摘要：我国投入运营的高速铁路，已成为世界上技术最全、集成能力最强、运营里程最长、运行速度最高的高速铁路系统。随着我国经济发展和城市化进程加快，高速铁路对城市发展的制约逐步显现出来，对既有高速铁路的扩建及改建工程势在必行，针对高速铁路改扩建工程也是一项新课题，需要研究攻克。本文结合京沪高铁枣庄站地下通道延长施工，对高速铁路旅客地道接长施工进行总结归纳。
关键词：高速铁路；旅客地道；沉降观测；整体道床；基坑防护
1.前言
京沪高铁枣庄站位于山东省枣庄市薛城区境内，是山东省南部旅客乘降的主要车站，随着客流量的增加，原枣庄站进、出站地下通道已不能满足旅客通行，需要对其分别延长15.6米，结构形式为1-12.3m钢筋混凝土框架涵。通道延长施工基坑开挖，需部分拆除枣庄站6道无砟轨道整体道床，地下通道施工完成后，恢复拆除的无砟轨道整体道床。由于高速铁路的运行不能受施工的影响而中断，如何科学合理的制定好针对高速铁路的施工方案和防护措施是保证施工安全的关键。根据此施工防护实例，作如下总结。
2.硬隔离安装
根据铁路营业线要求，高速铁路施工需将施工区域进行全封闭，京沪高铁枣庄站地下通道延长工程为满足施工需要，需在4站台安装硬隔离将施工区域与车站进行隔离。其中施工区域硬隔离安装总长450米，站台两端部分与车站既有防护栅栏相连接。
本着尽量少占用既有旅客站台，减少对旅客及行车组织的影响，尽量将硬隔离位置设计到站台盲道处。硬隔离基础施工利用直径10cm的水磨钻机打眼，具有施工速度快、破坏小、施工污染小的特点。
同时考虑到站内高速通过的列车对封闭围挡的风力冲击，封闭围挡采用两种型式进行设置，施工区域部分采用全封闭式的彩钢瓦防护，施工区域外侧采用防护栅栏网片。这样施工区域可以做到全封闭式的管理，后期施工不会对车站的行车组织产生干扰。施工区域外侧的防护栅栏网片又可以降低高速通过的列车带来的风力冲击。
硬隔离安装示意图（1） 硬隔离安装示意图（2）
3.自动化监测系统介绍
3.1软件系统
软件基于 Python 语言平台开发，并针对高铁监测工程进行了优化。可实现分级别分权限管理，让拥有权限的相关人员可以远程实时查看监测数据，实现信息共享。软件可设置沉降上限报警命令。并实现与短消息平台结合，当发生沉降异常时，及时自动发送短消息到监测管理人员的手机上，以便尽快启动相应的预案。软件主要功能包括在线监测数据查看、趋势分析、累积沉降曲线展示、数据下载、预报预警等。
3.2软件系统优化
本次监测工作主要是对施工影响范围站内的地下通道开挖范围内的 1-4 股、股、3、4 站台及雨棚柱、托换桁架基础进行监测。
京沪高速铁路处于封闭状态，采用传统人工测量方法很难进行连续监测。所以，要保证结构的安全性，除了严格控制施工措施外，还要对其进行远程、实时、在线、自动地监测，从而保证京沪高铁的运营安全。所以采用以压差式静力水准仪为核心组成的24 小时自动化在线监测系统。
由于本次监测是在运营状态下的高铁车站内进行检测，高速通过的高铁列车会对轨道、站台和风雨蓬柱存在一个瞬间的超过预警值（1mm）的位移量。该位移量不是因为施工造成的需要进行排除，以往的排除方法是需要专人在对列车通过的时间段内，人工在软件内进行删除，往往造成由于排除不及时而发生误报的情况。
为解决这一问题，通过对以往收集的沉降观测的结果研究发现，列车通过瞬间被监测物发生沉降位移后，往往在后续的1~5分钟内该沉降量会恢复，针对这一特性，通过软件层面编写，有软件在每日输出检测结果时进行自动筛查，自动过滤，避免由人工筛查而出现的失误。
即时形变曲线显示
上图中出现的突兀的明显落差即为行车干扰时的加测数据，根据预先编写的软件会自动过滤掉该数值前后5分钟之内的数据。
4.钢轨和整体道床受力分析
4.1无缝钢轨受力分析
根据钢轨力学分析方法将无缝钢轨假定为梁，因封闭施工，荷载只考虑温度荷载和钢轨自重，建立弹性点支承梁和连续弹性支承梁模型。点支承梁模型是将扣件视为弹簧，钢轨按轨枕间距支承于轨枕之上，弹簧支承刚度由扣件等下部结构刚度换算得来。因拆除长度为25m，拆除部位可视为轨枕间距为25m点支承梁；拆除范围以外的无砟轨道无缝线路可忽略轨枕间距，下部基础对钢轨的作用力为均匀分布，视为连续支承梁，弹簧支承刚度为钢轨基础弹性模量。
