哈大鐵路客運(yùn)專線TJ－3標(biāo)關(guān)鍵施工技術(shù)

王 珣

(中交第四公路工程局有限責(zé)任公司，北京 100022)

1 概述

哈大鐵路客運(yùn)專線TJ－3標(biāo)段位于吉林和黑龍江兩省，經(jīng)過四平、長(zhǎng)春、松原、哈爾濱轄區(qū)，起訖里程為D1K579+140～DK926+560，正線全長(zhǎng)345.645 km。本標(biāo)段橋梁總長(zhǎng)約286.421 km，占標(biāo)段總長(zhǎng)度的84.9%。路基(含站場(chǎng))共42段，總長(zhǎng)約51.009 km，占標(biāo)段總長(zhǎng)度的15.1%。涵洞72座。車站6座。全段預(yù)制簡(jiǎn)支箱梁8512孔，設(shè)置14個(gè)梁場(chǎng)。全段設(shè)置預(yù)制軌道板廠7處。鋪設(shè)無(wú)砟道床686.697 km;鋪無(wú)砟軌道298.908 km。設(shè)1個(gè)鋪軌基地，即雙城基地。

目前，對(duì)于鐵路工程施工環(huán)境溫度分區(qū)，尚無(wú)明確的標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)《建筑氣候區(qū)劃標(biāo)準(zhǔn)》(GB50178—93)及《民用建筑熱工設(shè)計(jì)規(guī)程》(JGJ24—86)之規(guī)定，本標(biāo)段位于Ⅰ區(qū)，即嚴(yán)寒地區(qū)，沿線廣泛分布季節(jié)性凍土。

哈大客運(yùn)專線是我國(guó)修建在嚴(yán)寒地區(qū)的第一條高速客運(yùn)專線，TJ－3標(biāo)位于哈大客運(yùn)專線的北端，年平均氣溫4.4～8.4℃，極端最高溫度36.1～39.8℃，極端最低溫度－39.9～－32.8℃，年平均降雨量481.8～682.7 mm，年平均蒸發(fā)量1 226.0～1 781.5 mm，平均相對(duì)濕度62% ～65%，年平均風(fēng)速2.8～3.9 m/s，最大定時(shí)風(fēng)速12.0～34.0 m/s，年平均8級(jí)以上大風(fēng)日數(shù)4～40.5 d，最大月平均日較差11.6～14.3℃，最大積雪厚度17～30 cm，最大季節(jié)凍土深度137～205 cm。哈大客運(yùn)專線TJ－3標(biāo)所處的環(huán)境非常特殊，由于客運(yùn)專線的耐久性及高服役年限的要求，對(duì)施工組織和施工工藝的要求非常高。

2 季節(jié)性凍土地區(qū)路基施工技術(shù)

2.1 路基施工問題

由于地處季節(jié)性凍土地區(qū)，路基基床年復(fù)一年的周期性凍脹融沉?xí)疖壍澜Y(jié)構(gòu)的變形，加上動(dòng)車動(dòng)荷載的作用，如何保證路基工程的強(qiáng)度、剛度及穩(wěn)定性是設(shè)計(jì)施工中要解決的首要問題。因此無(wú)砟軌道路基工后沉降被嚴(yán)格限制在15 mm以內(nèi)。

在路基基床表層施工過程中，由于基床頂層上部設(shè)計(jì)為20 cm厚的砂墊層，鋪設(shè)后，上部級(jí)配碎石無(wú)法達(dá)到質(zhì)量要求。

2.2 解決方案

在路基施工中，對(duì)基底的處理、填料選擇和防凍脹措施的應(yīng)用是路基工程是否成功的關(guān)鍵。本標(biāo)段地基處理選用了CFG樁、水泥攪拌樁、樁板結(jié)構(gòu)、PHC樁等處理手段，輔以褥墊層。較好地控制了基底沉降。

