長(zhǎng)大隧道內(nèi)雙塊式無(wú)砟軌道“軌排法”施工工法
1.前言
長(zhǎng)大隧道內(nèi)“軌排法”施工雙塊式無(wú)砟軌道，是中鐵四局通過(guò)合武鐵路的紅石巖隧道、紅石埂隧道和金寨隧道三座隧道雙塊式無(wú)砟軌道施工而自主研發(fā)的，它具有操作簡(jiǎn)便、安全實(shí)用和軌排精確、快速定位等特點(diǎn)。該工法形成了一套無(wú)砟軌道測(cè)量控制和精度調(diào)整的控制技術(shù)，包括一套能滿足精度要求的基標(biāo)系統(tǒng)以及建立了粗、精調(diào)測(cè)量控制標(biāo)準(zhǔn)，保證了無(wú)砟道床整體結(jié)構(gòu)的施工精度。重點(diǎn)解決軌排的拼裝、粗調(diào)、精調(diào)以及混凝土澆筑等問(wèn)題，保證了無(wú)砟道床的施工質(zhì)量，經(jīng)總結(jié)形成本工法。
2.工法特點(diǎn)
2.1操作簡(jiǎn)便：專用設(shè)備投入少，作業(yè)工序簡(jiǎn)便，安全可靠，軌排及混凝土施工機(jī)械化，有利于現(xiàn)場(chǎng)管理和工序質(zhì)量管理。
2.2精度高：軌排自身結(jié)構(gòu)合理、穩(wěn)定性好，其支撐系統(tǒng)使中線、水平、軌面高低均可精確控制。
2.3質(zhì)量好：軌排整體性強(qiáng)，穩(wěn)定性好，軌道幾何形位易于保持。 GEDO CE軌道測(cè)量系統(tǒng)的使用，減少了施工中的人為影響因素。
2.4進(jìn)度快：二組軌排（每組14 榀）循環(huán)使用，施工中的軌排拼裝、精調(diào)及混凝土澆筑三道工序連續(xù)循環(huán)進(jìn)行，施工進(jìn)度快。
3.適用范圍
本工法適用于一般鐵路和客運(yùn)專線的無(wú)砟軌道道床施工。
4.工藝原理
長(zhǎng)大隧道內(nèi)“軌排法”是根據(jù)無(wú)砟軌道道床施工精度要求高和調(diào)整控制困難的特點(diǎn)，采用就近鋪設(shè)和便于精度調(diào)整控制的原則，在施工道床板的附近就地用輪胎式龍門起重機(jī)將拼裝好的軌排吊放至待鋪位置，再經(jīng)過(guò)鋼筋施工、綜合接地和軌排粗調(diào)等關(guān)鍵工序后，用軌檢小車測(cè)量系統(tǒng)對(duì)軌排的幾何尺寸進(jìn)行反復(fù)精調(diào)，使其完全滿足設(shè)計(jì)精度要求，最后澆筑道床混凝土一次成型。
5.施工工藝流程及操作要點(diǎn)
5.1施工工藝流程
長(zhǎng)大隧道內(nèi)雙塊式無(wú)砟軌道”軌排法”施工工藝流程見(jiàn)圖5.1。
圖5.1 長(zhǎng)大隧道內(nèi)雙塊式無(wú)砟軌道”軌排法”施工工藝流程圖
5.2操作要點(diǎn)
5.2.1精密測(cè)量
采用自由設(shè)站后方交會(huì)法布設(shè)CPⅢ控制網(wǎng)，其間距為50—60m左右一對(duì)，用CPⅢ控制網(wǎng)作為測(cè)設(shè)基線，采用軌檢小車測(cè)量系統(tǒng)高精度測(cè)設(shè)軌道的絕對(duì)三維坐標(biāo)；依靠螺桿調(diào)整器初步定位，整群定位器精確定位，反復(fù)調(diào)整達(dá)到規(guī)范要求，再利用全站儀和軌檢小車及分析系統(tǒng)稱為軌檢小車測(cè)量系統(tǒng)，對(duì)每一根軌枕處的中線和高程（對(duì)軌道進(jìn)行全斷面三維空間位置和鋪設(shè)精度進(jìn)行檢測(cè)）適時(shí)進(jìn)行測(cè)量，跟蹤精調(diào)，完成最終定位。CPⅢ控制網(wǎng)布網(wǎng)形式見(jiàn)圖5.2.1。
