張旭飛

摘要：無砟軌道路基支承層施工控制技術(shù)一直是高速鐵路工程界和學(xué)術(shù)界關(guān)注的焦點(diǎn)。依托新建武漢至十堰高速鐵路CRTSⅠ型雙塊式無砟軌道工程實(shí)踐，提出改進(jìn)型滑模攤鋪機(jī)施工技術(shù)。利用設(shè)備自帶傳感器通過引導(dǎo)線來控制線形，可精確控制支承層標(biāo)高及斷面尺寸，消除立模過程中出現(xiàn)的錯(cuò)臺(tái)、線形、漏漿等傳統(tǒng)缺陷。加長模板系統(tǒng)可防止攤鋪施工過程中因整平提漿系統(tǒng)的震動(dòng)導(dǎo)致側(cè)壁溜坍;延長模板與水硬性混合料摩擦距離，有利于成型的支承層表面平整及線形美觀。改進(jìn)型滑模攤鋪機(jī)施工技術(shù)能實(shí)現(xiàn)支承層施工提漿整平、拉毛一次成型，內(nèi)實(shí)外美，提高了無砟軌道支承層工藝水平，確保施工質(zhì)量。

Abstract： Controlled construction technology for ballastless track subgrade is a critical scientific issue in engineering and academic fields associated with high speed railway. Considering CRTSⅠdouble-block ballastless track on Wuhan-Shiyan high speed railway， improved sliding mode paver was proposed to avoid traditional defects， e.g.， dislocation， alignment along with mud leakage. Sensors were guided to correct alignment， elevation and obtain exact cross section size. Using lengthened formwork system prevents the vibration of mud extracting that could lead to topsoil slip of sidewall during paving construction. Extended frictional distance between formwork and hydraulic mixture is beneficial to surfacing level as well as alignment beauty. Improved sliding mode paver technology advances mud extracting and one-step forming of galling， namely， outer seems pretty and inner is strong as well. It could enhance construction level of bearing layer of ballastless track subgrade and guarantee engineering quality.

關(guān)鍵詞：高速鐵路;無砟軌道;路基;支承層;滑模

Key words： high-speed railway;ballastless track;subgrade;bearing layer;sliding mode

中圖分類號(hào)：U213.1 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1006-4311（2019）11-0114-04

0 ?引言

隨著我國基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)擴(kuò)大，高速鐵路工程得到了快速發(fā)展，其中，無砟軌道已成為客運(yùn)專線及高速鐵路的主要軌道形式[1]。與傳統(tǒng)的有砟軌道相比，高速鐵路對無砟軌道結(jié)構(gòu)要求更高，需要軌道具有更高平順性、穩(wěn)定性及耐久性[2]。但是，目前常用的CRTSⅠ型雙塊式無砟軌道常常帶有表面蜂窩、平整度差等缺陷，而且作業(yè)人數(shù)較多，施工難度較大，總體經(jīng)濟(jì)成本偏高。對于此，國內(nèi)外學(xué)者開展了相關(guān)研究工作，并且取得了一定的成果。

顏華等[3]通過三維有限元數(shù)值模擬，對雙塊式無砟軌道結(jié)構(gòu)受力與變形特性進(jìn)行研究，建議了合理的混凝土支承層型式及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)。王森榮[4]采用理論分析的方法，分析路基地段雙塊式無砟軌道道床板和支承層的功能，提出連續(xù)道床板和分塊道床板兩種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的主要特點(diǎn)和設(shè)計(jì)要點(diǎn)。陳虎等[5]結(jié)合京滬高鐵開展現(xiàn)場試驗(yàn)和測試，研究了CRTSⅡ型板式無砟軌道路橋過渡段振動(dòng)特性，以及沿線路縱垂向的空間變化振動(dòng)響應(yīng)及與車速關(guān)系。趙國堂等[6]建立三維高速鐵路無砟軌道-路基凍脹耦合有限元模型，研究路基凍脹變形波長和幅值對不同類型無砟軌道結(jié)構(gòu)受力的影響，為季凍區(qū)高速鐵路無砟軌道的選型提供參考。劉子毅[7]建立無砟軌道-路基有限元模型，分析扣件剛度、CA砂漿層彈性模量以及地基剛度等參數(shù)的變化對多層結(jié)構(gòu)靜力學(xué)特性的影響，并且進(jìn)一步研究移動(dòng)荷載作用下受各種參數(shù)的影響程度和規(guī)律。

