嚴寒地區高速鐵路關鍵施工技術綜述

趙世運，張先軍，石剛強

(哈大鐵路客運專線有限公司，沈陽 110002)

1 概述

哈大鐵路客運專線縱貫東北三省，途經3個省會城市(哈爾濱、長春、沈陽)、1個計劃單列市(大連)和6個地級市(營口、鞍山、遼陽、鐵嶺、四平、松原)。線路正線全長約904 km，其中遼寧省553.103正線km，吉林省269.685正線km，黑龍江省81.151正線km。

主要工程數量:正線路基長度231.245 km，占線路長度的25.58%;全線中橋以上橋梁共162座662 765折合雙延米，橋梁長度占線路長度的73.32%;全線共有隧道8座9 929延長米，占線路全長的1.1%。哈大鐵路客運專線正線鋪軌1 776.44 km(含長春聯絡線20.4 km);站線鋪軌108.72 km;鋪道岔813組;道砟148.1萬m3。全線共設車站23處，其中新建17處，改建5處，利用1處。

哈大鐵路客運專線是我國在嚴寒地區［1］設計、建造的第一條客運專線，沿線冬季寒冷漫長，最冷月平均氣溫在－13.5～－17.5℃，極端最低氣溫達－36.5℃，沿線季節性凍土層厚度由南向北為1.48～2.05 m，每年從10月底開始凍結，次年5～6月全部融化。

2 哈大客運專線工程施工的難點

2.1 路基工程

(1)全線地處東北寒冷地區，路基將經受周期性凍融循環作用，易引起凍脹。融化期，由于上層土體開始融化，而下部仍處于凍結狀態，未融化的土層起到隔水層的作用，在荷載反復作用下容易出現病害，處理比較困難。

(2)沿線軟土、松軟土等不良地質分布較廣。地基處理是路基施工的重要環節，也是影響路基工后沉降的主要因素。對軟土、松軟土地段需選擇合理的地基處理措施，并嚴格按照施工工藝標準施工。

(3)沉降控制標準要求嚴格，無砟軌道地段允許的工后沉降不大于15 mm，差異沉降不大于5 mm［2］。

(4)嚴寒地區防排水工程需要高度重視。軟土、松軟土、膨脹巖土水敏感性高，特別是冬季氣溫低，易起凍害，對基礎影響大。

2.2 橋梁工程

(1)橋型、梁型種類多。橋梁上部結構除以32、24 m整孔箱梁作為主導梁型外，還采用了一些其他結構形式，如連續梁、連續剛構、鋼混結合梁等，并且還有深水橋和防腐蝕的海灣大橋。

(2)采用的大型吊、運、架設備受到走行半徑、道路坡度的限制，給箱梁的運輸和架設帶來一定難度。

(3)全線預制箱梁數量龐大，有效施工期短，進度指標較低，制、運、架設備投入多。

(4)橋梁沉降要求高、變形控制嚴。施工中必須采取嚴格的技術、工藝保證措施，控制墩臺沉降和梁部收縮徐變引起的結構線型變化。

2.3 隧道工程

綜合經濟比較，為了滿足運架梁需要，筆架山隧道和臺山隧道采用超大斷面設計，為施工帶來了一定的難度。

2.4 軌道工程

(1)無砟軌道鋪設精測量大，技術標準高。采用無砟軌道技術，促進了軌道設計、施工技術的跨越式發展，需引進或研制成套的軌道精測量控和安裝設備，預先研究制定軌道施工組織方案。

(2)寒冷地區鋪設無砟軌道尚無可借鑒經驗。

(3)無砟軌道工程數量大，有效作業時間短，所開作業面多，需要工裝設備多。

(4)采用廠制100 m定尺軌，基地焊接成500 m長軌條，一次性鋪設跨區間無縫線路。長軌的運輸、鋪設、現場焊接、應力放散及鎖定受環境影響大。

以上特點和難點對哈大客運專線的修建帶來了很大的難度，需要通過科技創新手段針對本線施工中的難點、關鍵線路進行研究，在嚴寒地區取得成功穩定的關鍵施工技術成果，來保證工程的施工質量和建設標準。

3 路基及涵洞工程關鍵施工技術［3］

3.1 路基施工概述

路基工點類型主要有深路塹、路塹路堤邊坡防護、巖溶路基、黏性土路基、軟土(松軟土)路堤、季節性凍土路基、膨脹巖土路塹、濕陷性黃土路基、風吹雪路基、浸水路基及路堤支擋等，其中地基處理采用CFG樁約34 km，水泥攪拌樁約10 km。大連至營口段，以剝蝕丘陵為主，地形起伏變化較大，溝谷及洼地發育，地基基礎較好地段，以換填、強夯、沖擊碾壓等方式處理。大連地區部分填方地段巖溶發育，進行注漿等加固處理。部分深路塹有順層，局部挖方地段巖層走向與線路走向基本一致，傾角12°～45°，特別是有地表水滲入或地下水的作用時，傾向線路一側在開挖時易產生順層滑動，在施工時采取分臺階開挖，并對高邊坡進行加固，設置重力式擋墻等措施。

營口至沈陽段為沖洪積平原，地形平坦開闊，主要為遼河、太子河、渾河及其支流沖洪積形成。在濱海平原、沖洪積平原和局部的丘洼地，普遍分布第四系全新統黏性土、黃土、粉土和砂類土，由于部分黏性土的孔隙比較大且呈軟塑狀態，粉土砂累土呈松散、飽和狀態，承載力較小，為松軟地基。松軟地基累計厚度一般小于10.0 m，局部地段較深，蓋州、營口、海城、鞍山站路堤位于濱海相沉積地基上，其厚度超過50 m，地下水位較高，夾雜地震液化層，這種地基在上覆荷載的作用下會產生較大的變形，地基承載特性和變形特性對高速鐵路路基工程極為不利，需研究采用新型復合結構進行地基處理。平原及地勢低洼地段，路基積水嚴重無排水條件時，低路堤易受浸泡，在燈塔車站通過調整線路坡度，抬高路基高度，避免路基積水凍脹。

