铁路路基工程智慧化快速施工关键技术分析

毛朝勋 姚锡伟 陈 彬 郭 亮 何玉凤

（内江职业技术学院，四川 内江 641100）

0 引言

在新建玉磨铁路研和车站施工过程中，需先对软土路基进行排水加固处理，而后方可进行土方填筑，且路基填方量较大。根据项目情况分析，采用传统的施工技术和管理方法，无法完全确保路基填筑质量。针对这种情况，项目部成立铁路路基工程智慧化快速施工关键技术科研小组，对影响车站路基施工进度的关键工序进行科技攻关，形成6 项智慧化快速施工关键技术，在该项目中产生了较好的经济效益和社会效益。本文对6 项关键技术的研究和应用进行分析，以供参考。

1 研究与应用的工程背景

在玉磨铁路研和车站施工过程中对路基进行检测时，发现采用传统施工方式无法完全确保路基填筑质量。CFG 桩施工速度较慢、成本高、混凝土消耗大、复合地基承载力较低、成桩质量不易控制、环境污染较大、渣土外弃量大；塑料排水板区域在原地面以下4.0～6.0m 处有承载力大于200kPa 的细圆砾土层及板岩夹砂岩层，传统的插板机施工工艺无法穿透；沟渠挡墙长1806m，底宽8.0m，两侧挡墙高度为6～8m,工程量大、施工难度高，通过倒排工期发现按照常规的脚手架搭设组合钢模板安装工艺将严重制约施工进度，且存在极大的安全风险；锚杆框架梁等边坡防护工程浇筑时采用传统模版拼装，施工进度缓慢，且混凝土浪费严重；传统项目管理方法对于人员的动态信息、项目进展情况、关键部件制作流程的质量把控、现场设备的维护管理的信息采集费时费力。针对传统施工和管理工作存在的问题，项目部成立铁路路基工程智慧化快速施工关键技术科研小组，展开了铁路路基工程智慧化快速施工关键技术的研究和应用工作。

2 智慧化快速施工关键技术

科研小组对影响车站路基施工进度的关键工序进行科技攻关，取得了6 项智慧化快速施工关键技术，分别是路基连续压实控制技术、塑料排水板引孔施工技术、等截面挤密螺纹桩施工技术、钢模台车施工技术、混凝土浇筑模架施工技术和项目施工管理信息技术。这里对这6项关键技术的研究和应用进行分析。

2.1 路基连续压实控制技术

路基填筑碾压过程中，根据土体与振动压路机动态相互作用原理，通过连续量测振动压路机振动轮竖向振动响应信号，建立检测评定与反馈控制系统，实现对整个碾压面压实质量的实时动态监测与控制，如图1所示。将振动压实机具作为加载设备，根据压实机具与路基之间的相互作用，通过路基结构的反作用力(抗力)来分析和评定路基的压实状态，进而实现碾压过程中压实质量的连续控制[1]。

图1 路基连续压实控制技术原理示意图

研和车站因其土石方工程较大，路基断面较宽，采用常规检测（某填层内随机抽样检测），不能有效地反映所有填筑区域的填筑质量，一旦选取的点常规检测不合格，就要对该填层重新碾压，这样费时费力，经济性较差，而且施工质量得不到保障。应中国铁路总公司工程管理中心要求，并在对实际情况综合考量后，采用连续压实系统（CPMS）“质量检测”功能对已达到工艺性试验碾压遍数要求的区域进行检测。从压实程度分布图及压实状态分布图看，某一填层所有点的压实质量一览无余，这是“由点到面”的检测，能做到有的放矢的处理。在该技术的支撑下，施工单位只需针对不合格的区域重新碾压，最大限度地降低验收检验不合格的风险，且保证了路基填筑质量。

2.2 塑料排水板引孔施工技术

引孔机施工动力源采用可移动的工程机械-钢板桩打桩机，按照常规钢板桩打设的操作流程，可轻松穿透承载力大于200kPa 的细圆砾土层及板岩夹砂岩层，方便排水板打设，保证工程进度及工程质量。在引孔的工作过程中，将钎杆安装到振动锤后，直接将钎杆放置于指定引孔位置，微调钎杆垂直度，直至垂直度和孔位偏差符合要求，然后进行桩锤下打作业，直至穿透硬质地层，达到引孔目的，最后进行钎杆上提，完成引孔施工。该工法施工工艺流程为：清理地表至设计标高→平整施工场地→摊铺下层砂垫层→引孔机械就位引孔→引孔机具移位→机具就位插打塑料排水板→排水板机具移位→埋设板头→摊铺上层砂垫层。