現(xiàn)有文獻(xiàn)顯示，目前大部分是針對無砟軌道-路基受力特征，或者支承層的功能進(jìn)行相關(guān)研究，而表面蜂窩、平整度差等缺陷方面工作并不多[8]。因此，以新建武漢至十堰高速鐵路為背景，開展高鐵無砟軌道路基支承層改進(jìn)型滑模施工技術(shù)研究，具有重要工程實(shí)踐價(jià)值和理論學(xué)術(shù)意義。

1 ?工藝原理與特點(diǎn)

新建武漢至十堰鐵路孝感至十堰段正線起于漢孝城際鐵路孝感東站DK47+569.79，止于十堰北站（含）DK445+725，線路全長399.05km。采用CRTSⅠ型雙塊式無砟軌道，主要由下部結(jié)構(gòu)、底座板或支承層、現(xiàn)澆混凝土道床板、雙塊式軌枕、高彈性扣件、鋼軌組成。正線數(shù)目為雙線，線間距5.0m，最小平面曲線半徑一般地段7000m，困難地段5500m，最大坡度20‰，到發(fā)線有效長度650m。

1.1 工藝原理

本文提出的改進(jìn)型滑模技術(shù)適用于CRTSⅠ型雙塊式無砟軌道的高速鐵路（客運(yùn)專線）路基支承層施工，特別是連續(xù)長度超過200m及以上長段落路基支承層施工。

采用與設(shè)計(jì)尺寸相符的攤鋪機(jī)自帶可移動(dòng)性模板，在施工引導(dǎo)線下行進(jìn)，拌合料連續(xù)進(jìn)倉、入模成型，振搗擠壓后形成路基支承層，一次成型，簡單方便。采用水硬性混合料，以使攤鋪后的支承層幾何形狀不會(huì)變形。通過控制虛鋪高度、滑模攤鋪機(jī)的走行速度及高頻振搗棒的振搗頻率，來控制支承層的攤鋪質(zhì)量，保證支承層的密實(shí)度。通過加裝震動(dòng)拉毛平臺(tái)，來消除表面蜂窩，達(dá)到提漿整平及拉毛的效果。

1.2 工藝特點(diǎn)

①本工藝采用滑模攤鋪法施工，利用設(shè)備自帶傳感器通過引導(dǎo)線控制線形、標(biāo)高，勞動(dòng)強(qiáng)度降低，自動(dòng)化程度提高。

②能精確控制支承層的標(biāo)高及斷面尺寸，消除立模過程中出現(xiàn)的錯(cuò)臺(tái)、線形、漏漿等缺陷。

③滑模攤鋪法施工速度快、規(guī)模大，對環(huán)境影響小，經(jīng)濟(jì)效益更好。

④加長模板系統(tǒng)，能有效防止攤鋪施工過程中因整平提漿系統(tǒng)的震動(dòng)導(dǎo)致側(cè)壁溜坍，延長模板與水硬性混合料摩擦距離，利于成型的支承層表面平整及線形美觀。

⑤拉毛系統(tǒng)通過軸承連接拉毛輥軸，拉毛輥軸與架體連接部位通過絲桿實(shí)現(xiàn)高度可調(diào)，以保證不同施工條件下拉毛深度均勻，在攤鋪過程中輥軸轉(zhuǎn)動(dòng)壓槽以實(shí)現(xiàn)拉毛效果。

⑥震平提漿系統(tǒng)方面，振動(dòng)平臺(tái)與架體間采用高強(qiáng)彈性橡膠墊柔性連接，防止平臺(tái)工作時(shí)震動(dòng)致使架體變形。

2 ?施工工藝流程及控制要點(diǎn)

2.1 施工工藝流程

工藝流程：路基表層檢測→施工準(zhǔn)備、測量放線→基床表層濕潤→機(jī)械就位、調(diào)整振動(dòng)平臺(tái)及拉毛系統(tǒng)標(biāo)高→混合料拌合運(yùn)輸→卸料、挖機(jī)布料→啟動(dòng)振動(dòng)拉毛平臺(tái)→滑模攤鋪?zhàn)鳂I(yè)→人工修邊收面→切縫→養(yǎng)生。

2.2 施工準(zhǔn)備

結(jié)合施工過程，應(yīng)注意以下幾方面：

①只有在路基沉降觀測評估通過以及級配碎石驗(yàn)收合格后才能進(jìn)行支承層施工。

②支承層施工前對路基基床表層進(jìn)行驗(yàn)收，基床表層頂面應(yīng)平整，其表面平整度不大于15mm，高程誤差為

±10mm，以避免因路面超高使模板出現(xiàn)犁地現(xiàn)象，影響攤鋪機(jī)走行，導(dǎo)致攤鋪線形不平順，且剮蹭松散的級配碎石極易被擠入支承層根部，導(dǎo)致攤鋪完成的支承層根部不密實(shí)。曲線地段，攤鋪前應(yīng)對攤鋪機(jī)履帶走行范圍進(jìn)行整平，防止因攤鋪機(jī)走行困難，履帶左右擺動(dòng)，影響攤鋪線形。