圖5.2.1 CPⅢ控制網(wǎng)布網(wǎng)形式圖
軌排拼裝前應(yīng)使用全站儀測(cè)設(shè)加密基樁，作為軌道鋪設(shè)精度控制的依據(jù)，根據(jù)相鄰CPⅢ控制點(diǎn)加密，采用光學(xué)準(zhǔn)直法和精密水準(zhǔn)測(cè)量方法，逐一測(cè)定加密基樁的位置和高程，并標(biāo)定點(diǎn)位；宜設(shè)于線路中線上，從基樁及加密基樁上直接引設(shè)。加密基樁間距：直線為6.25m，曲線為5m。測(cè)設(shè)過(guò)程中，加密基樁垂直于線路中線方向的限差為±1mm；每?jī)蓚�(gè)相鄰基標(biāo)間距離的限差為±2mm；每相鄰基標(biāo)間高差的限差為±1mm。標(biāo)樁間距偏差應(yīng)在兩中線控制樁內(nèi)進(jìn)行調(diào)整，不得累積。同時(shí)，在電纜槽壁上按相應(yīng)里程測(cè)設(shè)出標(biāo)高初調(diào)控制線。
5.2.2底層鋼筋的綁扎、絕緣
鋼筋布置前將混凝土底座范圍內(nèi)的基底進(jìn)行鑿毛處理并清洗干凈。然后按設(shè)計(jì)文件要求綁扎下層鋼筋，并對(duì)其絕緣性能進(jìn)行檢查。
5.2.3軌排的拼裝
軌排拼裝的工藝流程：散放軌枕→安裝扣件底板→擺放工具軌→調(diào)整間距→緊固扣件。
軌排拼裝直接在道床板鋪設(shè)位置的附近進(jìn)行，工具軌選用60kg/m12.5m的新鋼軌，按照設(shè)計(jì)軌枕間距散放軌枕，大致調(diào)整軌枕承軌臺(tái)中心線位于同一條直線上。在軌枕上擺放板下膠墊，鑄鐵底板，擋塊等。選定軌枕的一側(cè)作為基準(zhǔn)側(cè)，將工具軌平穩(wěn)地?cái)[放在擋板座槽內(nèi)，并與軌下墊板密貼吻合在一起。調(diào)整軌枕間距并緊固基準(zhǔn)軌上的扣件，再用軌距尺調(diào)整軌距并用軌距拉桿固定，最后緊固非基準(zhǔn)軌上的扣件。
5.2.4軌排的初步就位
軌排拼裝完成后，用輪胎式龍門起重機(jī)和橫梁吊具協(xié)調(diào)作業(yè)，將軌排吊放至待鋪位置。為使待鋪軌排和已鋪設(shè)好的軌排在接頭處不產(chǎn)生錯(cuò)牙和高低差，在已鋪軌排的軌頭上安裝軌道夾板，將待鋪軌排坐落在軌道夾板內(nèi)進(jìn)行精確對(duì)接。軌排就位后，拆下軌道夾板，用無(wú)孔夾具鎖定相臨軌排的軌頭。
5.2.5螺桿調(diào)整器的安裝
螺桿調(diào)整器鋼軌托盤裝到軌底，扣緊壓軌塊，使軌底與螺桿調(diào)整器托板接面處密貼無(wú)空隙。每隔三根軌枕之間的鋼軌上安裝一對(duì)螺桿調(diào)整器，用于精確調(diào)整軌道的高低和水平。螺桿調(diào)整器中的平移板安裝在中間位置，以保證能夠向兩側(cè)移動(dòng)。根據(jù)超高的不同選擇螺桿調(diào)整器托盤的傾斜插孔（用于調(diào)節(jié)與底座面的角度，確保垂直），旋入螺桿，安裝PVC管。用扳手?jǐn)Q緊調(diào)節(jié)螺桿使之接觸混凝土支承層。
5.2.6軌排的粗調(diào)
1、軌排方向粗調(diào)
在軌排的一端，以加密基樁為基標(biāo)，在基標(biāo)處吊垂球，量取垂球線至內(nèi)股或外股鋼軌軌底邊緣的距離，通過(guò)門吊及吊具使軌排橫向移動(dòng)。軌排方向調(diào)整以軌排中線與線路中線偏差不超過(guò)10mm為標(biāo)準(zhǔn)。
