高速鐵路無砟軌道路基支承層改進型滑模施工技術

張旭飛

摘要：無砟軌道路基支承層施工控制技術一直是高速鐵路工程界和學術界關注的焦點。依托新建武漢至十堰高速鐵路CRTSⅠ型雙塊式無砟軌道工程實踐，提出改進型滑模攤鋪機施工技術。利用設備自帶傳感器通過引導線來控制線形，可精確控制支承層標高及斷面尺寸，消除立模過程中出現的錯臺、線形、漏漿等傳統缺陷。加長模板系統可防止攤鋪施工過程中因整平提漿系統的震動導致側壁溜坍;延長模板與水硬性混合料摩擦距離，有利于成型的支承層表面平整及線形美觀。改進型滑模攤鋪機施工技術能實現支承層施工提漿整平、拉毛一次成型，內實外美，提高了無砟軌道支承層工藝水平，確保施工質量。

Abstract： Controlled construction technology for ballastless track subgrade is a critical scientific issue in engineering and academic fields associated with high speed railway. Considering CRTSⅠdouble-block ballastless track on Wuhan-Shiyan high speed railway， improved sliding mode paver was proposed to avoid traditional defects， e.g.， dislocation， alignment along with mud leakage. Sensors were guided to correct alignment， elevation and obtain exact cross section size. Using lengthened formwork system prevents the vibration of mud extracting that could lead to topsoil slip of sidewall during paving construction. Extended frictional distance between formwork and hydraulic mixture is beneficial to surfacing level as well as alignment beauty. Improved sliding mode paver technology advances mud extracting and one-step forming of galling， namely， outer seems pretty and inner is strong as well. It could enhance construction level of bearing layer of ballastless track subgrade and guarantee engineering quality.

關鍵詞：高速鐵路;無砟軌道;路基;支承層;滑模

Key words： high-speed railway;ballastless track;subgrade;bearing layer;sliding mode

中圖分類號：U213.1 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1006-4311（2019）11-0114-04

0 ?引言

隨著我國基礎設施建設擴大，高速鐵路工程得到了快速發展，其中，無砟軌道已成為客運專線及高速鐵路的主要軌道形式[1]。與傳統的有砟軌道相比，高速鐵路對無砟軌道結構要求更高，需要軌道具有更高平順性、穩定性及耐久性[2]。但是，目前常用的CRTSⅠ型雙塊式無砟軌道常常帶有表面蜂窩、平整度差等缺陷，而且作業人數較多，施工難度較大，總體經濟成本偏高。對于此，國內外學者開展了相關研究工作，并且取得了一定的成果。

顏華等[3]通過三維有限元數值模擬，對雙塊式無砟軌道結構受力與變形特性進行研究，建議了合理的混凝土支承層型式及結構設計參數。王森榮[4]采用理論分析的方法，分析路基地段雙塊式無砟軌道道床板和支承層的功能，提出連續道床板和分塊道床板兩種結構設計方案的主要特點和設計要點。陳虎等[5]結合京滬高鐵開展現場試驗和測試，研究了CRTSⅡ型板式無砟軌道路橋過渡段振動特性，以及沿線路縱垂向的空間變化振動響應及與車速關系。趙國堂等[6]建立三維高速鐵路無砟軌道-路基凍脹耦合有限元模型，研究路基凍脹變形波長和幅值對不同類型無砟軌道結構受力的影響，為季凍區高速鐵路無砟軌道的選型提供參考。劉子毅[7]建立無砟軌道-路基有限元模型，分析扣件剛度、CA砂漿層彈性模量以及地基剛度等參數的變化對多層結構靜力學特性的影響，并且進一步研究移動荷載作用下受各種參數的影響程度和規律。

現有文獻顯示，目前大部分是針對無砟軌道-路基受力特征，或者支承層的功能進行相關研究，而表面蜂窩、平整度差等缺陷方面工作并不多[8]。因此，以新建武漢至十堰高速鐵路為背景，開展高鐵無砟軌道路基支承層改進型滑模施工技術研究，具有重要工程實踐價值和理論學術意義。

