高原地区铁路无砟轨道道床板裂纹控制技术

李建伟

(中铁十七局集团有限公司,山西 太原 030000)

随着我国铁路跨越式发展战略的推进和国家中长期铁路网发展规划的逐步实施，无砟轨道技术也得到不断的发展和提高[1]。近几年，无砟轨道施工裂纹控制技术已相对成熟[2]。但是，有关高原地区无砟轨道裂纹控制的经验还比较少[3-4]。在一些地质复杂的地区修建铁路，由于其复杂的地质和气候特征，无砟轨道施工面临许多新的问题，具有一定难度,尤其需要解决无砟轨道裂纹控制问题。为了保障这些复杂地区铁路施工质量，施工管理和控制尤为重要。

本文结合西藏拉林铁路某段隧道无砟轨道裂纹控制施工工作实例,就高原地区无砟轨道施工过程中采取的裂纹控制技术和管理措施进行分析介绍,为今后类似工程提供施工经验。

1 概述

1.1 工程概况

拉林铁路是西藏自治区境内一条连接拉萨市与林芝市的国家Ⅰ级电气化铁路，是川藏铁路的重要组成部分[5]。

新建川藏铁路拉萨至林芝某标段，全长32.919 km。隧道内采用弹性支撑块式无砟轨道结构。

该标段位于藏东南地区，地处雅鲁藏布江桑加峡谷地貌，地形起伏较大，线路平均海拔为3 070 m。施工现场属于高原半干旱季风气候区。具有气压低、空气稀薄、氧气少；昼夜温差大；日照充足，辐射强烈，气候干燥；气候类型复杂；垂直变化大等特点。雅鲁藏布江流域气温从上游向下游逐渐升高，从谷底向两侧山地不断降低，沿线气温随纬度增大和海拔增高而递减。风向多与河谷走向一致，10月下旬至次年5月为干风季节。

1.2 裂纹情况及产生原因

混凝土裂纹是在工程施工过程中普遍存在的质量通病。作为混凝土结构的无砟轨道在施工过程中同样不可避免的会出现裂纹问题。在该标段先期无砟轨道试验段施工中，无砟轨道道床板出现支撑块四角八字裂纹、龟裂纹、横竖向表面裂纹等，绝大部分裂纹宽度在0.2 mm以内。

经研究分析，道床板混凝土表面裂纹主要由高原恶劣环境、无砟轨道结构特性、混凝土施工性能、养护条件等因素造成；隧道施工缝、变形缝与无砟轨道分块位置不一致也能造成无砟轨道道床裂纹。

2 裂纹控制方案

混凝土出现裂缝以后，在开裂部位极易形成结构薄弱环节，从而增加混凝土同周围环境的接触面，加剧混凝土的裂化程度。为了确保混凝土结构的耐久性，铁路混凝土结构耐久性设计规范[6]中明确规定：“混凝土表面受力裂缝宽度不大于0.2 mm。由非荷载因素引起的混凝土裂缝，可以通过混凝土优选原材料、优化配合比、养护施工以及合理构造等措施来控制裂纹。”依照这个原则，制定了以下裂纹控制的方案。

1)原材料优选、优化混凝土配合比、浇筑工艺及养护工艺，加强混凝土原材料防裂性能指标。

2)道床混凝土施工严格按照TB/T 3275—2018铁路混凝土5.3.1中轨道不超过140 mm进行混凝土坍落度的控制，混凝土入模工艺确定为料斗入仓。

3)道床板混凝土遵照“三低一高”(低胶材用量、低用水量、低坍落度和高含气量)原则配置。

4)支撑块轨枕四周增设环向抗裂钢筋，轨枕之间增设斜向抗裂钢筋。

3 裂纹控制主要措施

3.1 管理措施

为确保施工质量，道床板施工由副经理以上项目领导任现场总指挥；每个作业面不得少于两名质检员24 h旁站。

无砟轨道施工时，项目工程部、安质部、实验室进行现场盯控。施工过程中做好各项记录，每段完工后及时做好现场总结。

3.2 施工技术措施

3.2.1 原材料优选

1)钢筋。

a.原材料。钢筋原材料进场必须经过检验，钢筋材料应满足TB 10413—2018铁路轨道工程施工质量验收标准。

b.新增防裂钢筋。新增V型及环向防裂钢筋，防裂钢筋严格按照设计图纸施工(见图1)。

c.钢筋保护层。严格控制新增V型、环型防裂钢筋的保护层厚度，保护层厚度偏差为0 mm～5 mm，以防止保护层过厚，出现裂纹。

d.钢筋间距。道床板顶板钢筋间距应严格控制，尤其弹性支撑块两侧钢筋，应尽量靠近弹性支撑块，间距偏差不大于10 mm。

2)混凝土配合比。

混凝土原材料要求满足TB 10424—2010铁路混凝土工程施工质量验收标准。各类材料检验验收符合国家标准和铁路行业标准。

混凝土采用低收缩性高抗裂性混凝土，满足TB/T 3275—2018铁路混凝土、《铁路混凝土工程施工技术指南》(铁建设[2010]241号)要求，遵照“三低一高”(低胶材用量、低用水量、低坍落度和高含气量)原则配置，入模坍落度不大于140 mm。