2、軌排高程粗調(diào)
在高程控制中，為了粗調(diào)施工的方便，預(yù)先按照放樣的施工里程測(cè)設(shè)出頂面標(biāo)高，并在線路兩邊預(yù)埋Φ20鋼筋，將紅線系在鋼筋上定位標(biāo)高。兩人牽引無(wú)彈性細(xì)線，兩端分別壓在鋼筋紅線上，一人觀察細(xì)線與軌頂頂面的距離，調(diào)整螺桿調(diào)整器支腿處豎向絲桿，指揮軌排上下移動(dòng)，使鋼軌頂面標(biāo)高與設(shè)計(jì)位置偏差不大于5mm。
圖5.2.6 軌道粗調(diào)
5.2.7上層鋼筋的綁扎、絕緣及綜合接地
在軌排粗調(diào)之后，綁扎上層鋼筋，安裝縱、橫向鋼筋及接地鋼筋�？v向接地鋼筋與橫向接地鋼筋及雙塊式軌枕塊桁架筋間采用絕緣卡絕緣，橫向接地鋼筋與其余縱向結(jié)構(gòu)鋼筋采用絕緣卡絕緣。將接地端子焊接到縱向鋼筋上。利用道床板內(nèi)三根縱向結(jié)構(gòu)鋼筋和一根橫向接地鋼筋作為綜合接地鋼筋，綜合接地鋼筋交叉處采用搭接焊工藝，用φ16的“L”形鋼筋進(jìn)行焊接。焊縫長(zhǎng)度：?jiǎn)蚊婧负附娱L(zhǎng)度不小于100mm，雙面焊焊接長(zhǎng)度不小于55mm。
5.2.8模板及固定體系的安裝
模板安裝時(shí)用電鉆在支承層面上放置模板的位置鉆孔，然后用膨脹螺栓固定特制的專用三角固定架，防止?jié)仓炷習(xí)r軌排上浮。三角固定架示意圖如圖5.2.8。
圖5.2.8 三角固定架示意圖
5.2.9軌道精調(diào)
主要使用螺桿調(diào)整器、斜向支撐系統(tǒng)和GEDO CE軌道測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行軌道精確調(diào)整。
用GEDO CE軌檢小車逐一檢測(cè)每根軌枕處的軌頂高程、軌道中線位置、線間距、軌道平順度等幾何形位。根據(jù)軌檢小車顯示的數(shù)據(jù)，調(diào)整螺桿調(diào)整器和斜向支撐來(lái)精確調(diào)整軌道的高低、方向、水平、超高。
圖5.2.9 軌道精調(diào)
5.2.10澆筑混凝土
1、混凝土澆筑前，反復(fù)測(cè)量軌排
幾何形位、鋼筋保護(hù)層厚度，檢測(cè)鋼筋網(wǎng)絕緣性能，全部滿足設(shè)計(jì)要求后，方可進(jìn)行混凝土的澆筑�；炷琳駬v快插慢拔，直到軌枕底部沒(méi)有氣泡為止，但也不得過(guò)振，防止混凝土離析。
2、道床混凝土采用混凝土運(yùn)輸車、輸送泵聯(lián)合施工。在澆筑混凝土的過(guò)程中派專人負(fù)責(zé)觀測(cè)軌道狀態(tài)，如果軌道形位狀態(tài)發(fā)生變化要立即進(jìn)行調(diào)整，保證軌道狀態(tài)始終滿足設(shè)計(jì)及無(wú)砟軌道施工指南、驗(yàn)標(biāo)的要求。
3、澆筑完的混凝土，經(jīng)過(guò)三次找平收光。第一次是在澆筑完成后，第二次是在混凝土剛初凝的時(shí)候，第三次是在初凝后快產(chǎn)生強(qiáng)度的時(shí)候。第三次收光之后，立即清理軌枕和鋼軌面的污染。
5.2.11混凝土養(yǎng)護(hù)及排架拆除
混凝土澆筑后，避免與流動(dòng)水相接觸，并在12小時(shí)內(nèi)覆蓋灑水養(yǎng)護(hù)，灑水次數(shù)應(yīng)能保持混凝土處于潤(rùn)濕狀態(tài)，道床混凝土的養(yǎng)護(hù)期不少于7天。
