高鐵曲線段路基基床表層施工技術(shù)

李林強(qiáng)

(中鐵十二局集團(tuán)第三工程有限公司，山西 太原 030024)

1 工程概述

新建鄭(州)西(安)客專ZXZQ-3標(biāo)，位于河南省三門峽市境內(nèi)，起止里程DK170+400～DK210+600，全長(zhǎng)40.2 km，其中路基約占總長(zhǎng)的45%。路基占比較重要的地位。加快路基的施工，對(duì)整個(gè)工程的進(jìn)度有極其重要作用。曲線段的基床表層由于其表面形狀復(fù)雜，尤其在緩和曲線段為漸變形式，施工困難費(fèi)時(shí)，解決其施工方法，對(duì)于提高生產(chǎn)效率、施工質(zhì)量、成本控制具有重要的意義。

2 鐵路總體設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)時(shí)速350 km，采用雙線無(wú)碴軌道，線間距5 m，曲線半徑大于7000 m，坡度不大于20‰。路基基床底層厚2.3 m的A組填料，基床表層厚0.4 m的級(jí)配碎石。

3 路基基床表層及軌道設(shè)計(jì)要求

1)鋼軌。

鋼軌采用60 kg/m，U71MnG，100 m定長(zhǎng)無(wú)螺栓孔新鋼軌。

2)軌枕。

軌枕采用雙塊式軌枕，軌枕間距一般取650 mm，調(diào)整段軌枕間距可在600 mm～650 mm范圍內(nèi)調(diào)整。

3)軌道結(jié)構(gòu)高度見(jiàn)表1。

表1 軌道結(jié)構(gòu)高度 mm

4)基床表層級(jí)配碎石要求。

基床表層級(jí)配碎石可采用天然砂礫材料，也可由開(kāi)山石或天然卵石、礫石經(jīng)破碎、篩選而成。級(jí)配碎石填料的粒徑級(jí)配應(yīng)符合表2要求，且0.5 mm篩以下的細(xì)集料通過(guò)0.075 mm篩的顆粒含量應(yīng)不大于66%。在粒徑大于16 mm的粗顆粒中帶有破碎面的顆粒所占質(zhì)量的百分率不少于30%。級(jí)配碎石的篩分要求需符合表2要求。

表2 級(jí)配碎石的篩分要求

5)基床表層尺寸及壓實(shí)要求。

基床表層頂面寬13.6 m，標(biāo)準(zhǔn)厚度0.4 m。孔隙率不大于18%，EVD 不小于55 MPa，K30不小于190 MPa/m。

4 基床表層形狀尺寸的計(jì)算

1)直線段的無(wú)碴軌道基床表層結(jié)構(gòu)形狀比較簡(jiǎn)單。我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)軌距為1435 mm，采用標(biāo)準(zhǔn)形狀的60 kg/m鐵軌，兩鐵軌中心距離為1508 mm。若采用其他型號(hào)鐵軌，兩鐵軌中心距離按規(guī)范調(diào)整，見(jiàn)圖1。

圖1 直線段的基床表層及軌道結(jié)構(gòu)（單位：mm）

2)高鐵無(wú)碴軌道曲線段的路基基床表層形狀尺寸跟有碴軌道或一般公路的基床表層形狀大不一樣，有自身的特殊性，且比較復(fù)雜。鐵路路基的施工圖紙給出的標(biāo)高尺寸是特定按照斷面給出的(如每隔20 m)，如果要得到任意里程的標(biāo)高和尺寸，則要自己根據(jù)線路的平曲線和豎曲線的設(shè)計(jì)要求計(jì)算出來(lái)。計(jì)算出自身需要的里程斷面的尺寸，對(duì)施工來(lái)說(shuō)，能帶來(lái)很大的方便。

高鐵無(wú)碴軌道路基的超高有以下要求:a.超高設(shè)計(jì)在基床表層上。b.超高采用外軌抬高方式，外軌抬高即保持內(nèi)軌標(biāo)高不變而只抬高外軌。c.曲線超高在緩和曲線全長(zhǎng)范圍內(nèi)線性順接。d.在平面方向上，內(nèi)軌面與外軌面連線的中點(diǎn)與設(shè)計(jì)軌道中心線重合。e.由于高鐵曲線半徑大(一般大于7000 m)，故軌距不加寬。

