特長單線隧道無砟軌道施工技術(shù)與管理

郭旺明

(大西鐵路客運專線有限責(zé)任公司， 太原 730000)

蘭渝鐵路運營里程 873 km，于2008年9月開工建設(shè)，由于甘肅段地質(zhì)條件極其復(fù)雜，建設(shè)難度超乎想象，歷時九年之久的艱難建設(shè)，于2017年9月29日實現(xiàn)了全線開通運營。西秦嶺隧道位于蘭渝鐵路中部的甘肅省隴南市境內(nèi)，該隧道為全線最長雙洞單線隧道，長度 28 236 m，全隧采用雙塊式無砟軌道。該隧道地處秦嶺高中山區(qū)，山體陡峻，溝谷深切起伏，交通條件極差，全線僅設(shè)有兩座斜井，在無砟軌道施工過程中受操作空間、施工工作面、物資運輸?shù)葪l件限制，為確保施工工期及質(zhì)量，需要豐富的施工現(xiàn)場管理經(jīng)驗與技術(shù)。

1 無砟道床施工技術(shù)

1.1 設(shè)計情況

蘭渝鐵路西秦嶺隧道采用雙塊式無砟軌道，一次鋪設(shè)無縫線路。采用60 kg/m鋼軌、WJ-8型扣件及SK-2型雙塊式軌枕，過渡段軌枕采用過渡段專用軌枕，軌枕間距650 mm。道床板采用C40混凝土現(xiàn)澆而成，采用連續(xù)式結(jié)構(gòu)，直接澆筑在墊層上，道床板寬度為 2 800 mm，厚度為260 mm，軌道結(jié)構(gòu)高度515 mm。隧道內(nèi)曲線超高采用外軌抬高方式設(shè)置在道床板上，超高過渡在緩和曲線全長范圍內(nèi)線性過渡。

1.2 施工要素

1.2.1施工工法

根據(jù)國內(nèi)外無砟軌道施工經(jīng)驗，結(jié)合蘭渝鐵路實際，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟比選，確定采用軌排框架法施工無砟道床，雙塊式軌枕集中在廠內(nèi)統(tǒng)一生產(chǎn)，汽運至現(xiàn)場，為確保墊層鑿毛效果，采用大型銑刨機洗刨墊層頂面[1]。

1.2.2作業(yè)面劃分

西秦嶺隧道左右線根據(jù)斜井設(shè)置情況及物流運輸方案均劃分為4個作業(yè)面，由4個通道組織物流運輸，分別為西秦嶺進口、店子坪斜井、羅家理斜井和西秦嶺出口4個作業(yè)面，如圖1所示。本文主要選取了左線無砟道床對西秦嶺無砟軌道施工管理與技術(shù)情況進行介紹。

圖1 西秦嶺隧道無砟軌道作業(yè)面劃分示意圖

1.2.3進度安排

根據(jù)作業(yè)面劃分情況，第一作業(yè)面為關(guān)鍵線路，計劃工期5個月，月均需完成 2 254 m，日均需完成75 m，結(jié)合國內(nèi)同類隧道無砟軌道施工進度情況，單線長大隧道要滿足此進度目標(biāo)極為困難。鑒于此，在無砟軌道正式開工前，建設(shè)單位組織施工單位進行了多次施工演練，確定工序循環(huán)時間為22 h，安排備用時間 2 h，按24 h一個循環(huán)計算。

1.2.4人員配置

根據(jù)每循環(huán)進度安排，日均完成80 m的進度指標(biāo)，經(jīng)過多次演練，確定單作業(yè)面每班組配備施工人員85人。

1.2.5裝備配備

根據(jù)每循環(huán)作業(yè)進度安排，施工現(xiàn)場每作業(yè)面裝備龍門吊3臺，走形軌道500 m，軌排組裝臺座4套，軌排吊具2套，軌排排架30榀，合195 m。其余配套設(shè)施根據(jù)主要設(shè)施合理配置。

1.2.6驗收標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)原鐵道部關(guān)于印發(fā)工管技[2013]35號《無砟軌道和高速道岔首件工程評估實施細(xì)則》的通知相關(guān)要求，制定驗收標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。

1.2.7物流組織

(1)交叉施工單位協(xié)調(diào)組織

因西秦嶺隧道站前及四電工程由四家單位組成，且各單位共用兩處斜井組織物流，為提高物流效率，成立由建設(shè)指揮部專人負(fù)責(zé)的協(xié)調(diào)小組，全隧布設(shè)好通訊設(shè)施，確保通訊暢通，每天超前對接物流計劃，按照計劃統(tǒng)一調(diào)度指揮車輛通行。