道床板混凝土原材料、配合坍落度要求符合TB/T 3054铁路混凝土工程预防碱-骨料反应技术条件、TB 10005铁路耐久性设计规范等铁路混凝土施工及验收最新标准。

3.2.2 混凝土施工过程控制

1)施工准备。

在混凝土浇筑前，对底板及支撑块进行充分的湿润且不能有积水，模板及支撑块要清理干净。

在进行混凝土浇筑前，首先检查和确认精调结果。如果轨道放置时间超过6 h，或环境温度变化超过15 ℃，或受到外部条件影响，必须重新进行精调。

钢轨要求使用防护罩保护，以确保扣件和轨枕不被混凝土污染。

在进行混凝土浇筑前，还要求现场检测混凝土拌和物的温度、坍落度、泌水率和含气量等。在混凝土性能指标符合设计和配合比要求时，方可浇筑。

在弹性支撑块轨排组装前，要求检查承轨台两外侧塑料打包带是否松动、脱落、断裂。一旦发现上述情况，及时进行处理,并重新进行绑扎，以确保施工时道床支撑块与套靴绑扎牢固。在完成道床板养护前，严禁抽除、剪断绑扎带。

2)混凝土拌和与运输。

道床板混凝土在拌和站集中拌制。施工时采用料斗进行浇筑。由于单线隧道断面小，混凝土车无法在洞内调头和错开，要求现场指定专人指挥车辆。当混凝土运输车将混凝土运送至施工现场后，要求检测每辆车混凝土的坍落度、含气量及温度指标。混凝土经过检测合格后，方可进行卸料。混凝土入仓加工时间不允许大于混凝土初凝时间。

3)混凝土布料。

a.混凝土布料采用三点“之”字形路径均匀布料(见图2)。采用由一端向另一端进行连续布料的方式，将每一根轨枕下布满混凝土；不允许混凝土从一侧自然流到另一侧；在下料的过程中，必须对混凝土及时进行振捣，下料要求均匀缓慢；不允许冲击轨排；确保混凝土骨料均匀；防止混凝土离析、骨料不均；严禁用振捣棒将混凝土赶到弹性支撑块位置，尤其是支撑块外侧，避免弹性支撑块附近骨料少，造成混凝土开裂。

b.混凝土入模灌注从一端开始分段、分层浇筑，第一层浇筑高度控制在支撑块套靴底面高2 cm，待第一层混凝土充分捣固，特别是支撑块底部振捣密实后再浇筑上层混凝土。道床板浇筑前按要求对基础表面采用刨铣或凿毛，将基础表面清理干净，并洒水充分湿润基础，但不得有积水。

4)混凝土振捣。

对混凝土进行浇筑时，同时进行振捣作业。如果遇混凝土多余或不足时，要及时进行处理。

a.混凝土沿线路纵向从支撑块一侧边浇筑边振捣，直至混凝土从支撑块底部前方流出。对弹性支撑块下方及四周加强振捣，以确保弹性支撑块下方无气泡和空洞现象。

为了减少八字角裂纹及支撑块周边裂纹，采用二次振捣工艺。第一次采用φ50 mm振捣棒在轨枕之间进行振捣，第二次采用φ30 mm振捣棒在轨枕四周进行振捣(见图3)。

b.混凝土振捣使用插入式振捣棒。在进行振捣时，要求捣固棒避免触碰轨排及支撑块。插点布置要求均匀,不允许漏振、过振。浇筑混凝土时，要求在轨排框架上搭设跳板,禁止作业人员踩踏钢筋、轨排框架及支撑块。同时，检查绝缘卡有无脱落，保证轨排、模板、支撑架的稳定牢固以及钢筋的绝缘效果。如果发现有变位情况，立即停止浇筑，在混凝土初凝之前完成相应调整工作。

