设中的不可回避的技术难题，主要技术难点在于无砟轨道拆除、道岔铺设施工期长，对既有线行车组织影响大，施工和运营的安全风险大。为了实现新建线路引入既有高速铁路，开展高速无砟轨道地段插入道岔的设计及施工技术研究非常必要。

虽然目前国内外尚无既有运营高铁无砟轨道地段插入道岔的先例，我国某客运专线由于路基上拱而长期限速，为了彻底整治病害，2014年先封锁一线施工，邻线单线行车，用70d时间先后完成了双线无砟轨道的拆除、重建，实现恢复常速的目标。该工程案例可为既有线无砟轨道改建提供借鉴[1]。大西客专在既有郑西客专临潼东站包西联络线插入6组42号有砟道岔，实现大西客专的成功引入，通过科学组织、精心施工取得良好的效果，为高速铁路插入道岔积累了实践的经验[2]。近年来高速铁路无砟轨道维修技术已经引起了高度重视，也积累一定的经验[3-4]。

2 高速铁路无砟轨道插入道岔设计方案

某新建高速铁路线路全长224 km，该线路位于湘西武陵山区，为南北走向，是国家支持武陵山区区域发展的重大基础设施工程，终点引入既有沪昆客专某站，计划2016年开工建设。为了实现该线与沪昆客专的互联互通，该新建高速铁路需要引入既有高铁某站沪昆场[5]。该既有车站沪昆场地形困难，车站布置困难。车场中部包括站台在内共有571 m位于桥梁结构上，咽喉区八字渡线也位于桥梁上，八字渡线与单开道岔之间还有4-16 m的框架桥，正线与相邻到发线采用反向曲线的梯线连接。

该新建高速铁路引入沪昆客专接轨方案见图1。新建高速铁路上行线(对应沪昆客专的下行方向)利用综合工区走行线，相应将原走行线南移进行接轨；下行线引入难度较大，方案是将6道与4道的分路道岔拆解，4道改接本项目下行线，6道在其上出岔连接，在本线与Ⅱ道间铺设1组渡线，沪昆下行正线Ⅱ道需拆除无砟轨道铺设1组无砟道岔。

图1 某新建高速铁路引入沪昆客专接轨方案

以图1所示接轨方案正线Ⅱ道插入道岔为例介绍相应轨道设计方案(正线Ⅱ道道岔、站线4道道岔拆解及线路恢复可按本方案同步进行)，首先封锁正线Ⅱ道线路，设置与正线Ⅰ道间的物理隔离，拆除Ⅱ道道岔位处的正线无砟轨道结构，重新铺设道岔及岔区无砟轨道，然后开通正线Ⅱ道。沪昆客专正线无砟轨道插入道岔施工方案是首先两线间设置安全隔离板墙，然后封锁一线施工，相邻正线单线行车，再拆除钢轨和道床，道岔铺设和精调，重新浇筑道床混凝土恢复线路。该方案采用新材料、新工艺、新技术，确保施工安全和缩短工期，减少对运营的影响。既有沪昆客专正线双块式无砟轨道拆除范围包括除道岔全长69 m，前后还应各加上10 m的顺接阶段。施工段前后既有轨道25 m范围道床与支承层通过植筋进行加固；拆除前应完成路基帮宽施工，且工后沉降已经满足要求；道床及支承层拆除应采用无振动切割机械设备；既有高铁线路插入道岔属高风险的施工作业，应按营业线施工加强管理。

既有沪昆客专正线采用双块式无砟轨道[6]，主要由钢轨、扣件、双块式轨枕、道床板和支承层组成(图2)，道床板为C40钢筋混凝土，厚度260 mm；支承层为C20素混凝土，厚度300 mm。道床板为纵向连续的钢筋混凝土结构。无砟轨道结构高度为815 mm，如图3所示。

图2 既有双块式无砟轨道结构组成

图3 正线双块式无砟轨道

计划插入道岔为18号高速无砟道岔，图号为客专线07(009)，道岔全长69 m，道岔平面尺寸如图4所示。道岔区采用轨枕埋入式无砟轨道[7]，由道床板和底座组成，道床厚度260 mm、为C40钢筋混凝土结构，底座厚度300 mm、采用C40素混凝土，底座每间隔5 m左右设置1处深度为100 mm假缝，道床板和底座均为纵向连续结构，轨道结构高度与正线保持一致，为815 mm。道岔区无砟轨道与前后既有无砟轨道形成纵向连续结构，不设置伸缩缝或变形缝，如图5所示。

