高速铁路路桥施工技术探讨及建议

高速铁路路桥施工技术探讨及建议摘要从秦沈客运专线三次综合试验的成果出发，系统总结了秦沈客运专线路基、轨道、桥梁、管理等方面的技术经验，提出在未来高速铁路技术管理的注意事项、施工中的技术关键和技术开发的方向，可供高速铁路建设参考。关键词客运专线科技开发施工技术试验研究秦沈客运专线是我国新建铁路中运行速度最高的，采用“以人为本”的新理念进行设计和施工的第一条客运专线。为了保证开通时速200km及以上列车运行的安全性、平稳性和旅客的舒适性，秦沈线采用了新的设计规程、规范、标准和一大批先进的技术、装备和施工工艺。秦沈线的工程技术鲜明地体现了运行速度高、规程规范新；技术含量高、设计标准新；质量要求高、施工工艺新的“三高三新”特点。在山海关一绥中北间修建了66.8km的综合试验段。试验段的线路平面最小曲线半径为5500m；设计了不同类型的桥梁、桥上无碴轨道、接触网支柱，不同填土厚度的涵洞，不同基层表层结构的路基和不同处理措施的路桥过渡段；上行线铺设法国生产的60kg／m高速钢轨；有24km的接触网采用镁铜导线，按300km／h速度要求进行设计，下行线为全补偿简单链形悬挂，上行线为全补偿弹性链形悬挂；有9km路基按照300km／h的标准进行设计和施工。秦沈客运专线高质量的建成，为我国高速铁路的设计、施工和技术装备选驯提供了技术储备，为铁路的跨越式发展提供了有益探索和必要的前提条件。1秦沈线三次综合试验的情况为了检验秦沈线工程的质量，确保开通时200km／h的列车运行安全平稳，取得300km／h级的列车运行时工程的各种试验数据，2001年~2002年主要在秦沈线的山海关至绥北间，进行厂三次综合试验。试验工作精心计划，并慎重实施，稳步推进，分别进行了国产200km／h以上机车车辆从低速到高速逐级提速的综合性试验，在列车动载作用下对路基、桥梁、线路、弓网系统和机车车辆的各项动力学性能，取得一批试验数据，检验研究成果，为铁路进一步提速和建设京沪高速铁路做了一些技术储备。(1)第一次综合试验的基本情况：2001年12月，铁道部在山绥段组织进行丁第一次综合试验。采用了2M+4T编组的“神州号”内燃动车组，选择了典型的路基、过波段、桥梁、无碴轨道和38号道岔等测点进行测试。试验最高速度达到了210.7km/h，所测的路基、桥梁、轨道利道岔都能满足200km／h列车的运行安全和平稳的要求。(2)第二次综合试验的基本情况：2002年9月，在山绥段进行了第二次综合试验。采用“先锋号”动力分散型电力动车组，进行了曲线、无碴轨道、道岔、桥梁、路基及路桥过渡段、噪声振动、安全退避距离、接触网支柱稳定性等38处线下工程地面测点的试验。同时进行了动车组的动力学性能、牵引、制动、列车交会、弓网受流、车载自动过分相性能等试验。此外，还进行了车载TVM430，列车超速防护、车次号传递、CTC系统、TVM430／SEI系统联调和光纤通信系统、光纤射频直放、TETRA数字集群通信、无线列调数话同传等通信信号的调试和试验。试验从160km／h开始，逐步提速，最高速度达到了292km／h。试验结果表明：在高速运行下，山绥段的路基、过渡段、桥梁、无碴轨道、道岔和噪声振动等试验的实测最大值都小于规定的评定标准，符合设计要求；弓网受流性能良好；列车的安全性、平稳性也都符合安全评估标准。(3)第三次综合试验的基本情况：2002年11月~12月，采用“中华之星”动力集中型电动车组进行了第三次综合试验。首先在山绥段完成了地面的线路、路基、桥梁、无碴轨道和道岔等试验以及动车组的动车、拖车动力学性能、牵引、制动、列车交会、弓网受流性能试验。随后，进行了绥中北—皇姑屯的全线试验。在山绥段，动车组全编组的最高试验速度达到305.9km／h，2M+3T编组的最高试验速度达到321.5km／h。在绥中北一皇姑屯325km线路上，运行时间为1h31min，平均速度为213.8km／h。