混凝土初凝后解開(kāi)夾板螺栓，同時(shí)將兩根鋼軌上支承絲桿放松一圈，再用扳手放松扣件等固定裝置，釋放鋼軌溫度應(yīng)力。待道床混凝土強(qiáng)度達(dá)到5Mpa后，開(kāi)始拆卸工具軌、模板和支承架。支承架絲桿拆除后，遺留的螺栓孔采用高強(qiáng)度無(wú)收縮砂漿封堵。
5.3勞動(dòng)組織
單班勞動(dòng)組織見(jiàn)表5.3。
6.材料設(shè)備
專用設(shè)備見(jiàn)表6-1，通用設(shè)備見(jiàn)表6-2，周轉(zhuǎn)材料見(jiàn)表6-3。
7.質(zhì)量控制
7.1質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)
本工法執(zhí)行《客運(yùn)專線無(wú)砟軌道鐵路工程施工質(zhì)量驗(yàn)收暫行標(biāo)準(zhǔn)》（鐵建設(shè)【2007】85號(hào)）。
7.2質(zhì)量措施
7.2.1雙塊式軌枕進(jìn)場(chǎng)時(shí)，認(rèn)真檢查控制軌枕的質(zhì)量。
7.2.2安裝鑄鐵底板，螺母的擰緊程度要適當(dāng)，以彈條中部前端下額與軌距擋板接觸為準(zhǔn)，或使螺母扭力矩保持在150N·m。
7.2.3粗調(diào)時(shí)使用水準(zhǔn)儀測(cè)量軌面高程，起落豎直調(diào)整裝置，使軌面頂標(biāo)高滿足設(shè)計(jì)值，允許偏差為0～-10mm。逐點(diǎn)調(diào)整軌道至設(shè)計(jì)中線位置，允許偏差為±5mm，并用全站儀測(cè)量復(fù)測(cè)。
7.2.4精調(diào)時(shí)每一螺桿調(diào)整器都要逐一調(diào)整，一個(gè)螺桿調(diào)整器的調(diào)整往往對(duì)鄰近螺桿調(diào)整器的調(diào)整有影響，考慮軌排水平和方向調(diào)整過(guò)程中的相互影響，應(yīng)進(jìn)行第二遍精調(diào)，才能達(dá)到施工的精度要求。允許偏差符合下列規(guī)定：
1、 軌頂高程與設(shè)計(jì)高程允許偏差：±2mm；
2、 軌道中線與設(shè)計(jì)中線允許偏差為2mm；線間距允許偏差為+5～0mm；
3、 無(wú)砟軌道靜態(tài)平順度標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)符合表7.2.4規(guī)定：
7.2.5模板必須同軌道獨(dú)立排列，不許有任何的連接，鋼模板要牢固的固定在支承層混凝土上。模板的內(nèi)側(cè)面要求平整，接縫嚴(yán)密，不得漏漿。安裝模板前要復(fù)查道床高程及軌道中心線位置是否符合設(shè)計(jì)要求，確保模板安裝正確。道床板模板安裝允許偏差見(jiàn)表7.2.5。
7.2.6混凝土采取措施預(yù)防堿骨料反應(yīng)，并符合《鐵路混凝土工程預(yù)防堿骨料反應(yīng)技術(shù)條件》（TB/T3054）的要求。
7.2.7混凝土道床澆筑前，復(fù)測(cè)軌排幾何形位、保護(hù)層厚度，且配合相關(guān)專業(yè)人員檢測(cè)長(zhǎng)軌排絕緣性能，(每一塊混凝土道床單元的鋼筋網(wǎng)架絕緣指標(biāo)，均需有檢測(cè)、確認(rèn)、簽字記錄)符合要求后方可進(jìn)行混凝土澆筑。
7.2.8道床板混凝土振搗密實(shí)后，表面按設(shè)計(jì)設(shè)置橫向排水坡，人工整平、抹光；第三次收光應(yīng)由有經(jīng)驗(yàn)的工人完成。其尺寸允許偏差符合表7.2.8要求。
