既有鐵路工程中線路加固及地基處理技術分析

文／陳俊宏 中鐵四院集團南寧勘察設計院有限公司 廣西南寧 530003

引言：

在經濟社會繁榮發展的背景下，為了配合全國各地的經濟建設、滿足各個建設主體的交通運輸要求，我國的交通網絡逐漸密集，并且朝著高速的方向不斷發展。在完善交通網絡的過程中，不可避免要與既有鐵路工程產生交集。面對這種情況，需要相關人員盡可能減小對既有鐵路運行的影響下完成施工。因此，研究既有鐵路工程中的線路加固技術和地基處理技術就是一項十分重要的工作。

1.工程案例

在城市化建設和經濟社會持續發展的背景下，為了提高交通網絡的運輸能力、完善交通網絡，鐵路、公路之間的交叉越來越多。

某工程位于平原地區，地層中有著較為豐富的承壓水。在經過環境勘察和水文條件調查之后，發現該工程施工區域內的承壓水位低于淺部水位，整體埋深在2.5m～10.5m 之間。另外，地表水是施工區域內淺層承壓水的主要來源和補給途徑。

該工程的道路中心線與鐵路中心線的夾角為39°，施工時使用了4 個單孔框架，框架橫向長度為21.560m。在加固線路時，主要使用了D 型便梁加固法。

2.線路加固技術

2.1 吊軌法

吊軌法主要在跨度較小的工程中使用。在施工過程中選擇吊軌束梁時，通常會使用P43 以上的鋼軌[1]。吊軌束梁有著不同的組合方式，需要以鐵路工程的荷載能力、線路跨度、鐵路運輸要求等具體條件為參考依據。根據實際情況的不同，吊軌法又可以細分為單層軌束梁和雙層軌束梁兩種不同的方法。單層軌束梁一般會使用2～9 根軌。當軌數大于4 時，施工人員要將所有軌放置在同一水平面上，并交錯安排軌縫，進行固定。雙層軌束梁則需要角鋼和結合螺栓加筋鋼軌，以提升荷載能力，使最終的施工效果符合預期，能夠滿足鐵路工程的建設需求。

該技術的施工過程比較簡單，有著較好的加固效果，能夠在很大程度上將工程的施工設想變為現實。另外，該技術施工現場的控制難度相對較低。

2.2 吊軌橫梁法

吊軌橫梁法在吊軌梁的下方布置了鋼橫梁，為了增加施工的穩定性，施工人員需要布置兩個受力點。在實際工程建設當中，吊軌橫抬梁的滑動方式有以下三種。

第一，鋼橫梁為工字型時，施工人員可以先穿入槽鋼，然后拖入工字鋼。此時，槽鋼可以在框架頂部滑行，并連接橫抬梁和吊軌。在這一過程中，施工人員可以使用U型螺栓，使施工更加便捷。在施工時，施工人員需要布置膠墊，保障通信信號的暢通。

第二，施工人員可以安裝鋼滾軸。通常情況下，在使用吊軌橫梁法時會將鋼滾軸設置在橫抬梁和框架橋的頂部。使用該方法時，施工人員可以利用鋼滾軸改變現有的線路荷載摩擦系數，使施工過程更加順利。

第三，施工人員可以借助軌道小車的作用，在橫抬梁下方布置軌道小車，實現吊軌橫抬梁的滑動。這種方法在施工過程中受排水坡的影響較小，有著較好的施工效果，因此使用范圍和頻率較高。

2.3 縱橫梁加固法

縱橫梁加固法的應用范圍較廣，一般應用于大跨度頂進框架橋的施工中，有著較好的施工效果。在現階段的鐵路工程地基加固項目中使用縱橫梁加固法，通常會使用工字鋼和鋼枕，并且縱梁和橫梁的材質也有著具體要求。按照線路間距的不同，縱橫梁加固法有單線和雙線兩種施工方法。在面對曲線和直線線路時，也有著不同的施工手段和技術要求。

該方法的施工結構簡單，隨著實踐活動的驗證和技術的發展，已經有了較為成熟的技術工藝。該方法可以增加線路間距，對線路運行狀態的影響較小。該方法在施工過程中有橫抬梁和縱梁兩個受力主體，能夠充分利用不同結構的受力關系分散壓力。另外，該方法不需要使用質量較高的基礎結構，對框架孔徑結構、線路間距、施工長度等的要求不高，施工難度較低，能夠有效減少附屬工程的施工壓力。

