浅析乌岩山隧道双块式无砟轨道施工

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摘要：结合乌岩山隧道工程实践，在分析比较国内外无砟轨道施工技术的优缺点情况下，探索出一套简易适用并能满足质量要求的双块式无砟轨道施工技术。

关键词铁路隧道无砟轨道双块式工装法

Abstract: This paper combined with the black mountain tunnel engineering practice, the advantages and disadvantages of ballastless track construction technology at home and abroad, and explore a set of simple and practical and can meet the quality requirements of double block ballastless track construction technology.

Keywords railway tunnel unballasted track of double block type tooling method

1. 引言

为了适应列车高速行驶的需要，在提高线路稳定性、可靠性和耐久性，减少线路维修工作量的方面，世界各国研发了多种形式的无砟轨道，其中德国和日本的无砟轨道应用走在各国前列。具有代表性的Rheda无砟轨道、Züblin无砟轨道、Bögl无砟轨道以及日本的板式轨道等。近年来，随着我国铁路客运专线和高速铁路的迅速发展，推广无砟轨道是必然趋势，因此无砟轨道的施工技术层也出不穷。然而，在众多无砟轨道施工技术中，一般都是购买成套进口设备，或是照搬国外的施工方法。既花费了大量财力，有的又不完全适用于国内。因此，我们迫切需要一套既经济又实用的无砟轨道施工技术。

2. 工程概况

甬台温铁路的乌岩山隧道位于浙江省温岭市大溪镇境内，全长6208m，最大埋深480m，属深埋长隧道，是全线重点控制工程之一。中铁十一局集团承建进口段2798m的工程，里程为DK179+477～DK182+275。隧道进口段位于R=8000m的右偏曲线上，曲线长513.94米，其余均为直线。隧道内变坡点里程为DK182+400，其纵坡为3‰、-3‰。隧道设计为客运专线高速铁路双线隧道标准，时速以200Km/h为基速，预留提速可达250Km/h，采用CRTSⅠ型双块式无砟道床。

钢轨采用CHN 60kg/m、非淬火无孔新轨。扣件采用WJ-7A弹性扣件。轨枕采用SK-Ⅰ型双块式预制轨枕，轨枕间距≤650mm，但不小于600mm。道床板采用C40钢筋混凝土现场浇注而成，宽2800mm，厚度为305mm。

由于工期紧张，施工段落短，使用或购买成套进口设备经济上不合算，而且受隧道内作业空间影响，所以有必要进行探索，采用一套简易工装法施工。

3. 工装法的施工

无砟轨道铁路客运专线铁路速度高（250km/h），为了达到在高速行驶条件下，旅客列车的安全性和舒适性，要求客运专线铁路必须具有非常高的平顺性和精确的几何线性参数，精度要保持在毫米级的范围内。这就要求必须建立一套与之相适应的精密工程测量体系。

3.1精密工程测量的特点

3.1.1确定了无砟轨道铁路精密工程测量“三网合一”的测量体系

无砟轨道铁路工程测量的平面、高程控制网，按施测阶段、施测目的及功能不同分为了勘测控制网、施工控制网、运营维护控制网。我们把无砟轨道铁路工程测量的这三个控制网简称为“三网”。为保证控制网的测量成果质量满足无砟轨道铁路勘测、施工、运营维护三个阶段测量的要求，适应无砟轨道铁路工程建设和运营管理的需要，三阶段的平面、高程控制测量必须采用统一的基准。即勘测控制网、施工控制网、运营维护控制网均采用CPⅠ为基础平面控制网，二等水准基点网为基础高程控制网，简称为“三网合一”。

3.1.2确定了无砟轨道铁路工程平面控制测量分三级布网的布设原则

测量控制网的精度在满足线下工程施工控制测量要求的同时必须满足轨道铺设的精度要求，使轨道的几何参数与设计的目标位置之间的偏差保持在最小。轨道的外部几何尺寸体现出轨道在空间中的位置和标高，根据轨道的功能和与周围相邻建筑物的关系来确定，由其空间坐标进行定位。轨道的外部几何尺寸的测量也可称之为轨道的绝对定位。轨道的绝对定位通过由各级平面高程控制网组成的测量系统来实现，从而保证轨道与线下工程路基、桥梁、隧道、站台的空间位置坐标、高程相匹配协调。