③支承層施工前對路基基床表面進(jìn)行清潔，提前2h灑水濕潤，同時(shí)路基表層不得出現(xiàn)積水現(xiàn)象。

④通過線外試驗(yàn)段確定施工配合比及攤鋪機(jī)行走速度、振搗頻率、搗固深度等工藝參數(shù)。

2.3 測量放線控制要點(diǎn)

滑模攤鋪?zhàn)鳂I(yè)需要在機(jī)器左右兩側(cè)各設(shè)置一條引導(dǎo)線，支承層的標(biāo)高以及方向由傳感器通過引導(dǎo)線自動(dòng)控制，現(xiàn)場測量如圖1所示。左、右兩側(cè)引導(dǎo)線距離混凝土側(cè)邊1.1m，引導(dǎo)線高出支承層面20cm。

引導(dǎo)線的樁間距離為10m，曲線段一般為5m。引導(dǎo)線的最大長度控制在300m 范圍，以便于質(zhì)量控制和卸料。安裝后的引導(dǎo)線標(biāo)高誤差在±3mm間，中線位置（方向）誤差控制在5mm以內(nèi)。引導(dǎo)線設(shè)定好后，檢查是否有滑落或擾動(dòng)，保證引導(dǎo)線的精確度。

2.4 基床表層濕潤

路基支承層施工前對基床表面進(jìn)行清潔，提前2h 灑水對基床表層濕潤，同時(shí)表層不得出現(xiàn)積水現(xiàn)象，如圖2所示。

2.5 工裝調(diào)整就位

施工時(shí)平臺(tái)調(diào)整為前高后低，振動(dòng)平臺(tái)前端略高于攤鋪機(jī)底模3～5mm，尾部略低于攤鋪機(jī)底模2～3mm，前部略高是為了防止震動(dòng)平臺(tái)前端剮蹭混合料造成堆積，影響走行和標(biāo)高控制，尾部略低于模板是使震動(dòng)平臺(tái)高效發(fā)揮振動(dòng)提漿的工效。然后通過旋轉(zhuǎn)高度調(diào)節(jié)盤調(diào)整拉毛系統(tǒng)標(biāo)高，振動(dòng)平臺(tái)就位如圖3所示。

2.6 混合料拌合及運(yùn)輸

水硬性混合料由拌合站集中生產(chǎn)后運(yùn)至現(xiàn)場，根據(jù)中國鐵科院現(xiàn)場試驗(yàn)確定支承層混合料配合比，現(xiàn)場施工時(shí)應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況及溫度變化在配合比調(diào)整范圍內(nèi)及時(shí)調(diào)整用水量，若含水量小則混合料提漿效果差，若含水量大則攤鋪無法成型，邊角易坍塌，混合料拌制完成后，要取樣測定含水率。

采用自卸汽車進(jìn)行支承層混合料運(yùn)輸。每次運(yùn)輸前將自卸汽車車廂內(nèi)清洗干凈，長距離運(yùn)輸時(shí)需采取覆蓋措施，防止水分散失。同時(shí)為了保證攤鋪進(jìn)度，根據(jù)不同的運(yùn)輸距離和運(yùn)輸時(shí)間確定自卸車的數(shù)量。

2.7 卸料及布料

①自卸車沿設(shè)置引導(dǎo)線的中部倒退至攤鋪機(jī)進(jìn)料端后，開始慢速進(jìn)行卸料，避免集中卸料造成堆積離析;卸料長度不宜超過10m，以免混合料水分損失，影響攤鋪質(zhì)量。

②混合料通過自卸車運(yùn)輸至現(xiàn)場后，由專人引導(dǎo)自卸車進(jìn)行卸料。

③使用小型挖機(jī)對混合料進(jìn)行整平，布料厚度宜控制在35～40cm，攤鋪機(jī)料倉內(nèi)存料高度宜控制在與螺旋桿頂部齊平或略高，確保攤鋪成型的支承層無孔洞，避免出現(xiàn)不密實(shí)的情況，如圖4所示。施工過程中，小挖機(jī)的配合至關(guān)重要，挖機(jī)布料的平整、均勻性直接影響到攤鋪機(jī)的作業(yè)效率，挖機(jī)司機(jī)應(yīng)指定專人且經(jīng)過培訓(xùn)合格后上崗。

