既有铁路工程中线路加固及地基处理技术分析

文／陈俊宏 中铁四院集团南宁勘察设计院有限公司 广西南宁 530003

引言：

在经济社会繁荣发展的背景下，为了配合全国各地的经济建设、满足各个建设主体的交通运输要求，我国的交通网络逐渐密集，并且朝着高速的方向不断发展。在完善交通网络的过程中，不可避免要与既有铁路工程产生交集。面对这种情况，需要相关人员尽可能减小对既有铁路运行的影响下完成施工。因此，研究既有铁路工程中的线路加固技术和地基处理技术就是一项十分重要的工作。

1.工程案例

在城市化建设和经济社会持续发展的背景下，为了提高交通网络的运输能力、完善交通网络，铁路、公路之间的交叉越来越多。

某工程位于平原地区，地层中有着较为丰富的承压水。在经过环境勘察和水文条件调查之后，发现该工程施工区域内的承压水位低于浅部水位，整体埋深在2.5m～10.5m 之间。另外，地表水是施工区域内浅层承压水的主要来源和补给途径。

该工程的道路中心线与铁路中心线的夹角为39°，施工时使用了4 个单孔框架，框架横向长度为21.560m。在加固线路时，主要使用了D 型便梁加固法。

2.线路加固技术

2.1 吊轨法

吊轨法主要在跨度较小的工程中使用。在施工过程中选择吊轨束梁时，通常会使用P43 以上的钢轨[1]。吊轨束梁有着不同的组合方式，需要以铁路工程的荷载能力、线路跨度、铁路运输要求等具体条件为参考依据。根据实际情况的不同，吊轨法又可以细分为单层轨束梁和双层轨束梁两种不同的方法。单层轨束梁一般会使用2～9 根轨。当轨数大于4 时，施工人员要将所有轨放置在同一水平面上，并交错安排轨缝，进行固定。双层轨束梁则需要角钢和结合螺栓加筋钢轨，以提升荷载能力，使最终的施工效果符合预期，能够满足铁路工程的建设需求。

该技术的施工过程比较简单，有着较好的加固效果，能够在很大程度上将工程的施工设想变为现实。另外，该技术施工现场的控制难度相对较低。

2.2 吊轨横梁法

吊轨横梁法在吊轨梁的下方布置了钢横梁，为了增加施工的稳定性，施工人员需要布置两个受力点。在实际工程建设当中，吊轨横抬梁的滑动方式有以下三种。

第一，钢横梁为工字型时，施工人员可以先穿入槽钢，然后拖入工字钢。此时，槽钢可以在框架顶部滑行，并连接横抬梁和吊轨。在这一过程中，施工人员可以使用U型螺栓，使施工更加便捷。在施工时，施工人员需要布置胶垫，保障通信信号的畅通。

第二，施工人员可以安装钢滚轴。通常情况下，在使用吊轨横梁法时会将钢滚轴设置在横抬梁和框架桥的顶部。使用该方法时，施工人员可以利用钢滚轴改变现有的线路荷载摩擦系数，使施工过程更加顺利。

第三，施工人员可以借助轨道小车的作用，在横抬梁下方布置轨道小车，实现吊轨横抬梁的滑动。这种方法在施工过程中受排水坡的影响较小，有着较好的施工效果，因此使用范围和频率较高。

2.3 纵横梁加固法

纵横梁加固法的应用范围较广，一般应用于大跨度顶进框架桥的施工中，有着较好的施工效果。在现阶段的铁路工程地基加固项目中使用纵横梁加固法，通常会使用工字钢和钢枕，并且纵梁和横梁的材质也有着具体要求。按照线路间距的不同，纵横梁加固法有单线和双线两种施工方法。在面对曲线和直线线路时，也有着不同的施工手段和技术要求。

该方法的施工结构简单，随着实践活动的验证和技术的发展，已经有了较为成熟的技术工艺。该方法可以增加线路间距，对线路运行状态的影响较小。该方法在施工过程中有横抬梁和纵梁两个受力主体，能够充分利用不同结构的受力关系分散压力。另外，该方法不需要使用质量较高的基础结构，对框架孔径结构、线路间距、施工长度等的要求不高，施工难度较低，能够有效减少附属工程的施工压力。