无砟轨道铁路工程测量平面控制网第一级为基础平面控制网（CPⅠ），第二级为线路控制网（CPⅡ），第三级为基桩控制网（CPⅢ）。

3.1.3提出了无砟轨道铁路工程测量平面坐标系统应采用边长投影变形值≤10mm/km的工程独立坐标系

无砟轨道施工测量要求由坐标反算的边长值与现场实测值应一致，即所谓的尺度统一。由于地球面是个椭球曲面，地面上的测量数据需投影到施工平面上，曲面上的几何图形在投影到平面时，不可避免会产生变形。采用国家3°带投影的坐标系统，在投影带边缘的边长投影变形值达到340mm/km，这对无砟轨道的施工是很不利的，它远远大于目前普遍使用的全站仪的测距精度(1-10mm/km)，对工程施工的影响呈系统性。从理论上来说，边长投影变形值越小越有利。因此，规定无砟轨道铁路工程测量控制网采用工程独立坐标系，把边长投影变形值控制在10mm/km内，以满足无砟轨道施工测量的要求。

3.1.4 强调了测量成果交接的重要性，并对测量成果、桩橛交接和施工复测作了明确的规定

A．测量成果交接要求

施工前，勘测设计单位应向施工单位现场移交各级平面、高程控制点；交接的主要测量成果资料有：CPⅠ控制桩成果表及点之记、CPⅡ控制桩成果表及点之记、水准点成果表及点之记、线路曲线要素表。

B．施工复测要求

施工前，施工单位应对勘测设计单位交接的控制桩进行复测。复测的控制桩包括：全线CPⅠ控制点、CPⅡ控制点、水准点；施工复测时采用的方法、使用的仪器和精度应符合相应等级的规定；CPⅠ控制点的施工复测应按现行全球定位系统(GPS)铁路测量规程执行；CPⅡ控制点、水准点施工复测的精度和要求应符合相应等级的规定。当复测结果与设计单位提供的勘测成果不符时，必须重新测量。当确认设计单位勘测资料有误或精度不符合规定要求时，则应与设计单位协商，对勘测成果进行改正。复测结果与设计单位勘测成果的不符值在下列规定范围内时，应采用设计单位勘测成果。

a. CPⅠ控制点的复测应满足X、Y坐标差值不大于±2cm的要求；

b. CPⅡ控制点的复测应满足表一的规定；

表一 线路控制网(CPⅡ)复测限差要求

注：mD为仪器标称精度

c.水准点复测限差应满足表二的规定。

表二 水准点复测限差

注：L为测段长度，单位以千米计。

3.2 CRTSⅠ型双块式无砟轨道的测量控制

3.2.1 轨排粗调

双块式轨排分为现场组装和预组装，但不论何种方式，轨排的调整均为测设轨道的中心线，使轨排的中心线与线路中心线重合。为方便施工，直接在线路中心线上测设加密基桩，方便轨排调整。

因为轨排粗调只需轨排大概就位，方便上层钢筋的绑扎，防止精调后上层钢筋绑扎扰动轨排，故粗调轨排时，轨排中心线放样误差应不大于5mm；钢轨内轨顶面高程放样误差应不大于2.5mm。（如图一）

图一：粗调后的轨排

3.2.2 轨排精调

精调测量应在各类工序完成后进行，防止因为其它工序作业而影响轨排的状态，轨排精调应使用轨道自动检测系统或全站仪及水准仪按精密水准测量要求进行调整。现场施工中应尽量使用高精度的测量仪器，测角应不少于两个测回，并且中心及高程应反复进行，防止单独调一个指标后其它指标的改变。当轨排位于CPⅢ控制点附近时，应尽量利用CPⅢ控制点进行测量，消除加密基桩的误差。

