高速铁路站场路基帮宽施工控制技术

谢良根 钮 浩

(中铁二十五局集团第五工程有限公司 山东青岛 266000)

1 前言

自中国高速铁路开通运营以来，高速铁路开始迅猛发展，其快速、安全、舒适、准时、环保等优越的性能越来越得到大家的青睐与认可。而高速铁路的迅速崛起，为当下铁路规划和设计提供了许多技术上的开拓，特别是在国家铁路网调整后，越来越多的高速铁路需要扩宽或者实施新增二线等工程，为了更加经济、安全地保障高速铁路帮宽施工，以各种新工艺、新材料、新设备为代表的路基帮宽施工对保证高速铁路安全运营具有重要意义。

2 工程概况

既有大西客专在忻州西站已铺设相关无砟轨道，而引入雄忻铁路需要对既有大西客专铁路路基进行部分拆除、地基处理、线路进行帮宽、同时插入同步实施工程铁路道岔，对整个忻州西站北咽喉区道岔进行调整插入，满足雄忻铁路双线同时进入要求。

京太铁路(雄忻段)引入大西客专同步实施工程主要工程量有破除道岔及无砟轨道2.18 km，破除路基护坡及水沟13 200 m3；柱锤冲扩桩22 756 m，重型碾压3 092 m3。L型挡土墙施工4 386 m3，悬壁式挡墙3 997 m3，泡沫轻质混凝土55 018 m3，道岔施工共12组，新增加道岔9组，移设利旧3组道岔。

3 关键施工技术

雄忻铁路从城区北部自东向西引入，上跨五保高速公路后转向南，沿二广高速公路东侧南行，主要施工内容有拆除工程、帮宽地带地基处理工程、帮宽地带挡土墙工程、路基帮宽工程、线上轨道及道岔插入工程、人工及自动化监测工程，由于工期紧张，为了确保按期开通运营，项目部经过讨论决定采用“多区段、平行流水”施工的方式，拆除一段施工一段，配足人力、物力以及机械设备，迅速形成现场大干场面。

3.1 路基及轨道拆除工程施工

路基及轨道拆除施工前，先将铁路用地范围内线路栅栏进行拆除，修筑临时施工便道，以便施工机械设备和人员进入既有铁路用地，随后对线路范围内的植被，垃圾和有机杂质清除掉，清除后的弃土堆放指定的地点(弃土场)。参照设计图纸对忻州西站北咽喉区涉及到帮宽范围内的路基边坡防护采用破碎机进行破除(见图1)，同时对线路上需要拆除的道岔和无砟轨道进行破除和平移。配备齐全的机械设备在破除的同时对所有混凝土碎块和地表土进行清运外移。

图1 施工机械设备在现场破除原有路基边坡

3.2 帮宽带基底处理

路基基底处理施工是铁路工程施工的主要环节之一，路基的好坏很大程度上决定了铁路的质量及其使用寿命。铁路路基工程中经常会遇到湿陷性黄土问题，处理的质量与选择的方法将直接影响到轨道结构的稳定性与安全性，做好铁路路基是整个铁路工程的重中之重。

在帮宽部位分别采取螺杆桩+水泥土挤密桩、旋喷桩+水泥土挤密桩加固处理，螺杆桩径0.4 m，桩间距1.8～2.0 m，正方形布置，桩长27～30 m；挤密桩桩径0.4 m，桩间距0.9～1.0 m，正方形布置，桩长6～7 m；旋喷桩桩径0.6 m，桩间距1.5 m，正方形布置，桩长20 m。地基处理设计中复合地基是不同长度桩体组成的桩体复合地基。在荷载作用下，地基中的附加应力随着深度增加而减少，为了更有效地利用复合地基中桩体的承载潜能，在桩体复合地基中，可以取不同长度的桩体以适应附加应力由上而下减小的特征。

不同的地基采用的地基处理方法不同，相同的地基由于设计和施工要求的不同，采用的方法也不同。在进行地基处理时，要对桩基混合料和混凝土进行质量监测、严格控制填料含水率和混凝土的和易性，同时要严把成孔质量、确保桩身完整性，桩孔的孔径偏小则使整桩的承载能力降低，桩孔上部扩径将导致成桩上部侧阻力增大，而下部侧阻力不能完全发挥[1]。要充分调查现场的实际情况以及设计要求，采取多种方案进行比选，在实用性、经济性、环保性等方面做到最优。