沈陽至哈爾濱段沿線可分為遼河、松嫩平原2個主要地貌單元，地勢總體呈中間高、南北低，地形較為平坦，河流水系發達。軟土在遼河沖積平原區廣泛分布，軟土一般表現為強度低，具中、高壓縮性，若不能滿足客運專線對工后沉降的嚴格要求時，對軟土地段可采用換填、強夯、預壓法或碎石樁、水泥攪拌樁等措施進行處理，對于某些埋深和厚度較大、處理困難、路堤高度大于6 m的地段，經路基檢算后仍難以控制工后沉降的地段，則需考慮以橋通過。

《哈大客運專線綜合施工技術研究》(2006G011-F)子課題《哈大鐵路客運專線 CFG樁復合地基綜合技術研究》、《寒冷地區客運專線不同AB組填料路基防凍脹施工技術研究》、《寒冷地區客運專線路基過渡段施工技術研究》、《高速鐵路季節性凍土路基變形機理及地基沉降控制技術研究》、《嚴寒地區客運專線路基防凍脹綜合施工技術研究》、《嚴寒地區客運專線路橋(涵)過渡段施工技術研究》及《嚴寒地區客運專線線路長期監測系統及狀態評估技術研究》(2008G038)等科研項目的研究，研究成果及時有效指導了本線的施工，并為今后運營維護提供技術支持。

3.2 地基處理

相對于一般地區而言，嚴寒地區松軟土地基具有季節性凍土的特性，表現在地基強度受凍融循環的影響衰減嚴重等方面。因此，在地質情況不良地段，需要采取CFG樁、水泥攪拌樁復合地基、樁網結構等地基加固措施;在地質情況較好地段，采取強夯、沖擊碾壓措施處理地基。低矮路堤填土高度小于季節最大凍深，或路塹挖方地段基床范圍內為凍脹性土或風化巖時，結合地基土層的凍脹性質，對凍脹范圍土層進行挖除換填非凍脹性A、B組填料。

在海相沉積地區，針對實際情況采用新型復合結構進行地基處理。前期新營口站CFG樁試驗段施工過程中，發現軟塑液化層CFG樁普遍存在下沉現象，下沉量較大。當施工間距較小時，存在竄孔現象，致使鄰樁下沉量增大;當加大施工間距時，施工效率又大大降低，進度緩慢。為了確保車站路基沉降能夠滿足高速鐵路變形控制及工后沉降要求，哈大公司組織設計、施工及科研單位進行系統研究，最后確定在哈大高速鐵路首次采用CFG樁與水泥攪拌樁長短交錯布置，在樁頂鋪設褥墊層，褥墊層內置土工格柵，并在褥墊層上設置鋼筋混凝土板，即采用CFG樁(長樁)+水泥攪拌樁(短樁)+墊層+鋼筋混凝土板的新型復合結構進行地基處理［4］。組合樁型復合地基因長樁和短樁的相間隔設置，在復合地基中形成如圖1所示3個不同作用的工作區域，即:以提高承載力為主的長、短樁聯合工作區(工作Ⅰ區)，以減小沉降量為目的的長樁工作區(工作Ⅱ區)，以及承受樁體荷載的持力土層或無樁工作區(工作Ⅲ區)，3個工作區共同工作，以提高淺層地基承載力、減小地基沉降量，形成良好的長短樁復合地基。

圖1 組合樁型復合地基作用機理

3.3 路基防凍脹護道

長春以北最大凍結深度可達2.05 m，為防止凍脹破壞路堤邊坡坡腳，當填土高度大于季節最大凍深時，且地基土為凍脹性土時，于路堤坡腳處設防凍脹護道，高度和寬度不小于凍結深度，消除凍脹力對路堤邊坡穩定性的影響。防凍脹護道與路基本體同時施工，填料、壓實標準同路基本體。

3.4 路基填料選擇和壓實標準

(1)基床表層級配碎石。級配碎石粒徑、級配及材料性能在符合《客運專線基床表層級配碎石暫行技術條件》要求的基礎上，同時應限定細顆粒含量，滿足顆粒粒徑d≤0.075 mm含量不大于5%，壓實后顆粒粒徑d≤0.075 mm含量不大于7%(質量比)，避免凍脹發生。

(2)路基填料選擇。防凍層選用0.075 mm細粒含量小于15%，平均凍脹率η≤1且級配良好的非凍脹性A、B組填料。基床底層采用A、B組填料，粒徑宜控制在6 cm以內;基床以下路基優先選用A、B組填料。在沈哈段，為了提高路基的防凍脹效果，將原設計的改良土填料變更為A、B組填料。

(3)填料在滿足設計和驗標壓實標準的基礎上，參照其他客運專線經驗，應增加Ev2/Ev1指標的檢測。

3.5 隔斷層和防凍層施工

在基床表層下部設置兩布一膜不透水土工布隔斷層，可提供橫向排水通道，有效阻隔地表水滲入基床底層。根據多次試驗成果［5］，在對防凍層頂面找平、復壓收光表面后，直接鋪兩布一膜不透水土工布，其上鋪1層5 cm厚中粗砂，再填級配碎石，滿足表層級配碎石壓實要求，同時為提高基床表層剛度，級配碎石厚度相應增厚15 cm。在最大季節凍深范圍內采用非凍脹性填料填筑，屬于完全防凍。在基床底層頂部1 m范圍內設置路基防凍層，用非凍脹性A、B組填料填筑，可以防治路基凍脹病害。