在填料選擇方面，選擇了具有良好工程性能的A、B組填料，既保證了施工進(jìn)度，也保證了路基沉降變形可控。

針對(duì)路基基床結(jié)構(gòu)問題，通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)進(jìn)行了設(shè)計(jì)優(yōu)化，用15 cm厚的級(jí)配碎石取代了砂墊層，保留5 cm厚砂墊層，解決了此問題。

2.3 沉降觀測(cè)

現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)段選在扶余車站路基正線(DK832+748.59～DK834+518.9)，路基沉降觀測(cè)從2008年12月開始，截止2010年5月，測(cè)得最大沉降量為10.21 mm，推算的工后沉降量為4.43 mm，滿足規(guī)范要求。哈大客運(yùn)專線TJ－3標(biāo)路基工程實(shí)測(cè)最大沉降斷面沉降量為42.6 mm，達(dá)到無(wú)砟軌道評(píng)估指南要求。

2.4 變形模擬分析

根據(jù)數(shù)值模擬分析，模擬的實(shí)際凍深1.8 m，排除實(shí)際情況影響，與實(shí)測(cè)1.66 m基本接近，說明建立的計(jì)算模型基本是可靠的;通過分析計(jì)算，隨著氣候變暖溫度的升高，路基中的溫度場(chǎng)在緩慢變化，不同深度的溫度都有增加的趨勢(shì);20年后最大凍深出現(xiàn)的時(shí)段，由于氣候變暖的影響，路基中處于完全的正溫狀態(tài)，說明路基出現(xiàn)最大凍深的時(shí)間提前，季凍區(qū)路基處于負(fù)溫的周期變短，最大凍深減小;溫度場(chǎng)和力場(chǎng)作用下的路基變形未超過15 mm，滿足要求;路基填料未發(fā)生凍脹或凍脹不明顯，完全能滿足季凍區(qū)內(nèi)負(fù)溫作用下的要求;季凍區(qū)路基在溫度作用下正常運(yùn)行20年后未見凍脹等災(zāi)害發(fā)生。

3 橋梁施工技術(shù)

TJ－3標(biāo)除了車站及部分區(qū)間路基外，大部分地段以橋梁通過，橋梁施工是本標(biāo)段施工的重點(diǎn)，箱梁預(yù)制數(shù)量為所有基建施工標(biāo)段最多的，達(dá)到8 000孔以上，施工環(huán)境屬于嚴(yán)寒地區(qū)，針對(duì)這一特點(diǎn)，重點(diǎn)對(duì)箱梁預(yù)制及架設(shè)進(jìn)行論述。

3.1 箱梁預(yù)制施工

3.1.1 大型梁場(chǎng)建設(shè)技術(shù)

梁場(chǎng)位置選定后，應(yīng)進(jìn)行梁場(chǎng)總體規(guī)劃，根據(jù)工期及功能區(qū)域占地情況，粗算梁場(chǎng)占地面積。梁場(chǎng)根據(jù)功能需要?jiǎng)澐譃橹屏簠^(qū)、存梁區(qū)、拌和區(qū)、鋼筋加工區(qū)、試驗(yàn)室、辦公生活區(qū)、施工通道和其他附屬等各個(gè)區(qū)域，各區(qū)域之間相對(duì)獨(dú)立又緊密相聯(lián)。制梁區(qū)規(guī)劃應(yīng)考慮制梁臺(tái)座數(shù)量、布置形式及設(shè)置依據(jù)，模型數(shù)量及操作方式，鋼筋綁扎臺(tái)座數(shù)量及形式，水、電、汽布設(shè)等。存梁區(qū)應(yīng)考慮存梁臺(tái)座數(shù)量、布置形式，移梁或運(yùn)梁通道的寬度、厚度，水、電、汽布設(shè)及排水方式等。梁場(chǎng)設(shè)備包括混凝土攪拌設(shè)備、混凝土輸送設(shè)備、布料設(shè)備、鋼筋加工設(shè)備、地磅、養(yǎng)護(hù)設(shè)備、張拉設(shè)備、壓漿設(shè)備、提梁設(shè)備、運(yùn)梁設(shè)備、架梁設(shè)備等。

