长大隧道内双块式无砟轨道“轨排法”施工工法
1.前言
长大隧道内“轨排法”施工双块式无砟轨道，是中铁四局通过合武铁路的红石岩隧道、红石埂隧道和金寨隧道三座隧道双块式无砟轨道施工而自主研发的，它具有操作简便、安全实用和轨排精确、快速定位等特点。该工法形成了一套无砟轨道测量控制和精度调整的控制技术，包括一套能满足精度要求的基标系统以及建立了粗、精调测量控制标准，保证了无砟道床整体结构的施工精度。重点解决轨排的拼装、粗调、精调以及混凝土浇筑等问题，保证了无砟道床的施工质量，经总结形成本工法。
2.工法特点
2.1操作简便：专用设备投入少，作业工序简便，安全可靠，轨排及混凝土施工机械化，有利于现场管理和工序质量管理。
2.2精度高：轨排自身结构合理、稳定性好，其支撑系统使中线、水平、轨面高低均可精确控制。
2.3质量好：轨排整体性强，稳定性好，轨道几何形位易于保持。 GEDO CE轨道测量系统的使用，减少了施工中的人为影响因素。
2.4进度快：二组轨排（每组14 榀）循环使用，施工中的轨排拼装、精调及混凝土浇筑三道工序连续循环进行，施工进度快。
3.适用范围
本工法适用于一般铁路和客运专线的无砟轨道道床施工。
4.工艺原理
长大隧道内“轨排法”是根据无砟轨道道床施工精度要求高和调整控制困难的特点，采用就近铺设和便于精度调整控制的原则，在施工道床板的附近就地用轮胎式龙门起重机将拼装好的轨排吊放至待铺位置，再经过钢筋施工、综合接地和轨排粗调等关键工序后，用轨检小车测量系统对轨排的几何尺寸进行反复精调，使其完全满足设计精度要求，最后浇筑道床混凝土一次成型。
5.施工工艺流程及操作要点
5.1施工工艺流程
长大隧道内双块式无砟轨道”轨排法”施工工艺流程见图5.1。
图5.1 长大隧道内双块式无砟轨道”轨排法”施工工艺流程图
5.2操作要点
5.2.1精密测量
采用自由设站后方交会法布设CPⅢ控制网，其间距为50—60m左右一对，用CPⅢ控制网作为测设基线，采用轨检小车测量系统高精度测设轨道的绝对三维坐标；依靠螺杆调整器初步定位，整群定位器精确定位，反复调整达到规范要求，再利用全站仪和轨检小车及分析系统称为轨检小车测量系统，对每一根轨枕处的中线和高程（对轨道进行全断面三维空间位置和铺设精度进行检测）适时进行测量，跟踪精调，完成最终定位。CPⅢ控制网布网形式见图5.2.1。
图5.2.1 CPⅢ控制网布网形式图
轨排拼装前应使用全站仪测设加密基桩，作为轨道铺设精度控制的依据，根据相邻CPⅢ控制点加密，采用光学准直法和精密水准测量方法，逐一测定加密基桩的位置和高程，并标定点位；宜设于线路中线上，从基桩及加密基桩上直接引设。加密基桩间距：直线为6.25m，曲线为5m。测设过程中，加密基桩垂直于线路中线方向的限差为±1mm；每两个相邻基标间距离的限差为±2mm；每相邻基标间高差的限差为±1mm。标桩间距偏差应在两中线控制桩内进行调整，不得累积。同时，在电缆槽壁上按相应里程测设出标高初调控制线。
5.2.2底层钢筋的绑扎、绝缘
钢筋布置前将混凝土底座范围内的基底进行凿毛处理并清洗干净。然后按设计文件要求绑扎下层钢筋，并对其绝缘性能进行检查。
5.2.3轨排的拼装
轨排拼装的工艺流程：散放轨枕→安装扣件底板→摆放工具轨→调整间距→紧固扣件。
