CN111118966A - 一种无砟轨道路基过渡段填料置换结构及其施工方法 - Google Patents

一种无砟轨道路基过渡段填料置换结构及其施工方法 Download PDF

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张千里
陈锋
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    • E01F5/005—Culverts ; Head-structures for culverts, or for drainage-conduit outlets in slopes

Abstract

本发明提供的一种无砟轨道路基过渡段填料置换结构及其施工方法，其中置换结构支设在轨道支承层下方，包括预支撑结构和围护结构，预支撑结构包括轨道两侧的两组支撑桩、两组支撑桩顶部间连接的横梁和纵梁；横梁两端部与支撑桩可拆卸连接有垫板，围护结构包含侧墙、顶板和底板，围护结构的顶板与支承层间有限位件；施工时，通过预支撑结构的设置可以保证后续暗挖换填时轨道上部结构的承力，而围护结构的设置则保证了开挖段的侧向、顶部和底部受力，在围护结构与支承层间限位件和横梁上垫板的设置，能使调整轨道高低和平面位置，恢复线路平顺性；本发明施工结构安装简易，利于现场施工，且不需要拆除原有上部轨道，节省了工程造价和施工时间。

Description

一种无砟轨道路基过渡段填料置换结构及其施工方法
技术领域
本发明属于轨道施工领域，特别涉及一种无砟轨道路基过渡段填料置换结构及其施工方法。
背景技术
在无砟轨道工程中，由于上部动荷载、土质构成以及温度和降水等条件的综合作用，会导致轨道结构下路基填料发生膨胀变形，进而造成轨道结构的上拱变形，从而影响轨道的正常运营和使用。尤其涵洞过渡段，由于施工工艺复杂，材料种类多，在一些地区容易产生上拱变形；对于变形部位较深，且持续的情况需要将深层的填料进行挖除或置换。
以往的轨道调整方法为将原有轨道拆除，而后进行填料的置换或进行轨道扣件调整，由此会造成线路中断或调整范围有限，也会造成施工成本的偏高。
发明内容
本发明提出一种无砟轨道路基过渡段填料置换结构及其施工方法，用以解决无砟轨道路基过渡段填料开挖置换处的结构稳定性、变形整治的精准性、调整时轨道支承层的受力稳固性以及置换时上部道路的通畅和便捷施工等技术问题，具体技术方案如下：
一种无砟轨道路基过渡段填料置换结构，支设在轨道支承层下方，置换结构包括预支撑结构和围护结构，所述预支撑结构包括分别对应设置在轨道两侧的两组支撑桩、水平连接在两组支撑桩对应顶部之间的横梁和横梁间连接的纵梁，所述横梁与支撑桩间设置有垫板；所述围护结构位于支撑结构内部、轨道的下方，且沿着轨道轨向通长设置，所述围护结构与支承层间设置有限位件。
进一步的，所述横梁位于支承层下方，平行间隔设置；所述纵梁位于支承层两侧下方对称设置；其中横梁两端部与支撑桩之间可拆卸连接有不同厚度的垫板，所述垫板的个数和厚度适应降道调整次数和调整变形量。
进一步的，所述支撑桩沿着轨道轨向平行间隔设置；相邻轨道间设置一组支撑桩，所述一组支撑桩为两侧轨道的横梁端部连接共用。
进一步的，所述围护结构包含在开挖段侧面、顶面和底面上混凝土浇筑的侧墙、顶板和底板；所述顶板浇筑强度大于设计强度的70%时，在轨道下方的横梁底与顶板间塞入垫块。
进一步的，所述围护结构围护范围的横截面宽度大小对应路基设计开挖段开挖宽度，其中顶板与支承层高度适应限位件的安装高度。
进一步的，所述限位件间隔分布于顶板与支承层间，所述限位件为可调支撑杆件且其垂向高度适应调整轨道的变形量；所述可调支撑杆为螺纹套管或端部带有支撑钢板的螺纹套管。
进一步的，所述围护结构浇筑前，在开挖段侧壁上连接有挂网喷护和拱架支撑。