图2 连续支承梁模型
4.2无缝钢轨受力计算
钢轨：其弹性模量为 2.1×105MPa，泊松比为 0.3，线膨胀系数 11.8×106/℃，密度 7830kg/m3。
扣件：扣件弹性垫板的静刚度[11]为22.5kN/mm，垫板宽度为150mm，轨枕间距 0.65m。
荷载：荷载取为 22.5kN。
环境温度：2017年10月~2018年4月（最高温度：28℃，最低温度：-8℃）
根据上述结构模型建立悬空状态下的钢轨受力模型如图 3 所示，建立钢轨三维实体模型，扣件弹性垫板看成均布弹簧支承钢轨下部。
通过应力计算分析发现，随着跨数的增加，对分析部位的应力影响越小。当钢轨跨数超过一定值时，应力影响为零。底部临时支撑加固悬空钢轨段，当两端超过 10 跨以上时就已满足稳定需要，固在两端钢轨锁定的情况下，拆除25米整体道床，对底部临时支撑的悬空钢，不会因温度荷载和自重造成钢轨发生不可逆的弯曲变形。
4.3拆除段两端的既有道床板加固措施
轨道板的温度主要指 2个方面：一是轨道板整体的温度升降，这使轨道板发生整体的伸缩；二是轨道板沿其高度方向的温度递变即温度梯度，这是轨道板发生翘曲、表层开裂和板底分离的主要原因。根据日本日野土木试验所实测得到轨道板翘曲的最大最小值之差可达 0.8mm。普通轨道板的最大翘曲纵向应力为 1.81 MPa
通过分析得出，在拆除范围两端每端，总计设置4处钻孔植筋加强区，每处植入筋均匀设置6排，每排5根，即能满足整体道床稳定，植筋后使用硅酮密封胶进行封闭。
4.3.1为观测整体道床的位移情况，在两侧切割位置5米外设置位移观测桩一处，用以记录钢轨和道床的水平位移情况，为后期无缝线路恢复提供相关的技术支持。
植筋分布图和植筋图
通过2017年10月至2018年4月现场实际观测的钢轨及整体道床的变形位移情况，最大位移出现在2018年1月底2月初，受温度影响单次最高钢轨的收缩量在0.2mm，累计收缩量为0.3mm，整体道床的单次收缩量收缩在0.2mm；累计收缩量为0.3mm，均在设计规范小于0.6mm的范围内。
4.4无砟轨道整体道床拆除
4.4.1无砟轨道整体道床拆除应根据实际影响范围进行拆除，不宜盲目多拆。根据现场实际需要，本次施工拆除既有道床拆除长度均25米。
4.4.2因接触网的制约和环保需要，综合考虑采用绳锯和片锯结合的方式切割拆除。用绳锯按照轨枕间距将整体道床切割成块，利用倒链或小型挖掘机将切割后的道床拖出既有位置。
4.4.3下部底座板用片锯进行切割，切割成50cm-100cm块状，拖出既有位置。
4.5无砟轨道恢复
4.5.1针对旅客地道接长此类施工，拆除的无砟轨道板长度短，为方便施工，宜采用“轨排支撑架法”进行施工。
4.5.2“轨排支撑架法”采用螺杆调节托盘作为轨道定位装置，每隔3根轨枕设置一处螺杆调节托盘，调节器竖向支撑螺杆安装保护装置，便于混凝土浇筑后拆卸。
4.5.3利用全站仪对轨道制作进行精调时，调整应遵循“先中线，后高程”的原则，轨排起升应两侧同时进行。
4.5.4轨排精调合格后严禁在轨排上作业和行走，应及时浇筑混凝土。若间隔时间过长及环境温度变化超过15℃，或受到外部条件影响，应重新检查或调整轨排。
4.5.5整体道床恢复时，还需参考既有整体道床浇筑时的温度，浇筑时应选择相近的温度时间段进行施工。
4.5.6混凝土初凝后，应及时松开螺杆调节器、释放应力。具体松开螺杆调节器的时间应根据施工条件经工艺验证提前确定。
4.5.7拆除螺杆后留下的孔洞应采用无收缩强度混凝土及时进行封堵。
4.5.8无砟轨道恢复完成后，采用轨检小车对恢复位置轨道的几何尺寸进行复核检测，检测效果评定合格。
5.基坑防护桩施工
本工程基坑侧壁安全等级基坑为二级。基坑支护设计时限为6个月。基坑支护结构共分为四个支护坡面段，其中基坑南北侧壁防护采用咬合桩加横撑的支护形式、基坑东侧壁采用挂网喷砼的支护形式、基坑西侧壁作为进出基坑的通道，按照1：2放坡开挖，预留马道。