8.安全措施
8.1本工法執(zhí)行《中華人民共和國(guó)安全生產(chǎn)法》。
8.2進(jìn)入隧道施工必須佩戴安全帽，穿防護(hù)服，持防護(hù)備品進(jìn)行防護(hù)，在施工地段設(shè)立安全防護(hù)標(biāo)志。
8.3現(xiàn)場(chǎng)施工設(shè)專職安全防護(hù)人員，必須隨時(shí)通過(guò)對(duì)講機(jī)和隧道口值班室保持信息暢通。
8.4施工用料卸在隧道內(nèi)一側(cè)，留另一側(cè)作為車輛通道，在每個(gè)積水井處設(shè)反光標(biāo)志，車輛在隧道內(nèi)的行駛速度不超過(guò)20km/h。
8.5機(jī)械設(shè)備實(shí)行定人、定機(jī)、定崗位的“三定”制度；認(rèn)真執(zhí)行安全操作、保養(yǎng)和交接班制度。操作人員必須進(jìn)行崗前培訓(xùn)，考核合格后持證上崗；各種作業(yè)人員必須持有勞動(dòng)部門頒發(fā)的操作證。
8.6吊車裝卸軌料時(shí)，吊物下以及周圍的所有死角均不得站人。
8.7操作人員與指揮人員必須密切配合協(xié)調(diào)一致，指揮信號(hào)必須清晰明確；操作人員必須精力集中，防止誤操作，嚴(yán)格按信號(hào)操作，在信號(hào)不清或不明確時(shí)，禁止操作。
8.8施工人員要做好"一對(duì)一"結(jié)伴監(jiān)護(hù)，防止意外傷害。由于施工中施工工種多、人員多，各工種作業(yè)人員要保持聯(lián)絡(luò)，互相提醒，禁止交叉作業(yè)。
8.9加強(qiáng)施工用電管理，對(duì)施工電線路經(jīng)常檢查維修，嚴(yán)格按照施工用電的相關(guān)規(guī)范操作。
8.10電氣操作人員必須持證上崗，非電氣人員不得亂動(dòng)、亂碰、亂接。
9.環(huán)保措施
9.1施工通道經(jīng)常灑水降塵，保持良好的施工環(huán)境。
9.2施工區(qū)域內(nèi)工器具、機(jī)械構(gòu)件擺放整齊、有序、定點(diǎn)放置，機(jī)械電氣應(yīng)定時(shí)保潔。
9.3每日工作完畢，及時(shí)清理施工產(chǎn)生的廢料垃圾，做到工完料盡、場(chǎng)清。
9.4隧道內(nèi)照明，要確保施工區(qū)域300m范圍內(nèi)滿足施工要求。其余地段可打開(kāi)部分照明燈具。
10.效益分析
10.1機(jī)具設(shè)備操作簡(jiǎn)便、實(shí)用、安全、可靠，除主要設(shè)備進(jìn)口外，在滿足質(zhì)量和工期情況下，部分產(chǎn)品盡量采用國(guó)產(chǎn)化機(jī)械,與購(gòu)置進(jìn)口設(shè)備相比投入成本節(jié)省450余萬(wàn)元。
10.2各工位操作人員精簡(jiǎn)，與“成套工裝設(shè)備軌排法”相比較，僅軌排的粗調(diào)和精調(diào)這兩道工序單工作面每天可節(jié)省6名粗調(diào)工，5名精調(diào)工，2名測(cè)量人員，共節(jié)省13人，按7個(gè)月計(jì)算，三座隧道可節(jié)約13×7×30×3=8190工天，節(jié)省工費(fèi)約50萬(wàn)元。
