天窗点内冻害路基挖除换填施工工法研究

天窗点内冻害路基挖除换填施工工法研究

王刚

身份证号码612725198602211815     

中铁一局集团新运工程有限公司   712000

摘要：青藏铁路西格段提质工程作为青海省“十四五”期间规划实施的重大民生工程。提质改造前，西格段仅能满足开行120km/h至140km/h的普通列车，在环青海湖段既有铁路路基遭受冻胀融沉引起路基凹凸不平，冻胀高度大于20mm，严重影响线路平顺性，制约着铁路运能和效率的整体提升。为有效解决路基病害，对局部路基病害地段路基本体采取开挖换填作业方式，以满足后期提速要求。我单位参与西格提质项目中的路基病害挖除换填整治工程，利用21个连续Ⅰ级封锁天窗完成了5.38km路基挖除换填施工任务，通过不断优化创新，总结施工规律，最终形成本工法。该项换填任务被国铁集团列为“守底线、补缺陷、除隐患、防风险”安全专项整治行动重点工程，创造了国铁集团Ⅰ级封锁时间最长、路基换填量最大的行业新纪录，得到了国铁集团的表扬。

关键词：内冻害路基    工法

一、工法特点 

1、冻害路基采用换填渗水土措施可非常有效地治理冻害路基本体内排水不畅引起的路基冻胀融沉病害问题。

2、 营业线路基换填施工，在天窗点内完成，施工时间短、任务重，施工组织难度大，但可根据施工任务情况灵活设置工作面，多段落同时展开施工，在有限的时间完成复杂的施工任务。

二、 适用范围及工艺原理

1、天窗点内冻害路基挖除换填施工，适用于高寒地区铁路既有线路基冻害处理施工。冻胀高度大于20mm的严重冻害段落，对行车安全影响较大，采取挖除换填措施可有效解决路基本体内排水不畅引起的冻胀融沉问题，从而大大提升铁路运能和效率。

2、 路基挖除换填可将路基本体原有的不均匀土质替换为渗水土，也可将路基不均匀沉降形成的路基面坑槽、渣囊或道碴陷槽等病害彻底消除，有利于雨雪等地表水顺利下渗、排出，消除了路基不均匀冻胀。

3、 路基挖除换填施工时，在路基基床表层下部铺设0.2m厚中粗砂层，其内夹一层PVC毛细排水板，排水板既可以将下渗的地表水进行收集并顺利排出路基本体，同时也起到隔水作用，使地下水不能透过，或隔断毛细水的补给，阻止冻结时所产生的水分向上迁移作用，以减少或消除冻胀。

三、施工工艺操作要点

1、施工准备

施工前对换填区段进行调查，将既有无缝线路切割为25m左右的单元，采用跳槽平行作业方式进行路基换填施工。对进场的人员进行进行全员岗前安全、质量教育与施工方案技术交底，对所需的材料、机械设备、小型机具及备品的数量清点核对。机械设备进场前，对机械进行检查保养，机械设备必须保证良好状态，施工前进行全面检查，保证作业安全。指派专人协调解决换填备料问题，每日备料情况及施工便道状况直接影响当日换填施工工作面开展情况。

1.1、 迁改及征地

挖除换填施工全面开展前，及时与迁改单位对接，确认施工区段内光电缆迁改完成情况，记录在册，及时给作业队交底。

由工程部牵头，组织现场技术人员对换填区段内接触网立柱、信号机（盒）、既有桥涵及钢轨焊缝等铁路设备进行详尽调查，准确记录其相对位置及数量，形成调查报告，以便划分施工工作面，尽量避免交叉作业影响施工。

根据调查资料，合理优化施工区域、材料堆放场、施工便道等场地布置，尽量少占用临时用地。对于不可避免的临时征地，及时与地方管理部门及村民个人对接，尽快办理合规手续、履行赔偿责任，以免影响工期。

1.2、 材料调查及存料场规划

施工前，组织具有丰富生产经验的职工进行材料存放场调查，根据现场实际情况，结合设计规划，综合考虑、合理设置材料堆放场。按照少占农田、一地多用、运距合理的原则，优化材料堆放，尽量保证1处材料堆放场可满足2至3段换填施工。

1.3、  路基换填工艺性实验

冻害路基挖除换填全面开工前，根据工程土类性质、填料性质和压实机械条件，选择一段试验区段进行路基挖除换填试验。选定与路基填筑、压实、检测有关的工艺参数，确定及优化天窗点内各工序时间分配情况，将试验资料整理上报监理工程师批准后，用以指导天窗点内路基挖除换填施工。

1.4、内业施工工作面划分

根据现场调查资料，每处换填段均存在天窗点内需改移的接触网杆。接触网杆改移初步过渡方案为换填第一天施工结束后（换填开挖边界距离接触网杆不得小于3m），利用邻近施工计划在已完成换填的位置开挖基础坑，第二个天窗点内将影响的接触网杆改移，换填施工完成后将接触网杆再次改移至原位。