(2)材料倒運組織

布設(shè)有3臺10 t龍門吊對軌排架、模板系統(tǒng)、龍門吊走行軌、小型機具設(shè)備進行倒運轉(zhuǎn)場；雙塊式軌枕、道床板結(jié)構(gòu)鋼筋、混凝土及其他耗材等的進場，在線路上單向行駛，并把混凝土供應(yīng)作為無砟軌道施工物流組織的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

(3)會車組織

每2～3 km左右線橫通道處預(yù)留一處約30 m長會車道，此會車道處兩側(cè)電纜及排水溝槽暫不施作，用于會車，預(yù)留溝槽隨無砟道床一同施作；安排專人在拌合站、隧道進出口、斜井口、斜井與隧道正洞連接處和鋼箋橋錯車處負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)物流組織，并做好行車記錄，起到控制車流量和提高運輸效率的效果。

表1 無砟軌道驗收標(biāo)準(zhǔn)表

1.3 施工工藝及流程

1.3.1施工工藝

(1)施工準(zhǔn)備

①外業(yè)準(zhǔn)備

A.監(jiān)理單位組織開展線下工程驗收并對進場材料、設(shè)備、工器具進行進場檢驗工作，平行見證施工單位進行配合比選取試驗。

B.施工單位按照程序開展隧道線路擬合工作，完成沉降評估和CPIII測設(shè)評估等相關(guān)工作。

C.開展現(xiàn)場接口工程檢驗及墊層鑿毛、沖洗和測量放樣等工作。

D.完成開工報告(試驗段)的審批工作。

E.根據(jù)工程需要，開展無砟軌道試驗段的施工總結(jié)工作。

②內(nèi)業(yè)準(zhǔn)備

A.施工單位編制無砟軌道專項施工組織設(shè)計文件、無砟軌道作業(yè)指導(dǎo)書、軌道精調(diào)方案并按建設(shè)單位的管理流程報批。

B.施工單位組織開展無砟軌道管理及作業(yè)人員的培訓(xùn)和考核和三級技術(shù)交底工作，該項工作要求在監(jiān)理單位見證下開展，并報送建設(shè)單位相關(guān)部門備案。

C.完成標(biāo)段試驗段總結(jié)及相關(guān)技術(shù)資料的修編工作。

(2)施工階段

①底層鋼筋加工與安裝

為提高工作效率和加工質(zhì)量，橫向鋼筋全部在加工場集中加工，運送到現(xiàn)場安裝，縱向鋼筋與橫向鋼筋(含軌枕桁架鋼筋橫向鋼筋)交叉點處設(shè)絕緣卡進行絕緣連接，以解決縱橫向鋼筋節(jié)點絕緣問題；底層鋼筋安裝完畢后，按梅花型布置40 mm×40 mm×40 mm同強度混凝土墊塊，每橫向交叉處不少于4塊[2-3]。

②組裝軌排

軌排在分枕組裝平臺上組裝，具體工序為散枕→安裝工具軌及扣件→軌排尺寸調(diào)整、檢查→軌排加固[4]。

③軌排就位

鋪裝龍門吊從分枕組裝平臺上吊起軌排運至鋪設(shè)地點，按中線和高程定位，誤差控制范圍：高程-10～0 mm、中線±10 mm。相鄰軌排間使用夾板聯(lián)結(jié)，每接頭安裝4套螺栓，初步擰緊，軌縫留6～10 mm。每組軌排按準(zhǔn)確里程調(diào)整好軌排端頭位置。

④軌排粗調(diào)

軌排粗調(diào)按照先中線調(diào)整，后高程調(diào)整再緊固成組的方式進行，當(dāng)中線偏差控制在±5 mm，高程誤差控制在-5～-2 mm范圍時，方可進入下一道工序。

⑤頂層鋼筋安裝

同底層鋼筋一樣，橫向鋼筋全部在加工場集中加工，運送到現(xiàn)場安裝，安裝頂層鋼筋要統(tǒng)籌施做綜合接地鋼筋的焊接工作，確保單根接地鋼筋接頭電阻值不大于2 Ω。

