鐵路路基工程智慧化快速施工關(guān)鍵技術(shù)分析

毛朝勛 姚錫偉 陳 彬 郭 亮 何玉鳳

（內(nèi)江職業(yè)技術(shù)學(xué)院，四川 內(nèi)江 641100）

0 引言

在新建玉磨鐵路研和車站施工過程中，需先對軟土路基進行排水加固處理，而后方可進行土方填筑，且路基填方量較大。根據(jù)項目情況分析，采用傳統(tǒng)的施工技術(shù)和管理方法，無法完全確保路基填筑質(zhì)量。針對這種情況，項目部成立鐵路路基工程智慧化快速施工關(guān)鍵技術(shù)科研小組，對影響車站路基施工進度的關(guān)鍵工序進行科技攻關(guān)，形成6 項智慧化快速施工關(guān)鍵技術(shù)，在該項目中產(chǎn)生了較好的經(jīng)濟效益和社會效益。本文對6 項關(guān)鍵技術(shù)的研究和應(yīng)用進行分析，以供參考。

1 研究與應(yīng)用的工程背景

在玉磨鐵路研和車站施工過程中對路基進行檢測時，發(fā)現(xiàn)采用傳統(tǒng)施工方式無法完全確保路基填筑質(zhì)量。CFG 樁施工速度較慢、成本高、混凝土消耗大、復(fù)合地基承載力較低、成樁質(zhì)量不易控制、環(huán)境污染較大、渣土外棄量大；塑料排水板區(qū)域在原地面以下4.0～6.0m 處有承載力大于200kPa 的細圓礫土層及板巖夾砂巖層，傳統(tǒng)的插板機施工工藝無法穿透；溝渠擋墻長1806m，底寬8.0m，兩側(cè)擋墻高度為6～8m,工程量大、施工難度高，通過倒排工期發(fā)現(xiàn)按照常規(guī)的腳手架搭設(shè)組合鋼模板安裝工藝將嚴重制約施工進度，且存在極大的安全風(fēng)險；錨桿框架梁等邊坡防護工程澆筑時采用傳統(tǒng)模版拼裝，施工進度緩慢，且混凝土浪費嚴重；傳統(tǒng)項目管理方法對于人員的動態(tài)信息、項目進展情況、關(guān)鍵部件制作流程的質(zhì)量把控、現(xiàn)場設(shè)備的維護管理的信息采集費時費力。針對傳統(tǒng)施工和管理工作存在的問題，項目部成立鐵路路基工程智慧化快速施工關(guān)鍵技術(shù)科研小組，展開了鐵路路基工程智慧化快速施工關(guān)鍵技術(shù)的研究和應(yīng)用工作。

2 智慧化快速施工關(guān)鍵技術(shù)

科研小組對影響車站路基施工進度的關(guān)鍵工序進行科技攻關(guān)，取得了6 項智慧化快速施工關(guān)鍵技術(shù)，分別是路基連續(xù)壓實控制技術(shù)、塑料排水板引孔施工技術(shù)、等截面擠密螺紋樁施工技術(shù)、鋼模臺車施工技術(shù)、混凝土澆筑模架施工技術(shù)和項目施工管理信息技術(shù)。這里對這6項關(guān)鍵技術(shù)的研究和應(yīng)用進行分析。

2.1 路基連續(xù)壓實控制技術(shù)

路基填筑碾壓過程中，根據(jù)土體與振動壓路機動態(tài)相互作用原理，通過連續(xù)量測振動壓路機振動輪豎向振動響應(yīng)信號，建立檢測評定與反饋控制系統(tǒng)，實現(xiàn)對整個碾壓面壓實質(zhì)量的實時動態(tài)監(jiān)測與控制，如圖1所示。將振動壓實機具作為加載設(shè)備，根據(jù)壓實機具與路基之間的相互作用，通過路基結(jié)構(gòu)的反作用力(抗力)來分析和評定路基的壓實狀態(tài)，進而實現(xiàn)碾壓過程中壓實質(zhì)量的連續(xù)控制[1]。