1 ?工藝原理與特點

新建武漢至十堰鐵路孝感至十堰段正線起于漢孝城際鐵路孝感東站DK47+569.79，止于十堰北站（含）DK445+725，線路全長399.05km。采用CRTSⅠ型雙塊式無砟軌道，主要由下部結構、底座板或支承層、現澆混凝土道床板、雙塊式軌枕、高彈性扣件、鋼軌組成。正線數目為雙線，線間距5.0m，最小平面曲線半徑一般地段7000m，困難地段5500m，最大坡度20‰，到發線有效長度650m。

1.1 工藝原理

本文提出的改進型滑模技術適用于CRTSⅠ型雙塊式無砟軌道的高速鐵路（客運專線）路基支承層施工，特別是連續長度超過200m及以上長段落路基支承層施工。

采用與設計尺寸相符的攤鋪機自帶可移動性模板，在施工引導線下行進，拌合料連續進倉、入模成型，振搗擠壓后形成路基支承層，一次成型，簡單方便。采用水硬性混合料，以使攤鋪后的支承層幾何形狀不會變形。通過控制虛鋪高度、滑模攤鋪機的走行速度及高頻振搗棒的振搗頻率，來控制支承層的攤鋪質量，保證支承層的密實度。通過加裝震動拉毛平臺，來消除表面蜂窩，達到提漿整平及拉毛的效果。

1.2 工藝特點

①本工藝采用滑模攤鋪法施工，利用設備自帶傳感器通過引導線控制線形、標高，勞動強度降低，自動化程度提高。

②能精確控制支承層的標高及斷面尺寸，消除立模過程中出現的錯臺、線形、漏漿等缺陷。

③滑模攤鋪法施工速度快、規模大，對環境影響小，經濟效益更好。

④加長模板系統，能有效防止攤鋪施工過程中因整平提漿系統的震動導致側壁溜坍，延長模板與水硬性混合料摩擦距離，利于成型的支承層表面平整及線形美觀。

⑤拉毛系統通過軸承連接拉毛輥軸，拉毛輥軸與架體連接部位通過絲桿實現高度可調，以保證不同施工條件下拉毛深度均勻，在攤鋪過程中輥軸轉動壓槽以實現拉毛效果。

⑥震平提漿系統方面，振動平臺與架體間采用高強彈性橡膠墊柔性連接，防止平臺工作時震動致使架體變形。

2 ?施工工藝流程及控制要點

2.1 施工工藝流程

工藝流程：路基表層檢測→施工準備、測量放線→基床表層濕潤→機械就位、調整振動平臺及拉毛系統標高→混合料拌合運輸→卸料、挖機布料→啟動振動拉毛平臺→滑模攤鋪作業→人工修邊收面→切縫→養生。

2.2 施工準備

結合施工過程，應注意以下幾方面：

①只有在路基沉降觀測評估通過以及級配碎石驗收合格后才能進行支承層施工。

②支承層施工前對路基基床表層進行驗收，基床表層頂面應平整，其表面平整度不大于15mm，高程誤差為

±10mm，以避免因路面超高使模板出現犁地現象，影響攤鋪機走行，導致攤鋪線形不平順，且剮蹭松散的級配碎石極易被擠入支承層根部，導致攤鋪完成的支承層根部不密實。曲線地段，攤鋪前應對攤鋪機履帶走行范圍進行整平，防止因攤鋪機走行困難，履帶左右擺動，影響攤鋪線形。

③支承層施工前對路基基床表面進行清潔，提前2h灑水濕潤，同時路基表層不得出現積水現象。

④通過線外試驗段確定施工配合比及攤鋪機行走速度、振搗頻率、搗固深度等工藝參數。

2.3 測量放線控制要點

滑模攤鋪作業需要在機器左右兩側各設置一條引導線，支承層的標高以及方向由傳感器通過引導線自動控制，現場測量如圖1所示。左、右兩側引導線距離混凝土側邊1.1m，引導線高出支承層面20cm。

引導線的樁間距離為10m，曲線段一般為5m。引導線的最大長度控制在300m 范圍，以便于質量控制和卸料。安裝后的引導線標高誤差在±3mm間，中線位置（方向）誤差控制在5mm以內。引導線設定好后，檢查是否有滑落或擾動，保證引導線的精確度。