3.3 路基帮宽施工

雄忻铁路插入大西客专忻州西站同步实施工程采用42号无砟道岔插入的方式与大西客专正线连锁，引入雄忻铁路需要对既有铁路路基进行帮宽，为避免对既有线路造成影响，本设计在无砟轨道范围内采用浇筑泡沫轻质土的方式进行既有路基帮填，在有砟轨道范围内采用AB料填筑进行帮宽。

DIIK199+792.16～DK200+215.00左侧、DIIK199+794.14～DK200+215.00右侧基床底层及基床以下帮填路堤采用泡沫轻质土填筑，其中基床表层底面以下0.8 m范围内填筑高强泡沫轻质土，其余部分采用普通泡沫轻质土，泡沫轻质土宽度不小于3.0 m，于DK200+215.00～DK200+240.00左右两侧分别以1∶3的纵坡进行填料过渡，轻质土填筑最薄处不小于0.8 m，泡沫轻质土在上，常规填料在下，填料交接位置挖台阶，台阶宽度不小于2.0 m，与填料交界面台阶位置及填料交接范围既有边坡挖台阶位置浇筑的C30混凝土中间铺设一层镀锌钢丝网，以下设置聚脲高分子防水层(5 mm厚)+HDPE防渗土工膜，HDPE防渗土工膜采用GH-1型聚乙烯土工膜，厚度为0.5 mm。镀锌钢丝网采用φ1.5 mm@2.5×2.5 cm冷镀锌钢丝网。根据不同配合比下泡沫轻质土的密度与强度变化规律，采用施工湿密度570～600 kg/m3[2]。

帮填泡沫轻质土路基沿线路纵向每隔10 m设置一道横向伸缩缝，缝宽2 cm，采用高密度泡沫板填充伸缩缝，伸缩缝外表面铺设一层横向背贴式止水带。

泡沫轻质土的施工工艺特点可概括为“三点制作、两步输送、流动浇筑”。所谓“三点制作”，系指水泥浆制作、泡沫制作和泡沫轻质土制作。

同一区段上下相邻浇筑层，当施工期气温不低于16℃，最短浇筑间隔时间可按9～13 h控制；否则，浇筑间隔时间应不低于24 h。

泡沫轻质土单个浇筑区的浇筑施工时间应控制在2 h内。

应沿浇筑区长轴方向自一端向另一端浇筑；如采用一条以上浇筑管浇筑时，则可并排地从一端开始浇筑，或采用对角的浇筑方式。

浇筑过程中，当需要移动浇筑管时，应沿浇筑管放置的方向前后移动，而不宜左右移动浇筑管；如确实需要左右移动浇筑管，则应将浇筑管尽可能提出当前已浇筑轻质土表面后再移动(见图2)。同时泡沫轻质土具有轻质性、施工方便、良好的环保特性等优点，符合对路基帮宽的技术要求[3]。

图2 帮宽部分挡墙内泡沫轻质土浇筑

3.4 轨道施工

雄忻铁路引入大西客专忻州西站同步实施工程中最为重要的环节是在路基帮宽施工完成后，对线路北咽喉区雄忻铁路的道岔进行重新编组后插入大西客专正线进行连锁施工。根据设计方案，拆除原大西客专忻州西站正线1、3号道岔后向小里程方向移动，同时在大西客专正线咽喉区Ⅰ、Ⅱ道分别采用42号道岔与雄忻正线Ⅰ、Ⅱ道(即大西Ⅲ、Ⅳ道)进行连接。由于高速铁路无砟轨道的结构是利用扣件进行连接的，因此对地基的接触有着比较高的要求，所以在施工时做好轨道的控制是施工过程的重点和难点[4]。同时无砟轨道的几何状态的平顺性通过轨道几何状态测量仪来监测获取，通过内符合和外符合精度两大指标评价轨道几何状态也能最大节约成本[5]。

3.4.1 正线无砟轨道施工

钢轨采用100 m定尺长、U71MnG、60 N无螺栓孔新钢轨，曲线半径R≤2 800 m地段采用100 m定尺长、U71Mn热处理钢轨，其质量应符合《高速铁路用钢轨》(TB/T 3276-2011)、《60 N、75 N钢轨暂行技术条件》(TJ/GW 142-2015)高速铁路部分等相关技术条件要求；一次铺设跨区间无缝线路。该类无砟轨道在路基、桥梁、隧道区段其结构组成基本相同，有利于标准化设计和施工[6]。