轨排拼装直接在道床板铺设位置的附近进行，工具轨选用60kg/m12.5m的新钢轨，按照设计轨枕间距散放轨枕，大致调整轨枕承轨台中心线位于同一条直线上。在轨枕上摆放板下胶垫，铸铁底板，挡块等。选定轨枕的一侧作为基准侧，将工具轨平稳地摆放在挡板座槽内，并与轨下垫板密贴吻合在一起。调整轨枕间距并紧固基准轨上的扣件，再用轨距尺调整轨距并用轨距拉杆固定，最后紧固非基准轨上的扣件。
5.2.4轨排的初步就位
轨排拼装完成后，用轮胎式龙门起重机和横梁吊具协调作业，将轨排吊放至待铺位置。为使待铺轨排和已铺设好的轨排在接头处不产生错牙和高低差，在已铺轨排的轨头上安装轨道夹板，将待铺轨排坐落在轨道夹板内进行精确对接。轨排就位后，拆下轨道夹板，用无孔夹具锁定相临轨排的轨头。
5.2.5螺杆调整器的安装
螺杆调整器钢轨托盘装到轨底，扣紧压轨块，使轨底与螺杆调整器托板接面处密贴无空隙。每隔三根轨枕之间的钢轨上安装一对螺杆调整器，用于精确调整轨道的高低和水平。螺杆调整器中的平移板安装在中间位置，以保证能够向两侧移动。根据超高的不同选择螺杆调整器托盘的倾斜插孔（用于调节与底座面的角度，确保垂直），旋入螺杆，安装PVC管。用扳手拧紧调节螺杆使之接触混凝土支承层。
5.2.6轨排的粗调
1、轨排方向粗调
在轨排的一端，以加密基桩为基标，在基标处吊垂球，量取垂球线至内股或外股钢轨轨底边缘的距离，通过门吊及吊具使轨排横向移动。轨排方向调整以轨排中线与线路中线偏差不超过10mm为标准。
2、轨排高程粗调
在高程控制中，为了粗调施工的方便，预先按照放样的施工里程测设出顶面标高，并在线路两边预埋Φ20钢筋，将红线系在钢筋上定位标高。两人牵引无弹性细线，两端分别压在钢筋红线上，一人观察细线与轨顶顶面的距离，调整螺杆调整器支腿处竖向丝杆，指挥轨排上下移动，使钢轨顶面标高与设计位置偏差不大于5mm。
图5.2.6 轨道粗调
5.2.7上层钢筋的绑扎、绝缘及综合接地
在轨排粗调之后，绑扎上层钢筋，安装纵、横向钢筋及接地钢筋。纵向接地钢筋与横向接地钢筋及双块式轨枕块桁架筋间采用绝缘卡绝缘，横向接地钢筋与其余纵向结构钢筋采用绝缘卡绝缘。将接地端子焊接到纵向钢筋上。利用道床板内三根纵向结构钢筋和一根横向接地钢筋作为综合接地钢筋，综合接地钢筋交叉处采用搭接焊工艺，用φ16的“L”形钢筋进行焊接。焊缝长度：单面焊焊接长度不小于100mm，双面焊焊接长度不小于55mm。
5.2.8模板及固定体系的安装
模板安装时用电钻在支承层面上放置模板的位置钻孔，然后用膨胀螺栓固定特制的专用三角固定架，防止浇筑混凝土时轨排上浮。三角固定架示意图如图5.2.8。
图5.2.8 三角固定架示意图
5.2.9轨道精调
主要使用螺杆调整器、斜向支撑系统和GEDO CE轨道测量系统进行轨道精确调整。
用GEDO CE轨检小车逐一检测每根轨枕处的轨顶高程、轨道中线位置、线间距、轨道平顺度等几何形位。根据轨检小车显示的数据，调整螺杆调整器和斜向支撑来精确调整轨道的高低、方向、水平、超高。
图5.2.9 轨道精调
5.2.10浇筑混凝土
1、混凝土浇筑前，反复测量轨排
几何形位、钢筋保护层厚度，检测钢筋网绝缘性能，全部满足设计要求后，方可进行混凝土的浇筑。混凝土振捣快插慢拔，直到轨枕底部没有气泡为止，但也不得过振，防止混凝土离析。
2、道床混凝土采用混凝土运输车、输送泵联合施工。在浇筑混凝土的过程中派专人负责观测轨道状态，如果轨道形位状态发生变化要立即进行调整，保证轨道状态始终满足设计及无砟轨道施工指南、验标的要求。
