采用微型盾構換填營業線凍害路基施工技術

張 宇

(沈陽局集團公司 山海關工務段，遼寧 錦州 121000)

1 鐵路營業線施工原則

鐵路營業線施工是指影響營業線設備穩定、使用和行車安全的各種施工作業[1]，按組織方式、影響程度可分為施工和維修2類。鄰近營業線施工是指在營業線兩側一定范圍內，新建鐵路工程、既有線改造工程、地方工程等影響或可能影響鐵路營業線設備穩定、使用和行車安全的施工作業。

營業線施工的目的是為了保證行車設備狀態良好，使列車按照規定的速度安全、平穩、不間斷的運行。天窗修制度是保證鐵路營業線施工安全的有效措施，凡影響營業線設備穩定、使用和行車安全的施工作業，都必須納入施工天窗。鐵路營業線施工是運輸組織的重要組成部分，應加強施工計劃和施工組織管理，積極推廣技術先進的施工機具和施工方法，提高施工作業效率和質量。

2 工程概況

秦沈線自開通運營以來常年出現季節性凍害現象[2]。2017—2018年發生凍害368處，其中292處位于涵洞頂部，平均凍脹長度為10 m，平均凍脹高度為5.2 mm。

關于季節性凍土的凍害整治前人已經做過大量的研究[3-6]，本次凍害整治采用新型的治理工藝——微型盾構橫向換填法進行治理，治理涵洞6座11處(上下行)，凍害治理長度共計202 m。

3 施工工藝簡介

微型盾構掘進換填凍害路基整治技術是采用微型盾構設備對產生凍害層位的路基填料進行置換，換填材料為不產生凍害的混凝土或砂漿，從而達到減少或消除路基凍害的目的。

主要施工工序如下：

1)勘察取樣

凍害整治實施前對每個工點進行勘察取樣，并進行土工試驗。

2)設置硬隔離

在道床坡腳采用金屬浸塑網將營業線與施工作業區進行隔離(安裝供監測人員上道的通道門)，再向下延伸與原有的防護網相連，形成封閉的作業區間，確保點外施工對行車不產生干擾。

3)場地清理及搭設施工平臺

清除施工地段路堤邊坡和涵洞周邊的雜物、植被灌木，鑿除施工地段路肩及邊坡圬工防護和涵洞頂帽石，對影響施工的電線電纜進行遷移、防護、固定。清除道砟外側的基床填料，修整微型盾構所需的施工面。采用H型鋼和架子管搭設施工平臺。

4)微型盾構機掘進作業

將微型盾構機放置在施工平臺上，將鉆頭鉆桿連接到盾構機上，同時將套管套在鉆桿上。校正盾構機和套管的軸線、高程和坡度，并將盾構機固定在施工平臺上。根據現場勘查的置換厚度選用匹配的套管管徑。啟動設備，即可進行盾構掘進作業。每節鉆桿長1.0 m，插接連接。當第1節鉆桿和套管掘進完成后，將鉆機與鉆桿拆開，安裝下一根鉆桿和套管繼續推進。持續工作，掘進至設計要求的深度。

5)施工監測

施工監測通過測量儀器在施工期間對路基、軌面高程及平面進行監測，主要采用全站儀監測系統和自動監測系統2種監測手段。

全站監測系統由2臺智能全站儀和相應數量的棱鏡組成。全站儀在封閉網內上下行各設置1臺，棱鏡布置在軌枕兩端，每4根軌枕(間距2.4 m)設置1個棱鏡。用φ12 mm鉆頭打孔，打孔深度30 mm。然后將長50 mm的棱鏡桿采用膠裝的方式固定在孔內，最后將棱鏡安裝在棱鏡桿上。棱鏡高度低于軌頭20 mm，軌枕兩端交替呈梅花形布置，路肩側棱鏡朝本側施工方向，兩線間一側朝相反方向。監測時，上行全站儀監測上行外股軌枕端和下行兩線間軌枕端，下行全站儀監測下行外股軌枕端和上行兩線間軌枕端。