CRTSⅠ型双块式无砟轨道施工时，根据轨排的钢轨确定测量的点位，点位应设置在钢轨支撑架处，方便调整。且下一循环施工时（尤其在曲线地段及直缓点位置处），测量应伸入上一循环不少于一个轨排的距离，保证钢轨的平顺。当施工作业面由CPⅢ控制点向下一CPⅢ控制点测量时，测量范围应深入上一循环不少于25m。（如图二）

图二：轨检小车在进行精调

4 施工工艺

4.1 施工设备

4.1.1 国外无砟轨道主要施工设备

在荷兰高铁施工的全套设备为：工具轨、散枕装置、螺杆调节器、粗调机、横向模板安装机、纵向模板安装机、钢制模板、精调轨检小车、混凝土浇注机、接地焊机、横向模板拆卸机、螺杆紧固机、纵向模板拆洗机、滑模摊铺机、混凝土运输车等。

4.1.2 简易工装法施工设备

在保证测量精度的前提下，经过我们不断摸索，只需要采用部分设备就可以进行施工作业。所需设备为：工具轨、螺杆调节器、钢制模板、精调轨检小车、接地焊机、螺杆紧固机、混凝土运输车等。（如图三）

图三：螺杆紧固机

4.2 施工工艺

4.2.1 轨枕、道床板钢筋进场

采用普通平板车进行运输轨枕、钢筋，小型汽车吊配备专用吊架装卸轨枕。钢筋及部分轨枕存放在Ⅰ线与Ⅱ线中间，少量轨枕存放在两侧电缆槽盖板上，并用10×10cm方木支撑。

4.2.2 清理底板、标定位置

对底板混凝土进行凿毛，然后清除底板表面浮渣、灰尘及杂物，并用高压水枪进行清洗。测设线路中线，标定道床板、模板位置。

4.2.3 放置纵向钢筋

将轨枕下的纵向钢筋依次成束铺放到Ⅰ线中部。

4.2.4 放置轨枕

人工将轨枕均匀散布到设计位置，控制相邻两组轨排的间距，以减少轨枕调整工作量。每散布20根轨枕，与现场标示的里程控制点核对一次，控制散布轨枕的累计纵向误差，做出相应的调整。达到同组轨枕间距误差不大于5mm，左右偏差不大于±10mm，两组轨枕间距偏差不大于±20mm，轨枕线型平顺，与轨道中线基本垂直。（见图四）

图四：工人正在散布轨枕

4.2.5 运输、铺设工具轨、运存模板

4.2.5.1 运输工具轨、运存模板

工具轨和纵向、横向模板由人工从后方倒运至前方，工具轨摆放至轨枕上进行铺设，模板存放于轨道两侧，采用人工进行安装。

4.2.5.2 检查工具轨

工具轨状态对轨道精度调整非常重要，要经常随机检查其平直性、轨头质量、垫板变形。安装工具轨前，核实轨枕线型要平顺，间距在规范允许的误差范围内。

4.2.5.3 工具轨就位

调整工具轨位置，轨缝间距控制在不大于30cm。为了准确定位工具轨，在工具轨的端头部位，一个扣件应完整地覆盖工具轨。安装扣件，间隔安装、定位扣件，扣件弹条下颚与轨脚顶面要留出0.5mm的间隙，不能使用发生塑性变形的扣件。(见图五)

图五：组装好的工具轨

4.2.6 螺杆调节器托盘和轨道、轨枕安装与固定

4.2.6.1 螺杆调节器的功能

螺杆调节器用于固定工具轨及轨枕，实现最终定位，能纵向、水平、超高段的角度调整。一般的直线段内，每2-3根轨枕需要双侧各设一台螺杆调节器，但超高段每根轨枕中间双侧各设一台。（如图六）

图六：螺杆调节器

4.2.6.2 螺杆调节器的使用

螺杆调节器在轨道左、右轨对称安装，固定在两轨枕中间位置。第一根轨枕需要配一对，之后，按照曲线段间隔2根、直线段间隔3根安装一对。如果工具轨在端头处伸出轨枕超过5cm，则应调整其继续伸长，并用螺杆调节器支撑。托轨板装在工具轨轨脚上，平移板安装在中间位置，保证可向两侧移动，最大平移距离约为±40mm。