在有連續(xù)梁及特殊結(jié)構(gòu)影響的情況下，由于受到特殊結(jié)構(gòu)施工影響，架梁會(huì)出現(xiàn)停工狀態(tài)。在梁場(chǎng)設(shè)置時(shí)，盡量將特殊結(jié)構(gòu)集中地段安排在架梁方向的末端，相應(yīng)的，必須增加梁場(chǎng)的數(shù)量以避免受到特殊結(jié)構(gòu)的阻礙。考慮以上因素，本標(biāo)段設(shè)梁場(chǎng)14座，平均每座梁場(chǎng)制梁626孔，較原設(shè)計(jì)10座箱梁制梁場(chǎng)平均每個(gè)梁場(chǎng)減少制梁250孔，減少絕對(duì)工期約4個(gè)月。

3.1.2 冬季箱梁預(yù)制技術(shù)

當(dāng)晝夜平均氣溫連續(xù)3d低于+5℃或最低氣溫低于－3℃時(shí)，應(yīng)采取冬期施工措施。1榀32 m客運(yùn)專線箱梁的混凝土總量約為329 m3，屬于大體積混凝土結(jié)構(gòu)。由于水泥水化熱的影響，需要在預(yù)制箱梁梁體內(nèi)部溫度升高的同時(shí)提高其養(yǎng)護(hù)的環(huán)境溫度，減少由于溫度差引起的應(yīng)力，能有效防止梁體裂縫。

TJ－3標(biāo)所處嚴(yán)寒地區(qū)，晝夜溫差較大，而《客運(yùn)專線預(yù)應(yīng)力混凝土預(yù)制梁暫行技術(shù)條件》(鐵科技［2004］120號(hào))規(guī)定在混凝土凝固過程中表層與環(huán)境溫差、梁體內(nèi)部和梁體表層的溫差不能超過15℃。否則梁體必將產(chǎn)生大量的由于溫度應(yīng)力引起的裂紋。所以不僅要在冬季進(jìn)行蒸汽養(yǎng)護(hù)，甚至?xí)円箿夭畲蟮南募径急仨毑捎谜羝B(yǎng)護(hù)工藝進(jìn)行箱梁的施工。這是哈大客運(yùn)專線制梁的特點(diǎn)。

3.2 箱梁冬季架設(shè)

3.2.1 低溫支座灌漿料的應(yīng)用

哈大鐵路客運(yùn)專線有效施工期短，采用冬季專用支座灌漿料，可以有效延長(zhǎng)架梁作業(yè)時(shí)間，對(duì)縮短工期有很好的效果。該材料具有早強(qiáng)、高強(qiáng)、充盈性好等特點(diǎn)。當(dāng)晝夜平均環(huán)境溫度低于0℃時(shí)可實(shí)施，最低可在－15℃環(huán)境下繼續(xù)組織施工。

3.2.2 低溫架梁支座灌漿工藝(圖1)

圖1 冬季支座灌漿施工工藝(單位:mm)

此施工工藝的核心在于采用專門研制的冬季負(fù)溫支座灌漿料，在完成支座灌漿后，采用預(yù)熱，搭設(shè)保溫棚等周密的保溫措施，保證支座灌注材料強(qiáng)度持續(xù)上升，滿足設(shè)計(jì)技術(shù)要求。其保溫措施主要有包裹保溫、采用小型可移動(dòng)鍋爐加熱、搭設(shè)暖棚等措施，保證支座砂漿強(qiáng)度持續(xù)增長(zhǎng)。應(yīng)用于本技術(shù)的冬季支座灌漿保溫裝置已申請(qǐng)發(fā)明專利。

3.3 特殊結(jié)構(gòu)橋梁施工

3.3.1 跨越繁忙干線橋梁轉(zhuǎn)體施工技術(shù)