进一步的，所述开挖段的拱架支撑内设置有支撑件，支撑件为竖向支撑或/和横向支撑；所述竖向支撑或/和横向支撑为钢管、钢梁。
进一步的，所述开挖段设置有超前支护，所述超前支护为管棚、小导管、水平旋喷桩或拱架支护。
进一步的，所述的一种无砟轨道路基过渡段填料置换结构的施工方法，具体步骤如下：
步骤一、在轨道变形段两侧支设支撑桩和支撑桩上端部的垫板，并在支承层下部和横向边侧采用人工暗挖法分段开挖，在挖设的人工槽内插入横梁和纵梁，并将横梁端部连接在垫块上，由此构成预先支撑结构；其中，在开挖时间隔设置有竖井，用于路基置换段出土和人员材料通道；
步骤二、在对应支撑桩间、支承层下方进行开洞，然后沿轨道纵向进行暗挖路基填料，开挖过程前安装预先竖向支护，并在开挖段内采用拱架支撑；
步骤三、在拱架支撑内设置竖向支撑和横向支撑，开挖后进行挂网喷护，并同时浇筑侧墙、顶板和底板，形成四周围护结构，当土体稳定性较差时，进行超前支护；
步骤四、当顶板浇筑并达到强度70%后，将横梁底和顶板间塞入垫块，通过顶板和横梁、纵梁共同承载；其中顶板浇筑时高度适应限位件的安装；
步骤五、挖除顶板与支承层间基床填料，并在顶板上表面间隔设置限位件，限位件的位置和高度根据需调整轨道结构上拱位置和变形量确定；
步骤六、依据支承层变形调整高度和次数，测设和调整横梁垂向高度，调整方式为利用千斤顶支撑横梁并依次拆卸横梁垫板；
步骤七、重复步骤五和步骤六，进行上拱变形轨道落道调整，直至轨道的平整度和平顺性符合规定要求；
步骤八、将开挖段端头断面进行修整，并浇筑端部侧墙进行封闭和基床内部灌注填充；经过一个季节周期后，确认上拱变形稳定后，进行开挖段的围护结构内洞室回填。
本发明具有以下有益效果：
1）本发明通过预支撑结构的设置可以保证后续暗挖换填施工时承受轨道上部结构的作用力，暗挖施工时围护结构的设置则保证了开挖段暗挖换填时的侧向、顶部和底部的开挖稳定；
2）本发明通过在顶板和横梁间设置垫块，可使得围护结构和预支撑结构共同受力，保持了受力作用的一体性和稳定性；
3）本发明通过竖向支撑和横向支撑的设置均保证了挖除路基填料后围护结构受上部荷载时围护结构的稳固性；
4）本发明通过在围护结构与支承层间限位件的设置可以有效约束上拱变形量，提高变形整治中变形量的控制精度，而横梁上垫板的设置，可以限定轨道支承层落道高度，进而保证调整变形过程中的支撑和受力。
此外，本发明的换填施工结构和上拱变形调整构件安装简易，施工过程操作简便，利于现场施工，且不需要拆除原有上部轨道，不中断列车运营，最大程度减小了对运营的影响，节省了工程造价和施工时间。
附图说明
图1是无砟轨道路基过渡段填料置换结构施工横断面示意图；
图2是开挖方向示意图；
图3是支撑桩沿轨向连接分布图；
图4是预支撑结构连接示意图。
附图标记：1-轨道；2-道床板；3-支承层；4-纵梁；5-横梁；6-支撑桩；7-开挖段；8-围护结构；9-涵洞；10-竖向支护；11-垫板；12-限位件；13-垫块。
具体实施方式
参见图1所示，在上下两行无砟轨道涵洞段的路基换填处设置有路基填料置换结构，路基填料膨胀的部位主要位于垫层及垫层以上的填料，因此本次置换路基填料主要针对轨道结构以下至垫层底面的全部填料，其中开挖方向为图2中箭头方向即沿涵洞纵向开挖；结合图1、图3和图4所示，置换结构包括预支撑结构和围护结构8，所述预支撑结构包括分别对应设置在轨道1两侧间隔分布的两组支撑桩6、水平连接在两组支撑桩6对应顶部之间的横梁5和横梁5间连接的纵梁4；同组支撑桩6沿着轨道1轨向平行间隔设置；所述围护结构8位于支撑结构内部、轨道1的下方，且沿着轨道1轨向通长设置。