⑥鋼筋體系絕緣測試

采用高阻測定儀進行測試，在500 V直流電壓下測定其電阻值，兩端測試點為鋼筋卡入卡子部分的上下中心點，非接地鋼筋中任意兩根的電阻應(yīng)大于2 MΩ。

⑦安裝模板

必須使用剛度和加工精度較高的鋼模板，模板安裝前應(yīng)先檢查模板平整度、模板清洗情況、脫模劑涂刷情況，必須更換損壞或彎折的模板，并使用“⊿”型支撐加固。

⑧軌道精調(diào)

軌道精調(diào)按照軌枕編號→全站儀設(shè)站→測量軌道數(shù)據(jù)→調(diào)整中線→調(diào)整高程的方式反復(fù)進行，前一站調(diào)整完成后，下一站調(diào)整時需重疊上一站調(diào)整過的8到10根軌枕，精調(diào)數(shù)據(jù)達(dá)到下表要求后緊固軌排架及模板支撐，復(fù)查精調(diào)數(shù)據(jù)合格后進入下一道工序[5]。

⑨澆筑道床混凝土

軌道板混凝土按高性能混凝土的技術(shù)要求進行配合比設(shè)計和控制，自動計量拌合站集中拌制，混凝土運輸車運送至施工現(xiàn)場，龍門吊吊裝料斗澆注入模，插入式振搗器振搗密實；混凝土澆筑時合理調(diào)整料斗位置，避開軌距撐桿和支撐螺桿，避免混凝土沖擊軌距撐桿、支撐螺桿而引起軌距和軌道中線變化，下料后應(yīng)及時振搗，防止軌排上浮。混凝土澆筑過程應(yīng)安排在當(dāng)天氣溫度變化幅度最小的時段，溫度變化不宜超過15 ℃。在混凝土澆筑完成抹面前再次用軌檢儀檢測軌道數(shù)據(jù)，及時發(fā)現(xiàn)并調(diào)整軌道參數(shù)至偏差允許范圍內(nèi)[6]。

⑩抹面成型

混凝土入模后0.5 h內(nèi)采用木抹完成粗平，1 h后再用鋼抹抹平，抹面應(yīng)形成設(shè)計要求的橫向排水坡；為防止混凝土表面產(chǎn)生細(xì)小裂紋，在混凝土入模3～4 h后進行二次抹面，抹面時嚴(yán)禁灑水濕潤或摻加水泥，并防止過渡操作影響表面混凝土質(zhì)量，抹面的同時要加強對工具軌下方、托盤下方、支撐螺桿和軌枕四周等部位的處理，清理鋼軌、軌枕、扣件、和支撐架表面的灰漿。

混凝土初凝后(具體時間由試驗員根據(jù)鋼球壓痕試驗確定后通知現(xiàn)場領(lǐng)工員)，松開支承螺栓1/4～1/2圈，同時松開扣件和魚尾板螺栓，避免溫度變化時鋼軌伸縮對混凝土造成破壞。

混凝土最后一次抹面完成后，用土工布覆蓋塑料管滴漏的方式進行養(yǎng)護，并在其上覆蓋塑料薄膜以達(dá)到保水的目的，確保混凝土表面的土工布能保持充分潮濕的狀態(tài)；混凝土養(yǎng)護期間，指定技術(shù)人員分時段進行養(yǎng)護并做好記錄，確定混凝土需要養(yǎng)護的時間并書面告知養(yǎng)護人員，當(dāng)氣溫低于5 ℃時，可采用覆蓋塑料布+干燥棉布織物+塑料膜進行保溫[7]。

在混凝土澆筑完成48 h內(nèi)完成軌道狀態(tài)復(fù)測，將復(fù)測數(shù)據(jù)和澆筑前數(shù)據(jù)進行比對，對于偏差較大的，認(rèn)真分析和查找原因，避免下一循環(huán)重復(fù)出現(xiàn)。

當(dāng)?shù)来舶寤炷吝_(dá)到5 MPa后，可以開展軌排架拆除工作，首先按順序向上調(diào)整螺柱支腿1～2 mm；然后松開扣件，按順序拆除排架，拆除模板，最后確認(rèn)扣件全部松開后，吊裝軌排架運至軌排組裝區(qū)域清理，其余工器具人工清理完成后，倒運至下一循環(huán)場地繼續(xù)使用[8]。