根據(jù)超高的特點(diǎn)，其曲線段的無(wú)碴軌道結(jié)構(gòu)形狀見(jiàn)圖2(以左轉(zhuǎn)為例):

其中，h為超高;H內(nèi)為內(nèi)軌面中心標(biāo)高(即設(shè)計(jì)線路標(biāo)高);H外為外軌面中心標(biāo)高;XL為內(nèi)軌面中心至設(shè)計(jì)軌道中心線的距離;XR為外軌面中心至設(shè)計(jì)軌道中心線的距離;L為軌道結(jié)構(gòu)高度，即內(nèi)外軌面連線至支承層底部的垂直距離;S為支承層寬度;XA為內(nèi)軌A點(diǎn)至設(shè)計(jì)軌道中心線的距離;XB為外軌B點(diǎn)至設(shè)計(jì)軌道中心線的距離;HA為內(nèi)軌A點(diǎn)標(biāo)高;HB為外軌B點(diǎn)標(biāo)高。

圖2 曲線段無(wú)碴軌道示意圖（單位：mm）

3)曲線段各尺寸計(jì)算。

首先計(jì)算超高值。

a.在圓曲線段內(nèi)，h=該曲線段的設(shè)計(jì)超高值h設(shè)。b.在緩和曲線段，h=h設(shè)×ls/lh，其中，lh為設(shè)計(jì)緩和曲線長(zhǎng)度;ls為該計(jì)算里程點(diǎn)至HZ點(diǎn)或ZH點(diǎn)的線路長(zhǎng)度，見(jiàn)圖3。

其余各尺寸值計(jì)算如下(按標(biāo)準(zhǔn)軌距和標(biāo)準(zhǔn)60 kg/m鐵軌計(jì)算):

以上計(jì)算結(jié)果是假定兩鐵軌中心距為1508 mm，如果是其他軌距只需用實(shí)際軌距替換1508即可。圖3假定線路是左轉(zhuǎn)彎的，如果是右轉(zhuǎn)彎，只需保證XA，HA是指線路內(nèi)側(cè)的，XB，HB是指線路外側(cè)的，其計(jì)算結(jié)果不變。

圖3 緩和曲線段的ls取值示意圖

5 曲線段基床表層的施工

1)為施工及放樣方便，先將所需斷面的XA，HA，XB，HB求出并列表，并用excel或編程計(jì)算器編出程序，可以方便求出任意斷面的 XA，HA，XB，HB。

2)合理分層施工。

雙線高速鐵路的基床表層呈折線狀，有多個(gè)面，其中2，4面為承力面，見(jiàn)圖4。

圖4 曲線段基床表層示意圖（單位：mm）

以線路左轉(zhuǎn)、超高150 mm為例，左線超高的一側(cè)級(jí)配碎石厚度達(dá)到676 mm，右線超高的一側(cè)級(jí)配碎石厚度達(dá)到820 mm。如果按一層填筑，則很難達(dá)到壓實(shí)要求，且不滿足施工規(guī)范。分兩層填筑，如圖4虛線所示，每層厚度可以滿足規(guī)范要求和壓實(shí)度要求，且為最經(jīng)濟(jì)及方便。

分層厚度要根據(jù)最厚處確定，如最厚為820 mm時(shí)則將其平均分為兩層，級(jí)配碎石較薄的地方適當(dāng)調(diào)整，可將第一層的填筑厚度按照左右半幅分開(kāi)，即分成兩個(gè)折面，如圖4虛線所示。按照實(shí)際情況調(diào)整，最厚處的厚度要保證便于壓實(shí)。

3)施工機(jī)械的選擇。

由于基床表層頂面有5個(gè)折面，重點(diǎn)在于平整機(jī)械的選擇。選擇的方案見(jiàn)表3。

經(jīng)過(guò)以上技術(shù)及經(jīng)濟(jì)效益對(duì)比，曲線段的基床表層級(jí)配碎石攤鋪采用平地機(jī)，以提高經(jīng)濟(jì)效益。

其他施工機(jī)械:推土機(jī)、大型振動(dòng)壓路機(jī)、手扶振動(dòng)壓路機(jī)、運(yùn)輸車輛等。

4)施工工藝。

基床表層級(jí)配碎石分兩層施工。為減少運(yùn)輸車輛在第一層級(jí)配碎石的碾壓，進(jìn)行分段施工，約200 m為一段。每段施工完成后，接著施工下一段。施工工藝流程見(jiàn)圖5。

