一种客运专线无砟轨道结构快速推移更换施工方法与流程
本发明涉及到轨道施工技术领域，具体涉及到一种客运专线无砟轨道结构快速推移更换施工方法。
背景技术：
高速铁路的特点是高速度和高密度，其目标是高安全性和高乘坐舒适性，因而要求轨道结构必须具备高平顺性和高稳定性。高平顺的核心是保持轨道结构良好的几何状态；高稳定性是指轨道在高速运营条件下保持高平顺性与均衡弹性、维持部件有效性与完整性的能力。如果轨道的稳定性难以保证，就必须进行必要的维修或快速更换。
crtsⅰ型板式无砟轨道、crtsⅱ型板式无砟轨道、crtsⅲ型板式无砟轨道、双块式无砟轨道等广泛应用于我国的客运专线，但在使用过程中也出现一些问题，如膨胀、裂缝、断板、下沉、上拱、离缝、泛浆等，针对上述问题，有些问题采用维修养护方法根本无法彻底解决问题；需要进行进行无砟轨道结构或轨枕板更换才能保证道床板结构整体性。
由于无砟轨道结构或轨道板存在高温纵向膨胀，低温纵向冷缩，又由于支撑层(或底座)、轨道板、轨枕、扣件、轨道等材料性能不同，对温度的敏感度(温缩感应)不一致，产生水平和垂直应力，形成膨胀或裂缝或断板；
施工过程中，由于支承层顶面清理不干净，存在松散堆积物；施工不到位或将支承层顶面作施工运输通道，使其粗糙度降低，使道床板与支承层间粘结不牢，易形成离缝；道床板施工温度较低，在高温下道床板内积聚较大的温度力，使道床板下离缝扩大，甚至引起道床板下沉、上拱；
而且列车动荷载也会对施工产生影响，一方面将离缝内及其周边混凝土颗粒压碎使离缝进一步扩大，另一方面将进入离缝的线间积水挤出，将离缝内的细颗粒带出，形成道床板泛浆。
另外，我国高速铁路，运量大，天窗时间短；维修(或更换)无砟轨道结构或轨道板干扰正常运输秩序，构成新的安全隐患；影响了线路较高的使用率；运输与维修(或更换)的矛盾突出，推广应用少维修或快速更换轨道板在客运专线运营期间具有重要意义。
技术实现要素：
本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种客运专线无砟轨道结构快速推移更换施工方法。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种客运专线无砟轨道结构快速推移更换施工方法，所述施工方法包括采用拆换仰拱结构并加固对病害区域进行整治的过程，分为三个阶段：准备阶段、关键阶段和恢复阶段；
所述准备阶段至少包括施工准备、临时工程、衬砌边墙锚杆加固、道床板销钉锚固、钢板加固、作业区域钢轨解锁切割、应力放散及接头连接的步骤；
所述关键阶段至少包括分段凿除沟槽及道床板、架设钢便梁、铺设木枕轨排、隧道底开挖拆换仰拱及填充层、端部预应力锚固加固、道床浇筑的步骤；
所述恢复阶段至少包括沟槽恢复、原轨复位与精调、焊接钢轨与无缝线路恢复、轨道精调与钢轨打磨、现场清理、竣工验收、恢复常速、临时施工通道封堵、施工后轨道状态监控的步骤。
本施工方法在路(桥)轨道上拱段采用拆换支撑层(路)或底座(桥)、现浇道床板结构加固的方案，隧道轨道上拱段采用拆换仰拱结构并加固的方案；可分为多个循环施工阶段；线路架空用钢便梁跨度为4.70m，每个施工阶段间隔两个节段架设两孔钢便梁，跳段施工两个隧底拆换节段。
本施工方法适用于运营线路外部操作空间有限、作业环境较差的路桥隧地段上且涉及到线路运营安全的施工地段，在确保行车安全为首位的前提下轨道板采用马路切割机(水钻)进行分块，轨道板与底座板采用绳锯进行分离，轨枕块间轨道板采用风炮机配合小型机具进行人工凿除(a区，纵向轨道板揭除、凿除)，轨枕块部位轨道板采用整体顶推移除(b区，整体快速横向顶推对称移除区；c区，整体快速横向顶推对称移除区)。
整治过程中，综合利用施工天窗(每次2～3小时)进行作业、铁路运营线施工，考虑到行车安全、施工界限、工艺流程等因素影响、合理安排施工任务；整治过程中增加监控量测，轨道结构出现较大变化时能够及时调整施工，并修改方案，确保安全。