2、 方案编制及审批

正式施工开展前，根据现场调查报告，由项目总工牵头、工程部主责，各部室配合完成施工方案编制、项目审批，重难点工程需组织集团公司审批；营业线及邻近营业线施工需提前上报施工计划及施工方案，进行铁路公司（局）各部室审批，签订施工安全协议，提前向设备管理单位下达配合通知单。

（1） 拆除防护栅栏、设置隔离：天窗点命令下达后，拆除既有防护网围栏，挖机配合人工将既有网围栏立柱拆除，邻线开通前在两线间设置软隔离。

(2)拆除轨排、道床：将提前切割好的轨排拆除接头夹板及跳线（保存完好）、顶升轨排，采用底部设置5根钢轨滑道的方式，将轨排横向滑移至下行线存放，然后装载机配合挖机对既有路基道砟进行回收，回收的道砟集中堆放进行清筛，后期用于恢复线路补砟使用。

(3)既有路基挖除

既有路基采用机械为主，人工配合的方式开挖。采用两台挖机从两侧向中间挖进，同时开挖，开挖边缘距邻近线路中心2.5m，上层0.6m厚采用1:1的坡度向外延伸开挖，下层0.9m垂直开挖，共挖深1.5m。开挖至距设计标高差5cm时人工进行平整,并考虑4%横向排坡。开挖过程中用装载机将挖除的土方倒运至便道外侧堆放，不能影响施工便道正常通行，每天施工结束后倒运至弃土场。

(4)路基底层回填

开挖至设计标高后，人工平整经监理工程师确认后，采用两台26T压路机对换填面底部按标准压实6至8遍,方可进行路基底层填筑。采用A组填料分层填筑，松铺厚度底层不大于0.45m,松铺完成完成后人工配合进行整平,用压路机进行碾压。按照试验段工艺参数，采用两台26t压路机纵向相向交接互换位置碾压（参考值：静压≥2遍往返、振动碾压≥4遍），压路机碾压轮迹搭接不小于0.4m。

每压实一层后试验人员进行压填路基试验检测，用K30及灌砂法对路基压实质量进行检测，基床底层压实系数K≥0.93、地基系数K≥130Mpa/m，如现场碾压完成后，压实系数和地基承载力不满设计要求，再次增加振动碾压≥2遍往返，均满足设计要求后方可进行下一层施工（碾压前装载机配合压路机利用挖除的土层层填筑马道）。路基挖除换填地段地下水位过高时，采用采用抛填片石处理，抛填片石厚度0.3m，局部依然松软处可加设一层0.3m抛填片石。铺设一层A组填料碾压后在用16t压路机机碾压。

(5)路基表层回填

路基填筑至路基表层下20cm时，按照设计要求铺设20cm厚中粗砂，中粗砂内夹一层PVC毛细排水板，铺设中粗砂时先铺设10cm进行碾压，碾压完成后铺设PVC毛细排水板，PVC毛细排水板顶面再铺设10cm中粗砂，然后开始路基表层A组渗水土填筑，松铺厚度不得大于0.3m，碾压方式与路基底层碾压方式相同，每压实一层后试验人员进行压填路基试验检测，用K30（两层）及灌砂法（每层）对路基压实质量进行检测，基床表层压实系数K≥0.95、地基系数K≥150Mpa/m，待试验数据均满足设计要求后方可进行下一层施工。

(6) 滑移轨排、恢复轨道结构

路基换填施工完毕后，线路队用装载机回填道砟（先开工作面采用新道砟，第二工作面可将清筛道砟用于线路恢复），预铺道砟顶面低于两侧既有砼枕底10cm（预留起道量），利用枕木跺搭设滑轨方式将拆除的轨排滑移至缺口处，用普通接头夹板连接，连通导接线，人工使用小机群捣固设备起道、捣固线路，挖机配合上砟。

(7 )大机捣固线路、恢复线路

防护人员在两线间设置软隔离，与邻线间距不小于2.5m，且不得侵限。由各点施工负责人确认线路具备大机进入条件，两组大机分别由作业区段两端进入施工地段进行捣固作业。待作业完成后，由施工单位申请、调度所安排，两组大机返回车站停放。大机返回期间，电务进行轨旁设备恢复，并进行电特性测试及电码化试验。由工务、电务及供电共同确认线路及设备，具备开通条件后上报申请开通。

四、劳动组织

劳动力组织方式:采用架子队组织模式。

施工人员应结合试验段确定的施工方案、机械、人员组合、工期要求进行合理配置。其中负责人、工班长、技术人员、专兼职安全员必须由施工企业正式职工担任，并可根据工程情况适当配备若干劳务工人。如图1