劉房子特大橋及運(yùn)糧河特大橋小角度(23°～25°)跨越既有京哈繁忙干線，考慮到安全風(fēng)險(xiǎn)和對(duì)運(yùn)輸影響，由原設(shè)計(jì)的在既有線上空懸灌施工變更為線外支架現(xiàn)澆轉(zhuǎn)體合龍的施工方法。劉房子特大橋?yàn)?48+80+48)m連續(xù)梁，運(yùn)糧河特大橋?yàn)?60+100+60)m連續(xù)梁。

劉房子特大橋DK647+489.15～DK647+666.85段上部結(jié)構(gòu)為(48+80+48)m現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁，與既有線斜交角度為25°，其中48號(hào)～49號(hào)主墩分別位于鐵路兩側(cè)路塹邊坡上，上跨Ⅰ級(jí)雙線電氣化既有京哈鐵路，采用球面半徑為4.6 m，平面直徑為2.3 m的球鉸中心轉(zhuǎn)盤實(shí)施轉(zhuǎn)體，于2009年9月4日成功實(shí)施轉(zhuǎn)體。見圖2。

運(yùn)糧河特大橋 DK913+283.10(838號(hào)墩)～DK913+383.10(839號(hào)墩)段位置與既有京哈線鐵路相交，標(biāo)準(zhǔn)中心線與既有鐵路夾角為23°。轉(zhuǎn)體質(zhì)量約6 200 t，采用平面直徑為3 m的球鉸中心轉(zhuǎn)盤實(shí)施轉(zhuǎn)體，于2009年10月12日成功實(shí)施轉(zhuǎn)體，見圖3。

圖2 劉房子特大橋轉(zhuǎn)體完成

圖3 運(yùn)糧河特大橋上跨京哈線轉(zhuǎn)體施工

3.3.2 鋼箱疊拱橋梁施工技術(shù)

哈大客運(yùn)專線新開河特大橋1-138 m鋼箱疊拱橋是哈大鐵路客運(yùn)專線唯一的一座鋼箱疊拱橋。該橋采用138 m鋼箱疊拱，全橋長(zhǎng)144 m，橋面寬度為18 m，總高48 m，橋下凈空10 m，全橋鋼結(jié)構(gòu)總質(zhì)量約4 100 t。兩側(cè)系梁為等寬變高度箱形截面。拱肋與系梁間采用φ130 mm實(shí)心圓鋼吊桿連接。端橫梁為單箱3室箱形結(jié)構(gòu)，截面尺寸4 500 mm(高)×7 300 mm(寬)×13 060 mm(長(zhǎng))。中橫梁為工型。全橋設(shè)4道2 000 mm×800 mm工型縱梁。橫、縱梁上布置剪力釘，現(xiàn)澆 C50混凝土橋面。拱肋為1 800 mm×2 000 mm等截面箱形結(jié)構(gòu)，上、下拱肋在拱腳處聯(lián)結(jié)在一起。見圖4。

圖4 138 m新開河特大橋鋼箱疊拱合龍

本橋架設(shè)拱肋前需通過架橋機(jī)及運(yùn)梁車，所以采用“先梁后拱法”。在原位拼裝施工支架，利用支架平臺(tái)焊接系梁、縱梁、橫梁;在系梁上搭設(shè)支架，焊接拱肋，安裝實(shí)心吊桿;在系梁、橫梁、縱梁上安裝預(yù)制橋面板，現(xiàn)澆濕接縫。施工順序?yàn)?主橋基礎(chǔ)及臨時(shí)墩→分段吊裝組拼系梁→吊裝組拼縱橫梁→架設(shè)臨時(shí)鋼橋面→在臨時(shí)鋼橋面上過架橋機(jī)→運(yùn)輸91孔32 m預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁。然后拆掉臨時(shí)鋼橋面→搭設(shè)鋼支架→安裝拱腳整體段→拼裝拱肋成拱→安裝橫撐→安裝吊桿→施工橋面系。