进一步的，所述施工准备包括在施工前准备好水、电、机具设备、材料和人员，其中提前在距离整治范围两端间隔5～200m贴好无缝线路位移观测标尺；所述衬砌边墙锚杆加固为采用锚杆对加固段隧道两侧下部结构和地层加固，所述锚杆为中空注浆锚杆，所述锚杆张拉后，应对所述锚杆的锚头和锚杆自由段间的空隙进行补浆；所述道床板销钉锚固为整治范围外两端的道床板加强与隧道基础连接，两端各连续15m范围内道床板每隔一根轨枕钻孔一排，每排至少4根销钉；所述钢板加固为加固于衬砌内侧，在所述锚杆施工完毕后进行。
进一步的，所述临时工程包括开设临时通道、沟槽改移、水沟引排和电缆改移的步骤；在所述开设临时通道的过程中疏通周边排水设施并设置临时排水管，防止地表水灌入；所述沟槽改移为通过两侧水沟内分别埋设的无缝钢管临时引排侧沟地下水，两侧水沟采用防水堵漏水泥砂浆封堵侧沟槽壁与所述无缝钢管间的空隙；待沟槽重新施工后，拆除所述无缝钢管及封堵砂浆，恢复侧沟正常排水；所述水沟引排为将上游的水引至下游，并对水沟裂缝、仰拱面出水点进行封堵；所述电缆改移为将两侧电缆槽内的电缆在施工期间均改移至隧道边墙上挂设。
进一步的，所述分段凿除沟槽及道床板包括沟槽凿除、道床板切缝、轨道板推移出槽的步骤；所述道床板切缝的工艺流程为划分切割区域、扣件拆除、接头夹板拆除、起道卸钢轨、分区切割、钢轨复位、轨道复核微调、扣件复紧、临时锚固和切缝防水处理。
进一步的，所述划分切割区域的区域切割范围为：d区为真缝隔断区；a区为水平推移区，纵向轨道板揭除、凿除；b区为横向推移区一，整体快速横向顶推对称移除区；c区为横向推移区二，整体快速横向顶推对称移除区；在所述轨道板推移出槽的步骤中以循环施工的方式完成所述a区、b区及c区的施工，其中所述b区采用机械千斤顶或灌注砂浆袋进行临时支撑，所述c区在移除分段分部位时安装工字钢纵横梁、橡胶支座、枕木进行支撑。
进一步的，所述隧道底开挖拆换仰拱及填充层采取全幅分段跳槽整治方法，划分若干个单元，每个单元分三次循环作业；每次循环均包括开挖仰拱衬砌，施工地基锚杆、局部扩挖、清理基底、换填施工，植筋、仰拱钢筋施工、施工各缝的防水措施，仰拱浇筑混凝土的步骤；待每次循环的混凝土达到强度后进行下次循环。
具体的，所述隧道底开挖拆换仰拱及填充层的步骤中，同样的划分为六个单元，完成第一、四单元仰拱衬砌凿除换填后，达到设计强度70％时，利用天窗时间，纵向移动所述钢便梁，架空第二、五单元范围的线路，并采用木枕同步恢复第一、四单元范围的线路，而后施工第二、五单元范围的隧底结构拆换工程；按以上顺序施工完成第三、六单元的隧道结构拆换。
进一步的，所述道床浇筑利用天窗时间逐段拆除线路架空加固体系，逐段施工双块式轨道板，并恢复线路。
进一步的，所述道床浇筑的工艺流程包括步骤(1)轨道粗调定位，步骤(2)将线下绑好的钢筋网和组装好的双块式混凝土轨枕铺设在仰拱回填层，步骤(3)纵横向模板安装，步骤(4)轨道精调，步骤(5)道床浇筑及养护。
进一步的，所述轨道浇筑为分节段施工，施工以现场作业单元为划分，重复所述步骤(1)～步骤(4)，直至整治区域的所有道床板完成浇筑。
进一步的，在所述准备阶段、所述关键阶段和所述恢复阶段的全过程中均包含轨道状态监控。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：1、本施工方法在路(桥)轨道上拱段采用拆换支撑层(路)或底座(桥)、现浇道床板结构加固的方案，隧道轨道上拱段采用拆换仰拱结构并加固的方案；通过多个循环施工阶段，充分利用铁路天窗时间点，在不影响正常运输的情况下，完成轨道板的快速更换；2、本施工方法适用于运营线路外部操作空间有限、作业环境较差的桥上且涉及到线路运营安全的施工地段，在确保行车安全为首位的前提下轨道板分块切割，轨道板与底座板分块分离，轨枕块间轨道板进行凿除，轨枕块部位轨道板采用整体顶推移除的方式施工，施工效率高、速度块、安全性好；3、整治过程中，综合利用了施工天窗进行作业、铁路运营线施工，考虑到行车安全、施工界限、工艺流程等因素影响，施工方法和步骤安排合理；4、通过分区分块的方式，能够整体快速的将轨道板推移出槽，节约了时间，并进行临时支撑，不影响列车正常时间点运行。