2.4 D 型施工便梁技術

在施工過程中，D 便梁的安裝方法有以下兩種。

第一，在施工方案的指導下定位一片縱梁，并墊高另一處縱梁。一般情況下，第二片縱梁需要墊高20cm，以便于施工人員在接下來的施工過程中更換枕木。當施工人員將縱梁調整到穩固狀態之后，需要布置牛腿和連接板，抽出枕木，然后設置橫梁。施工人員要按照施工要求和標準安裝扣件，避免發生短路[2]。

第二，按照施工方案將各個位置的橫梁布置完成之后，施工人員要調整枕木之間的距離，安裝橡膠墊和扣件。連接橫梁和縱梁。在這一過程中，施工人員需要注意連接板和牛腿上的螺栓，必須保證所有螺栓安裝到位，不會出現松動的現象。

需要注意的是，施工人員在施工過程中要盡可能避免接觸鋼軌接頭。D 型便梁的使用規格和參數都有著明確規定，施工人員需要遵守相關的施工規范和制度要求，不能隨意更改參數。另外，在施工過程中使用的鋼軌墊板材質應為氯丁橡膠，并將其厚度維持在20mm 左右。

2.5 其他線路加固方法

第一，當工程建設需要接長既有涵洞且有著較小的基坑開挖量時，施工人員可以使用鋼軌樁或鋼管樁保護既有鐵路線路。使用這一方法時，需要把控行車速度，以免影響施工建設的正常進行和工程質量。施工人員可以在路基坡腳布置直徑為5mm 的鋼管，利用鋼管的支撐作用加固線路。在布置鋼管時，施工人員應該將打入深度控制在二線基坑底以上樁長的0.6 倍范圍之內，并使用錨固樁固定鋼管。

第二，綜合加固法。該技術手段可以應用在車站咽喉區。這一位置的線路加固工作較為困難，由于軌道和設備的空間分布較為復雜，某一種線路加固方法并不能完成整體的加固工作，或是線路加固效果較差。因此，施工人員需要使用綜合加固法，用來保障工程質量。施工人員需要全面分析現場的施工條件，根據施工條件的好壞和現場環境的復雜程度選擇恰當的技術工藝和手段。該方法能夠有效處理咽喉區的線路加固工作，但是由于咽喉區的施工難度較高，因此需要搭配一定的安全輔助措施。

3.線路加固技術的施工要點

第一，在工程施工開始之前，相關人員應該準確測量和計算結構動力系數、曲線地段超高值等工程數據，為工程施工提供準確、科學、詳細的數據信息，避免因數據問題出現失誤和問題，影響整體工程的進度和交付使用。

第二，相關人員需要根據現場情況和工程要求制定科學、完善的線路加固施工方案，并參照實際因素不斷調整和改進，使施工設計能夠在最大程度上符合線路實際和建設要求。

第三，施工人員應該做好絕緣處理[3]。這項工作至關重要，影響著鐵路行車安全。

第四，施工人員需要釋放線路應力，并將應力放散長度控制為長軌條。

第五，在完成線路加固工作并拆除架空加固設備之后，需要逐漸提高列車的運行速度。一般情況下，需要在施工結束三天后恢復正常的運行速度。

第六，在施工過程中，施工人員需要控制線路結構的位移程度。施工人員可以預埋鋼軌，并在縱梁和鋼軌之間設置硬木，阻止軌道的位置變動。

第七，施工單位應該使用專業水平較高、加固技術比較熟練的施工工人。

4.地基處理技術

4.1 換填法

在地基的強度未能符合鐵路正常運行的標準和要求時，可以使用換填法增加地基路面的強度。在施工時需要去除一部分路面表層，將線路路基一定范圍內的為滿足要求的地基軟弱土替換為硬度較高、強度較大、不易塌陷和變形的材料，壓密回填，提高地基路面的承載力和強度。在選擇回填材料時，除了強度和硬度，還需要考慮回填材料的滲水性，最好選擇滲水性較強的材料。另外，回填材料的具體性質和要求還應該參考鐵路工程的需求，選擇能夠滿足鐵路運行需要的回填材料。