(3)維管驗交階段

①混凝土試件檢測

對道床板同條件養(yǎng)護試件按期進行測試，對經(jīng)測試的試件強度有問題的道床板依規(guī)處理。

②成品保護

道床板澆注完畢后，必須安排專人對混凝土成品進行保護，同時做到軌道扣件不被破壞和盜竊，未安裝扣件的螺栓孔須進行堵塞，防止雜物進入。

③道床板沉降監(jiān)測

經(jīng)測試，西秦嶺隧道最大水平主應(yīng)力值SH為16.80～27.45 MPa，巖石飽和抗壓強度RC為30～100 MPa，計算RC /SH為1.10～5.69，均小于7，根據(jù)《工程巖體分級標(biāo)準(zhǔn)》劃分，本區(qū)處于高地應(yīng)力段落。為此道床板澆筑完成后，建設(shè)單位優(yōu)化布設(shè)了道床板沉降檢測體系，作為道床板施做的重要評價資料。

④隧道本體二次沉降監(jiān)測評估

待道床板施工完成后，需要繼續(xù)進行隧道基礎(chǔ)沉降觀測，觀測期為3個月，其中0～1個月內(nèi)每周采集分析數(shù)據(jù)1次，1～3個月內(nèi)，每兩周采集分析數(shù)據(jù)1次，以上數(shù)據(jù)均由專業(yè)評估單位評估，連續(xù)檢測3個月且評估合格后，方可終止隧道基礎(chǔ)沉降檢測。

⑤長軌鋪設(shè)及精調(diào)

長軌鋪設(shè)后通過調(diào)整扣件，將軌道各項指標(biāo)調(diào)整至設(shè)計絕對位置，而且將軌道線型的方向、高低、水平、軌距及軌距遞減率、高低遞減率調(diào)整至規(guī)格允數(shù)值范圍，保證軌道平順。調(diào)整順序為：“先軌向，后軌距”；“先高低，后水平”。

⑥竣工驗收及移交

無砟道床施工完成后，經(jīng)建設(shè)單位統(tǒng)籌協(xié)調(diào)組織，經(jīng)過相關(guān)的靜態(tài)、動態(tài)等驗收合格后，一并將實體工程、資料等移交接管單位并辦理相關(guān)的移交手續(xù)。

1.3.2建設(shè)管控體系

(1)管理制度

在嚴(yán)格執(zhí)行中國鐵路總公司無砟軌道管理相關(guān)制度的情況下，建設(shè)單位結(jié)合自身情況出臺了《無砟軌道施工管理細(xì)則》、《無砟軌道施工指導(dǎo)意見書》、《無砟軌到施工工程質(zhì)量和工程進度考核實施細(xì)則》等管理制度，為無砟軌道的管理工作提供了制度保證。

(2)管理方法

①建設(shè)單位成立無砟軌道建設(shè)管理小組。小組成員由公司各部門和建設(shè)指揮部抽調(diào)組成，同時下發(fā)《關(guān)于開展無砟軌道達(dá)標(biāo)創(chuàng)優(yōu)活動安排的通知》，舉辦了兩次大型的觀摩會，通過這兩次觀摩會為全線無砟軌道施工立標(biāo)打樣、創(chuàng)設(shè)標(biāo)桿。

②嚴(yán)格執(zhí)行無砟軌道試驗段制度，要求各標(biāo)段均進行施工前條件評估、試驗段施工和試驗段驗收三項基本工作，只有三項均通過驗收后方可以在標(biāo)段內(nèi)全面開展無砟軌道的施工工作。

③嚴(yán)格日常檢查考核，無砟軌道建設(shè)管理小組組織設(shè)計、評估、監(jiān)理單位每月開展兩次無砟軌道質(zhì)量抽查，建設(shè)指揮部不定期進行檢查，嚴(yán)格履行建設(shè)程序，緊抓無砟軌道施工質(zhì)量，獎優(yōu)罰劣。

2 施工注意事項

2.1 線路擬合

西秦嶺隧道在貫通后，設(shè)計單位對控制點進行加密，為保證無砟軌道線路的平順性，施工單位委托有資質(zhì)的測設(shè)單位對軌道線路進行了線路擬合，建設(shè)單位組織施工、監(jiān)理、設(shè)計單位對擬合數(shù)據(jù)進行了復(fù)核，復(fù)核通過后方可以進行無砟軌道施工。

2.2 墊層驗收及鑿毛

道床板直接在墊層上施工，施工中應(yīng)嚴(yán)格控制墊層的高程及排水坡面。為了提高墊層頂面鑿毛質(zhì)量，全隧均采用銑刨機銑刨，有效保證了墊層的鑿毛效果。