2.4 D 型施工便梁技术

在施工过程中，D 便梁的安装方法有以下两种。

第一，在施工方案的指导下定位一片纵梁，并垫高另一处纵梁。一般情况下，第二片纵梁需要垫高20cm，以便于施工人员在接下来的施工过程中更换枕木。当施工人员将纵梁调整到稳固状态之后，需要布置牛腿和连接板，抽出枕木，然后设置横梁。施工人员要按照施工要求和标准安装扣件，避免发生短路[2]。

第二，按照施工方案将各个位置的横梁布置完成之后，施工人员要调整枕木之间的距离，安装橡胶垫和扣件。连接横梁和纵梁。在这一过程中，施工人员需要注意连接板和牛腿上的螺栓，必须保证所有螺栓安装到位，不会出现松动的现象。

需要注意的是，施工人员在施工过程中要尽可能避免接触钢轨接头。D 型便梁的使用规格和参数都有着明确规定，施工人员需要遵守相关的施工规范和制度要求，不能随意更改参数。另外，在施工过程中使用的钢轨垫板材质应为氯丁橡胶，并将其厚度维持在20mm 左右。

2.5 其他线路加固方法

第一，当工程建设需要接长既有涵洞且有着较小的基坑开挖量时，施工人员可以使用钢轨桩或钢管桩保护既有铁路线路。使用这一方法时，需要把控行车速度，以免影响施工建设的正常进行和工程质量。施工人员可以在路基坡脚布置直径为5mm 的钢管，利用钢管的支撑作用加固线路。在布置钢管时，施工人员应该将打入深度控制在二线基坑底以上桩长的0.6 倍范围之内，并使用锚固桩固定钢管。

第二，综合加固法。该技术手段可以应用在车站咽喉区。这一位置的线路加固工作较为困难，由于轨道和设备的空间分布较为复杂，某一种线路加固方法并不能完成整体的加固工作，或是线路加固效果较差。因此，施工人员需要使用综合加固法，用来保障工程质量。施工人员需要全面分析现场的施工条件，根据施工条件的好坏和现场环境的复杂程度选择恰当的技术工艺和手段。该方法能够有效处理咽喉区的线路加固工作，但是由于咽喉区的施工难度较高，因此需要搭配一定的安全辅助措施。

3.线路加固技术的施工要点

第一，在工程施工开始之前，相关人员应该准确测量和计算结构动力系数、曲线地段超高值等工程数据，为工程施工提供准确、科学、详细的数据信息，避免因数据问题出现失误和问题，影响整体工程的进度和交付使用。

第二，相关人员需要根据现场情况和工程要求制定科学、完善的线路加固施工方案，并参照实际因素不断调整和改进，使施工设计能够在最大程度上符合线路实际和建设要求。

第三，施工人员应该做好绝缘处理[3]。这项工作至关重要，影响着铁路行车安全。

第四，施工人员需要释放线路应力，并将应力放散长度控制为长轨条。

第五，在完成线路加固工作并拆除架空加固设备之后，需要逐渐提高列车的运行速度。一般情况下，需要在施工结束三天后恢复正常的运行速度。

第六，在施工过程中，施工人员需要控制线路结构的位移程度。施工人员可以预埋钢轨，并在纵梁和钢轨之间设置硬木，阻止轨道的位置变动。

第七，施工单位应该使用专业水平较高、加固技术比较熟练的施工工人。

4.地基处理技术

4.1 换填法

在地基的强度未能符合铁路正常运行的标准和要求时，可以使用换填法增加地基路面的强度。在施工时需要去除一部分路面表层，将线路路基一定范围内的为满足要求的地基软弱土替换为硬度较高、强度较大、不易塌陷和变形的材料，压密回填，提高地基路面的承载力和强度。在选择回填材料时，除了强度和硬度，还需要考虑回填材料的渗水性，最好选择渗水性较强的材料。另外，回填材料的具体性质和要求还应该参考铁路工程的需求，选择能够满足铁路运行需要的回填材料。