10.3機(jī)械化程度較高、生產(chǎn)效率高，在很大程度上實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化和自動(dòng)化，比手工作業(yè)費(fèi)用要低。三座隧道平均每日（單班）可施工軌排180m（單線），而且勞動(dòng)強(qiáng)度大大降低。
10.4軌排按就近拼裝原則，軌枕料一次卸到位，每100根軌枕節(jié)省的二次倒運(yùn)費(fèi)250元。三座隧道共需要軌枕總數(shù)為75642根，共節(jié)省成本75642/100×250元=19萬(wàn)元。
10.5工具軌、扣件、螺桿調(diào)整器等周轉(zhuǎn)材料周轉(zhuǎn)率高，可反復(fù)使可反復(fù)使用，節(jié)約了成本。
10.6雙塊式無(wú)砟軌道研制成功的同時(shí)，編制了施工工藝細(xì)則及安全和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，在無(wú)砟軌道的鋪設(shè)方面積累了一定的經(jīng)驗(yàn)，也培養(yǎng)了一批理念先進(jìn)、技術(shù)過(guò)硬的工程技術(shù)人員和施工隊(duì)伍。所有這些都為以后的高速鐵路和客運(yùn)專線的施工提供了技術(shù)儲(chǔ)備。
10.7為我國(guó)今后高速鐵路及客運(yùn)專線的建設(shè)積累了較為成熟的經(jīng)驗(yàn)，具有廣闊的推廣前景。解決了當(dāng)前我國(guó)客運(yùn)專線雙塊式無(wú)砟軌道的關(guān)鍵技術(shù)難題，提高了工作效率和技術(shù)質(zhì)量，客運(yùn)專線無(wú)砟軌道領(lǐng)域的技術(shù)水平將有所促進(jìn)，社會(huì)效益明顯。
11.應(yīng)用實(shí)例
滬漢蓉通道是國(guó)家規(guī)劃“四縱四橫”快速鐵路通道之一，為設(shè)計(jì)時(shí)速250公里的客運(yùn)專線。紅石埂隧道、金寨隧道、紅石巖隧道位于安徽金寨縣境內(nèi)。 紅石埂隧道為雙線直線隧道，線間距5.0米，進(jìn)口里程DK141+930，出口里程DK147+041,全長(zhǎng)5111m。金寨隧道為雙線隧道，線間距從5米過(guò)渡到4.6米，進(jìn)口里程DK149+959,出口里程DK160+725，全長(zhǎng)10766m。紅石巖隧道為雙線隧道，線間距4.6米，進(jìn)口里程DK181+373，出口里程DK189+230,全長(zhǎng)7857m。
三座隧道于2008年4月開(kāi)始施工，2008年11月優(yōu)質(zhì)、高效地完成了雙線共23.669km的雙塊式無(wú)砟軌道施工，經(jīng)檢驗(yàn)合格率100%。2008年12月19日開(kāi)始開(kāi)行時(shí)速250公里的動(dòng)車組試驗(yàn)車，通過(guò)動(dòng)態(tài)檢驗(yàn),并于2009年4月1日正式開(kāi)通動(dòng)車組的運(yùn)營(yíng)，各項(xiàng)指標(biāo)完全滿足時(shí)速250公里及以上運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)。
本工法通過(guò)上述三座隧道的成功開(kāi)發(fā)與應(yīng)用，取得了雙塊式無(wú)砟軌道施工快速優(yōu)質(zhì)的成績(jī)，有效地縮短了施工工期，大大提高了作業(yè)效率，實(shí)現(xiàn)單工作面平均月進(jìn)度折合單線5.4km，平均日進(jìn)度可達(dá)180m以上，社會(huì)、經(jīng)濟(jì)效益明顯。