4.2.6.3 需要配备的螺杆调节器数量

按每工日施工150m计算，考虑最不利工况（全部作业面位于曲线范围），每两根轨枕安装一对螺杆调节器，需要数量：150m÷0.65×6=1385套

4.2.7 轨道粗调

通过千斤顶、电子水准仪、线锤、道尺及人工完成粗调。先用千斤顶抬起一段工具轨和轨枕组成的轨排，通过电子水准仪、线锤及人工调整轨排至设计位置，之后安装螺杆调节器的螺杆，使其支撑在下部结构上。粗调完成后，卸掉千斤顶，将轨排荷载完全转移给螺杆调节器，由螺杆调节器支撑并保持轨道调整后的位置，千斤顶向前移动至下一个待调整的轨排继续循环工作。

4.2.8 绑扎钢筋、绝缘焊接

4.2.8.1 绑扎钢筋。按照设计图纸，穿入横向钢筋，保证保护层厚度（横向钢筋长度一定要精确），绑扎钢筋，不得扰动粗调过的轨排。可利用自制简易胎具，实现准确的钢筋位置。

为满足轨道电路传输距离要求，轨道电路谐振范围内承载层的钢筋采用塑料卡具（钢筋绝缘卡）隔块隔开并采取可靠的接地，钢筋的铺设数量、尺寸按设计要求配置。

4.2.8.2 钢筋接地焊接。无砟轨道中的接地钢筋利用道床内结构钢筋，每线轨道设三根纵向接地钢筋，即道床板上层轨道中心一根钢筋和最外侧两根钢筋。对于连续道床板不超过100m设置一条横向接地钢筋，纵横向接地钢筋交叉点应焊接，接地不得构成电气环路，接地钢筋与其它钢筋交叉时应进行绝缘处理。

道床板接地每100m形成一个接地单元，接地单元中部与贯通地线单点“T”形可靠连接。接地单元之间的接地端子不连接。

4.2.9 安装纵向模板

纵向模板采用28cm高槽钢及角钢或20cm高槽钢对接制作，按照每间隔5～10m放样标示的轨道板两侧尺寸控制点，在模板底层安装双面胶带，保证模板底与底板顶密贴，搬运模板就位。间隔布置三角形角钢支撑，保持模板支撑牢固、水平；纵向模板之间连接时，两块模板对接处用双面胶带，保证模板的直线度和垂直度。

4.2.10 轨道精调

4.2.10.1 全站仪设站

全站仪观测4对连续的CPⅢ点，自动平差、计算确定设站位置。如偏差大于1mm时，应重新设站。改变测站位置后，必须至少交叉观测后方利用过的4个控制点，并复测至少已完成精调的一组轨排，如偏差大于2mm时，应重新设站。全站仪具有自动搜索、跟踪、计算、传输数据功能。

4.2.10.2 测量轨道数据

轨道状态测量仪放置在轨道上，安装棱镜。使用全站仪测量轨道状态测量仪的棱镜。小车自动测量轨距、超高、水平位置，接受观测数据。通过配套软件，计算轨道平面位置、水平、超高、轨距等数据，将误差迅速反馈到轨道状态测量仪的电脑显示屏幕上，指导调整轨道。

4.2.10.3 调整中线

采用双头调节扳手，调整轨道中线。

4.2.10.4 调整高程

用普通六角螺帽扳手，旋转竖向螺杆，调整轨道水平、超高。粗调后的轨面标高应略低于设计轨面标高。调整螺杆时要缓慢进行，旋转90°为高程变化1mm，调整后用手检查螺杆是否受力，如未受力则拧紧调整附近的螺杆。

精调好轨道后，尽早浇筑混凝土。浇筑混凝土前，如果轨道放置时间过长，或环境温度变化超过15℃，或受到外部条件影响，必须重新检查或调整。

5 结束语

经过总结，我们得出结论，采用简易工装法和其他方法对比，其优点是不受施工场地限制、所需的大型机械设备少；其缺点是劳力需求量较大、施工进度较慢。如果我们能合理选择施工方法，不但可以加快施工进度，还将大幅提高经济效益。