3.6 過渡段施工

無砟軌道路堤與橋臺、路堤與橫向結構物連接處由于路基剛度差異較大，因此必須設置一定長度的過渡段，使軌道的剛度逐漸變化，并最大限度地減少差異沉降。過渡段填料采用摻加3%～5%水泥的穩定級配碎石，在保證剛度的基礎上，也有效地防止了凍害的產生。對于結構物之間的短路堤，為避免多次過渡使剛度變化不均勻，設計采用加強措施，按過渡段施工一次過渡到位。

3.7 加強路基防排水施工

路基面排水層使用C25纖維混凝土，可滿足瀝青混凝土在無砟軌道鋪設后大型攤鋪和碾壓設備無法進場施工情況下的質量要求，可有效防止地表降水的下滲，保證大氣降水的順利排出。線間排水改進為混凝土底座預埋排水管方式，避免路基本體通過管道排水易引起管道周邊路基凍脹的危害，使路基表面的降水通過軌道和路基表面迅速排除。路塹內采用路堤式路塹結構形式并設置復合排水網，且埋置在凍結線以下，路基設置完善的地表與地下排水措施，保證排水管網暢通，使路基范圍內的地表水和地下水順暢引離路基，防止地表水或地下水浸入路基，保持路基土干燥，減少凍結過程中水分聚流的來源。

3.8 涵洞防凍脹施工

考慮到風道效應，除做好路涵過渡段設計外，涵洞基礎全部埋置在凍結深度以下，同時應避免涵底冬季積水，防止涵洞基礎凍脹。此外，根據對嚴寒地區既有鐵路路基凍害的調查，由于雙向通風效應的影響，涵洞頂部路基凍害比較突出，因此要加強涵洞頂部的防凍脹處理措施，涵洞頂部凍結范圍內路基宜采用摻水泥的級配碎石，或優質A、B組填料填筑。

3.9 變形觀測與沉降評估

路基作為軌道鋪設的基礎，客運專線對路基工后沉降要求十分嚴格，主要體現在地基的沉降變形和路基本體沉降控制。施工期間應嚴格控制地基處理、路基填筑施工工藝，并采取堆載預壓的方法，做好路基沉降的觀測和評估，保證路基質量。根據《哈大鐵路客運專線沉降變形觀測系統實施細則》和《哈大鐵路客運專線線下工程沉降變形評估實施細則》，沉降變形觀測斷面根據不同的地基條件、地基處理方法、路堤高度、堆載預壓，不同的結構部位等具體情況設置，原則上沿線路方向的間距一般不大于50m，路基面沉降觀測時間不少于6個月。路基沉降觀測頻次按規范要求進行，考慮到哈大鐵路客運專線地處嚴寒地區的特殊情況，在凍結期與融化期，觀測頻次比平常增加1倍。各路基堆載段落卸載前，必須經評估單位評估并出具書面通知，方可卸載。根據在填筑施工期間的變形觀測數據，預測后期殘余沉降，經分析、評估滿足沉降控制標準的地段方可鋪設無砟軌道，以保證無砟軌道鋪設質量。

3.10 路基長期監測系統建設

為了深入研究哈大鐵路客運專線路基穩定狀態的變化規律，及時掌握路基穩定性及其變化過程，并為哈大鐵路客運專線路基的養護維修、修正完善設計規范和保護措施提供科學依據，在哈大客運專線的遼河平原、松嫩平原地段高路堤、低路堤、路基與橋臺過渡段、路基與涵洞過渡段、路堤與路塹過渡段(換填與CFG不同地基處理方式)等處選取了7個典型監測斷面，進行自動監測技術的實際應用考核試驗，并以此為基礎，建立示范性的路基狀態長期自動監測系統。每斷面的監測內容為:沉降變形、地溫、土體應力、含水量共計4種監測項目。監測結果初步表明:哈大鐵路客運專線路基基本沒有發生明顯變形，具有較好的穩定性。

4 橋涵工程關鍵施工技術

4.1 防海水腐蝕混凝土及施工技術

哈大鐵路客運專線普蘭店海灣大橋地處大連地區海域，海面寬闊，自然條件復雜，所處環境復雜。該橋所處地區地表水及地下水對混凝土結構其鎂鹽侵蝕、硫酸鹽侵蝕和鹽類結構侵蝕、化學侵蝕等級為H2，氯鹽環境作用等級L3，凍融破壞環境作用等級D3。針對該橋的工程特點，哈大鐵路客運專線公司開展了《防海水腐蝕混凝土及施工技術研究》，解決了高性能防腐蝕混凝土耐久性配合比設計、防腐蝕混凝土拌制，附加防腐措施，并對大體積混凝土進行溫度監控研究。

4.1.1 防腐混凝土配合比技術

哈大鐵路客運專線普蘭店海灣特大橋防海水侵蝕混凝土選用了低堿含量和低C3A含量的P.O 42.5級水泥，以抑制堿骨料反應和控制混凝土早期的水化熱，提高水泥的適應性;細骨料應選用在Ⅱ區級配區的中粗河砂或人工砂，外加劑選用高性能聚羧酸系減水劑，以提高混凝土的工作性能;采用雙摻法選用礦粉和Ⅰ級粉煤灰活性礦物摻和料，在滿足工藝性、力學和耐久性的前提下，盡量降低水泥用量，改善混凝土的綜合性能，以提高混凝土的密實性，從而提高混凝土的耐久性。

4.1.2 防腐混凝土施工技術

施工中對防腐混凝土的拌和、運輸、澆筑、養護等環節采取了嚴格的控制措施。通過采取溫控措施，控制骨料溫度，控制混凝土出機溫度，控制澆筑入模溫度，增加養護時間等措施，保證了混凝土的耐久性。

4.1.3 混凝土附加防腐措施

根據“鐵路混凝土工程結構耐久性設計暫行規定”(鐵建設［2005］157號)處于嚴重腐蝕環境下的混凝土結構應采取必要的附加防腐蝕措施。哈大鐵路客運專線普蘭店海灣大橋采取了利用環氧樹脂涂層鋼筋代替普通鋼筋、增加混凝土保護層厚度控制、防腐涂料外涂層及橋墩外包耐候鋼板等附加防腐措施，實現了對位于海水、河流中經受侵蝕或反復凍融的橋梁混凝土結構耐久性的質量控制，達到了預期的混凝土防腐目標。