换填法的操作工序较为简单，施工人员上手比较容易。但是换填法的技术缺陷也较为明显。该方法的适用范围较窄，只有为满足铁路路基要求的地基土层厚较薄时才能使用换填法处理。如果换填深度较厚，为了保证地基强度，需要添加更多的回填材料，且会形成危险性较大的深基坑，将会提高支护成本及施工材料的成本投入，进而增加整体工程项目的施工成本。

4.2 CFG 桩法、水泥土搅拌桩法

CFG 桩法是在碎石桩的基础上掺石屑、粉煤灰和水泥，加水拌和制成的具有一定粘结强度的桩体（现工程项目中，考虑施工便捷性，桩体材料也常使用低强度素混凝土），其与碎石垫层及高强度的土工格栅构成柔性桩网复合地基。

水泥土搅拌桩利用水泥作为固化剂，通过特制的搅拌机械，在地基深处将软土和固化剂强制搅拌，利用固化剂和软土之间所产生的一系列物理-化学反应，使软土硬结成具有整体性、水稳定性和一定强度的优质地基。按施工机械叶片搅拌的方向不同分为单向水泥土搅拌桩和多向水泥土搅拌桩。处理深度大、地基承载力要求高时，宜采用多向水泥土搅拌桩。同CFG 桩一致，桩体与褥垫层+土工格栅共同构成复合地基。

碎石褥垫层的设置使桩间土承载力的发挥不单纯依赖于桩的沉降，而是使路基荷载均布于桩间土上，使桩土共同承担载荷。

经数十年的应用与发展，现如今该技术日渐成熟，其技术进步主要体现在将传统的“挖桩头、截桩头、桩身质量检验、施做桩帽、回填桩间土并密实”的施工工艺转换为“清理场地、碾压密实、控制成桩桩头高程、桩头以下2m 深度范围内采用加密振捣（消除桩头下60cm 混凝土不密实带来的隐患）、清理成桩土、桩身质量检验、机械开挖桩帽土模、浇筑桩帽混凝土”[4]。该技术进步减少了挖、截桩头的繁杂工序，避免了因截桩头造成桩体破坏的风险，节省了混凝土材料，提升了技术经济效益。

4.3 就地固化法

就地固化法是指在施工过程中利用水泥或石灰等其他凝固后能够提高强度的物质作为固化剂，通过搅拌机械，在地层深处就地将软土与固化剂充分混合，由固化剂和软土之间的物理-化学反应，使软土固结，从而提高地基的的强度和承载力，减少路面塌陷变形的可能性。混合物质的铺设可以利用分子反应增加地基路面的强度和承载力，减少路面塌陷变形的可能性。

这种地基处理技术通常会应用在含水量较高、软土、淤泥土、粘性土等荷载承受能力较低的地基中。由于水泥土材料有着较强的硬度和承载力，所以该地基处理技术能够为地基的强度带来较大的提升，提高荷载承受能力，减少地基沉降，将地基的整体状态维持在较为稳定的水平。

4.4 注浆法

注浆法是利用液压、气压或者电化学原理，把浆液均匀注入地层中，浆液以充填、渗透、固化、挤密等方式，替换土颗粒间或者岩石缝隙间的水分和空气，浆液固化成固结体，与原来的地层形成一个强度、防水以及化学稳定性等性能有所提高的结石体。除采空区及岩溶路基加固外，注浆法也常用于铁路既有路基、涵洞等下沉开裂病害治理。该方法能降低路基的渗透性，提高路基的强度，减少路基的沉降或不均匀沉降，增加路基的化学稳定性。

注浆材料主要为水泥浆，当空洞裂隙较大时，还可掺入适量砂、黏性土、粉煤灰、水玻璃或其他掺合料。注浆法的注浆效果取决于被注介质的可注性，同时也受水文地质条件的制约，故工程实践中，需根据工程、水文地质条件，明确注浆目的，制定专门的注浆方案呢。由于溶洞、土洞、岩土体裂隙等注浆填充通道具有不规则性、各向异性等特点，注浆通道的开度、填充程度不统一，在注浆过程中往往会发生动态变化，因此施工时施工人员应遵循“探灌结合”的信息化施工原则，根据探查和施工揭示的地质特征及时调整注浆范围、参数、工艺。