自動監測系統主要由自動監測傳感器和接收終端組成。自動監測傳感器沿線路方向安裝在軌枕一端，每個軌枕端打設2個膨脹螺絲，然后用U形鋼圈固定，接收終端安設在作業點現場。

6)灌漿置換

掘進至設計深度后退出鉆頭和鉆桿，套管留在孔內，清理殘留的浮土，選用C30自密實混凝土和速凝砂漿分層灌注。澆筑過程中不斷振搗，確保混凝土和砂漿填滿鋼管。

7)排水管施工

采用潛孔鉆機在相鄰鋼管下方鉆孔，孔徑90 mm，鉆孔深度和鋼套管相同。成孔后放入高密度聚乙烯(High Density Polyethylene，HDPE)排水管，排水坡度不小于0.5%。排水管上半部可鉆10 mm小孔，梅花形布置，前端管口和管壁外部包扎一層土工布。

8)工作面回填及坡面防護恢復

將路肩開挖出來的土摻入白灰(石灰和土的體積比為3∶7)進行回填并分層壓實，每層厚度不大于300 mm，壓實率不小于90%。邊坡用漿砌片石重新砌筑，路肩采用防水砂漿澆筑封閉。

9)撤除硬隔離

拆除道床坡腳和兩端的金屬隔離網，并對被破壞的道砟面進行修整恢復。

4 施工計劃和施工組織管理

本次凍害整治工程工點分散、施工線路長、施工工藝復雜，需要營業線封鎖施工，從而影響運輸組織。因此，施工前必須做好施工計劃和施工組織[7]，做到施工方案超前，要素配置到位，內外協調有序，安全質量受控。

4.1 施工工序分級管理

按照鐵運[2012]280號《鐵路營業線施工安全管理辦法》對微型盾構掘進換填凍害路基整治技術的施工工序進行分析，將不同的施工工序進行分級管理。因上述工序4—6中涉及對路基本體進行鉆孔、掘進、灌漿等作業，影響路基穩定及行車安全，必須申請營業線封鎖，在天窗點內施工，施工等級為Ⅲ級(見圖1)。而工序1，3，7，8為輔助性工程(見圖2)，不影響路基穩定及行車安全，可申請鄰近營業線施工。按B類施工管理，編制施工安全監督計劃上報鐵路局申請施工。

圖1 營業線封鎖微型盾構施工圖2 鄰近營業線B類施工

通過對施工工序的分級分類，按不同施工等級、類別進行管理，縮短了施工周期，最大限度地降低施工對行車的影響，有效提高了天窗的利用率。

4.2 營業線封鎖施工組織管理

從臺安K608+500至丁香湖K676+635兩個區間共有涵洞6座，凍害點11處。為了便于施工管理，同時減少對運輸組織的影響，每次只申請1個涵洞(含上下行)進行營業線封鎖施工。

按照規定，施工單位必須提前向運輸處提出月度施工計劃申請表。因此，需要對每處工點的施工難點、施工效率做好預判，制定合理的施工流水計劃，由慢到快，由易到難循序推進。做到申請的天窗不浪費，也不能因為申請天窗不足造成施工組織混亂。

5 營業線施工安全管控

營業線施工必須把確保安全放在首位，堅持“安全第一、預防為主、綜合治理”的方針。

5.1 安全培訓

安全培訓是提高施工從業人員安全意識和安全技能的主要手段。施工單位在進場前對參與施工的所有人員進行一次施工安全培訓，并邀請設備管理單位的安全專職人員講解安全知識，最后進行考試，合格者方準進場施工。

5.2 安全交底

施工單位應先對交底工作做好充分的準備，對每個分項分部工程的施工方法、作業流程、人員分工、機具設備操作、安全文明施工和存在的危險因素及其控制措施向所有參與施工的人員進行詳細交底。特別是對施工作業過程中可能危及營業線列車運行安全的風險進行針對性的分析，并制定專項防控措施，責任到人，有效落實。