表3 攤鋪機(jī)械對(duì)比表

圖5 曲線段基床表層施工工藝流程圖

關(guān)于施工工藝的幾點(diǎn)說(shuō)明:

1)表層施工前，應(yīng)該保證基床底層頂面符合驗(yàn)標(biāo)規(guī)要求:平整度不大于15 mm，用2.5 m長(zhǎng)直尺測(cè)量;橫坡偏差±0.5%，坡度尺測(cè)量;寬度不小于設(shè)計(jì)值;中線至邊緣距離允許偏差為0 mm～50 mm。另外，如果基床底層頂面的平整度差，會(huì)加大平地機(jī)對(duì)攤鋪厚度均勻的難度和影響施工質(zhì)量;如果寬度不足，會(huì)影響基床表層的寬度。

2)由于平地機(jī)的攤鋪寬度最大也就4 m，不可能全斷面攤鋪，且內(nèi)側(cè)半幅和外側(cè)半幅不在同一個(gè)平面，所以基床表層下層按半幅施工。先施工曲線外側(cè)半幅，后施工的內(nèi)側(cè)半幅能對(duì)其有搭接碾壓。

3)同理，先施工④面，后施工②面就是對(duì)④面搭接碾壓。

4)碾壓好④面才能上輪胎式挖掘機(jī)平整⑤面，輪胎式能避免對(duì)碾壓好的級(jí)配碎石的破壞。同理施工③面也一樣。

5)①面大致為水平面，②，④面是主要承力面，雖是斜面，但斜度不大，可以用大型壓路機(jī)碾壓。在振動(dòng)碾壓過(guò)程中，壓路機(jī)的碾壓輪會(huì)往低處滑落，只要稍微調(diào)整前進(jìn)方向即可，如圖6所示。

6)③，⑤面的坡度較陡，不適宜大型機(jī)械碾壓，可用手扶壓路機(jī)碾壓密實(shí)。

7)碾壓過(guò)程按照靜壓2遍～3遍，弱振2遍～3遍，強(qiáng)振3遍，靜壓收光的壓實(shí)工藝。

8)在攤鋪②，④面時(shí)，適當(dāng)超鋪寬度，既可以保證②，④面邊緣的壓實(shí)質(zhì)量，多余的級(jí)配碎石還可以用于鋪設(shè)③，⑤面。到時(shí)③，⑤面只需人工輔助輪胎式挖掘機(jī)平整即可，無(wú)需重新上料，如圖7所示。

圖6 壓路機(jī)行駛方向示意圖

圖7 超填及利用級(jí)配碎石示意圖

9)測(cè)量人員要現(xiàn)場(chǎng)跟蹤測(cè)量，隨時(shí)對(duì)標(biāo)高和位置跟蹤控制。

10)攤鋪好的級(jí)配碎石要緊跟著碾壓，避免水分的蒸發(fā)流失。如果填料過(guò)干，要及時(shí)灑水，保證含水率，保證碾壓質(zhì)量。

11)在施工路肩電纜槽和漿砌片石護(hù)肩的時(shí)候，可以將路肩多余級(jí)配碎石利用至線路中間的線間回填級(jí)配碎石，且避免級(jí)配碎石的運(yùn)進(jìn)和運(yùn)出，節(jié)約成本。

6 經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

一個(gè)作業(yè)面需要設(shè)備為平地機(jī)1臺(tái)，大型壓路機(jī)1臺(tái)，手扶壓路機(jī)1臺(tái)，輪胎式挖掘機(jī)1臺(tái)，輔助平整工人5人，測(cè)量4人，滿足了施工要求。現(xiàn)場(chǎng)施工合理，可操作性強(qiáng)，效率高，一個(gè)工作臺(tái)班平均施工200 m～300 m，加快了施工進(jìn)度，產(chǎn)生較大的經(jīng)濟(jì)效益。

［1］陳秀方.軌道工程［M］.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2004:88-110.

［2］王 進(jìn).鐵路工程施工［M］.北京:中國(guó)鐵道出版社，2002:11-18.

［3］中鐵十二局集團(tuán)有限公司.客運(yùn)專線鐵路路基工程施工質(zhì)量驗(yàn)收暫行標(biāo)準(zhǔn)［S］.北京:中華人民共和國(guó)鐵道部.