咬合桩设计为直径1.0m的防护桩进行咬合，作为基坑南北侧壁的防护。每根桩长12.94米，每个基坑40根，20根为钢筋混凝土桩，20根为素混凝土桩。桩基深入基底下3.5米。
在接触网不进行拆除的情况下，防护桩适用人工挖孔工艺进行施工，防护桩钢筋笼在成孔的防护桩内单根下放，孔内绑扎加工，主筋按照3-4米分节配好后暂不进行连接，将盘圆钢筋和主筋单根分别依次下放到已成孔的桩内，由工人在挖孔桩内绑扎钢筋笼。螺旋筋和主筋连接绑扎连接，主筋连接采用套管机械连接。
挖孔桩施工顺序为，先按照设计位置施工直径1.0m钢筋混凝土桩，待相邻的两根1.0m钢筋混凝土桩施工完毕后，再施工两桩之间的直径1.0m的素桩。
防护桩混凝土灌注根据位置采用两种方式：接触网两侧2米范围内防护桩采用地泵进行灌注；超出接触网两侧2米范围的采用串桶罐车自卸进行灌注。
施工方法和顺序：本方案采用挖孔桩护壁进行咬合。假设素混凝土桩为A桩，钢筋混凝土桩为B桩。桩的排列方式为一根A桩一根B桩间隔布置。为满足人工挖孔施工能顺利进行，先施工咬合桩里的B1桩和B2桩，待全部B1、B2桩施工完成后，再施工A1桩，破除B桩的护壁至桩身，浇筑A桩护壁和桩身使AB桩紧密结合，达到止水作用。
6.旅客地道施工
框构长15.87m，侧墙厚1.1m，顶板厚1m，底板厚1.1m，宽度为14.5m，洞内净宽12.3m，净高5m。设计采用C35混凝土浇筑，并且抗渗等级为P10。
框构采用原位现浇法施工，由于地下水位高于基坑底部，基坑开挖至底面之后需进行排水和防水处理，基坑底部浇筑50公分厚的C30素混凝土垫层。框构进行两次浇筑，先浇筑底板，第二次浇筑侧墙和顶板混凝土。混凝土达到设计强度之后方可拆除洞内支架。
由于地道所处的地质，地下水系发育，框架采用全包防水，其中新旧结合处采用背贴式、中埋式以及外包防水三层防水结构，主防水结构为聚氨脂防水涂料+高聚物改性沥青防水卷材+C40细石聚丙烯腈纤维砼保护层。
针对旅客地道地下水系发育的问题，防水是不可避免的难题，尤其是新旧地道需要在既有地道边墙、底板、顶板中部进行埋设止水带，如下图所示。
既有地道埋设止水带，需要在既有地道边墙、底板、顶板开槽，然后埋设止水带，埋设止水带所用的填堵材料是决定止水带埋设效果是否起作用的关键，针对传统的采用高强度砂浆或细石混凝土填堵无法做到严丝合缝。同时沟槽的规整性也是影响防水效果好坏的关键，采用传统的风镐开槽无法做到开出的沟槽的规整性。
针对以上两点，既有结构开槽采用小型水钻打排眼的方式进行，该施工方式一是保证了沟槽的规整性，二是对既有结构物的破坏性小。
针对填堵物要保证防水效果，采用“堵漏王”一种高性能、集无机、无碱、防水、防潮、抗裂、抗渗、堵漏于一体的最新高科技产品。
其最神奇的特性是：迅速凝固且密度和强度都远远高于现行高标号混凝土。它能在拌和后一分钟开始凝固，三至四分钟终凝，一天抗压强度便可达到25Mpa以上。
主要特点：
（1）本品具有带水快速堵漏功能，初凝时间仅二分钟，终凝十五分钟。可带水堵漏
（2）本品迎、背水面均可施工，与基层结合成不老化的整体，有极强的耐水性。
（3）本品凝固时间可根据用户需求任意调节。防水、粘结一次完成，粘结力强。堵漏王
（4）本品对钢筋无腐蚀、无毒、无味、环保、不燃。
利用“堵漏王”上述特性作为填堵物，就可以解决新旧结合处因填堵不严造成渗水的问题。同时为进一步保证旅客地道的防水效果，在基坑垫层浇筑完成后，针对垫层渗水问题，同样用该产品进行处理，处理方法为：查找垫层渗水缝隙后，对缝隙开凿3~5cm深的倒V型沟槽，沟槽内填充“堵漏王”即可消除垫层渗水的情况，解决了垫层渗水后，即可进行地道地道底板的防水层施工。
论文作者:胡乃国
论文发表刊物:《基层建设》2019年第9期
论文发表时间:2019/6/19
标签：钢轨论文; 基坑论文; 轨道论文; 地道论文; 混凝土论文; 防护论文; 轨枕论文; 《基层建设》2019年第9期论文;