4.2 巖溶地質深水基礎施工技術

普蘭店海灣大橋位于巖溶發育地區，對于穿越多層高大溶洞的鉆孔樁施工，目前尚未形成統一的工法，因此，哈大鐵路客運專線公司開展了《嚴寒地區鐵路客運專線橋梁冬季施工關鍵技術研究》(2008G038)。鉆孔樁施工中采取了泥漿止漏及溶洞封堵技術、溶洞頂板及溶洞內鉆進技術、巖溶注漿設計和施工等關鍵技術，總結出了一套合理、適用的巖溶地質深水基礎成孔施工工藝。

4.3 嚴寒地區橋梁支座灌漿材料及施工技術

哈大鐵路客運專線地處嚴寒地區，冬季架梁不可避免。在架梁過程中支座壓漿工序是架梁工程的質量控制要點，緊密關系著橋梁的安全運營。為了解決哈大鐵路客運專線冬季架梁在負溫下支座壓漿的問題，公司開展了《嚴寒地區鐵路客運專線橋梁冬季施工關鍵技術研究》(2008G038)。相關單位結合施工實際，從材料和施工工藝兩方面著手，研制了在適應于－5℃和－10℃溫度條件下支座灌漿材料［6］;同時進行了現場應用試驗研究，現場通過采取蓄熱養生、加熱養護和化學反應釋放熱量、提高入模溫度等工藝措施，滿足了漿體在負溫下正常凝結硬化，2 h強度達到20 MPa，1 d抗折強度大于10 MPa，負溫轉正溫后漿體強度繼續增長的要求，確保了負溫下支座壓漿的質量滿足規范要求，保證了嚴寒地區冬季橋梁的正常鋪架施工。

4.4 橋梁轉體施工技術

轉體法是跨越鐵路、公路及特殊地形的有效施工方法，具有對運輸干擾少，主體施工時不中斷交通、不需要復雜的懸臂拼裝設備和技術等優點。哈大鐵路客運專線劉房子立交特大橋和運糧河特大橋跨越既有繁忙干線哈大鐵路，為了減少施工對既有鐵路的安全影響，采取了轉體施工，公司開展了子課題為《哈大客運專線上跨既有繁忙干線鐵路連續梁水平轉體法施工技術研究》。為了降低橋梁施工對既有京哈鐵路的影響，轉體之前首先采用支架現澆法平行于既有京哈鐵路線兩側完成2個主墩上部的連續梁T形結構澆筑，然后將T構繞主墩中心通過球鉸水平旋轉至設計位置，最后用吊籃法完成連續梁合龍施工施工過程中主要采取了以下關鍵技術［7-10］。

4.4.1 轉動體系設計、加工與安裝技術

通過對重4 700 kN的轉體結構的轉盤動摩擦力矩、靜摩擦力矩、牽引力、助推力、慣性制動距離等主要參數進行分析計算，對轉盤進行了系統設計，對球鉸進行了配套選型，并對平衡系統、牽引系統、助推系統進行了設計，對關鍵系統和部件制定了詳細的加工與安裝方案，確保了轉動體系的構造合理、結構受力均衡、定位準確、體系安全，為連續梁轉體工作奠定了堅實的基礎。

4.4.2 試轉體技術

通過試轉體試驗，熟練掌握了牽引設備的操作要領，進一步規范了設備操作行為，做到了步調一致;通過演練，對連續式千斤頂加載后的工作性能進行了檢驗，確定了合理轉速的油泵控制參數，對停止牽引后轉動體在慣性作用下可能產生的轉動距離進行了測試，取得了經驗;通過查找差距及時總結進一步修正了原制定的轉體方案，豐富了原施工組織設計的內容，使每個管理人員、操作人員進一步明確了自己崗位職責的工作步驟、操作方法。

4.4.3 轉體后中跨合龍段移動支架設計與施工技術

跨既有線鐵路橋梁轉體后，于既有線鐵路上空進行中跨合龍段施工，安全風險大，對合龍吊架的設計、安全、施工技術提出了更高的要求。通過對重達1 120 kN的移動支架進行結構設計，通過制定支架加工、加載、滑移以及中跨合龍段的混凝土施工方案及保障措施，確保了轉體后中跨合龍段施工安全、質量可控。

4.4.4 轉體施工監控技術

連續箱梁橋在轉體前后結構受力復雜，為了確保橋體安全及轉體過程的平穩性、轉體單元成橋后線形及受力狀態符合設計要求，施工單位聘請科研院校制定了詳細的梁體結構線形和轉體關鍵部件受力的監控方案，明確了監控內容和施工監測手段，對轉體施工的全過程進行了系統監控，通過監控及時地將信息進行分析并反饋到施工現場，確保了轉體施工的安全順利。

4.4.5 工程效果

哈大鐵路客運專線劉房子跨哈大鐵路立交特大橋和運糧河特大橋跨越既有繁忙鐵路干線主跨，都在規定的“天窗”時間內轉到了預定位置，并及時完成了中邊跨合龍段施工。大橋轉體施工的合龍高差、軸線偏差均滿足符合規范要求;在整個應力監測過程中，球鉸下盤最大應力均遠小于其抗壓強度，箱梁監控斷面測點的最大壓應力也遠小于主梁混凝土強度值，滿足規范要求，為繁忙的鐵路干線爭得了寶貴的營運時間。