換填法的操作工序較為簡單，施工人員上手比較容易。但是換填法的技術缺陷也較為明顯。該方法的適用范圍較窄，只有為滿足鐵路路基要求的地基土層厚較薄時才能使用換填法處理。如果換填深度較厚，為了保證地基強度，需要添加更多的回填材料，且會形成危險性較大的深基坑，將會提高支護成本及施工材料的成本投入，進而增加整體工程項目的施工成本。

4.2 CFG 樁法、水泥土攪拌樁法

CFG 樁法是在碎石樁的基礎上摻石屑、粉煤灰和水泥，加水拌和制成的具有一定粘結強度的樁體（現工程項目中，考慮施工便捷性，樁體材料也常使用低強度素混凝土），其與碎石墊層及高強度的土工格柵構成柔性樁網復合地基。

水泥土攪拌樁利用水泥作為固化劑，通過特制的攪拌機械，在地基深處將軟土和固化劑強制攪拌，利用固化劑和軟土之間所產生的一系列物理-化學反應，使軟土硬結成具有整體性、水穩定性和一定強度的優質地基。按施工機械葉片攪拌的方向不同分為單向水泥土攪拌樁和多向水泥土攪拌樁。處理深度大、地基承載力要求高時，宜采用多向水泥土攪拌樁。同CFG 樁一致，樁體與褥墊層+土工格柵共同構成復合地基。

碎石褥墊層的設置使樁間土承載力的發揮不單純依賴于樁的沉降，而是使路基荷載均布于樁間土上，使樁土共同承擔載荷。

經數十年的應用與發展，現如今該技術日漸成熟，其技術進步主要體現在將傳統的“挖樁頭、截樁頭、樁身質量檢驗、施做樁帽、回填樁間土并密實”的施工工藝轉換為“清理場地、碾壓密實、控制成樁樁頭高程、樁頭以下2m 深度范圍內采用加密振搗（消除樁頭下60cm 混凝土不密實帶來的隱患）、清理成樁土、樁身質量檢驗、機械開挖樁帽土模、澆筑樁帽混凝土”[4]。該技術進步減少了挖、截樁頭的繁雜工序，避免了因截樁頭造成樁體破壞的風險，節省了混凝土材料，提升了技術經濟效益。

4.3 就地固化法

就地固化法是指在施工過程中利用水泥或石灰等其他凝固后能夠提高強度的物質作為固化劑，通過攪拌機械，在地層深處就地將軟土與固化劑充分混合，由固化劑和軟土之間的物理-化學反應，使軟土固結，從而提高地基的的強度和承載力，減少路面塌陷變形的可能性。混合物質的鋪設可以利用分子反應增加地基路面的強度和承載力，減少路面塌陷變形的可能性。

這種地基處理技術通常會應用在含水量較高、軟土、淤泥土、粘性土等荷載承受能力較低的地基中。由于水泥土材料有著較強的硬度和承載力，所以該地基處理技術能夠為地基的強度帶來較大的提升，提高荷載承受能力，減少地基沉降，將地基的整體狀態維持在較為穩定的水平。

4.4 注漿法

注漿法是利用液壓、氣壓或者電化學原理，把漿液均勻注入地層中，漿液以充填、滲透、固化、擠密等方式，替換土顆粒間或者巖石縫隙間的水分和空氣，漿液固化成固結體，與原來的地層形成一個強度、防水以及化學穩定性等性能有所提高的結石體。除采空區及巖溶路基加固外，注漿法也常用于鐵路既有路基、涵洞等下沉開裂病害治理。該方法能降低路基的滲透性，提高路基的強度，減少路基的沉降或不均勻沉降，增加路基的化學穩定性。

注漿材料主要為水泥漿，當空洞裂隙較大時，還可摻入適量砂、黏性土、粉煤灰、水玻璃或其他摻合料。注漿法的注漿效果取決于被注介質的可注性，同時也受水文地質條件的制約，故工程實踐中，需根據工程、水文地質條件，明確注漿目的，制定專門的注漿方案呢。由于溶洞、土洞、巖土體裂隙等注漿填充通道具有不規則性、各向異性等特點，注漿通道的開度、填充程度不統一，在注漿過程中往往會發生動態變化，因此施工時施工人員應遵循“探灌結合”的信息化施工原則，根據探查和施工揭示的地質特征及時調整注漿范圍、參數、工藝。