附图说明
图1为本发明实施例一的施工方法中沟槽改移步骤中k001+425～+451段水沟过渡平面(断面)示意图；
图2为本发明实施例一的施工方法中沟槽改移步骤中k001+425～+451段水沟过渡平面(横向)示意图；
图3为本发明实施例一的施工方法中衬砌边墙锚杆加固断面图；
图4为本发明实施例一的施工方法中钢板加固断面示意图；
图5为本发明实施例一的施工方法中轨道板推移出槽的步骤中轨道板分块示意图；
图6为本发明实施例一的施工方法中隧道底开挖拆换仰拱及填充层的步骤中隧底拆换纵断面图；
图7为本发明实施例一的施工方法中隧道底开挖拆换仰拱及填充层的步骤中衬砌仰拱拆除范围断面图；
图8为本发明实施例一的施工方法中隧道底开挖拆换仰拱及填充层的步骤中衬砌仰拱拆换后标准仰拱结构断面图；
图9为本发明实施例一的施工方法中隧道底开挖拆换仰拱及填充层的步骤中衬砌仰拱拆换后标准仰拱结构配筋图；
图中：1、隧道中线(线路中线)；2、内轨顶面；3、无缝钢管；4、封堵砂浆；5、排水钢管；6、拦水坎预留孔洞；7、隧底中心；8、轨道结构边线；9、沟槽边线；10、拦水坎；11、锚杆；12、钢板；13、锚固深度；14、纵向接地钢筋；15、接地端子；16、连接钢筋；17、贯通地线；18、d区；19、a区；20、b区；21、c区；22、轨道板；23、支承层；24、仰拱；25、实际结构底面线；26、第一单元；27、第二单元；28、第三单元；29、第四单元；30、第五单元；31、第六单元；32、拆除范围；33；换填范围；34、配筋。
具体实施方式
下面将结合本发明中的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动条件下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中间”、“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
实施例一:
一种客运专线无砟轨道结构快速推移更换施工方法，所述施工方法包括采用拆换仰拱结构并加固对病害区域进行整治的过程，分为三个阶段：准备阶段、关键阶段和恢复阶段；
所述准备阶段至少包括施工准备、临时工程、衬砌边墙锚杆加固、道床板销钉锚固、钢板加固、作业区域钢轨解锁切割、应力放散及接头连接的步骤；
所述关键阶段至少包括分段凿除沟槽及道床板、架设钢便梁、铺设木枕轨排、隧道底开挖拆换仰拱及填充层、端部预应力锚固加固、道床浇筑的步骤；
所述恢复阶段至少包括沟槽恢复、原轨复位与精调、焊接钢轨与无缝线路恢复、轨道精调与钢轨打磨、现场清理、竣工验收、恢复常速、临时施工通道封堵、施工后轨道状态监控的步骤。
本施工方法在路(桥)轨道上拱段采用拆换支撑层(路)或底座(桥)、现浇道床板结构加固的方案，隧道轨道上拱段采用拆换仰拱结构并加固的方案；可分为多个循环施工阶段；线路架空用钢便梁跨度为4.70m，每个施工阶段间隔两个节段架设两孔钢便梁，跳段施工两个隧底拆换节段。
本施工方法适用于运营线路外语操作空间有限、作业环境较差的桥上且涉及到线路运营安全的施工地段，在确保行车安全为首位的前提下轨道板采用马路切割机(水钻)进行分块，轨道板与底座板采用绳锯进行分离，轨枕块间轨道板采用风炮机配合小型机具进行人工凿除，轨枕块部位轨道板采用整体顶推移除。
整治过程中，综合利用施工天窗(每次2～3小时)进行作业、铁路运营线施工，考虑到行车安全、施工界限、工艺流程等因素影响、合理安排施工任务；整治过程中增加监控量测，轨道结构出现较大变化时能够及时调整施工，并修改方案，确保安全。
以某段铁路(假设代号k001),k001+430里程前后段的轨道更换施工为例。
进一步的，所述施工准备包括在施工前准备好水、电、机具设备、材料和人员，其中提前在距离整治范围两端间隔5m、50m、100m、200m贴好无缝线路位移观测标尺；