本实施例中，支撑桩6设置在轨道1两侧，其中，两股轨道线间支撑桩6设置在轨道1中心线位置，此处支撑桩6为上下行轨道1的横梁5共用；支撑桩6采用人工挖孔灌注桩，桩深7m，桩间距为3~5m。采用暗挖法将支承层3下基床人工挖槽，挖槽宽度1~1.5m，槽中心间距2~m，开挖后将横梁5插入，同样采用开挖人工槽方法放入纵梁4，其中，纵梁4位于支承层3两侧下方且对称设置、纵梁4中心线与道床板2边线对齐。横梁5和纵梁4均采用钢制型梁制成，其中，横梁5两端部与支撑桩6螺栓连接有方形钢垫板。
本实施例中，围护结构8的顶板与支承层3间的基床填料挖除并设置有限位件12，所述限位件12为可调高度的螺纹套管或端部带有支撑钢板的螺纹套管，套管高度根据轨道1的变形量进行调整；限位件12通过连接钢板与顶板焊接。
本实施例中，所述围护结构8包含在开挖段7侧面、顶面和底面上浇筑的混凝土侧墙、顶板和底板；所述围护结构8围护范围的横截面大小对应路基开挖段7开挖范围的横截面大小，其中高度为轨道结构以下的至垫层底面，且顶板高度适应限位件12的安装高度；所述顶板浇筑强度大于设计强度的70%时，在轨道1下方的横梁5底与顶板间隔塞入垫块13，垫块13为钢制方形。
本实施例中，开挖段7在开挖断面内设置有支撑件10，所述支撑件10为竖向支撑和横向支撑，竖向支撑和横向支撑均为钢管制成；在围护结构8在浇筑前，开挖段7侧壁上设置有挂网喷护；当土质较差时，也可设置超前管棚支护。
结合图1至图4，进一步说明一种无砟轨道路基过渡段填料置换结构的施工方法，具体步骤如下：
步骤一、在轨道1的涵洞9变形段两侧支设支撑桩6和支撑桩6上垫板11，通过在支承层3下和横向边侧暗挖人工槽，插装横梁5和纵梁4，将横梁5支撑在支承层3底面，两端支撑在支撑桩6的垫板11上，横梁5各部位与支承层3底面贴紧，然后通过调整横梁5下垫板11，对轨道结构形成预支撑力；其中，在开挖时间隔设置有竖井，用于路基置换段出土和人员材料通道。
步骤二、在涵洞9对应支撑桩6间、支承层3下方进行开洞，对洞口外围及涵洞9进行加固和竖向支护10，然后沿轨道1纵向进行暗挖路基填料。
步骤三、开挖每步进尺2~3m，每开挖进尺1m及时安装钢拱架支撑，在钢拱架支撑内设置竖向钢管支撑和横向钢管支撑，开挖后进行挂网喷护，并同时浇筑混凝土侧墙及顶板，形成四周围护结构8。
步骤四、当顶板浇筑并达到强度70%后，将轨道1下横梁5底塞入钢制方形垫块，通过顶板和横梁5、纵梁4共同承载；其中顶板浇筑高度适应安装限位件12的高度。
步骤五、挖除顶板与支承层3间基床填料，并在顶板上表面间隔设置限位件12，限位件12的位置和高度根据需调整轨道结构上拱位置和变形量确定。
步骤六、依据支承层3变形调整高度，测设和调整横梁5垂向高度，调整方式为利用千斤顶支撑横梁5并拆卸横梁5下垫板11。
步骤七、重复步骤五和步骤六，进行上拱变形轨道1落道调整，直至轨道1的平整度和平顺性符合规定要求。
步骤八、将开挖段7端头断面进行修整，并浇筑端部侧墙进行封闭和基床内部灌注填充；经过一个季节周期后，确认上拱变形稳定后，进行开挖段7的围护结构8内洞室回填。
显然，上述实施例仅是为清楚地说明本发明的突出特点所作的阐释，而并非是对本发明实施方式的限定；对于所属领域的技术人员而言，在上述说明的使用基础上仍可以做出其它不同形式的变化或变动，若未对其进行创造性改进，均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种无砟轨道路基过渡段填料置换结构，支设在轨道（1）支承层（3）下方，其特征在于：包括预支撑结构和围护结构（8），所述预支撑结构包括分别对应设置在轨道（1）两侧的两组支撑桩（6）、水平连接在两组支撑桩（6）对应顶部之间的横梁（5）和横梁（5）间连接的纵梁（4），所述横梁（5）与支撑桩（6）间设置有垫板（11）；所述围护结构（8）位于支撑结构内部、轨道（1）的下方，且沿着轨道（1）轨向通长设置，所述围护结构（8）与支承层（3）间设置有限位件（12）。