4.5 節段預制橋位拼架法施工技術

4.5.1 工程概況

普蘭店特大橋跨越普蘭店海灣，大橋全長4.96 km，共140個墩臺。下部結構為鉆孔嵌巖樁，其中主橋為每墩13根φ1.50 m鉆孔樁，兩岸引橋為每墩10根或12根φ1.00 m或φ1.25 m鉆孔樁，樁長6～53 m。上部結構為PC雙線簡支箱梁，采用單箱單室的截面類型，整孔箱梁共分為11個預制節段，用10道濕接縫連接，箱梁設縱向預應力體系，采用兩端張拉施工。其中主跨為18孔56 m簡支箱梁。

4.5.2 關鍵施工技術

普蘭店海灣橋主橋71～89號墩18孔56 m跨簡支箱梁原設計采用在節段梁場預制，現場移動支架拼裝、濕接縫連接的方式進行施工。為了確保普蘭店海灣特大橋的梁體節段預制橋位拼架的順利實施，公司開展了《節段預制橋位拼架法施工裝備及工藝研究》，施工中采用了以下關鍵技術。

(1)支架主桁、墩旁托架的設計、安裝技術

移動支架主桁、墩旁托架作為箱梁拼架施工中的重要承重結構，直接關系到施工過程的安全，因此在綜合、全面地考慮各項因素的情況下進行支架主桁、墩旁托架的設計，是本工程的一項關鍵技術。

移動支架結構由主桁和墩旁托架組成一個整體結構，施工前首先利用專業結構分析軟件對移動支架主桁、墩旁托架在各種工況下的受力情況進行模擬、計算，完成了結構裝備的設計工作。移動支架安裝后，對支架主桁和墩旁托架進行荷載試驗，判斷支架結構在實際工作狀態下的安全儲備，評價其在設計使用荷載下的工作性能，為箱梁施工預拱度設置提供參考。

移動支架的移動利用2臺1 500 kN連續張拉用千斤頂實現，支架起頂利用8臺5 000 kN自鎖式千斤頂進行;濕接縫模板、節段箱梁的吊裝施工均利用移動支架上的提梁吊機實現;在每段節段梁下均設置4臺1 000 kN自鎖式液壓油缸，用來對節段梁進行線形調整。

(2)節段梁運輸、拼裝技術

拼架法施工箱梁運輸采用兩種方式，其一，由于72號～75號墩位于筑島區，龍門吊將梁段吊裝至輪胎式運梁臺車后，由陸路運至待架部位;其二，76號～86號墩位于海上，預制梁段通過梁場龍門吊機將梁塊起吊至箱梁下海碼頭門吊跨度內，由箱梁下海碼頭2 300 kN高架門機裝到箱梁運輸駁船上，運至待架部位。

節段梁拼裝施工步驟為:移動支架走行到位并調整、起頂→安裝移動支架下托梁→吊裝濕接縫模板→吊裝節段箱梁并調整線形→綁扎濕接縫鋼筋、安裝波紋管→安裝模板并報檢→澆筑濕接縫混凝土、養護→第一批鋼絞線張拉→移動支架落梁→第二批鋼絞線張拉→移動支架前移進入下一孔施工。

4.5.3 工程效果

通過對節段梁運輸、拼裝、張拉、濕接縫技術的研究應用，確保了施工方案可行，質量安全可控。普蘭店海灣特大橋于2009年10月順利完成了節段梁拼裝施工，梁體的線型、接縫處理等全部滿足規范要求。

4.6 鋼箱疊拱橋橋施工技術

4.6.1 工程概況(圖2)

圖2 鋼箱疊拱橋效果圖

哈大客運專線新開河特大橋1-138 m鋼箱疊拱為哈大鐵路客運專線跨越長春市富民大街而設，與富民大街線路中心夾角為59°。由于斜交角度過大，中間設墩困難，因此采用大跨度橋梁通過方案。該橋設計為下承式138 m鋼箱疊拱，全橋長144 m，橋面寬度為18 m，總高48 m，全橋鋼結構總重約41 000 kN。梁部主系梁采用鋼箱梁，吊桿采用實心圓鋼吊桿，拱肋分上下兩肋，采用等截面鋼箱。本橋《新開河特大橋138 m鋼箱疊拱橋綜合施工技術研究》被列為鐵道部科技計劃的子項目之一。

4.6.2 新開河特大橋1-138 m鋼箱疊拱關鍵施工技術

本橋施工中采用臨時支架、龍門架施工方法相結合，自行設計2 000 kN大噸位龍門架架設安裝系梁、拱肋及橫撐。根據工期要求，本橋架設拱肋前需通過架橋機及運梁車，所以采用“先梁后拱法”。在原位拼裝施工支架，利用支架平臺焊接系梁、縱梁、橫梁;在系梁上搭設支架，焊接拱肋，安裝實心吊桿;在系梁、橫梁、縱梁上安裝預制橋面板，現澆濕接縫。

哈大鐵路客運專線開河138 m跨鋼箱疊拱橋主要采用了以下關鍵技術。

(1)臨時支墩及臨時橋面系施工技術

支墩基礎采用閥型基礎，墩高8～9.5 m。支墩混凝土基礎進行夯實，必要時局部擴大。臨時支墩橫梁上的調整槽鋼高度考慮成橋狀態時的下撓度，亦即在確定型鋼調整高度時應計入成橋狀態時的下撓數值。

根據工期安排，在系梁完成后拱部安裝前，應保證運梁車及架橋機的通過，因此，本橋采用總長為140.5 m鋼結構臨時橋面系，待所有架梁完成后拆除臨時橋面系。在臨時橋面施工完成后，運梁車通過前需要模擬運梁車運梁時的荷載采用沙箱分2次進行加載預壓。加載過程由科研院校對基礎、支柱、梁部進行了全方位監控，確保了“先梁后拱”的施工方法順利實施，確保了臨時橋面系的使用安全。

(2)2 000 kN萬能桿件龍門吊拼裝技術

龍門吊基礎采用C30混凝土，寬度3 m，預埋用于固定鋼軌的φ16 mm@500 mm鋼筋，兩側無干擾區域設置地錨及纜風索，地錨采用混凝土澆筑，埋深不小于5 m，預埋雙φ20 mm環形圓鋼露出地面與倒鏈和纜風繩連接。