进一步的，所述临时工程包括开设临时通道、沟槽改移、水沟引排和电缆改移的步骤；在所述开设临时通道的过程中拆除原有混凝土墙体,设置临时施工通道(通道门)；疏通周边排水设施并设置临时排水管，防止地表水灌入；
如图1所示，所述沟槽改移：k001+432～+449.4段施工前，k001+432～+449.4段两侧水沟内分别埋设两根根
如图2所示，所述水沟引排：对k001+432上游20m范围内的水沟裂缝，仰拱面出水点等进行封堵，在对k001+425位置两侧仰拱填充面设置拦水坎10，并在拦水坎10上设置拦水坎预留孔洞6，设置
所述电缆改移：k001+420～+460段两侧电缆槽内的电缆施工期间均改移至隧道边墙上挂设。
如图3所示，所述衬砌边墙锚杆加固的里程为k001+430～+451.4段，采用锚杆11对加固段隧道两侧下部结构和地层加固，所述锚杆11为r25n机械涨壳式预应力中空注浆锚杆，长5m，纵向间距1m/根，环向布置如横断面图3所示；预应力锚杆施工预应力t＝80kn；所述锚杆11张拉后，应对所述锚杆11的锚头和锚杆自由段间的空隙进行补浆；
所述道床板销钉锚固为整治范围(k001+432～k001+449.4)外两端的道床板加强与隧道基础连接，两端各连续15m范围内道床板每隔一根轨枕钻孔一排，每排至少4根销钉；所述钢板加固为加固于衬砌内侧，在所述锚杆施工完毕后进行。
所述钢板12加固适用于隧道下行线k001+432～+448段，如图4所示，加固左右侧边墙通长设置，内村钢板加固施工应在预应力锚杆施工完毕后进行；
所述钢板12施工期间接入贯通地线17进行临时接地，在沟槽施工时左右侧各埋设两个接地端子15，钢板12与接地端子15连接接地。
锚栓与钢环间连接完成后紧固螺母，并将螺母与螺栓焊接牢固，以防运营期掉落。外露螺栓与螺帽喷涂3mm厚环氧树脂进行防锈处理。
所述作业区域钢轨解锁切割为根据隧底拆换重做施工范围并考虑前后钢轨焊接接头位置，确定锯轨位置，采用无齿锯切断钢；
所述应力放散及接头连接，进行无缝线路应力放散，在钢轨两端按p60夹板规格钻出螺栓孔，采用接头夹板连接。
进一步的，在所述关键阶段中，所述分段凿除沟槽及道床板包括沟槽凿除、道床板切缝、轨道板推移出槽的步骤；所述道床板切缝的工艺流程为划分切割区域、扣件拆除、接头夹板拆除、起道卸钢轨、分区切割、钢轨复位、轨道复核微调、扣件复紧、临时锚固和切缝防水处理。
进一步的，如图5所示，所述划分切割区域的区域切割范围为：d区18为真缝隔断区；a区19为水平推移区，纵向轨道板揭除、凿除；b区20为横向推移区一，整体快速横向顶推对称移除区；c区21为横向推移区二，整体快速横向顶推对称移除区；
施工地段为运营线路且位于桥上，由于操作空间有限、作业环境较差且涉及到线路运营安全；在确保行车安全为首位的前提下轨道板与底座板采用绳锯进行水平分离，轨道板采用马路切割机进行垂直分块，施工区域与非施工区域采用水磨钻钻孔形成一个50mm的真缝隔断区(所述d区18)，施工过程中确保所有a、b、c、d区完全分离、应力完全分散，达到快速整体顶推移除条件；如图5所示进行两次施工。
施工前应探明此段无砟道床的综合接地单元设置情况，凿除无砟道床后应保证两侧道床综合接地系统各部分可靠电气连接及等电位接地性能。
所述轨道板推移出槽所在段为k001+424～+444(隧道)轨道上拱段。隧底结构拆换段共17.4m，分为6个节段，每段长度为2.90m。按照施工时间顺序，分为三个循环施工阶段；线路架空用钢便梁跨度为4.70m，每个施工阶段间隔两个节段架设两孔钢便梁，跳段施工两个隧底拆换节段。
确定每个循环施工阶段施工范围，以每个循环施工阶段为单元，首先用电镐或风镐等机具进行所述a区19(纵向轨道板揭除、凿除)的施工；再采用千斤顶进行轨道板整体快速横向顶推对称移除(先所述b区20后所述c区21)；所述b区20移除可用机械千斤顶(或灌注砂浆袋)进行临时支撑；所述c区21移除分段分部位及时安装工字钢纵横梁、橡胶支座、枕木等。