圖1 路基連續(xù)壓實控制技術(shù)原理示意圖

研和車站因其土石方工程較大，路基斷面較寬，采用常規(guī)檢測（某填層內(nèi)隨機抽樣檢測），不能有效地反映所有填筑區(qū)域的填筑質(zhì)量，一旦選取的點常規(guī)檢測不合格，就要對該填層重新碾壓，這樣費時費力，經(jīng)濟性較差，而且施工質(zhì)量得不到保障。應(yīng)中國鐵路總公司工程管理中心要求，并在對實際情況綜合考量后，采用連續(xù)壓實系統(tǒng)（CPMS）“質(zhì)量檢測”功能對已達到工藝性試驗?zāi)雺罕閿?shù)要求的區(qū)域進行檢測。從壓實程度分布圖及壓實狀態(tài)分布圖看，某一填層所有點的壓實質(zhì)量一覽無余，這是“由點到面”的檢測，能做到有的放矢的處理。在該技術(shù)的支撐下，施工單位只需針對不合格的區(qū)域重新碾壓，最大限度地降低驗收檢驗不合格的風(fēng)險，且保證了路基填筑質(zhì)量。

2.2 塑料排水板引孔施工技術(shù)

引孔機施工動力源采用可移動的工程機械-鋼板樁打樁機，按照常規(guī)鋼板樁打設(shè)的操作流程，可輕松穿透承載力大于200kPa 的細圓礫土層及板巖夾砂巖層，方便排水板打設(shè)，保證工程進度及工程質(zhì)量。在引孔的工作過程中，將釬桿安裝到振動錘后，直接將釬桿放置于指定引孔位置，微調(diào)釬桿垂直度，直至垂直度和孔位偏差符合要求，然后進行樁錘下打作業(yè)，直至穿透硬質(zhì)地層，達到引孔目的，最后進行釬桿上提，完成引孔施工。該工法施工工藝流程為：清理地表至設(shè)計標高→平整施工場地→攤鋪下層砂墊層→引孔機械就位引孔→引孔機具移位→機具就位插打塑料排水板→排水板機具移位→埋設(shè)板頭→攤鋪上層砂墊層。

2.3 等截面擠密螺紋樁施工技術(shù)

等截面擠密螺紋樁施工是將帶有正向成螺裝置的螺桿對準樁位，正向旋轉(zhuǎn)鉆進至設(shè)計樁底標，然后反向旋轉(zhuǎn)提鉆同時泵送混凝土形成下部螺紋段，正向旋轉(zhuǎn)提鉆泵送混凝土。此時，鉆具將咬合在螺片間的土體剪切破壞，形成圓柱形樁孔，同時泵送的混凝土迅速填充樁孔和鉆具最下部凸起的掃土螺牙在圓柱形樁孔內(nèi)旋轉(zhuǎn)剪切土體形成的空間，形成帶有反向螺紋的樁體[2]。采用擠密螺紋樁與傳統(tǒng)的CFG 樁加固相比在施工過程中不取土，對樁間土有明顯的擠密效果。通過對樁周土體擠密，使樁體與樁周土共同受力，形成復(fù)合地基，其滾壓擠密形成的螺紋可增加樁身的粗糙度，加大樁身的側(cè)摩阻力。既能提高樁的承載力，又能減少樁體和復(fù)合地基的沉降率，并且大大節(jié)約了工期，并且減少了粉塵和噪音污染。

2.4 鋼模臺車施工技術(shù)

根據(jù)隧道施工臺車的模樣，運用傳統(tǒng)的搭設(shè)腳手架組合鋼模板拼裝施工工藝，將鋼模板組裝成滿足施工現(xiàn)場需要的鋼模臺車。鋼模臺車系統(tǒng)由三部分組成：臺車、鋼模板以及行走裝置，如圖2和圖3所示。