c.在混凝土浇筑之前，逐块检查支撑块套靴口密封效果，防止由于封口破损导致混凝土浆液灌入套靴。

道床板混凝土浇筑高度(主要控制指标为距离橡胶套靴距离)要求混凝土距离橡胶套靴帽檐底部最小处为2 mm。

5)混凝土抹面和成型。

a.在表层混凝土振捣完成后，要求及时修整、抹平混凝土裸露面。在混凝土入模之后，用木抹完成粗平工作，1 h之后再用钢抹抹平。为了防止混凝土由于表面失水产生细小裂纹，在混凝土初凝之前(入模后3 h左右)，进行第二次抹面。在抹面时，严禁洒水润面，并防止过度操作影响混凝土表层质量。在抹面的过程中，加强对轨道下方、支撑块四周等部位的施工，加强对表面排水坡的控制，确保坡度符合设计要求。表面排水要求顺畅，不允许有积水。

b.在抹面完成之后，要求及时对扣件、轨排和轨枕进行清刷，防止污染。

c.在混凝土初凝之后，用10 cm钢球轻放于混凝土表面，有直径1 cm的凹陷时松开支承螺栓1/4～1/2圈，同时，松开扣件和鱼尾板螺栓，以避免由于温度的变化导致钢轨伸缩对混凝土造成破坏。在混凝土终凝时，用手指压混凝土表面，在无痕迹时，及时松开钢轨扣件，释放钢轨应力，防止温度变化钢轨伸缩拉裂新浇筑混凝土。松开扣件时间应根据现场试验的情况来确定。混凝土初凝时间采用钢球法进行测定，并现场记录相关时间。在施工过程中，严禁人员、材料碰撞、踩踏道床板。

6)道床板混凝土养护。

加强道床混凝土的养护，初凝后及时对道床板进行全面覆盖及保湿养护。

a.在混凝土浇筑完毕后1 h内对混凝土进行保温保湿养护。养护采用一布一膜覆盖洒水养护，保持混凝土处于润湿状态。安排专人负责养护，必要时采用简易滴灌措施进行养护洒水作业。混凝土拆模后，及时对新暴露的混凝土表面进行保湿养护。

b.根据铁路混凝土工程施工质量验收标准6.4.8条要求，养护时间不少于28 d。各工作面按照施工计划及养护时间配足养护材料。

c.在环境温度低于5 ℃时，禁止用洒水方式进行养护，可以在混凝土表面喷涂养护液，并采取适当的保温、保湿措施进行养护，采用冬季施工养护方法进行养护。

d.在混凝土强度达到设计强度75%前，不允许在道床板上行车以及碰撞轨道部件。

除了以上施工措施，还采取了及时修复裂纹和防风措施。在道床板混凝土浇筑完成12 h内，施工技术人员及时巡查，特别检查支撑块八字角及四周处。如果发现个别细小裂纹，及时用修补砂浆补修并进行养护。为避免隧道风加剧混凝土表面失水，同时提高洞内温度，减少作业面温差，施工前，在洞口(或施工段落)设置门帘，改善无砟轨道作业微环境。

通过以上措施，较好的解决了青藏拉林地区隧道无砟轨道裂纹控制问题。

4 体会与建议

结合青藏高原拉林铁路隧道内无砟轨道施工作业管理，就高原地区无砟轨道裂纹控制提出以下几点建议:

1)重视无砟轨道施工前置条件管理。

无砟轨道施工，必须在隧道单位工程验收合格，各种预埋、预留验收达标，沉降观测通过评估后方可实施。

无砟轨道施工前，CPIII应测设完成并通过评估。

无砟轨道施工的方案、技术交底、人员培训、工装设备整修验收合格。

无砟轨道试验段完成并形成工艺总结。

2)重视道床板伸缩缝设置。

无砟轨道施工前，应根据隧道二衬施工缝及变形缝(包括设计及实际产生的)，全隧统筹合理划分道床板块，防止无砟道床与衬砌结构的不同变形产生裂纹。

3)增设混凝土防裂钢筋。

为了加强无砟轨道防裂性能指标，有必要进行防裂钢筋结构加固。例如，在弹性支撑块式无砟轨道道床板支撑块轨枕四周增设环向抗裂钢筋，轨枕四周增设斜向抗裂钢筋及相应的架立钢筋。

4)重视高原微观环境的影响。

拉林铁路与其他铁路不同的地方，一是日温差较大，使得混凝土表面温度应力大，易开裂；二是峡谷风大，特别是隧道内形成“穿堂风”效应，使得混凝土表面失水快，易龟裂；三是气压低，混凝土内微气泡易破裂。因此，在混凝土配合比设计和施工中必须坚持“三低一高”原则。

5 结语

西藏拉林铁路本项目于2021年4月顺利通过静态验收，对施工的道床板进行全面抽样检查，没有发现各种形式的裂纹。拉林铁路于2021年6月25日开通运营。从工程验收抽查效果和拉林铁路的正常运营看，通过对现场管理进行严格要求，并采取一系列行之有效的裂纹控制措施，较好的解决了青藏高原地区无砟轨道裂纹控制问题，有效地保障了高原地区无砟轨道施工质量。