变更后正线无砟轨道设计标准同原设计，其中钢筋由HRB335改为HRB400，岔区轨枕埋入式无砟轨道结构高度改为860 mm。无砟轨道拆除段落起始位置不在原道床板施工缝位置或与岔区无砟轨道分界位置的情况，根据现场实际情况，采用如下方案处理施工缝：

(1)拆除无砟轨道段落起终点位置，露出纵向钢筋长度不小于1 000 mm，并进行除锈处理，纵向钢筋搭接长度不小于700 mm，同一连接区段内纵向钢筋的搭接接头面积百分率不应大于25%。

(2)利用锚固钢筋，将无砟轨道拆除范围两侧道床板与支承层进行锚固，锚固钢筋直径为20 mm，长度为490 mm，保证伸入支承层锚固深度不小于250 mm，锚固钢筋数量、位置与原设计施工缝锚固钢筋数量、位置相同，锚固钢筋布置见图3。

图3 无砟轨道锚固钢筋布置

3.4.2 有砟轨道施工

(1)钢轨

一般地段采用60 N、定尺长100 m的U71Mn无螺栓孔新钢轨，曲线半径R≤1 200 m地段采用60 N、定尺长100 m的U71MnH钢轨，其质量应符合相应速度等级的钢轨相关要求。

(2)轨枕及扣件

采用2.6 m长Ⅲa型混凝土枕(图号：专线3393)，轨枕铺设根数均为1 667根/km，采用弹条Ⅱ型扣件。

(3)道床

采用一级碎石道砟，道砟上道前应进行清洗，道砟的物理力学性能及清洁度应符合《铁路碎石道砟》(TB/T 2140-2008)相关规定级配碎石路基地段采用单层道砟，面砟厚30 cm。

3.4.3 道岔施工

本次设计雄忻铁路接入本站北部咽喉，经上、下行联络线分别在大西正线新增60 kg/m、42号道岔共2组；忻州西站最外侧道岔向区间方向移设247 m，北咽喉共移设60 kg/m、18号道岔3组，新设60 kg/m、18号道岔3组。维修工区随咽喉区的改造而局部移设。根据站场设计图进行道岔区基准控制测量，确认无误后再进行道岔和无砟轨道桩位放样[7]。

3.4.4 轨道施工技术常见问题及控制要点

轨道施工过程中常见问题有尖轨轨距较小，不易调整到位，心轨处支距过大，直曲股偏差过大等[8]，针对以上问题，制定相关控制要点。

(1)建立健全质量管理体系，严格施工过程控制，针对不同工序、不同施工内容制定并实施作业指导书、质量实施细则和质量监测大纲，保证最终的施工质量。

(2)控制无砟轨道施工边界条件，道岔施工前，桥梁沉降和徐变评估、路基沉降评估等必须达标，CPⅢ网复测精度达标。

(3)在精调测量中，配置高精度的全站仪、电子水准仪，轨道板精调系统等精调支架加工及安装精度也是混凝土灌注过程中道岔线性不变化的重要保证[9]。

(4)根据气候条件，进行严格的施工作业控制，如测量和精调应选择在温差不大、阳光不强、少风、无雨的天气，道床板混凝土灌注则应选择在温差不大、阳光不强、无雨或小雨的天气。