2.4 基床表層濕潤

路基支承層施工前對基床表面進行清潔，提前2h 灑水對基床表層濕潤，同時表層不得出現積水現象，如圖2所示。

2.5 工裝調整就位

施工時平臺調整為前高后低，振動平臺前端略高于攤鋪機底模3～5mm，尾部略低于攤鋪機底模2～3mm，前部略高是為了防止震動平臺前端剮蹭混合料造成堆積，影響走行和標高控制，尾部略低于模板是使震動平臺高效發揮振動提漿的工效。然后通過旋轉高度調節盤調整拉毛系統標高，振動平臺就位如圖3所示。

2.6 混合料拌合及運輸

水硬性混合料由拌合站集中生產后運至現場，根據中國鐵科院現場試驗確定支承層混合料配合比，現場施工時應結合實際情況及溫度變化在配合比調整范圍內及時調整用水量，若含水量小則混合料提漿效果差，若含水量大則攤鋪無法成型，邊角易坍塌，混合料拌制完成后，要取樣測定含水率。

采用自卸汽車進行支承層混合料運輸。每次運輸前將自卸汽車車廂內清洗干凈，長距離運輸時需采取覆蓋措施，防止水分散失。同時為了保證攤鋪進度，根據不同的運輸距離和運輸時間確定自卸車的數量。

2.7 卸料及布料

①自卸車沿設置引導線的中部倒退至攤鋪機進料端后，開始慢速進行卸料，避免集中卸料造成堆積離析;卸料長度不宜超過10m，以免混合料水分損失，影響攤鋪質量。

②混合料通過自卸車運輸至現場后，由專人引導自卸車進行卸料。

③使用小型挖機對混合料進行整平，布料厚度宜控制在35～40cm，攤鋪機料倉內存料高度宜控制在與螺旋桿頂部齊平或略高，確保攤鋪成型的支承層無孔洞，避免出現不密實的情況，如圖4所示。施工過程中，小挖機的配合至關重要，挖機布料的平整、均勻性直接影響到攤鋪機的作業效率，挖機司機應指定專人且經過培訓合格后上崗。

2.8 攤鋪作業要點

①首次攤鋪前，應對攤鋪機位置、幾何參數和機架水平度進行調整，然后空機掛線行走5～10m，經多次確認無誤后方可開始攤鋪。

②采用釘樁或基準線法校準滑模攤鋪機擠壓底板高程和側模前進方向，調整水平傳感器立柱高度和滑模攤鋪機機架前后左右的水平度，使滑模攤鋪機自動行走，再返回校核1～2遍，正確無誤后，方可開始攤鋪。

③通過挖掘機進行布料，攤鋪范圍內要均勻布料，布料長度達到5m 后啟動攤鋪機，攤鋪機開機前先啟動振搗棒再行走，停機后立即關閉振動棒。

④攤鋪機在運轉時，宜連續攤鋪，不宜間斷，否則影響表面平整度;攤鋪機在停止前進時要關閉震動平臺，防止出現支承層表面出現波紋狀。速度一般控制在0.6～0.8m/min，供料與攤鋪協調一致，力求勻速攤鋪，減少停機次數。如遇供料不及時、搗固性能不良或曲線地段時可適當降低攤鋪速度。

⑤攤鋪機完成5m攤鋪后，對攤鋪的標高、邊緣厚度、中線、橫坡等參數進行復核測量，滿足規范要求后方可繼續向前攤鋪，如圖5所示。

2.9 人工修邊收面

滑模施工后，在混合料初凝前，需要對支承層頂面兩側35cm 范圍和側邊散水面范圍按照16% 坡度采用原漿進行人工抹面，并保證表面光潔度，如圖6所示。收面時，還應將支承層底部兩側多余混合料及時清理。對于支承層根部個別位置存在空隙的，應立即修補保證粘結力，修補材料采用混合料配比去掉石子后拌和成砂漿進行修補，確保終凝后顏色一致。

2.10 支承層切縫要點

支承層施工前，應提前對路基軌枕位置進行排布，確定每根軌枕及每道伸縮假縫里程，通過測量放樣準確定位伸縮假縫位置，縫斷面應垂直于軌道中心線并且切縫應在兩軌枕中間位置，避免處于軌枕下方，誤差不超過3cm。