圖2 臺車示意圖

圖3 行走裝置示意圖

圖4 澆筑模架設(shè)計示意圖

臺車和鋼模板拼裝完成后，通過可伸縮絲杠對模板進行調(diào)整，利用人力或牽引設(shè)備在行走裝置上整體向前移動。采用鋼模臺車整體支拆施工工藝，避免了腳手架的反復(fù)安拆以及模板的反復(fù)拼裝，提高了施工效率，大大縮短了施工周期。

2.5 混凝土澆筑模架施工技術(shù)

通過研究將傳統(tǒng)的組合鋼模板[3]拼裝施工工藝改為采用新型混凝土模架澆筑裝置，形成了實用新型專利。該結(jié)構(gòu)利用下部支撐行走單元和上部支撐行走單元實現(xiàn)了混凝土澆筑模架的支撐與行走，由于其具有特殊的構(gòu)件和結(jié)構(gòu)形式，使得模板支架受力穩(wěn)定，同時通過液壓調(diào)節(jié)桿和電葫蘆實現(xiàn)了模板的伸縮可調(diào)，便于其在混凝土澆筑前后的各種定位，可適應(yīng)不同的邊坡斜度。

2.6 項目施工管理信息技術(shù)

在鐵路工程路基施工中使用集“工、料、機和過程控制[4]”于一體的施工生產(chǎn)二維碼管理系統(tǒng)，利用二維碼+移動互聯(lián)網(wǎng)+云技術(shù)，按照施工管理流程，通過對管理架構(gòu)的設(shè)計，逐步完善系統(tǒng)，使其適用于鐵路路基工程施工的管理。通過二維碼信息的錄入，讓一線員工隨時隨地掌握原材料、設(shè)備進場及使用情況，方便項目管理人員掌握生產(chǎn)設(shè)備以及材料的實時情況，并及時根據(jù)現(xiàn)場施工情況做出調(diào)整，同時現(xiàn)場施工管理人員也可根據(jù)二維碼反饋的最新材料、設(shè)備情況進行動態(tài)改變，使現(xiàn)場施工生產(chǎn)效率最大化；同時根據(jù)各工點二維碼中的施工方案、技術(shù)交底快速掌握各工序卡控要點，實現(xiàn)了由紙質(zhì)到電子信息化的轉(zhuǎn)變。二維碼主要包括文本碼、圖文碼、文件碼、商品碼、名片碼、記錄碼、企業(yè)碼等。二維碼信息技術(shù)在項目施工管理中的應(yīng)用，加快了項目各環(huán)節(jié)信息的采集速度，也提高了信息的準確性，同時也節(jié)約了大量的人力、物力，為項目部的管理節(jié)約了管理成本。

3 結(jié)束語

綜上所述，在傳統(tǒng)施工方式無法完全確保路基填筑質(zhì)量時，必須實事求是想辦法解決。玉磨鐵路研和車站的施工實踐證明：設(shè)置正確的連續(xù)壓實控制技術(shù)參數(shù)，確定連續(xù)壓實控制的目標值，可以對路基連續(xù)碾壓填筑施工過程實現(xiàn)全方位數(shù)字化監(jiān)控、動態(tài)分析與評價，加快了施工進度和有效控制了質(zhì)量；利用等截面螺紋樁在施工過程中對樁周身土體進行擠密，使樁體與樁周土共同受力，形成復(fù)合受力的路基，增強了路基的承載能力，并且在桁架下部裝設(shè)了行走裝置，實際施工時可利用其下部行走裝置整體移動；適應(yīng)于高坡大跨度邊坡的混凝土澆筑防護施工工法，可適應(yīng)不同的邊坡斜度，具有更好的經(jīng)濟適應(yīng)性能；在鐵路工程中使用集“工料機和過程控制”于一體的二維碼施工管理信息技術(shù)，利用二維碼+移動互聯(lián)網(wǎng)+云技術(shù)，有利于實現(xiàn)項目部施工管理的智能化。