4.5 排水固結法

排水固結法主要分為真空預壓法及堆載預壓法，其技術原理利用了預壓荷載作用處理地基，由于該方法的技術操作較為簡單，資金投入較少，適用于處理飽和軟土地基，因此，有著較為廣泛的應用范圍。使用排水固結法時，施工人員需要關注預壓材料的具體情況。如果在真空預壓環節未能選擇較為合適的預壓材料，或是使用數量過大，真空預壓工作的效果將會大大降低，進而導致地基的固結速度放緩，延誤工程的交付期限。

通過工程項目實踐活動的證明和驗證，排水固結法有著一定的技術缺陷，第一，該方法只能起到加速固結和沉降的作用。如果工程對固結和沉降速度沒有過高的要求，那么排水固結法的應用意義和效果將大大縮小。第二，排水固結法的處理深度有限，當地基處理深度過深時，排水固結法產生的孔壓將會有著較大的消散難度，為后續的工程施工和收尾工作帶來一定的麻煩。第三，由于該方法沉降大、沉降穩定時間長且質量不易控制，常用于大面積場坪工程，不適用于正線及到發線工程的地基處理。

4.6 雙側擠壓法

雙側擠壓法的應用場景為鐵路并行既有鐵路時的軟土地基處理。在鐵路并行時，軟土地基的內部結構更加容易塌陷和變形[5]。為了解決這一問題，保障鐵路的正常運行，施工人員可以在鐵路兩側布置防護欄，分擔軟土地基承受的一部分壓力，一旦遭遇強壓，防護欄對緩解地面塌陷的程度起到一定作用。為了保證工程質量和防護欄強度，通常會建設實心的防護欄。一般情況下，防護欄的高度數值需要根據軟體地基的具體情況判斷，通常為軟土地面填充的一半。

除此之外，施工人員也可以在軟土地基中設置加強筋，在橫向上分散軟土地基的承重載荷和路面壓力。這種方法在增加軟土地基強度的基礎上，還起到了加強路面穩定性的作用，降低了路面變形、開裂和塌陷的概率，也在一定程度上便利了路面的排水。

5.地基處理技術的施工要點

第一，既有鐵路地基的類型多種多樣，所在區域的地理環境和氣候條件也不盡相同，不同施工單位的綜合實力同樣存在差異，因此，在選擇地基處理技術時，應該全面考慮施工成本、技術要求、工程需要、施工單位現有資源、既有鐵路具體情況和施工區域的客觀環境，將所有因素綜合起來，挑選合適的地基處理技術。

第二，施工單位需要制定科學、全面的施工制度，明確劃分各個部門、崗位和人員的權責范圍和工作內容，將施工建設的各項工作內容和任務分攤到對應到的部門、崗位和人員上[6]。

第三，施工單位需要加強質量安全管理。在這方面，施工單位可以加大宣傳力度，向施工人員灌輸工程質量安全的重要性和必要性，通過培訓學習的方式在施工人員的心目中樹立安全意識和責任意識，使施工人員在工作過程中注意每一項工作的質量，嚴格按照對應的工作標準和要求完成施工任務。

第四，施工單位應該完善監督管理體系。為了確保施工方案能夠得到落實，施工單位需要組織專門的監督管理領導小組，監督現場的施工情況。當監督小組在工程施工中發現了施工問題或落實不到位的情況，需要立刻向相關發出整改通知，并持續跟進該責任主體的改進行為，直至問題得到解決。

第五，施工單位需要為項目施工提供充分的機械設備。先進的機械設備不僅可以提高施工效果、縮短施工時間，還可以節省人力物力。施工單位應該根據工程建設要求、施工工藝所需的設備類型和現階段可以用于購置設備的資金數量采購設備。

結語：

在既有鐵路工程中加固線路，可以使用吊軌法、吊軌橫梁法、縱橫梁加固法、D 型施工便梁技術、其他線路加固方法等多種技術。在地基處理時，則可以使用換填法、CFG 樁法、水泥土攪拌樁法、就地固化法、注漿法、排水固結法、雙側擠壓法等。需要注意的是，不同方法的技術條件和適用范圍不同，在應用時需要施工人員根據現場情況合理安排。