3、浇筑完的混凝土，经过三次找平收光。第一次是在浇筑完成后，第二次是在混凝土刚初凝的时候，第三次是在初凝后快产生强度的时候。第三次收光之后，立即清理轨枕和钢轨面的污染。
5.2.11混凝土养护及排架拆除
混凝土浇筑后，避免与流动水相接触，并在12小时内覆盖洒水养护，洒水次数应能保持混凝土处于润湿状态，道床混凝土的养护期不少于7天。
混凝土初凝后解开夹板螺栓，同时将两根钢轨上支承丝杆放松一圈，再用扳手放松扣件等固定装置，释放钢轨温度应力。待道床混凝土强度达到5Mpa后，开始拆卸工具轨、模板和支承架。支承架丝杆拆除后，遗留的螺栓孔采用高强度无收缩砂浆封堵。
5.3劳动组织
单班劳动组织见表5.3。
6.材料设备
专用设备见表6-1，通用设备见表6-2，周转材料见表6-3。
7.质量控制
7.1质量标准
本工法执行《客运专线无砟轨道铁路工程施工质量验收暂行标准》（铁建设【2007】85号）。
7.2质量措施
7.2.1双块式轨枕进场时，认真检查控制轨枕的质量。
7.2.2安装铸铁底板，螺母的拧紧程度要适当，以弹条中部前端下额与轨距挡板接触为准，或使螺母扭力矩保持在150N·m。
7.2.3粗调时使用水准仪测量轨面高程，起落竖直调整装置，使轨面顶标高满足设计值，允许偏差为0～-10mm。逐点调整轨道至设计中线位置，允许偏差为±5mm，并用全站仪测量复测。
7.2.4精调时每一螺杆调整器都要逐一调整，一个螺杆调整器的调整往往对邻近螺杆调整器的调整有影响，考虑轨排水平和方向调整过程中的相互影响，应进行第二遍精调，才能达到施工的精度要求。允许偏差符合下列规定：
1、 轨顶高程与设计高程允许偏差：±2mm；
2、 轨道中线与设计中线允许偏差为2mm；线间距允许偏差为+5～0mm；
3、 无砟轨道静态平顺度标准应符合表7.2.4规定：
7.2.5模板必须同轨道独立排列，不许有任何的连接，钢模板要牢固的固定在支承层混凝土上。模板的内侧面要求平整，接缝严密，不得漏浆。安装模板前要复查道床高程及轨道中心线位置是否符合设计要求，确保模板安装正确。道床板模板安装允许偏差见表7.2.5。
7.2.6混凝土采取措施预防碱骨料反应，并符合《铁路混凝土工程预防碱骨料反应技术条件》（TB/T3054）的要求。
7.2.7混凝土道床浇筑前，复测轨排几何形位、保护层厚度，且配合相关专业人员检测长轨排绝缘性能，(每一块混凝土道床单元的钢筋网架绝缘指标，均需有检测、确认、签字记录)符合要求后方可进行混凝土浇筑。
7.2.8道床板混凝土振捣密实后，表面按设计设置横向排水坡，人工整平、抹光；第三次收光应由有经验的工人完成。其尺寸允许偏差符合表7.2.8要求。
8.安全措施
8.1本工法执行《中华人民共和国安全生产法》。
8.2进入隧道施工必须佩戴安全帽，穿防护服，持防护备品进行防护，在施工地段设立安全防护标志。
8.3现场施工设专职安全防护人员，必须随时通过对讲机和隧道口值班室保持信息畅通。
8.4施工用料卸在隧道内一侧，留另一侧作为车辆通道，在每个积水井处设反光标志，车辆在隧道内的行驶速度不超过20km/h。
8.5机械设备实行定人、定机、定岗位的“三定”制度；认真执行安全操作、保养和交接班制度。操作人员必须进行岗前培训，考核合格后持证上岗；各种作业人员必须持有劳动部门颁发的操作证。
8.6吊车装卸轨料时，吊物下以及周围的所有死角均不得站人。
8.7操作人员与指挥人员必须密切配合协调一致，指挥信号必须清晰明确；操作人员必须精力集中，防止误操作，严格按信号操作，在信号不清或不明确时，禁止操作。