2.8 攤鋪?zhàn)鳂I(yè)要點(diǎn)

①首次攤鋪前，應(yīng)對攤鋪機(jī)位置、幾何參數(shù)和機(jī)架水平度進(jìn)行調(diào)整，然后空機(jī)掛線行走5～10m，經(jīng)多次確認(rèn)無誤后方可開始攤鋪。

②采用釘樁或基準(zhǔn)線法校準(zhǔn)滑模攤鋪機(jī)擠壓底板高程和側(cè)模前進(jìn)方向，調(diào)整水平傳感器立柱高度和滑模攤鋪機(jī)機(jī)架前后左右的水平度，使滑模攤鋪機(jī)自動(dòng)行走，再返回校核1～2遍，正確無誤后，方可開始攤鋪。

③通過挖掘機(jī)進(jìn)行布料，攤鋪范圍內(nèi)要均勻布料，布料長度達(dá)到5m 后啟動(dòng)攤鋪機(jī)，攤鋪機(jī)開機(jī)前先啟動(dòng)振搗棒再行走，停機(jī)后立即關(guān)閉振動(dòng)棒。

④攤鋪機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，宜連續(xù)攤鋪，不宜間斷，否則影響表面平整度;攤鋪機(jī)在停止前進(jìn)時(shí)要關(guān)閉震動(dòng)平臺(tái)，防止出現(xiàn)支承層表面出現(xiàn)波紋狀。速度一般控制在0.6～0.8m/min，供料與攤鋪協(xié)調(diào)一致，力求勻速攤鋪，減少停機(jī)次數(shù)。如遇供料不及時(shí)、搗固性能不良或曲線地段時(shí)可適當(dāng)降低攤鋪速度。

⑤攤鋪機(jī)完成5m攤鋪后，對攤鋪的標(biāo)高、邊緣厚度、中線、橫坡等參數(shù)進(jìn)行復(fù)核測量，滿足規(guī)范要求后方可繼續(xù)向前攤鋪，如圖5所示。

2.9 人工修邊收面

滑模施工后，在混合料初凝前，需要對支承層頂面兩側(cè)35cm 范圍和側(cè)邊散水面范圍按照16% 坡度采用原漿進(jìn)行人工抹面，并保證表面光潔度，如圖6所示。收面時(shí)，還應(yīng)將支承層底部兩側(cè)多余混合料及時(shí)清理。對于支承層根部個(gè)別位置存在空隙的，應(yīng)立即修補(bǔ)保證粘結(jié)力，修補(bǔ)材料采用混合料配比去掉石子后拌和成砂漿進(jìn)行修補(bǔ)，確保終凝后顏色一致。

2.10 支承層切縫要點(diǎn)

支承層施工前，應(yīng)提前對路基軌枕位置進(jìn)行排布，確定每根軌枕及每道伸縮假縫里程，通過測量放樣準(zhǔn)確定位伸縮假縫位置，縫斷面應(yīng)垂直于軌道中心線并且切縫應(yīng)在兩軌枕中間位置，避免處于軌枕下方，誤差不超過3cm。

支承層施工完成后，應(yīng)在12h內(nèi)進(jìn)行切縫施工，釋放表面應(yīng)力，切縫間距5.2m，切縫深度105mm，如圖7所示。

2.11 養(yǎng)生

支承層鋪設(shè)后，采用一布一膜覆蓋灑水養(yǎng)護(hù)，支承層表面土工布覆蓋，上層加蓋塑料布，塑料布四周用沙袋壓緊，灑水量保證支承層表面始終處于濕潤狀態(tài)，在養(yǎng)護(hù)期間按期進(jìn)行灑水，養(yǎng)護(hù)時(shí)間不少于7d，濕度較小或氣溫較低時(shí)延長養(yǎng)護(hù)時(shí)間并采取相應(yīng)保暖措施，加蓋帆布或棉被進(jìn)行保暖養(yǎng)生。

3 ?人員及材料設(shè)備

主要材料采用水硬性混合料，困難條件下可采用C15低塑性混凝土，主要設(shè)備如表1所示。主要工作人員為：攤鋪機(jī)操作手2人、挖機(jī)司機(jī)1人、運(yùn)輸車司機(jī)6人、收面人員10人、切縫人員2人、養(yǎng)護(hù)人員2人，合計(jì)23人。

4 ?質(zhì)量安全保證措施

4.1 質(zhì)量控制要點(diǎn)