2.3 中心水溝施工

西秦嶺隧道TBM開挖段落設(shè)計有中心水溝，由于長大隧道貫通誤差偏大，故水溝施工安排在隧道貫通后進行，確保中心水溝不侵入軌枕塊下側(cè)，以免影響道床質(zhì)量。

2.4 墊層頂面清洗

單線隧道作業(yè)面小，排水面單一，故墊層頂面沖洗工作難度極大，施工中利用隧道兩側(cè)的排水溝存水，利用高壓水槍沖洗墊層頂面，沖洗工作分兩次進行，第一次為鋪設(shè)鋼筋以前，第二次為澆筑混凝土前，第二次沖洗完成將模板底部封閉，確保施工廢水及雜物不進入道床。

2.5 現(xiàn)場管控措施

單線隧道內(nèi)空間小，施工交叉多，道床板施做完成后須安排專人對成品進行保護，防止行人走行未達(dá)到強度要求的道床板，杜絕重物在道床板上存放。

2.6 隧道臨時通風(fēng)

西秦嶺隧道長度28.236 km，人字坡設(shè)置，中間高，兩邊低，且進出口為曲線，因此隧道內(nèi)空氣難以流通。在施工過程中，由于天氣、外部風(fēng)向等影響，洞內(nèi)部分地段會形成水霧，導(dǎo)致無法進行無砟軌道的精調(diào)作業(yè)，阻礙施工生產(chǎn)。因此，根據(jù)現(xiàn)場情況，在作業(yè)面內(nèi)需采取通風(fēng)設(shè)備。

由于大型風(fēng)機進場會影響無砟軌道施工正常物流運輸及作業(yè)循環(huán)效率，為了獲得理想的升壓效果，通過類比和數(shù)值模擬的驗證，西秦嶺隧道最終選擇采用射流風(fēng)機進行通風(fēng)。射流風(fēng)機的縱向間距為140～160 m。四臺射流風(fēng)機是按照兩臺一組布置，這種布置方式風(fēng)機噴射出的氣流會相互影響，根據(jù)實驗測試結(jié)果，射流風(fēng)機的橫向間距在3～4 m(射流風(fēng)機中心距)是比較合適的，能獲得較大的升壓力。隧道臨時通風(fēng)效果直接關(guān)系到精密測量的精度和效率，故須根據(jù)隧道特點進行測試，根據(jù)測試結(jié)果確定風(fēng)機的功率、布設(shè)間距等參數(shù)。

2.7 作業(yè)面組織

隧道內(nèi)可利用凈高8 m，凈寬4.4 m，無法用大型吊裝設(shè)備運送設(shè)備材料，如果從洞外周轉(zhuǎn)的話，運轉(zhuǎn)材料費時長，嚴(yán)重制約工程進度。針對上述問題，在每個作業(yè)面配置3臺10 t的龍門吊，用于現(xiàn)場材料設(shè)備的運轉(zhuǎn)，并在作業(yè)面前后設(shè)置存物平臺，用于材料、設(shè)備和工器具的存放。在成品段存放材料設(shè)備時，做好支撐設(shè)施，保證成品不被損壞。

3 問題與建議

3.1 道床板外側(cè)排水設(shè)計需優(yōu)化

本項目道床板與電纜溝之間未設(shè)置縱向排水溝，積水依靠線路縱坡排除，由于現(xiàn)場施工墊層標(biāo)高控制原因，導(dǎo)致部分區(qū)段存在積水情況。因此，建議設(shè)計單位在單線隧道軌道板兩側(cè)設(shè)置排水槽，并在施工過程中嚴(yán)控墊層頂面標(biāo)高，以便道床板兩側(cè)積水及時有效的排除。

3.2 增設(shè)單線隧道的避車洞設(shè)置

建議對于斜井設(shè)置條件困難的長大單線隧道，每隔一定距離(3 km左右)設(shè)計避車洞，便于提高施工期間的物流效率，降低物流組織難度，提高施工效率，同時也可以作為將來道床板更新?lián)Q代和隧道救援的物料存放場所。

3.3 高地應(yīng)力隧道增設(shè)沉降觀測點

根據(jù)蘭渝鐵路高地應(yīng)力隧道沉降觀測經(jīng)驗來看，只在隧道側(cè)壁進行沉降觀測難以滿足無砟軌道的沉降評估要求，故建議在同類隧道的沉降觀測中增加對隧道底板的沉降觀測。