2.根据权利要求1所述的一种无砟轨道路基过渡段填料置换结构，其特征在于：所述横梁（5）位于支承层（3）下方，平行间隔设置；所述纵梁（4）位于支承层（3）两侧下方对称设置；其中横梁（5）两端部与支撑桩（6）之间可拆卸连接有不同厚度的垫板（11），所述垫板（11）的个数和厚度适应降道调整次数和调整变形量。
3.根据权利要求2所述的一种无砟轨道路基过渡段填料置换结构，其特征在于：所述支撑桩（6）沿着轨道（1）轨向平行间隔设置；相邻轨道（1）间设置一组支撑桩（6），所述一组支撑桩（6）为两侧轨道（1）的横梁（5）端部连接共用。
4.根据权利要求1所述的一种无砟轨道路基过渡段填料置换结构，其特征在于：所述围护结构（8）包含在开挖段（7）侧面、顶面和底面上混凝土浇筑的侧墙、顶板和底板；所述顶板浇筑强度大于设计强度的70%时，在轨道（1）下方的横梁（5）底与顶板间塞入垫块（13）。
5.根据权利要求4所述的一种无砟轨道路基过渡段填料置换结构，其特征在于：所述围护结构（8）围护范围的横截面宽度大小对应路基设计开挖段（7）开挖宽度，其中顶板与支承层（3）高度适应限位件（12）的安装高度。
6.根据权利要求5所述的一种无砟轨道路基过渡段填料置换结构，其特征在于：所述限位件（12）间隔分布于顶板与支承层（3）间，所述限位件（12）为可调支撑杆件且其垂向高度适应调整轨道（1）的变形量；所述可调支撑杆为螺纹套管或端部带有支撑钢板的螺纹套管。
7.根据权利要求5所述的一种无砟轨道路基过渡段填料置换结构，其特征在于：所述围护结构（8）浇筑前，在开挖段（7）侧壁上连接有挂网喷护和拱架支撑。
8.根据权利要求7所述的一种无砟轨道路基过渡段填料置换结构，其特征在于：所述开挖段（7）的拱架支撑内设置有支撑件（10），支撑件（10）为竖向支撑或/和横向支撑；所述竖向支撑或/和横向支撑为钢管、钢梁。
9.根据权利要求8所述的一种无砟轨道路基过渡段填料置换结构，其特征在于：所述开挖段（7）设置有超前支护，所述超前支护为管棚、小导管、水平旋喷桩或拱架支护。
10.如权利要求1至9任意一项所述的一种无砟轨道路基过渡段填料置换结构的施工方法，其特征在于，具体步骤如下：
步骤一、在轨道（1）变形段两侧支设支撑桩（6）和支撑桩（6）上端部的垫板（11），并在支承层（3）下部和横向边侧采用人工暗挖法分段开挖，在挖设的人工槽内插入横梁（5）和纵梁（4），并将横梁（5）端部连接在垫块（13）上，由此构成预先支撑结构；其中，在开挖时间隔设置有竖井，用于路基置换段出土和人员材料通道；
步骤二、在对应支撑桩（6）间、支承层（3）下方进行开洞，然后沿轨道（1）纵向进行暗挖路基填料，开挖过程前安装预先竖向支护（10），并在开挖段（7）内采用拱架支撑；
步骤三、在拱架支撑内设置竖向支撑和横向支撑，开挖后进行挂网喷护，并同时浇筑侧墙、顶板和底板，形成四周围护结构（8），当土体稳定性较差时，进行超前支护；
步骤四、当顶板浇筑并达到强度70%后，将横梁（5）底和顶板间塞入垫块（13），通过顶板和横梁（5）、纵梁（4）共同承载；其中顶板浇筑时高度适应限位件（12）的安装；
步骤五、挖除顶板与支承层（3）间基床填料，并在顶板上表面间隔设置限位件（12），限位件（12）的位置和高度根据需调整轨道结构上拱位置和变形量确定；
步骤六、依据支承层（3）变形调整高度和次数，测设和调整横梁（5）垂向高度，调整方式为利用千斤顶支撑横梁（5）并依次拆卸横梁（5）下垫板（11）；
步骤七、重复步骤五和步骤六，进行上拱变形轨道落道调整，直至轨道（1）的平整度和平顺性符合规定要求；
步骤八、将开挖段（7）端头断面进行修整，并浇筑端部侧墙进行封闭和基床内部灌注填充；经过一个季节周期后，确认上拱变形稳定后，进行开挖段（7）的围护结构（8）内洞室回填。
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