本橋采用的龍門吊萬能桿件結構總高58 m，單臺龍門所用桿件總重3 000 kN，起吊能力2 000 kN。橫梁上安裝走行絞車，底部安裝橫梁及走行系統。施工時，首先施工龍門軌道基礎及地錨，在此基礎上拼裝龍門立柱，橫向對應位置拼裝橫梁，各纜風繩節點隨立柱升高而升高，最終節點在立柱頂。在立柱頂端內側拼裝牛腿及工作平臺，然后起吊橫梁并與立柱連接成整體。龍門拼裝完成后，按設計荷載進行了加載試運行，消除非彈性變形，取得有關撓度及應力等數據，并取得了地方質監部門的使用許可。

(3)拱部地面分段拼裝，整體吊裝技術

鋼箱疊拱主拱跨結構各節段由工廠廠內制造，分段汽車運至現場。系梁、縱梁、橫梁分段直接在支架上完成成橋拼裝;拱肋的拼裝分兩步完成:一、拱腳及上、下拱肋的1號段在系梁上搭設支架拼裝;二、上、下拱肋的2號～5號段在系梁兩側的低支架進行局部組拼，最后采用2臺龍門吊機(2 000 kN)88 m(2號～5號段)整體抬吊到系梁頂的拼裝支架上，按設計順序進行正式的主拱跨結構吊裝組拼及焊接，現澆橋面板。然后拆除支撐結構，最后鋪設橋面二期恒載。

5 無砟軌道關鍵施工技術

5.1 CRTSⅠ型無砟軌道工程概況

哈大鐵路客運專線全線無砟軌道鋪設長度為847雙線km，其中除岔區鋪設軌枕埋入式無砟軌道外，其余地段均鋪設CRTSⅠ型板式無砟軌道。根據施工組織安排，全線共設置了16個軌道板預制廠，預制無砟軌道板354 094塊。

哈大鐵路客運專線CRTSⅠ型無砟軌道板設計為后張法雙向預應力混凝土結構，為確保CRTSⅠ型板式無砟軌道在嚴寒地區的使用壽命，鐵道部組織相關單位開展了科研攻關，從優化結構設計著手，采取增加軌道板厚度、板面設置承軌臺、加密底座伸縮縫等措施提高軌道結構的低溫適應性［11］。與內地滬杭高鐵及滬寧高鐵采用的CRTSⅠ型無砟軌道板結構相比，哈大鐵路客運專線CRTSⅠ型無砟軌道板板厚由19 cm增至20 cm，增加了1 cm高的承軌臺。為確保哈大鐵路客運專線I型軌道板生產質量及精度滿足相關要求，哈大鐵路客運專線公司以“標準化、工廠化、機械化、專業化、信息化”為手段，組織相關單位對軌道板制造及鋪設進行了系統研究和工藝創新，并在全線推廣。

5.2 無砟軌道板預制關鍵施工技術及工藝創新

哈大鐵路客運專線軌道板制造主要進行了5項工藝創新，軌道板制造流程及主要工藝創新點詳見圖3。

圖3 哈大鐵路客運專線軌道板制造工藝及主要創新點

5.2.1 鋼筋加工數控化技術

為了提高鋼筋加工精度和生產效率，該成套設備主要由數控鋼筋切斷機和數控鋼筋彎曲機組成，效率較高，完全可以滿足板廠生產的需要。

5.2.2 蒸汽養護溫控自動化技術

蒸汽養護是用蒸汽在混凝土結構周圍造成濕熱環境，以加速混凝土硬化的方法［1］。為了保證蒸養效果和混凝土品質，哈大鐵路客運專線全線16個板廠全部采用自動溫控系統進行溫度動態控制，為了提高工作效率，溫控系統采用一控一模的方式。

蒸汽養護嚴格按照靜養、升溫、恒溫、降溫4個階段進行，采用測溫元件實時監控廠房內環境溫度、蒸養棚內蒸汽溫度、軌道板的芯部溫度、軌道板表面溫度。同時利用計算機程序在電腦上實現對養護規則的設定，實現對養護過程的全程監控，包括實時溫度曲線的顯示、歷史數據的查詢、數據的打印等管理功能，確保蒸養過程中每塊板的升、降溫速率、恒溫時間和溫度等滿足規范要求。

5.2.3 預應力張拉自動化及痕跡自動生成技術［12］

預應力自動張拉系統實現了預應力張拉過程的智能化、自動化、標準化、信息化、數字化，具有張拉精度高、差錯率小、操作簡便，工效高及綜合費用較低的優點。自動張拉系統設備由液壓系統、測力系統、位移測量系統和控制系統等組成［3］。

5.2.4 錨穴口自動成槽技術

軌道板錨穴自動成槽工藝采用在模板內錨具表面加縱橫交錯硅膠條制成的環狀體，在混凝土灌注前安裝在錨具上并調整均勻，直接在混凝土灌注過程中形成縱橫交錯的凹槽以達到錨穴成槽的效果。此工藝避免了以前人工對高強度等級混凝土鑿毛的困難、能夠提高工效，減少板廠的粉塵污染和噪聲污染，同時縱橫交錯成槽使封錨砂漿能與軌道板板體很好的連接，降低了運營過程中封錨砂漿脫落的風險。

5.2.5 成品板平整度自動檢測技術

傳統意義上的檢測方法大多采用游標卡尺、塞尺、靠尺及水準儀等設備，不僅工效慢，精度低，影響檢測進度。哈大鐵路客運專線組織相關單位開發了成品板平整度自動檢測評估系統。