5.3 雨季施工安全工作

開挖的施工面預留一定的排水坡度，防止積水。靠近線路一側采用雙層沙袋護坡，如遇降雨則采用塑料布對施工面進行全覆蓋，防止雨水沖刷路基基床。雨季前對現場配電箱、閘箱、電纜臨時支架等設備仔細檢查，確保用電安全。雨季所需材料、設備和其他用品，如水泵、抽水軟管、草袋、塑料布、苫布等由材料部門提前準備，水泵等設備應提前檢修。

5.4 施工安全防護措施

1)設置硬隔離。將施工作業人員和機具與行車隔離，除天窗點內監測人員上道外，其他人員一律不準越過隔離網。施工過程中若鄰線來車，防護員鳴笛，所有施工人員應立即停止作業。

2)嚴格按規章制度設置施工防護。現場施工負責人、安全員、現場防護員、駐站聯絡員等按照規定時間到達自己的工作崗位，充分做好施工準備，認真進行班前安全教育。檢查防護用品，確保性能良好并進行試通話，確保施工作業過程中聯絡通暢。施工天窗命令下達后，按規定設置施工封鎖防護，防護人員嚴格執行呼叫應答制度，安全員對防護人員進行監督檢查，確保防護工作有效落實。

3)嚴格執行施工登記、銷記制度。嚴格按當日批準的施工計劃進行登記、銷記，并按命令下達的天窗時間組織施工，未接到上道命令嚴禁上道。

4)做好上道材料和工(機)具的登記。上道前，清點、登記各種上道工(機)具和材料，并明確到每個施工人員，施工結束后復檢、銷記。由工區監控人員和施工單位管理人員共同確認上道工(機)具和材料。

5)防止漏電傷害。電線線路負荷(尤其是插線板)、用電器功率必須與電源線負荷相匹配。保證電源線線路順暢。移動設備時，先斷電后扯線移動。電源線線路須配漏電保護和接地安全保護。

6)施工人員必須穿戴帶有反光條的勞動防護用品，備好照明設備，保證現場照明。

7)接近高壓電線路等供電設備作業的工(機)具和作業人員須與供電設備的帶電部分保持不小于2 m的距離。

8)作業地點用臨時封閉網與線路隔離，非封鎖期間人員及工具不得侵入封閉網內，本線來車時停止作業。

9)單線封鎖鄰線通車時，安全員、現場防護人員要加強巡視、瞭望，確保施工工具不侵入限界；鄰線有列車通過時，兩端防護員立即通知現場防護人員，現場防護員鳴笛示警要求監測人員立即下道避車。

10)施工完成后，施工單位加強線路設備養護，按規定逐步提速直至列車常速運行，確保行車安全。

5.5 線路狀態監測

1)天窗點內施工時采用全站儀、水準儀、道尺等設備對線路幾何狀態進行測量，若出現沉降、上拱或偏移幅值超限的情況，應立即停止施工。分析產生問題的原因，并采取應急措施調整線路，確保按天窗時間安全開通。

2)線路開通后采用自動監測系統實時監測線路狀態。自動監測傳感器沿線路方向安裝在軌枕一端，接收終端安設在作業現場和工務段監控室內。實時監測系統設置5，8，11 mm的偏移預警值，達到此值時接受終端報警。影響行車安全時，立即采取限速、封閉等措施。

6 施工質量保證措施

施工前做好施工人員的技術培訓和技術交底，并保證交底效果。施工過程中，關鍵工序的操作人員應固定，不得隨意更換。雨季施工時，對鉆好的孔進行封堵，防止雨水進入。鉆孔出土過程中，采用道尺對軌道高程進行監測。

7 結語

采用微型盾構掘進換填凍害路基整治技術進行凍害整治是首次在秦沈客運專線上應用，也是首次在國內實施，已取得了顯著效果。為確保凍害徹底消滅、整治任務安全順利完成，需要對施工計劃、施工組織以及安全生產進行科學管控。