采用高鐵無砟軌道路基支承層改進(jìn)型滑模施工時(shí)，應(yīng)注意以下問題：

①路基支承層水硬性混合料施工前，應(yīng)對所有進(jìn)場原材料按頻率取樣檢測，合格后方可使用。

②水硬性混合料的攪拌時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格控制攪拌時(shí)間，一般攪拌時(shí)間不能低于120s，若膠凝材料用量、用水量更少時(shí)，還應(yīng)延長混合料的攪拌時(shí)間。

③混合料應(yīng)采用自卸車進(jìn)行運(yùn)輸，一般情況下，應(yīng)根據(jù)運(yùn)輸?shù)木嚯x確定自卸車的數(shù)量，確保滑模攤鋪工作連續(xù)進(jìn)行。在運(yùn)輸?shù)倪^程中應(yīng)保證混合料的均勻性，至攤鋪點(diǎn)時(shí)不發(fā)生分層、離析和泌漿等現(xiàn)象。長距離運(yùn)輸時(shí)需采取覆蓋措施，防止水分散失引起含水率變化。原則上，出站后兩小時(shí)內(nèi)未攤鋪的混合料嚴(yán)禁用于路基支承層施工。

④使用小挖機(jī)對混合料進(jìn)行整平，布料厚度宜控制在35～40cm，攤鋪機(jī)料倉內(nèi)存料高度宜控制在與螺旋桿頂部齊平或略高，確保攤鋪成型的支承層無孔洞，出現(xiàn)不密實(shí)情況。

⑤支承層施工完成后，應(yīng)根據(jù)施工點(diǎn)的天氣、外界環(huán)境等因素，合理控制切縫時(shí)間。切縫時(shí)間過早，會(huì)導(dǎo)致切縫處出現(xiàn)毛邊，影響整體外觀質(zhì)量;時(shí)間過晚，支承層表面應(yīng)力無法釋放，就會(huì)出現(xiàn)不規(guī)則裂縫等缺陷。

4.2 安全保證措施

①結(jié)合工程特點(diǎn)和項(xiàng)目實(shí)際情況，建立完善的施工安全保證體系，嚴(yán)格落實(shí)安全生產(chǎn)責(zé)任制，明確各級人員的安全管理職責(zé)，實(shí)行逐級安全技術(shù)交底制度，加強(qiáng)施工過程的安全監(jiān)控及考核。

②特殊工種持證上崗，參與施工的人員均應(yīng)經(jīng)過安全教育培訓(xùn)并考核合格，熟悉施工工序流程、存在的風(fēng)險(xiǎn)因素及應(yīng)對措施。

③安全防護(hù)設(shè)施配備齊全，施工人員必須正確合理使用防護(hù)用品。嚴(yán)禁對運(yùn)轉(zhuǎn)中的設(shè)備進(jìn)行維修、保養(yǎng)及調(diào)整等作業(yè)。

4.3 文明施工及環(huán)保措施

①施工場地、料場統(tǒng)一規(guī)劃，布局合理，施工使用的機(jī)具、設(shè)備有序停放，設(shè)備懸掛操作規(guī)程牌和設(shè)備標(biāo)示牌，及時(shí)清洗保養(yǎng)施工機(jī)械設(shè)備。

②施工中合理安排施工工序及作業(yè)時(shí)間，加強(qiáng)噪聲及施工廢棄物管理，物料運(yùn)輸車清洗后污水經(jīng)三級沉淀后進(jìn)行排放。

③施工完畢后，及時(shí)清運(yùn)施工垃圾，清運(yùn)前，要適量灑水并密閉運(yùn)輸，減少遺灑及揚(yáng)塵。

5 ?結(jié)論

結(jié)合新建武漢至十堰高速鐵路工程實(shí)踐，采用改進(jìn)型滑模攤鋪技術(shù)進(jìn)行CRTSⅠ型雙塊式無砟軌道支承層施工，消除了表面蜂窩，更好的達(dá)到提漿整平及拉毛效果，一次性成型，人工只需隨著攤鋪機(jī)機(jī)的行走對兩側(cè)進(jìn)行收面，施工工藝簡單便于掌握。且能保證工程的高標(biāo)準(zhǔn)、高質(zhì)量要求。省去了立模、拆模、模板倒運(yùn)、人工拉毛等工序并且克服了表面蜂窩、平整度差等缺陷，降低了施工難度，提高了工效，減少了作業(yè)人員數(shù)量和輔助機(jī)具、材料的投入，在同等人員配置下，支承層改進(jìn)型滑模施工每天可完成300m以上，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。

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