图1 单个作业面劳动力组织表

五 、质量标准及质量保证措施

1、本工法严格按照设计要求施工，执行现行《铁路路基工程施工质量验收标准》（TB 10414-2018）和《铁路轨道工程施工质量验收标准》（TB 10413-2018）。

2、 成立质量检查小组，严格“自检、互检、专检”三检制，质量不合格坚决予以返工。严格岗位质量责任制和质量目标考核制度，各级落实质量包保责任制和质量终身负责制，每项工程明确质量负责人，真正使质量责任落实到实处。

3、 换填原材料质量控制，由物资部负责对进场材料及备品的数量清点核对，试验达到设计标准才能施工。挖除换填采用A组渗水土填料，A组渗水土填料压实后应符合细粒土含量小于10%、渗透系数大于1x10-5m/s的巨粒土或粗粒土(细砂除外)的规定。

4、路基挖除换填深度应满足设计要求，换填深度为1.5米，采用尺量、水准仪测量高程的方式进行控制，按照规定要求，区间正线路基沿线路纵向每100m，检测5处。

5、根据《铁路工程土工试验规程》（TB 10102-2010）及设计文件要求，填料压实度应满足路基各部位的压实要求，基床表层压实系数K>0.95,地基系数K30 (MPa/m)>150，最大粒径不得大于10cm;基床底层压实系数K>0.93,地基系数K30 MPa/m)>130,最大粒径不得大于20cm。

6、 路基填筑后顶面高程允许偏差为±50mm，采用水准仪进行高程控制测量，沿线路纵向每100m抽样检验5处；路基横向坡度采用坡度尺量或水准仪高差测量，允许偏差为±0.5%，沿线路纵向每100m抽样检验5处断面。

六、安全措施管理

贯彻“安全第一、预防为主、综合治理”方针，管生产必须管安全，做到安全工作与生产任务同时计划、同时布置、同时检查、同时总结、同时评比，安全防护措施提前施工。建立安全领导小组，并结合工程的实际情况进行安全施工相关措施方案的制定，落实安全责任制度，将安全施工落实到每一个施工人员。

1、 施工防护

（1） 线路封锁施工的防护员、联络员，选派责任心强、熟悉业务并经培训、考试合格的正式职工担任。

（2） 封锁施工前，驻台联络员在施工登记本上按施工方案确定的内容登记要点申请，向列车调度员提出要点申请，列车调度员发布封锁命令后，施工负责人根据调度命令确定的封锁地段和封锁时刻安排好施工防护后进行施工。

（3） 施工机械作业时本身及作业半径不侵入列车行车限界范围，应设置明显标志让列车司机知道能安全通过。措施为：在行车限界以外20～50cm处沿线路挂设鲜艳彩带（绿色），一方面作为施工机械不能侵入的明显标线，另一方面向列车司机表达施工现场已画定作业范围情况，使其知道能安全通过。

每台大型施工机械进入施工现场作业时，现场机械防护员进行指挥和防护，列车接近前应避让和停止作业。所有大型机械设备加装安全限界装置，限高4.5m。

2、安全技术保证措施

（1）加大培训力度，施工前组织全体参战人员学习施工方案，使每一个人都了解施工安排。

（2）正式施工前组织预演，使各工序之间相互了解、相互熟悉，找出可能存在的问题并提前解决，保证施工时的有序配合。

（3） 没有经监理工程师、建指、青藏铁路公司主管单位及设备管理单位审批签认的施工组织设计或施工方案，没有制定完善的技术措施，没有与工务、车务、供电等配合部门签订好施工安全协议不准开工。

（4） 统一指挥，精心组织，施工前，将所有工序合理组织，将时间分解到分钟，并据此绘出施工流程图，使施工流程一目了然，做到有条不紊、忙而不乱。

结束语：路基挖除换填可有效解决高寒地区铁路路基冻胀融沉问题，治理冻害效果明显，整体反馈良好，其段落式开挖路基及天窗点内组织施工的特点可最大限度降低施工对营业线铁路运能的影响，该工法可推广使用于高寒地区繁忙铁路路基冬冻春融问题的有效整治。

挖除换填措施对铁路路基冻胀融沉问题具有有效治理作用，可大幅度降低铁路运营维修成本，节约人力、物力及财力投入；提高了既有线铁路运能水平，提高运输效率，缓解繁忙干线运输压力，服务地方经济发展；西格提质工程使青藏铁路进入了“复兴号”动车时代，为沿线近50万居民交通出行再次提速，为青藏高原的高质量发展注入新动能。本项工法可使得高寒地区铁路既有线路基冻胀融沉问题得到有效改善，以提高列车运行速度，提升营业线路运能，升级、服务地方发展。

参考文献：

[1]王琦曾耀姜波彭宇肸曹俊.山区斜坡湿软土填方路基水毁机理研究及应急修复 [J] 交通科技  2022（3）