图4 18号道岔平面尺寸示意(单位：mm)

图5 道岔区轨枕埋入式无砟轨道

3 高速铁路无砟轨道插入道岔施工方案

既有无砟轨道插入道岔施工时间紧、工作量大、施工场地受限、工序多、交叉作业频繁[8]，主要施工技术难点：如何减少行车与施工相互干扰；如何加快既有轨道拆除和新铺道岔的施工进度；如何确保道岔准确定位和铺设精度；如何制定安全高效的施工组织方案。正线既有无砟轨道拆除及新建无砟道岔铺设成为新建铁路引入沪昆客专的关键控制因素，该方案的实施需要周密的方案、科学的组织。

既有无砟轨道插入道岔的主要施工流程如下。

(1)凿除线间封闭层，设置安全隔离措施

高速铁路无砟轨道插入道岔属既有线施工，确保运营和施工安全是首要前提。在施工范围两正线间设置安全隔离措施，隔离施工与邻线行车的相互干扰。隔离措施为临时组合板墙结构，由钢筋混凝土基础、H型钢、法兰连接、彩钢板、钢丝网组成，详见图6、图7。隔离区域长度应不小于150 m

图6 隔离措施横断面(单位：mm)

图7 隔离措施平面(单位：mm)

(2)做好施工期间运营组织

封锁施工段所在正线Ⅱ道，相邻正线Ⅰ道限速15 km/h运行。目前沪昆客专刚开通至贵阳，初期行车量不大，仅开行19对动车。该站沪昆场两端咽喉区均设八字渡线，这为客车在站内换线运行创造了条件，可考虑封闭西端咽喉区沪昆客专上行正线，站内临时小段内改由下行线运行，在做好运输组织、确保运营安全的前提下进行施工。

(3)施工段前后既有道床25 m范围锚固植筋加固

原无砟轨道纵向连续结构，拆除部分轨道后，在温度效应作用下，在分界处可能发生较大的纵向位移，为了保证分界处道床纵横向稳定，需要在施工段前后既有道床25 m范围对道床板与支承层植筋加固，每间隔2根轨枕设置1排锚固钢筋，每排4根φ25 mm钢筋。

(4)锯切钢轨、拆除道床、基床顶面平整压实

采用锯轨机切断钢轨，拆除施工点120 m长范围内钢轨和扣件并运出施工范围，采用带锯将道床和支承层切割成块，采用汽车吊吊至线外运走，不得采用挖掘机或钩机粗暴拆除，检查基床顶面，不满足要求时应进行处理[9]。

(5)道床钢筋铺设、绑扎

道床钢筋宜在预先分段在线外绑扎成钢筋笼，采用汽车吊吊装就位后拼接，以减少钢筋绑扎的施工工期。

(6)道岔铺设及精调

搭设预铺平台进行道岔预组装，道岔横移就位后利用CPⅢ进行精调[10-11]，道岔铺设精度应满足规范要求[12]。

(7)道床混凝土浇筑[13]

道岔区混凝土应连续浇筑，不得中断，道床混凝土浇筑后应及时进行覆盖保湿养护。道床混凝土强度达到75%以上才可进行下部作业[14]。

(8)道岔钢轨焊接及锁定

在设计锁定轨温范围内对钢轨接头进行焊接锁定，设置位移观测桩，并最好相关记录。

(9)验收、开通线路、跟踪监测

开通线路前，对道岔整体几何尺寸进行了全面检查，轨距、方向、水平、支距全部满足验收规范[15]，道岔密贴调整及轨道电路参数满足要求，联锁关系正确。

4 提高施工效率的主要措施

既有无砟轨道插入道岔施工工艺复杂，正常施工期为2～3个月，为减少施工对既有线运营的影响，可从结构、材料、工艺、工法、机具等方面优化。主要措施如下。

(1)优化道岔区无砟轨道结构，将原来的“道床板+支承层”两层结构改为单层道床板结构，混凝土由两次浇筑改为一次浇筑。

(2)既有道床板及支承层拆除，采用带锯切割技术，可提高效率，并减少破拆工作对路基及龙口处既有道床扰动。

(3)道床钢筋笼采用线外预先绑扎，吊装就位，缩短钢筋绑扎时间。

(4)道岔及轨枕采用线外预组装，平移就位，缩短道岔组装时间。

(5)采用快硬早强的聚合物高强混凝土，2h强度可达到30MPa，24h强度达到40MPa以上，缩短混凝土养护时间[15]。

通过以上综合措施，拆除道床时间可控制在5～6d；钢筋绑扎、道岔铺设与精调时间可控制在5～6d；混凝土浇筑与养护、钢轨焊接时间可控制在5～6d。总施工时间为15～20d，从施工工期上最大限度减少了对既有线的运营影响。