2.3 等截面挤密螺纹桩施工技术

等截面挤密螺纹桩施工是将带有正向成螺装置的螺杆对准桩位，正向旋转钻进至设计桩底标，然后反向旋转提钻同时泵送混凝土形成下部螺纹段，正向旋转提钻泵送混凝土。此时，钻具将咬合在螺片间的土体剪切破坏，形成圆柱形桩孔，同时泵送的混凝土迅速填充桩孔和钻具最下部凸起的扫土螺牙在圆柱形桩孔内旋转剪切土体形成的空间，形成带有反向螺纹的桩体[2]。采用挤密螺纹桩与传统的CFG 桩加固相比在施工过程中不取土，对桩间土有明显的挤密效果。通过对桩周土体挤密，使桩体与桩周土共同受力，形成复合地基，其滚压挤密形成的螺纹可增加桩身的粗糙度，加大桩身的侧摩阻力。既能提高桩的承载力，又能减少桩体和复合地基的沉降率，并且大大节约了工期，并且减少了粉尘和噪音污染。

2.4 钢模台车施工技术

根据隧道施工台车的模样，运用传统的搭设脚手架组合钢模板拼装施工工艺，将钢模板组装成满足施工现场需要的钢模台车。钢模台车系统由三部分组成：台车、钢模板以及行走装置，如图2和图3所示。

图2 台车示意图

图3 行走装置示意图

图4 浇筑模架设计示意图

台车和钢模板拼装完成后，通过可伸缩丝杠对模板进行调整，利用人力或牵引设备在行走装置上整体向前移动。采用钢模台车整体支拆施工工艺，避免了脚手架的反复安拆以及模板的反复拼装，提高了施工效率，大大缩短了施工周期。

2.5 混凝土浇筑模架施工技术

通过研究将传统的组合钢模板[3]拼装施工工艺改为采用新型混凝土模架浇筑装置，形成了实用新型专利。该结构利用下部支撑行走单元和上部支撑行走单元实现了混凝土浇筑模架的支撑与行走，由于其具有特殊的构件和结构形式，使得模板支架受力稳定，同时通过液压调节杆和电葫芦实现了模板的伸缩可调，便于其在混凝土浇筑前后的各种定位，可适应不同的边坡斜度。

2.6 项目施工管理信息技术

在铁路工程路基施工中使用集“工、料、机和过程控制[4]”于一体的施工生产二维码管理系统，利用二维码+移动互联网+云技术，按照施工管理流程，通过对管理架构的设计，逐步完善系统，使其适用于铁路路基工程施工的管理。通过二维码信息的录入，让一线员工随时随地掌握原材料、设备进场及使用情况，方便项目管理人员掌握生产设备以及材料的实时情况，并及时根据现场施工情况做出调整，同时现场施工管理人员也可根据二维码反馈的最新材料、设备情况进行动态改变，使现场施工生产效率最大化；同时根据各工点二维码中的施工方案、技术交底快速掌握各工序卡控要点，实现了由纸质到电子信息化的转变。二维码主要包括文本码、图文码、文件码、商品码、名片码、记录码、企业码等。二维码信息技术在项目施工管理中的应用，加快了项目各环节信息的采集速度，也提高了信息的准确性，同时也节约了大量的人力、物力，为项目部的管理节约了管理成本。

3 结束语

综上所述，在传统施工方式无法完全确保路基填筑质量时，必须实事求是想办法解决。玉磨铁路研和车站的施工实践证明：设置正确的连续压实控制技术参数，确定连续压实控制的目标值，可以对路基连续碾压填筑施工过程实现全方位数字化监控、动态分析与评价，加快了施工进度和有效控制了质量；利用等截面螺纹桩在施工过程中对桩周身土体进行挤密，使桩体与桩周土共同受力，形成复合受力的路基，增强了路基的承载能力，并且在桁架下部装设了行走装置，实际施工时可利用其下部行走装置整体移动；适应于高坡大跨度边坡的混凝土浇筑防护施工工法，可适应不同的边坡斜度，具有更好的经济适应性能；在铁路工程中使用集“工料机和过程控制”于一体的二维码施工管理信息技术，利用二维码+移动互联网+云技术，有利于实现项目部施工管理的智能化。