成品板平整度檢測系統主要由測量機器人(全站儀)、數據處理終端(數據處理軟件)和測量輔助器材3部分組成，該系統采用自定心螺孔適配器，能夠精準的測量螺栓孔的中心和對應的板面的高程;采用球形棱鏡做測量目標，定心準確，快速高效;采用高精度、具有自動目標搜索、自動目標瞄準的全站儀(測量機器人)進行測量，保證了測量精度，提高了測量效率。

5.3 CRTSⅠ型無砟軌道鋪設

5.3.1 混凝土底座施工技術

軌道板底座施工采用隔一打一，有效的控制底座及凸臺混凝土拆模時掉楞掉角，保證了結構物幾何外形滿足規范要求，保證了底座和凸臺處伸縮縫線形，解決了底座模板拆除困難的問題。

為了有效解決底座混凝土“爛根”問題，并加快施工進度，節約施工成本，提高施工質量，采用了“L”形活動模板，保證了底座施工質量。

5.3.2 CA砂漿嚴寒地區配方創新

CA砂漿由水泥、乳化瀝青、細骨料(砂)、混合料、水、鋁粉、各種外加劑等多種原材料組成，作為板式軌道混凝土底座與軌道板間的彈性調整層，是一種集混凝土剛性和瀝青彈性為一體的半剛性體，其性能的好壞直接影響板式軌道應用的耐久性和維修工作量。

哈大鐵路客運專線地處嚴寒地區，水泥乳化瀝青砂漿施工質量關系著嚴寒地區客運專線CRTSⅠ型板式無砟軌道建設的成敗。為了確保水泥乳化瀝青砂漿施工質量和耐久性，指導嚴寒地區客運專線鐵路CRTSⅠ型板式無砟軌道水泥乳化瀝青砂漿的生產和施工，鐵道部、哈大鐵路客運專線公司及相關部門依據嚴寒地區CRTSⅠ型板式無砟軌道水泥乳化瀝青砂漿自主創新研究的最新成果及濱綏線成高子車站試驗段工程實踐經驗，提出了針對嚴寒地區的氣候條件及使用狀況的水泥乳化瀝青砂漿4項指標，詳見表1，并已在《客運專線鐵路CRTSⅠ型板式無砟軌道水泥乳化瀝青砂漿暫行補充技術條件》——嚴寒地區補充規定(科技基［2009］77號)文件發布執行。

表1 嚴寒地區水泥乳化瀝青砂漿補充的性能指標要求

5.3.3 CA砂漿拌制技術

CA砂漿正式施工前必須通過工藝性試驗和上道試驗，在施工現場制配時，CA砂漿的配合比要根據氣候條件、溫度條件及現場所采購的材料性能的變化，通過試驗及時修正配合比，并做好試驗記錄。

CA砂漿的投料順序必須嚴格按照預先設定的順序進行，砂漿的強度依攪拌機的旋轉速度和拌和時間的不同而受影響，通常攪拌機的旋轉速度越大，拌和時間越長，強度就越降低。

5.3.4 CA砂漿運輸及灌注技術

哈大鐵路客運專線多采用輪胎式砂漿車，其主要在線下行走及施工。為減少砂漿車及相關機械的移動次數，減少便道交通干擾，加快施工進度，哈大鐵路客運專線相關單位采取了線下拌制、線上運輸的施工方式，并研制了能在雙線底座間2.2 m寬通道運輸的雙向運漿車?？呻p向行駛，無需在線上調頭作業，操作簡便。

CA砂漿灌注以不致帶入空氣為原則徐徐地連續進行，并按照工藝性試驗確定的灌注順序、灌注時間等技術參數，嚴格控制整個灌注過程。在超高地段和坡度地段進行砂漿灌注時，采取從低向高進行灌注，以利于砂漿排氣;在水泥乳化瀝青砂漿抗壓強度達到0.1 MPa以上，開始拆除支撐螺旋栓。

5.3.5 曲線地段防浮及防滑技術

曲線地段通過設置防滑裝置，有效地控制了CA砂漿在灌注過程中軌道板向內側滑移，保證了軌道板中心線與設計線路中心線誤差控制在±1 mm內。防浮裝置的設置保證軌道板承軌臺高程控制在±1 mm內。

5.3.6 防雨棚及CPⅢ測設移動防風亭的使用技術

為解決CA砂漿“雨天不得進行施工”的問題，在橋面上搭設移動防護棚，CA砂漿灌注過程中全部在棚內進行，從而有效地解決了CA砂漿雨天不得施工的問題。為減少大風天氣對測量工作的影響，加快及改善CPⅢ控制網及軌道板精調施工進度及質量，在全站儀設站位置搭設棚罩，從而降低測量誤差，保證施工質量并提高施工進度。

5.3.7 瀝青儲存罐降溫技術

為了保證夏季施工時乳化瀝青溫度滿足要求，哈大鐵路客運專線采取了瀝青儲存罐降溫技術。在加工瀝青儲存罐時，在罐內布設“Z”字形冷卻管道，在管道進口及出口設置開關裝置。在瀝青儲存罐附近打一口水井和滲水井，在水井內安放水泵，利用水泵將4～6℃的井水通過瀝青儲存罐內的冷卻管道對乳化瀝青進行降溫，保證了乳化瀝青正常使用溫度，確保了CA砂漿施工質量。

6 62號高速無砟道岔鋪設技術

哈大客運專線2組62號高速無砟道岔位于長春西站北咽喉，設計為渡線道岔，分別連接哈大鐵路客運專線和長春聯絡線，62號高速無砟道岔全長201 m，直股通過速度350 km/h，側股通過速度220 km/h。為目前世界上最大號碼道岔。62號高速無砟道岔施工過無砟道岔長大構件運輸吊裝技術。