三次综合试验全面检验了不同速度等级运行下秦沈线的路基、线路、桥梁和牵引供电、通信信号、动车组等技术装备及相互问配合的安全性、稳定性和可靠性，证明秦沈线的山绥段的路基、桥梁、无碴轨道、38号道岔和接触网等完全可以满足250km／h速度运行的安全性、平稳性要求；绥中北一皇姑屯段则完全满足200km／h速度运行的安全性、平稳性要求。验证了“八五”和“九五”期间所完成的高速铁路科研成果的科学性、合理性，为修正和完善我国《京沪高速铁路设计暂行规定》提供技术依据。试验证明秦沈客运专线的路基、线路、桥梁等线下工程质量达到了设计要求，完全能够满足时速200km列车的安全、乎稳地运行。其中，采用时速250~300km的设计标准修建的山绥综合试验段，可以运行250km/h以上的高速列车。通过山绥试验段及全线进行的三次综合试验和动车组试运行，证明秦沈线的工程建设是成功的，表明我国已掌握了时速200km速度等级铁路的线下工程建设技术，为我国的高速铁路建设提供了技术储备。在综合试验和半年多的综合调试中，也暴露出一些问题，需要引起我们注意。2综合试验结果对未来高速铁路和类似工程施工的启示2.1现代化铁路建设必须做好专业接口管理，提高现代化管理水平铁路建设是多专业、系统化综合工程。在信息技术高度发展的今天，铁路勘测完成后，首要任务是进行各专业技术路径的设计，界定各专业接口的技术和时、空界面，然后再安排初步设计。(1)专业的衔接必须严格有序在设计和施工阶段，不但要组织专业工程师和技术员分别从事专业设计和施工，更应组织一支高水平接口管理工程师的队伍，承担从设计至施工全过程的工程监控，调整技术时、空界面，并制订具有技术法规性质的接口管理守则，在设计和施工中切实执行，接口管理工程师还应提高各专业设计和施工工程技术人员的技术水平和责任心，防止专业队伍之间的矛盾冲突。秦沈客运专线建设中对这种工程管理模式运用不足，因而常发生桥梁与地基，桥梁与轨道、站场与信号、站场与轨道、路基与排水的接口界面不明，甚至设计参数的测定和提出也相互推诿，某些工程项目完成后，验收中发现问题，各有托词，这一教训应在今后施工中吸取。(2)施工组织方式应该进一步优化，管理层次必须减少施工组织应该科学实用，综合协调，处理好各专业的关系，安排临时工程更应该统筹兼顾，避免重复和浪费。秦沈线桥梁施工仍沿用普通铁路桥梁的施工组织方式，将同一座桥梁的上部结构制梁、架梁及下部结构施工分别由三个施工单位负责。这对于现场制梁并不适应，造成梁场存梁过多，施工进度不一致，上部、下部结构的平行作业不易进行，而且线路高程不易控制。较好的方式是应由同一个施工单位负责整座桥梁的施工，有利于提高施工速度和控制质量。另外，距离很近的T梁和箱梁预制场分别属于不同的施工单位，增加了施工成本。今后现场制梁场应具备一定的规模，集中预制一定范围的所有构筑物(如各种梁、轨枕板、涵管、电线杆等)。项目应该按项目法组织好实施，实施平面管理，减少管理层次，提高管理效率，降低管理成本。(3)现代化管理手段和方法应该受到重视建筑工程施工过程中信息化技术的研发与应用，包括将信息技术、虚拟现实技术应用于建筑施工过程，制定和优化施工方案。利用信息化机遇提高行业的技术创新能力成为改造和提升传统产业的正确途径。由于建筑施工的专业化程度低，建筑施工的信息化与制造业相比有着明显的差距。计算机仿真技术已广泛用于建筑工程领域，如结构模型实验、施工工期和资源优化等，虚拟现实技术在制造业、军事、航空航天等领域有较广泛的应用，在建筑行业利用信息化技术解决技术复杂，施工安全难度高的过程，如将虚拟现实技术应用于架桥过程的仿真与优化；将计算机模拟仿真技术与有限元分析相结合，对大型大跨度复杂钢结构在施工过程中的结构或构件的内力、稳定性、承载力及变形的计算机仿真模拟分析，进行全过程动态跟踪计算，自动反馈安全状态信息。建立项目／企业的网络信息管理系统，实现项目和企业管理信息化，提高信息的处理水平。2.2路基工程依然需要提高施工技术和施工装备水平对路基工程的基本要求是高强度、大刚度，均匀的纵向变化、小而且稳定的路基下沉。