8.8施工人员要做好"一对一"结伴监护，防止意外伤害。由于施工中施工工种多、人员多，各工种作业人员要保持联络，互相提醒，禁止交叉作业。
8.9加强施工用电管理，对施工电线路经常检查维修，严格按照施工用电的相关规范操作。
8.10电气操作人员必须持证上岗，非电气人员不得乱动、乱碰、乱接。
9.环保措施
9.1施工通道经常洒水降尘，保持良好的施工环境。
9.2施工区域内工器具、机械构件摆放整齐、有序、定点放置，机械电气应定时保洁。
9.3每日工作完毕，及时清理施工产生的废料垃圾，做到工完料尽、场清。
9.4隧道内照明，要确保施工区域300m范围内满足施工要求。其余地段可打开部分照明灯具。
10.效益分析
10.1机具设备操作简便、实用、安全、可靠，除主要设备进口外，在满足质量和工期情况下，部分产品尽量采用国产化机械,与购置进口设备相比投入成本节省450余万元。
10.2各工位操作人员精简，与“成套工装设备轨排法”相比较，仅轨排的粗调和精调这两道工序单工作面每天可节省6名粗调工，5名精调工，2名测量人员，共节省13人，按7个月计算，三座隧道可节约13×7×30×3=8190工天，节省工费约50万元。
10.3机械化程度较高、生产效率高，在很大程度上实现了机械化和自动化，比手工作业费用要低。三座隧道平均每日（单班）可施工轨排180m（单线），而且劳动强度大大降低。
10.4轨排按就近拼装原则，轨枕料一次卸到位，每100根轨枕节省的二次倒运费250元。三座隧道共需要轨枕总数为75642根，共节省成本75642/100×250元=19万元。
10.5工具轨、扣件、螺杆调整器等周转材料周转率高，可反复使可反复使用，节约了成本。
10.6双块式无砟轨道研制成功的同时，编制了施工工艺细则及安全和质量标准，在无砟轨道的铺设方面积累了一定的经验，也培养了一批理念先进、技术过硬的工程技术人员和施工队伍。所有这些都为以后的高速铁路和客运专线的施工提供了技术储备。
10.7为我国今后高速铁路及客运专线的建设积累了较为成熟的经验，具有广阔的推广前景。解决了当前我国客运专线双块式无砟轨道的关键技术难题，提高了工作效率和技术质量，客运专线无砟轨道领域的技术水平将有所促进，社会效益明显。
11.应用实例
沪汉蓉通道是国家规划“四纵四横”快速铁路通道之一，为设计时速250公里的客运专线。红石埂隧道、金寨隧道、红石岩隧道位于安徽金寨县境内。 红石埂隧道为双线直线隧道，线间距5.0米，进口里程DK141+930，出口里程DK147+041,全长5111m。金寨隧道为双线隧道，线间距从5米过渡到4.6米，进口里程DK149+959,出口里程DK160+725，全长10766m。红石岩隧道为双线隧道，线间距4.6米，进口里程DK181+373，出口里程DK189+230,全长7857m。
三座隧道于2008年4月开始施工，2008年11月优质、高效地完成了双线共23.669km的双块式无砟轨道施工，经检验合格率100%。2008年12月19日开始开行时速250公里的动车组试验车，通过动态检验,并于2009年4月1日正式开通动车组的运营，各项指标完全满足时速250公里及以上运行标准。
本工法通过上述三座隧道的成功开发与应用，取得了双块式无砟轨道施工快速优质的成绩，有效地缩短了施工工期，大大提高了作业效率，实现单工作面平均月进度折合单线5.4km，平均日进度可达180m以上，社会、经济效益明显。