支承層施工完成后，應在12h內進行切縫施工，釋放表面應力，切縫間距5.2m，切縫深度105mm，如圖7所示。

2.11 養生

支承層鋪設后，采用一布一膜覆蓋灑水養護，支承層表面土工布覆蓋，上層加蓋塑料布，塑料布四周用沙袋壓緊，灑水量保證支承層表面始終處于濕潤狀態，在養護期間按期進行灑水，養護時間不少于7d，濕度較小或氣溫較低時延長養護時間并采取相應保暖措施，加蓋帆布或棉被進行保暖養生。

3 ?人員及材料設備

主要材料采用水硬性混合料，困難條件下可采用C15低塑性混凝土，主要設備如表1所示。主要工作人員為：攤鋪機操作手2人、挖機司機1人、運輸車司機6人、收面人員10人、切縫人員2人、養護人員2人，合計23人。

4 ?質量安全保證措施

4.1 質量控制要點

采用高鐵無砟軌道路基支承層改進型滑模施工時，應注意以下問題：

①路基支承層水硬性混合料施工前，應對所有進場原材料按頻率取樣檢測，合格后方可使用。

②水硬性混合料的攪拌時，應嚴格控制攪拌時間，一般攪拌時間不能低于120s，若膠凝材料用量、用水量更少時，還應延長混合料的攪拌時間。

③混合料應采用自卸車進行運輸，一般情況下，應根據運輸的距離確定自卸車的數量，確保滑模攤鋪工作連續進行。在運輸的過程中應保證混合料的均勻性，至攤鋪點時不發生分層、離析和泌漿等現象。長距離運輸時需采取覆蓋措施，防止水分散失引起含水率變化。原則上，出站后兩小時內未攤鋪的混合料嚴禁用于路基支承層施工。

④使用小挖機對混合料進行整平，布料厚度宜控制在35～40cm，攤鋪機料倉內存料高度宜控制在與螺旋桿頂部齊平或略高，確保攤鋪成型的支承層無孔洞，出現不密實情況。

⑤支承層施工完成后，應根據施工點的天氣、外界環境等因素，合理控制切縫時間。切縫時間過早，會導致切縫處出現毛邊，影響整體外觀質量;時間過晚，支承層表面應力無法釋放，就會出現不規則裂縫等缺陷。

4.2 安全保證措施

①結合工程特點和項目實際情況，建立完善的施工安全保證體系，嚴格落實安全生產責任制，明確各級人員的安全管理職責，實行逐級安全技術交底制度，加強施工過程的安全監控及考核。

②特殊工種持證上崗，參與施工的人員均應經過安全教育培訓并考核合格，熟悉施工工序流程、存在的風險因素及應對措施。

③安全防護設施配備齊全，施工人員必須正確合理使用防護用品。嚴禁對運轉中的設備進行維修、保養及調整等作業。

4.3 文明施工及環保措施

①施工場地、料場統一規劃，布局合理，施工使用的機具、設備有序停放，設備懸掛操作規程牌和設備標示牌，及時清洗保養施工機械設備。

②施工中合理安排施工工序及作業時間，加強噪聲及施工廢棄物管理，物料運輸車清洗后污水經三級沉淀后進行排放。

③施工完畢后，及時清運施工垃圾，清運前，要適量灑水并密閉運輸，減少遺灑及揚塵。

5 ?結論

結合新建武漢至十堰高速鐵路工程實踐，采用改進型滑模攤鋪技術進行CRTSⅠ型雙塊式無砟軌道支承層施工，消除了表面蜂窩，更好的達到提漿整平及拉毛效果，一次性成型，人工只需隨著攤鋪機機的行走對兩側進行收面，施工工藝簡單便于掌握。且能保證工程的高標準、高質量要求。省去了立模、拆模、模板倒運、人工拉毛等工序并且克服了表面蜂窩、平整度差等缺陷，降低了施工難度，提高了工效，減少了作業人員數量和輔助機具、材料的投入，在同等人員配置下，支承層改進型滑模施工每天可完成300m以上，具有良好的經濟效益。

參考文獻：

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