4.5 排水固结法

排水固结法主要分为真空预压法及堆载预压法，其技术原理利用了预压荷载作用处理地基，由于该方法的技术操作较为简单，资金投入较少，适用于处理饱和软土地基，因此，有着较为广泛的应用范围。使用排水固结法时，施工人员需要关注预压材料的具体情况。如果在真空预压环节未能选择较为合适的预压材料，或是使用数量过大，真空预压工作的效果将会大大降低，进而导致地基的固结速度放缓，延误工程的交付期限。

通过工程项目实践活动的证明和验证，排水固结法有着一定的技术缺陷，第一，该方法只能起到加速固结和沉降的作用。如果工程对固结和沉降速度没有过高的要求，那么排水固结法的应用意义和效果将大大缩小。第二，排水固结法的处理深度有限，当地基处理深度过深时，排水固结法产生的孔压将会有着较大的消散难度，为后续的工程施工和收尾工作带来一定的麻烦。第三，由于该方法沉降大、沉降稳定时间长且质量不易控制，常用于大面积场坪工程，不适用于正线及到发线工程的地基处理。

4.6 双侧挤压法

双侧挤压法的应用场景为铁路并行既有铁路时的软土地基处理。在铁路并行时，软土地基的内部结构更加容易塌陷和变形[5]。为了解决这一问题，保障铁路的正常运行，施工人员可以在铁路两侧布置防护栏，分担软土地基承受的一部分压力，一旦遭遇强压，防护栏对缓解地面塌陷的程度起到一定作用。为了保证工程质量和防护栏强度，通常会建设实心的防护栏。一般情况下，防护栏的高度数值需要根据软体地基的具体情况判断，通常为软土地面填充的一半。

除此之外，施工人员也可以在软土地基中设置加强筋，在横向上分散软土地基的承重载荷和路面压力。这种方法在增加软土地基强度的基础上，还起到了加强路面稳定性的作用，降低了路面变形、开裂和塌陷的概率，也在一定程度上便利了路面的排水。

5.地基处理技术的施工要点

第一，既有铁路地基的类型多种多样，所在区域的地理环境和气候条件也不尽相同，不同施工单位的综合实力同样存在差异，因此，在选择地基处理技术时，应该全面考虑施工成本、技术要求、工程需要、施工单位现有资源、既有铁路具体情况和施工区域的客观环境，将所有因素综合起来，挑选合适的地基处理技术。

第二，施工单位需要制定科学、全面的施工制度，明确划分各个部门、岗位和人员的权责范围和工作内容，将施工建设的各项工作内容和任务分摊到对应到的部门、岗位和人员上[6]。

第三，施工单位需要加强质量安全管理。在这方面，施工单位可以加大宣传力度，向施工人员灌输工程质量安全的重要性和必要性，通过培训学习的方式在施工人员的心目中树立安全意识和责任意识，使施工人员在工作过程中注意每一项工作的质量，严格按照对应的工作标准和要求完成施工任务。

第四，施工单位应该完善监督管理体系。为了确保施工方案能够得到落实，施工单位需要组织专门的监督管理领导小组，监督现场的施工情况。当监督小组在工程施工中发现了施工问题或落实不到位的情况，需要立刻向相关发出整改通知，并持续跟进该责任主体的改进行为，直至问题得到解决。

第五，施工单位需要为项目施工提供充分的机械设备。先进的机械设备不仅可以提高施工效果、缩短施工时间，还可以节省人力物力。施工单位应该根据工程建设要求、施工工艺所需的设备类型和现阶段可以用于购置设备的资金数量采购设备。

结语：

在既有铁路工程中加固线路，可以使用吊轨法、吊轨横梁法、纵横梁加固法、D 型施工便梁技术、其他线路加固方法等多种技术。在地基处理时，则可以使用换填法、CFG 桩法、水泥土搅拌桩法、就地固化法、注浆法、排水固结法、双侧挤压法等。需要注意的是，不同方法的技术条件和适用范围不同，在应用时需要施工人员根据现场情况合理安排。