5 结语

为了适应我国高速铁路新建线路引入既有线路的需要，结合某新建铁路引入既有高铁枢纽接轨方案，对既有线无砟轨道改建、重铺无砟道岔及安全保障措施进行了技术上的分析和探讨，得出如下主要结论。

(1)设置物理隔离措施，建立相对独立的封闭区域，可以有效地解决行车与施工相互干扰问题。

(2)通过优化结构设计和施工工艺，采用快硬早强高性能混凝土等新材料、先进的混凝土切割等新设备的综合措施，优化人员、设备、机具等资源配置，可最大限度地提供施工效率，压缩施工工期。

(3)周密、科学的运输组织和强有力的施工组织相结合，按营业线施工加强管理，可确保行车和施工安全。

(4)已运营高速铁路无砟轨道插入道岔是一项复杂的系统工程，尚需要在今后的工程建设中不断总结和完善。

[1] 张国胜，刘更新，贾华强.郑西高铁K921段无砟轨道上拱整治方案研究[J].中国铁路，2013(7):52-54.

[2] 卢春房.轨道工程[M]. 北京：中国铁道出版社， 2015.

[3] 铁道部运输局.高速铁路工务修理案例(第一册)[M].北京：中国铁道出版社，2011.

[4] 中国铁路总公司.高速铁路工务修理案例(第二册)[M].北京：中国铁道出版社，2014.

[5] 樊志敏.长昆客运专线(湖南段)综合选线设计研究[J].铁道标准设计，2016(3):11-15.

[6] 伍卫凡.长(沙)昆(明)客运专线轨道结构设计综述[J].铁道标准设计，2016(2):7-10.

[7] 徐盟.高速铁路无砟岔枕质量控制与工艺改进[J].铁道标准设计，2014(12):56-58.

[8] 汪霞.杭长客运专线引入杭州枢纽施工过渡方案研究[J].铁道标准设计，2014(7):24-29.

[9] 铁道部工程管理中心.客运专线铁路道岔铺设手册[M].北京：中国铁道出版社，2009.

[10]马明正.高速铁路无砟轨道钢轨精调过程控制关键技术[J]. 铁道标准设计，2014(3):21-24.

[11]谭社会.高速铁路无砟轨道精调质量控制技术研究[J]. 铁道标准设计，2015(12):18-21

[12]铁道部工程管理中心.客运专线铁路无砟轨道铺设手册[M].北京：中国铁道出版社，2009.

[13]万鹏.高速铁路双块式无砟轨道轨排法施工通用性研究[J].铁道标准设计，2013(11)：34-36.

[14]中华人民共和国铁道部.TB10753—2010高速铁路轨道工程施工质量验收标准.[S].北京：中国铁道出版社，2010.

[15]中华人民共和国铁道部.高速铁路无砟轨道线路维修规则(试行)[S].北京：中国铁道出版社，2012.

Research on Inserting Turnout into High Speed Ballastless Track Railway in Operation

LI Qiu-yi

(China Railway Siyuan Survey and Design Group Co.， LTD.， Wuhan 430063， China)

With the development and improvement of China high-speed railway network， a large number of new railways are introduced into the existing stations or hubs and turnouts need to be installed urgently on busy ballastless track lines， which challenges high-speed railway development. With reference to the track connection scheme of one high-speed railway to the existing high-speed railway station， this paper proposes the technological scheme by removing existing ballastless track and laying new ballastless turnout. Such measures as setting up security isolation wall， blocking one line for construction while allowing the adjacent line in operation， and employing new materials， new processes and new technologies are taken to ensure construction safety， shorten construction period and reduce impact on railway operation. The scheme resolves the technological problem of track connection in high-speed railway stations or hubs and fulfills the introduction of new high-speed railway into existing hubs．

High speed railway; Railway in operation; Ballastless track; Inserting turnout

2016-04-25；

2016-05-20

中国铁路总公司科技开发计划项目(2016G32)

李秋义(1972—)，男，教授级高级工程师，2003年毕业于中南大学铁道工程专业，工学博士，E-mail：813352696@qq.com。

1004-2954(2016)12-0005-03

U213.2+44

A

10.13238/j.issn.1004-2954.2016.12.002