根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，綜合考慮構(gòu)件的尺寸、運(yùn)輸及地域條件，確定設(shè)計(jì)劃分梁段在廠內(nèi)制作，汽車運(yùn)輸至橋址;為縮短施工工期，減少高空作業(yè)，設(shè)計(jì)節(jié)段到施工現(xiàn)場(chǎng)后，卸落在對(duì)應(yīng)的地面拼裝臺(tái)座上，根據(jù)系梁底支架布置及龍門吊裝能力，將系梁部分節(jié)段在地面拼裝完成，拱肋采取地面平行施工拼裝，將中間共長(zhǎng)88 m節(jié)段在系梁側(cè)面拱肋拼裝支架上立式拼裝焊接成型，整體抬吊架設(shè)。

4 無(wú)砟軌道施工

4.1 軌道板預(yù)制施工技術(shù)

本標(biāo)段生產(chǎn)的CRTSⅠ型軌道板采用工廠化流水線生產(chǎn)制作。其關(guān)鍵施工技術(shù)是自動(dòng)張拉技術(shù)和混凝土防裂技術(shù)。

4.1.1 自動(dòng)張拉技術(shù)

軌道板預(yù)應(yīng)力張拉設(shè)備主要包括自動(dòng)張拉千斤頂、張拉油泵、油壓表;封錨設(shè)備主要包括強(qiáng)制攪拌機(jī)、空氣壓縮機(jī)、空氣錘等。

(1)預(yù)應(yīng)力鋼棒和錨墊板之間須保持垂直，偏差不大于1°。

(2)校正預(yù)應(yīng)力鋼棒外露長(zhǎng)度，滿足設(shè)計(jì)、規(guī)范要求。

(3)千斤頂緩慢進(jìn)油至初始油壓，在此過程中要撥正千斤頂，使千斤頂與錨具對(duì)中，鋼棒、錨具、千斤頂三者同心。

(4)預(yù)應(yīng)力采用雙控，以油壓表讀數(shù)為主，伸長(zhǎng)值作為校核。

(5)按設(shè)計(jì)張拉順序進(jìn)行張拉。

(6)軌道板預(yù)施應(yīng)力須勻速加載，當(dāng)張拉力加載到100%時(shí)，持荷時(shí)間滿足設(shè)計(jì)要求。

(7)張拉記錄及時(shí)填寫，不得隨意涂改，經(jīng)有關(guān)人員簽字后及時(shí)交技術(shù)部門。

此項(xiàng)自動(dòng)張拉技術(shù)，形成于本標(biāo)段三勝板廠，其特點(diǎn)是“張拉精度高，預(yù)應(yīng)力雙控，強(qiáng)制保證持荷時(shí)間，數(shù)據(jù)自動(dòng)采集，張拉形成壓痕，過程可控。”軌道板預(yù)制技術(shù)及其精度檢測(cè)系統(tǒng)和方法已分別申請(qǐng)實(shí)用新型及發(fā)明專利。

4.1.2 軌道板防裂技術(shù)

CRTSⅠ型軌道板主要有縱向錨穴裂縫。為對(duì)其進(jìn)行控制，采取以下措施:

(1)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)配合比進(jìn)行混凝土施工，加強(qiáng)混凝土的坍落度控制，將混凝土坍落度控制在80～120 mm的設(shè)計(jì)范圍以內(nèi)。在滿足混凝土振搗密實(shí)和其他各項(xiàng)性能指標(biāo)外，坍落度盡可能減小。

(2)布料必須按照先側(cè)面、端面后中間的分3路布料的方式進(jìn)行布料，布料完成后，先進(jìn)行人工初平后進(jìn)行振搗，防止聚集浮漿而產(chǎn)生裂紋。

(3)在混凝土初凝前采取2次收面工藝。

(4)將恒溫時(shí)的最高溫度設(shè)定為40℃，將靜停時(shí)間設(shè)定為4.5 h;升溫時(shí)間為2.5 h;恒溫時(shí)間為6 h;降溫時(shí)間設(shè)定為5 h。