进一步的，利用天窗时间，分别在施工阶段的1/4节段范围架设两孔钢便梁，并采用扣件将钢轨固定在纵梁上；在钢垫梁架设范围外，道床板凿除范围内，用速凝砂浆找平后在仰拱回填层上沿线路纵向0.54m间距设置枕木，枕木规格0.25m(宽)×0.28m(高)×2.5m(长)。
进一步的，如图6所示，所述隧道底开挖拆换仰拱及填充层采取全幅分段跳槽整治方法，k001+432～+449.4段划分六个单元，分别为第一单元26、第二单元27、第三单元28、第四单元29、第五单元30、第六单元31，每个单元长2.9m，每个单元分三次循环作业；每次循环均包括开挖仰拱衬砌，施工地基锚杆、局部扩挖、清理基底、换填施工，植筋、仰拱钢筋施工、施工各缝的防水措施，仰拱浇筑混凝土的步骤；待每次循环的混凝土达到强度后进行下次循环。
通过分段跳开进行施工，能够及时封闭，衬砌及时施作，避免了大开大合、次生灾害的发生。每段仰拱开挖时，从钢垫跨梁中向两头逐渐开挖，严格控制开挖长度不超过设计值。
待边墙衬砌加固、轨道结构拆除、钢便梁架设、铺设木枕轨排等工程完毕后可进行分节段进行隧底结构的拆除(分区凿除填充层、仰拱、仰拱换填断裂破碎带，喷混防护)；拆除范围为k001+432～+449.4，共长17.4m。
(1)开挖第一循环的仰拱衬砌
采用电镐、风镐、劈裂机等机具将第一循环仰拱衬砌凿除，拆除范围32如图7所示，各施工单元成立面垂直状。下部结构施工前，应开挖到设计标高并彻底清除隧底虚砟、淤泥等杂物，严格控制施工用水管理，及时抽排隧底积聚的地下水，严防基底浸泡，确保施工质量和运营安全。
(2)施工地基锚杆；(3)局部扩挖、清理基底、换填施工；
如图8所示，隧底位于断层破碎地段均采用c30混凝土换填处理，换填深度0.5m。线路中心挖除换填范围33为k001+434～+445.5；右侧2.1m为k001+434.5～+446，所述换填范围33应根据实际开挖断层破碎带位置适当调整。换填地段放坡1:1，必要时采用喷混防护措施。
(4)植筋、仰拱钢筋施工、施工各缝的防水措施
如图9所示，配筋34为：仰拱与两侧及前后端原仰拱结构采取植筋连接，植筋与本实施例设计的纵、环向钢筋相同，植入深度大于800mm。
(5)仰拱浇筑混凝土，拆换后的仰拱采用c35钢筋普通砼结构
(6)第二、三循环仰拱衬砌
所述隧道底开挖拆换仰拱及填充层的步骤中，划分为六个节段，完成第一、四单元仰拱衬砌凿除换填后，达到设计强度70％时，利用天窗时间，纵向移动所述钢便梁，架空第二、五单元范围的线路，并采用木枕同步恢复第一、四单元范围的线路，而后施工第二、五单元范围的隧底结构拆换工程；按以上顺序施工完成第三、六单元的隧道结构拆换。
再进行所述端部预应力锚固加固，k001+446～+449.4段两端k001+432及k001+445位置弱风化花岗岩范围分别设置3排锚杆，锚杆长5m钻孔植筋
进一步的，所述道床浇筑利用天窗时间逐段拆除线路架空加固体系，逐段施工双块式轨道板，并恢复线路。
进一步的，所述道床浇筑的工艺流程包括步骤(1)轨道粗调定位，同样的分六个节段；步骤(2)将线下绑好的钢筋网和组装好的双块式混凝土轨枕铺设在仰拱回填层；步骤(3)纵横向模板安装，步骤(4)轨道精调，步骤(5)道床浇筑及养护。
k001+432～+446段拆除后采用标准仰拱衬砌，仰拱底至填充面高度为1.685m，k001+446～+449.4段为仰拱～底板过渡段，拆除已施工基底结构，进行清表、局部挖除后浇筑。
进一步的，所述轨道浇筑为分节段施工，施工以现场作业单元为划分，重复所述步骤(1)～步骤(4)，直至整治区域的所有道床板完成浇筑，列车通过时限速45km/h。
进一步的，在所述准备阶段、所述关键阶段和所述恢复阶段的全过程中均包含轨道状态监控。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
- 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞！