高速鐵路運營線無砟軌道地段插入道岔技術(shù)研究

李秋義

(中鐵第四勘察設(shè)計院集團有限責任公司，武漢 430063)

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高速鐵路運營線無砟軌道地段插入道岔技術(shù)研究

李秋義

(中鐵第四勘察設(shè)計院集團有限責任公司，武漢 430063)

隨著我國高速鐵路網(wǎng)建設(shè)的不斷深入和完善，大量新建線路需要引入既有車站或樞紐，我國高速鐵路建設(shè)運營線無砟軌道地段插入道岔的功能需求日顯迫切，已成為制約我國高速鐵路建設(shè)的關(guān)鍵技術(shù)難題。結(jié)合某新建高速鐵路引入既有高鐵站的接軌方案，提出拆除既有無砟軌道、新鋪無砟道岔技術(shù)方案，通過設(shè)置安全隔離板墻，封鎖一線施工，相鄰正線單線行車，采用新材料、新工藝、新技術(shù)等系列措施，可確保施工安全和縮短工期，減少對運營的影響。該方案解決了高鐵車站或樞紐無砟軌道接軌的技術(shù)難題，實現(xiàn)新建高速鐵路線路與既有樞紐的成功引入。

高速鐵路；運營線 ； 無砟軌道； 插入道岔

1 概述

無砟軌道具有少維修高平順的優(yōu)點，在我國高速鐵路得到普遍應用，并已成為我國高速鐵路的主要技術(shù)特征之一，根據(jù)2015年鐵路部門統(tǒng)計數(shù)據(jù)，目前我國已經(jīng)建成高速鐵路無砟軌道超過1萬km。我國鋪設(shè)無砟軌道的高速鐵路站內(nèi)正線及相鄰到發(fā)線一般也采用無砟軌道結(jié)構(gòu)，使軌行區(qū)整潔美觀，與無站臺柱雨棚互相配合，形成良好的站臺候車環(huán)境和視覺效果，成為高速鐵路站內(nèi)的一道風景。隨著我國高速鐵路網(wǎng)的不斷完善，我國高速鐵路建設(shè)出現(xiàn)了新建線路引入已建成高鐵車站的功能需求，需要既有運營高鐵無砟軌道地段插入道岔。既有運營高速鐵路無砟軌道地段插入道岔是我國高速鐵路建設(shè)中的不可回避的技術(shù)難題，主要技術(shù)難點在于無砟軌道拆除、道岔鋪設(shè)施工期長，對既有線行車組織影響大，施工和運營的安全風險大。為了實現(xiàn)新建線路引入既有高速鐵路，開展高速無砟軌道地段插入道岔的設(shè)計及施工技術(shù)研究非常必要。

雖然目前國內(nèi)外尚無既有運營高鐵無砟軌道地段插入道岔的先例，我國某客運專線由于路基上拱而長期限速，為了徹底整治病害，2014年先封鎖一線施工，鄰線單線行車，用70d時間先后完成了雙線無砟軌道的拆除、重建，實現(xiàn)恢復常速的目標。該工程案例可為既有線無砟軌道改建提供借鑒[1]。大西客專在既有鄭西客專臨潼東站包西聯(lián)絡線插入6組42號有砟道岔，實現(xiàn)大西客專的成功引入，通過科學組織、精心施工取得良好的效果，為高速鐵路插入道岔積累了實踐的經(jīng)驗[2]。近年來高速鐵路無砟軌道維修技術(shù)已經(jīng)引起了高度重視，也積累一定的經(jīng)驗[3-4]。

2 高速鐵路無砟軌道插入道岔設(shè)計方案

某新建高速鐵路線路全長224 km，該線路位于湘西武陵山區(qū)，為南北走向，是國家支持武陵山區(qū)區(qū)域發(fā)展的重大基礎(chǔ)設(shè)施工程，終點引入既有滬昆客專某站，計劃2016年開工建設(shè)。為了實現(xiàn)該線與滬昆客專的互聯(lián)互通，該新建高速鐵路需要引入既有高鐵某站滬昆場[5]。該既有車站滬昆場地形困難，車站布置困難。車場中部包括站臺在內(nèi)共有571 m位于橋梁結(jié)構(gòu)上，咽喉區(qū)八字渡線也位于橋梁上，八字渡線與單開道岔之間還有4-16 m的框架橋，正線與相鄰到發(fā)線采用反向曲線的梯線連接。

該新建高速鐵路引入滬昆客專接軌方案見圖1。新建高速鐵路上行線(對應滬昆客專的下行方向)利用綜合工區(qū)走行線，相應將原走行線南移進行接軌；下行線引入難度較大，方案是將6道與4道的分路道岔拆解，4道改接本項目下行線，6道在其上出岔連接，在本線與Ⅱ道間鋪設(shè)1組渡線，滬昆下行正線Ⅱ道需拆除無砟軌道鋪設(shè)1組無砟道岔。

圖1 某新建高速鐵路引入滬昆客專接軌方案

以圖1所示接軌方案正線Ⅱ道插入道岔為例介紹相應軌道設(shè)計方案(正線Ⅱ道道岔、站線4道道岔拆解及線路恢復可按本方案同步進行)，首先封鎖正線Ⅱ道線路，設(shè)置與正線Ⅰ道間的物理隔離，拆除Ⅱ道道岔位處的正線無砟軌道結(jié)構(gòu)，重新鋪設(shè)道岔及岔區(qū)無砟軌道，然后開通正線Ⅱ道。滬昆客專正線無砟軌道插入道岔施工方案是首先兩線間設(shè)置安全隔離板墻，然后封鎖一線施工，相鄰正線單線行車，再拆除鋼軌和道床，道岔鋪設(shè)和精調(diào)，重新澆筑道床混凝土恢復線路。該方案采用新材料、新工藝、新技術(shù)，確保施工安全和縮短工期，減少對運營的影響。既有滬昆客專正線雙塊式無砟軌道拆除范圍包括除道岔全長69 m，前后還應各加上10 m的順接階段。施工段前后既有軌道25 m范圍道床與支承層通過植筋進行加固；拆除前應完成路基幫寬施工，且工后沉降已經(jīng)滿足要求；道床及支承層拆除應采用無振動切割機械設(shè)備；既有高鐵線路插入道岔屬高風險的施工作業(yè)，應按營業(yè)線施工加強管理。

既有滬昆客專正線采用雙塊式無砟軌道[6]，主要由鋼軌、扣件、雙塊式軌枕、道床板和支承層組成(圖2)，道床板為C40鋼筋混凝土，厚度260 mm；支承層為C20素混凝土，厚度300 mm。道床板為縱向連續(xù)的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。無砟軌道結(jié)構(gòu)高度為815 mm，如圖3所示。

圖2 既有雙塊式無砟軌道結(jié)構(gòu)組成

圖3 正線雙塊式無砟軌道

計劃插入道岔為18號高速無砟道岔，圖號為客專線07(009)，道岔全長69 m，道岔平面尺寸如圖4所示。道岔區(qū)采用軌枕埋入式無砟軌道[7]，由道床板和底座組成，道床厚度260 mm、為C40鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，底座厚度300 mm、采用C40素混凝土，底座每間隔5 m左右設(shè)置1處深度為100 mm假縫，道床板和底座均為縱向連續(xù)結(jié)構(gòu)，軌道結(jié)構(gòu)高度與正線保持一致，為815 mm。道岔區(qū)無砟軌道與前后既有無砟軌道形成縱向連續(xù)結(jié)構(gòu)，不設(shè)置伸縮縫或變形縫，如圖5所示。

圖4 18號道岔平面尺寸示意(單位：mm)

圖5 道岔區(qū)軌枕埋入式無砟軌道

3 高速鐵路無砟軌道插入道岔施工方案

既有無砟軌道插入道岔施工時間緊、工作量大、施工場地受限、工序多、交叉作業(yè)頻繁[8]，主要施工技術(shù)難點：如何減少行車與施工相互干擾；如何加快既有軌道拆除和新鋪道岔的施工進度；如何確保道岔準確定位和鋪設(shè)精度；如何制定安全高效的施工組織方案。正線既有無砟軌道拆除及新建無砟道岔鋪設(shè)成為新建鐵路引入滬昆客專的關(guān)鍵控制因素，該方案的實施需要周密的方案、科學的組織。

既有無砟軌道插入道岔的主要施工流程如下。

(1)鑿除線間封閉層，設(shè)置安全隔離措施

高速鐵路無砟軌道插入道岔屬既有線施工，確保運營和施工安全是首要前提。在施工范圍兩正線間設(shè)置安全隔離措施，隔離施工與鄰線行車的相互干擾。隔離措施為臨時組合板墻結(jié)構(gòu)，由鋼筋混凝土基礎(chǔ)、H型鋼、法蘭連接、彩鋼板、鋼絲網(wǎng)組成，詳見圖6、圖7。隔離區(qū)域長度應不小于150 m

圖6 隔離措施橫斷面(單位：mm)

圖7 隔離措施平面(單位：mm)

(2)做好施工期間運營組織

封鎖施工段所在正線Ⅱ道，相鄰正線Ⅰ道限速15 km/h運行。目前滬昆客專剛開通至貴陽，初期行車量不大，僅開行19對動車。該站滬昆場兩端咽喉區(qū)均設(shè)八字渡線，這為客車在站內(nèi)換線運行創(chuàng)造了條件，可考慮封閉西端咽喉區(qū)滬昆客專上行正線，站內(nèi)臨時小段內(nèi)改由下行線運行，在做好運輸組織、確保運營安全的前提下進行施工。

(3)施工段前后既有道床25 m范圍錨固植筋加固

原無砟軌道縱向連續(xù)結(jié)構(gòu)，拆除部分軌道后，在溫度效應作用下，在分界處可能發(fā)生較大的縱向位移，為了保證分界處道床縱橫向穩(wěn)定，需要在施工段前后既有道床25 m范圍對道床板與支承層植筋加固，每間隔2根軌枕設(shè)置1排錨固鋼筋，每排4根φ25 mm鋼筋。

(4)鋸切鋼軌、拆除道床、基床頂面平整壓實

采用鋸軌機切斷鋼軌，拆除施工點120 m長范圍內(nèi)鋼軌和扣件并運出施工范圍，采用帶鋸將道床和支承層切割成塊，采用汽車吊吊至線外運走，不得采用挖掘機或鉤機粗暴拆除，檢查基床頂面，不滿足要求時應進行處理[9]。

(5)道床鋼筋鋪設(shè)、綁扎

道床鋼筋宜在預先分段在線外綁扎成鋼筋籠，采用汽車吊吊裝就位后拼接，以減少鋼筋綁扎的施工工期。

(6)道岔鋪設(shè)及精調(diào)

搭設(shè)預鋪平臺進行道岔預組裝，道岔橫移就位后利用CPⅢ進行精調(diào)[10-11]，道岔鋪設(shè)精度應滿足規(guī)范要求[12]。

(7)道床混凝土澆筑[13]

道岔區(qū)混凝土應連續(xù)澆筑，不得中斷，道床混凝土澆筑后應及時進行覆蓋保濕養(yǎng)護。道床混凝土強度達到75%以上才可進行下部作業(yè)[14]。

(8)道岔鋼軌焊接及鎖定

在設(shè)計鎖定軌溫范圍內(nèi)對鋼軌接頭進行焊接鎖定，設(shè)置位移觀測樁，并最好相關(guān)記錄。

(9)驗收、開通線路、跟蹤監(jiān)測

開通線路前，對道岔整體幾何尺寸進行了全面檢查，軌距、方向、水平、支距全部滿足驗收規(guī)范[15]，道岔密貼調(diào)整及軌道電路參數(shù)滿足要求，聯(lián)鎖關(guān)系正確。