6.1 無砟軌道長大構件運輸吊裝技術

62號無砟道岔經既有線到達雙城車站，然后經雙城鋪軌基地進入哈大鐵路客運專線長春西站鋪設地點，利用左線作為大型吊車停車點進行現場卸車。為了保證吊裝作業過程中道岔構件處于允許的彈性變化范圍內，確保吊裝作業安全，針對對不同道岔構件的載荷工況，扁擔梁及吊點的設置進行了科學計算和檢驗，現場卸車采用2臺1 200 kN吊車，運用2副24 m長的扁擔梁進行同時吊卸作業，將基-尖軌、導軌及轍叉分批一次性就位，確保了道岔在吊裝作業中縱橫向最大變形量不超過100 mm，并安全吊卸就位。無砟道岔鋼軌結構件吊裝詳見圖4。

圖4 62號無砟道岔鋼軌結構件吊裝

6.2 岔枕間距變化控制技術

岔枕間距是決定道岔線形的制約因素。道岔組裝過程中由于單個構件長，當溫度變化時導致鋼軌件伸縮幅度大，從而影響岔枕間距反復超標。為了確保岔枕間距符合允許誤差±2 mm的技術標準，經多次研究分析，首先以20根岔枕為1個單元，用全站儀測量定出每個單元首根及末根岔枕的絕對位置，中間岔枕按照設計岔枕間距逐根方正鎖緊鋼軌扣件，消除用傳統方法對長大構件岔枕定位產生的累積誤差;然后將鋼軌接頭處前后相鄰6根岔枕間距均按照設計間距逐根嚴格定位，消除軌溫變化對接縫處岔枕間距的變化大的影響，保證了岔枕間距滿足技術標準要求。

6.3 道岔直曲股精調線形控制技術

道岔精調要同時滿足直曲股線形的平順性，是精調工作的關鍵。為了確保道岔直股曲股線形符合設計要求，安排4臺小車同時采集數據;為了減小全站儀設站誤差，嚴格采取定點設站。精調前對4臺小車進行交叉校核，降低各方面因素對道岔精確測量造成的誤差，然后分別對直曲股進行精調。針對道岔精調過程中出現的長墊板上直股滿足平順性要求，曲股不滿足要求時，通過更換軌距塊調整線形，使道岔線型滿足技術標準要求。

7 結論

(1)哈大鐵路客運專線路基工程通過采取CFG樁、水泥攪拌樁復合地基、樁網結構等復合地基處理措施進行地基處理;通過設置隔斷層、防凍層、防凍護道，控制路堤填土高度、加強沉降觀測等措施，確保了路基工程質量滿足設計及規范要求。

(2)哈大客運專線是我國也是世界上第一條嚴寒地區無砟軌道高速鐵路，路基凍脹具有普遍性且難以避免。從實測數據分析，哈大客專的路基凍脹總體上屬于可控范圍，但對列車高速運行要求而言，現有的防凍脹措施仍需要進一步加強。適合嚴寒地區高速鐵路的無砟軌道路基的防凍脹結構和措施是一個需要不斷探索、積累和完善的過程。

(3)重點橋梁工程通過加強設計、科研與施工相結合、全程監測等措施，確保了轉體橋梁、鋼箱疊拱橋等工程順利完成，避免了海水、河流對經受侵蝕或反復凍融的橋梁混凝土結構造成剝蝕危害。

(4)軌道工程通過優化軌道板結構設計，通過軌道板制造及鋪設過程中的改革創新，通過對大號碼高速無砟道岔的吊裝、精調等關鍵工序的研究，確保了軌道工程的順利實施。

(5)通過對嚴寒地區無砟軌道CA砂漿的配方的創新設計，確保了CA砂漿的抗疲勞性、低溫抗裂性、低溫折壓比、低溫彈性模量等關鍵指標滿足嚴寒地區的環境要求，保證了CA砂漿在嚴寒環境下的耐久性。

(6)由于哈大鐵路客運專線地處嚴寒地區，且地下水位較高，河流水系發達，地下水豐富。隨著城市發展對地下水位產生的變化，可能導致地基基礎及路基的下沉，需要在今后的運營中加強觀察和觀測，確保路基穩定和行車安全。

(7)由于哈大鐵路客運專線地處嚴寒地區，高性能混凝土在嚴寒地區的耐久性和抗裂性能需要進一步觀察;

(8)由于后張法CRTSⅠ型無砟軌道板所采用的預應力鋼棒可能存在斷裂的現象，為了確保運營安全，大量增加了防護措施。同時，軌道板在嚴寒地區的抗裂性能也有待觀察。而先張板在降低預應力筋斷裂幾率及抗裂性能方面明顯優于后張板，建議后期的工程實踐中進一步對先張板進行試驗研究。

［1］鐵道部第一勘測設計院.鐵路工程地質手冊［M］.北京:中國鐵道出版社，1999.

［2］中華人民共和國鐵道部.TB10621—2009 高速鐵路設計規范(試行)［S］.北京:中國鐵道出版社，2009.

［3］石剛強，張先軍.嚴寒地區客運專線路基凍脹影響因素及防治技術［J］.鐵道建筑，2011(6):93-95.

［4］張先軍，趙世運.哈大高速鐵路新營口車站組合樁復合地基的運用研究［J］.鐵道工程學報，2011(5):34-39.

［5］王珣，時偉.季節性凍土地區客運專線路基基床結構優化［J］.中國港灣建設，2010(6):37-38.

［6］楊富民，張勇，李學斌.防凍型支座灌漿材料的研究［J］.鐵道建筑，2012(1):34-37.

［7］余常俊，劉建明，張翔，等.客運專線上跨既有繁忙干線鐵路連續梁水平轉體施工關鍵技術［J］.鐵道標準設計，2009(12):46-51.

［8］余常俊，周勇軍，劉建明，等.客運專線上跨既有繁忙干線鐵路轉體法施工監控技術［J］.鐵道標準設計，2010(5):68-71.

［9］余?？?，劉建明，張翔，等.客運專線上跨既有繁忙干線鐵路連續梁轉體后中跨合龍段移動支架設計與施工［J］.鐵道建筑，2010(5):16-18.