综合试验结果表明：试验所测路基和过渡段的变形、动应力都满足秦沈线设计要求。2年多来，通过对638个观测点的观测，路基的工后沉降平均为1.74cm，沉降速率平均为1.06cm／年，远小于设计要求，达到了秦沈客运专线路基按速度为200km／h设计，部分基础设施预留提速至250km／h，局部地段达到300km／h以上条件的要求。试验证明秦沈线路基和过渡段的设计方法正确、填料选择合理、填筑工艺科学，施工质量良好。在秦沈客运专线的建设中，首次将路基作为土工结构物进行设计与施工，在填筑材料、压实标准、变形控制、检测要求等方面比现行铁路标准更加严格。(1)严格规范施工工艺，是秦沈线路基施工的基本经验将路基填筑的施工工艺进行细化，按照基底处理、路基本体、基床表层等路基结构的不同要求，配合高密度检验，通过试验确定摊铺平整、洒水晾晒、碾压夯实、检验签证等区段的工艺参数，按照“四区段八流程”的操作程序严格施工，实现路基施工过程的工厂法流水作业，保证路基质量达到设计要求。采用强化基床结构，设置了厚60cm的级配碎石基床表层，使路基本体受力均匀具有足够的强度和刚度，同时还具有较强的稳定性和耐久性。级配碎石采用工厂化生产，以保证级配的比例。(2)保证轨道高平顺性、满足高速铁路路基的控制沉降目标依然需要做好大量的工作。为了保证路基的强度和稳定，采用了地基压实系数和密实度、孔隙率等指标作为路基填土的双重控制标准。普通铁路路基沉降量一般控制在30cm，而秦沈线严格控制路基工后沉降量，工后沉降按总沉降量控制，规定一般地段不大于15cm，台尾过渡段不大于8cm，沉降速率不大于4cm／年。在京沪高速铁路中路基工后沉降按一般地段不大于10cm(可能要修改为7cm)、路桥过渡段不大于5cm、初期地基沉降速率不超过3cm／年控制，对沉降控制的难度加大了。相比来说，京沪高速铁路的工后沉降控制标准如果与法国、德国和韩国的标准相一致，对施工的影响不容低估。值得注意的是在2003年春天，秦沈线的部分区段出现冻胀现象。尽管对产生的原因有不同的说法，但有一点是肯定的，没有水的作用是不会出现冻胀的。如分析在石质路堑地段出现冻胀的原因，基本上是地质构造上的断层和路堑超挖回填使用了不合格材料(石缝中的土)。因此，在类似工程特别是高速铁路施工中应当对路基填料、路堑回填、软基处理措施及施工工艺等诸多方面进行严格控制，避免类似事件重演。(3)软基处理、沉降观测工作要更加细致根据地质资料及沉降稳定检算结果，秦沈线施工分别采用粉喷桩、旋喷桩、砂桩、碎石桩、袋装砂井、塑料排水板、铺设土工合成材料加固。当路基工后沉降仍不能满足要求时，采用堆载预压处理。秦沈客运专线是严格按沉降控制进行设计的第一条线路，现场观测结果表明，部分地段的实际沉降与计算结果差异比较大，很难判断路基填筑是否达到标准要求，需要对施工工艺、处理措施和路基标准等进行总结。国内外的经验表明，路基沉降过程十分复杂，必须在施工过程中切实加强沉降观测，认真做好沉降评估，才能落实好控制沉降工作。秦沈线在设计时根据沉降计算结果在基床表层下部预留了抬高值(一般为0.1~0.4m)。对高填方、地质不良地段进行沉降观测，根据沉降观测资料及沉降发展趋势、工期要求等，及时修改设计，变更地基补强或施工工艺方案，采取相应的措施。，在架梁和铺轨前，对路基的稳定性进行评估，确认路基沉降满足设计要求后才允许进行架梁和铺轨施工。这些措施的采取，有效地控制了93km的松软土、软土地段路基的工后沉降量及沉降速率。在京沪高速铁路设计中，建议对软土厚度及埋深不超过10m时，采用路堤形式进行基础加固处理，超过10m按高架桥设计。在京沪高速铁路中，有一般路基、砂土液化区路基、松软土路基、软土路基、岩溶区路基、膨胀土路基和石膏土区路基等7种。所涉及到的问题各具特点，施工难度差异性较大，需要引起足够的重视。秦沈线软弱地基多采用排水固结并结合预压的处理措施，由于种种原因，预压工期与铺架之间在很多地段产生了矛盾，为解决此矛盾