(5)隨時(shí)掌控環(huán)境情況，根據(jù)環(huán)境情況制定蒸養(yǎng)方案。當(dāng)環(huán)境溫度偏低，相應(yīng)延長(zhǎng)靜停時(shí)間，適時(shí)進(jìn)行2次收面。避免養(yǎng)護(hù)溫度突變，導(dǎo)致混凝土出現(xiàn)裂紋。

(6)設(shè)置自動(dòng)噴霧裝置，在進(jìn)入降溫階段，向軌道板噴灑溫度在30～40℃的溫水進(jìn)行潮濕養(yǎng)護(hù)。

(7)軌道板脫模后至入水前，全過程濕潤(rùn)養(yǎng)護(hù)避免干縮裂縫的出現(xiàn)。

(8)采用半鋼半塑的錨穴模型進(jìn)行施工。

4.2 軌道板鋪設(shè)技術(shù)

軌道板的鋪設(shè)施工主要分2個(gè)步驟:第1步粗鋪板，將板運(yùn)至施工點(diǎn)，利用龍門吊板至待鋪位置，進(jìn)行大體對(duì)位后落板;第2步精鋪板，利用軌道板調(diào)整器調(diào)整軌道板高低、方向及凸形擋臺(tái)縫。

軌道板精調(diào)合格后，應(yīng)在凸形擋臺(tái)與軌道板間加木楔固定，并在軌道板邊底座上錨固螺紋鋼筋，通過壓板壓在軌道板上，防止軌道板在灌注時(shí)發(fā)生上浮現(xiàn)象。曲線地段軌道板為防止軌道板向曲線內(nèi)側(cè)滑移，在曲線內(nèi)側(cè)軌道板側(cè)面加設(shè)擋板。

為了保證在墊層灌漿時(shí)軌道板不上浮，且在超高段砂漿灌注時(shí)軌道板不產(chǎn)生橫向位移，軌道板精調(diào)后應(yīng)在軌道板四角安裝限位裝置。軌道板精調(diào)后，首先量取軌道板與底座之間空隙尺寸，根據(jù)尺寸大小選擇合適的砂漿袋，并采用后穿法將砂漿帶穿入軌道板與底座之間，并盡量展平。

根據(jù)充填砂漿層厚度，確定單次砂漿攪拌量，并輸入控制系統(tǒng)，檢查顯示屏上顯示的各參數(shù)，確認(rèn)無(wú)誤后，進(jìn)行砂漿拌制。

將灌注袋灌注口置于軌道板較低一端，出漿袋口置于較高一端，保證砂漿灌注密實(shí)。

灌注結(jié)束后，充填砂漿層一般采取自然養(yǎng)護(hù)。當(dāng)日最低氣溫低于0℃時(shí)，對(duì)充填砂漿層采取適當(dāng)?shù)谋卮胧?/p>

灌注完成后7 d以上，或抗壓強(qiáng)度達(dá)到0.7 MPa以上后，方可在軌道板上承重。

5 結(jié)語(yǔ)

哈大鐵路客運(yùn)專線TJ－3標(biāo)，地處東北嚴(yán)寒地區(qū)，在施工中，加強(qiáng)科技攻關(guān)，成功解決了嚴(yán)控路基變形沉降、大型箱梁制運(yùn)架、橋梁冬季及越冬施工、耐久性混凝土優(yōu)化、鋼箱疊拱特殊結(jié)構(gòu)橋梁、跨越繁忙干線轉(zhuǎn)體法施工、嚴(yán)寒地區(qū)無(wú)砟軌道施工等技術(shù)難題。形成了嚴(yán)寒地區(qū)高速鐵路施工關(guān)鍵技術(shù)，為類似工程提供了經(jīng)驗(yàn)和參考。

［1］中交股份哈大鐵路客運(yùn)專線工程指揮部.嚴(yán)寒地區(qū)高速鐵路施工關(guān)鍵技術(shù)研究［Z］.長(zhǎng)春:中交股份哈大鐵路客運(yùn)專線工程指揮部，2010.

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