(5)道岔部件在储存和运输、吊装过程中，应切实采用诸如吊梁+吊带吊装、轴线运输车+托架运输、硬化地面、轨木支垫等措施以确保道岔部件特别是钢轨件不变形、无损伤。

(6)道岔组装采用道岔组装平台或道岔平移台车，首先保证道岔组装的内部几何质量，确保道岔部件组装正确、准确、完整，以良好的道岔内部几何为良好轨道线形提供保障。

(7)道岔轨排调节装置和固定装置必须保证其加工精度，安装稳固、牢靠，防止轨道板精调后产生移位变形，影响轨道板铺设精度。

(8)道岔道床板混凝土灌注之前，必须对道岔轨道线形进行复测，并设置隔离区，以防止车辆和行人从上通过扰动道岔轨排。

(9)轨道精调根据需要调整的数据和调整材料的型号规格准备材料。先调整基准轨，另一条轨用道尺根据轨距和超高控制，要参考轨道监测小车测量数据避免三角坑[10]。

(10)严格控制道岔焊接锁定及工电联调边界施工条件，焊缝打磨时应严格控制打磨情况，避免出现过打磨，即不可恢复性打磨，如轨顶凹陷等。

(11)当道岔各个部件安装紧密之后，在道岔上安装一定数量的勾锁器，便于后期精调工作的展开，为了精调工作顺利进行，还应该搭建一段5 m以上的工具轨[11]。

(12)加强与设备接收单位的联系和沟通，争取设备接收单位从道岔组装施工开始到交验结束全过程参与质量控制。

(13)无砟轨道铺设后，应及时完成道岔前后无砟轨道的施工，因故不能施工的，应及时将恒载施工完成，如完成轨道板预铺等，以防止岔区因地基变形引起的道岔两端无砟轨道翘曲变形。

3.5 自动化监测

根据监测方案总体目标以及确定的监测范围，忻州西站拆除路基段落施工过程中，重点监测DK199+845～DK200+635范围内的沉降变形，由此可以评估忻州西站拆除路基段落施工对未拆除及新建段落造成的影响。

根据监测方案设计原则，于忻州西站拆除路基段落监测范围布设自动监测系统。大西铁路DK199+845～DK200+635段正线左侧沿线路方向布置3条测线，DK199+845～DK200+010段正线右侧沿线路方向布置1条测线，每条测线设1个基准点，每条测线上每隔15 m设一个监测点。

此外，忻州西站DK199+845～DK200+635段的4条测线，需在拆除路基段落开工之前安装调试完成。期间对忻州西站4条测线进行自动化监测以获取各监测点的初始高程及沉降变形趋势，为拆除路基段落施工后准确评估施工对忻州西站新建或未拆除段落的影响提供初始条件。

忻州西站拆除路基段落现场监测元器件安装于轨道底座板下混凝土封闭层上，元器件选型的原则为分辨率、量程及工作环境等满足现场监测要求，此外需体积小，便于安装、易于保护。整套监测设备安装后高度不得超过轨面高程。

施工期间按时进行观测，施工完工后连续30 d路基的变形量小于设计要求后每5 d观测1次。如果发现变形，则继续每天进行观测，具体终止观测时间根据评估结果确定。

在既有大西客专路基DIIK199+793.67～DK200+950.00范围内设置静力水准仪、关联沉降板等设备进行路基变形的自动化监测。经过人工监测与自动化监测数据对比分析可知，自动化监测的数据与人工监测的数据基本吻合，两者监测的数据差值在毫米级范围变化，说明自动化监测的数据也是可靠的[12]。

4 结束语

通过资料分析、现场施工、室内外试验及实际工程应用，对高速铁路路基帮宽关键技术及工程应用进行研究，主要得到以下结论：

(1)针对湿陷性黄土地基处理，采用复合地基的设计方案能够完全满足地基承载力需求，多桩型复合地基可很好地解决不良地基状况，满足工程对较高地基承载力的需要，且具有很好的经济效益。

(2)为防止泡沫轻质土主体工程出现质量问题，采用厚度0.6 m、长度10 m、埋入式浇筑的分层连续式施工工艺；创新采用了砌筑加气混凝土块作为快速分区施工支挡结构；同时采用加气混凝土块砖墙侧壁铺设高密度聚苯乙烯泡沫板作为分隔缝，应用其高压缩的特性，起到应力释放的作用，提高泡沫轻质土结构的使用性能和耐久性能。

(3)针对路基边坡破除后帮宽的技术处理，在泡沫轻质土帮宽部分采用凿毛植筋处理、在帮填AB料部位采取对原有路基边坡挖台阶等处理方法，在后期帮宽过程中采用埋设观测点进行人工监测，及时采集路基偏移和沉降数据，确保了新建路基和原有路基的整体性、安全性。

(4)通过对在轨道线路上埋设自动化监测设备，对既有路基和新建路基的轨道整体沉降和新旧路基在施工及运营过程中的侧向偏移进行全时段监测，掌握了新旧路基运营后的数据，为大西正线开通运营提供了有效的数据支持。

(5)在雄安-忻州高铁接入大西客专路基工程成功应用，显著减小了路基帮填对既有大西客专线路的影响，为忻州西站线路的长期安全服役提供了有力的技术支撑，并解决了多项高速铁路路基泡沫轻质土应用难题，完善了高速铁路路基泡沫轻质土技术体系，奠定了我国高速铁路路基领域泡沫轻质土应用基础，应用效果良好。