4 提高施工效率的主要措施

既有無砟軌道插入道岔施工工藝復雜，正常施工期為2～3個月，為減少施工對既有線運營的影響，可從結(jié)構(gòu)、材料、工藝、工法、機具等方面優(yōu)化。主要措施如下。

(1)優(yōu)化道岔區(qū)無砟軌道結(jié)構(gòu)，將原來的“道床板+支承層”兩層結(jié)構(gòu)改為單層道床板結(jié)構(gòu)，混凝土由兩次澆筑改為一次澆筑。

(2)既有道床板及支承層拆除，采用帶鋸切割技術(shù)，可提高效率，并減少破拆工作對路基及龍口處既有道床擾動。

(3)道床鋼筋籠采用線外預先綁扎，吊裝就位，縮短鋼筋綁扎時間。

(4)道岔及軌枕采用線外預組裝，平移就位，縮短道岔組裝時間。

(5)采用快硬早強的聚合物高強混凝土，2h強度可達到30MPa，24h強度達到40MPa以上，縮短混凝土養(yǎng)護時間[15]。

通過以上綜合措施，拆除道床時間可控制在5～6d；鋼筋綁扎、道岔鋪設(shè)與精調(diào)時間可控制在5～6d；混凝土澆筑與養(yǎng)護、鋼軌焊接時間可控制在5～6d?？偸┕r間為15～20d，從施工工期上最大限度減少了對既有線的運營影響。

5 結(jié)語

為了適應我國高速鐵路新建線路引入既有線路的需要，結(jié)合某新建鐵路引入既有高鐵樞紐接軌方案，對既有線無砟軌道改建、重鋪無砟道岔及安全保障措施進行了技術(shù)上的分析和探討，得出如下主要結(jié)論。

(1)設(shè)置物理隔離措施，建立相對獨立的封閉區(qū)域，可以有效地解決行車與施工相互干擾問題。

(2)通過優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計和施工工藝，采用快硬早強高性能混凝土等新材料、先進的混凝土切割等新設(shè)備的綜合措施，優(yōu)化人員、設(shè)備、機具等資源配置，可最大限度地提供施工效率，壓縮施工工期。

(3)周密、科學的運輸組織和強有力的施工組織相結(jié)合，按營業(yè)線施工加強管理，可確保行車和施工安全。

(4)已運營高速鐵路無砟軌道插入道岔是一項復雜的系統(tǒng)工程，尚需要在今后的工程建設(shè)中不斷總結(jié)和完善。

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Research on Inserting Turnout into High Speed Ballastless Track Railway in Operation

LI Qiu-yi

(China Railway Siyuan Survey and Design Group Co.， LTD.， Wuhan 430063， China)

With the development and improvement of China high-speed railway network， a large number of new railways are introduced into the existing stations or hubs and turnouts need to be installed urgently on busy ballastless track lines， which challenges high-speed railway development. With reference to the track connection scheme of one high-speed railway to the existing high-speed railway station， this paper proposes the technological scheme by removing existing ballastless track and laying new ballastless turnout. Such measures as setting up security isolation wall， blocking one line for construction while allowing the adjacent line in operation， and employing new materials， new processes and new technologies are taken to ensure construction safety， shorten construction period and reduce impact on railway operation. The scheme resolves the technological problem of track connection in high-speed railway stations or hubs and fulfills the introduction of new high-speed railway into existing hubs．

High speed railway; Railway in operation; Ballastless track; Inserting turnout

2016-04-25；

2016-05-20

中國鐵路總公司科技開發(fā)計劃項目(2016G32)

李秋義(1972—)，男，教授級高級工程師，2003年畢業(yè)于中南大學鐵道工程專業(yè)，工學博士，E-mail：813352696@qq.com。

1004-2954(2016)12-0005-03

U213.2+44

A

10.13238/j.issn.1004-2954.2016.12.002