高原多年冻土区铁路建设的施工技术管理经验

高原多年冻土区铁路建设的施工技术管理经验

青藏经理部 张桂林

摘 要 本文就青藏铁路建设中的高原多年冻土区施工技术管理展开论述，从施工准备、路基施工、桥涵施工等各方面施工的技术要点、技术难点和应对措施进行了阐述。

关键词 高原多年冻土 施工技术 管理

青藏铁路是世界上海拔最高、线路最长的高原铁路，地处素有“世界屋脊”之称的青藏高原。青藏高原独特的地理位置，变化多样的地貌特征，严酷的自然环境和复杂的地质条件，是的青藏铁路建设面临诸多全新的技术难题，其难度举世无双。我公司承建的5标段不冻泉地段，全长7.12公里。在该段的施工中存在两大技术难题，一是“高原问题”，线路经过地区均为高海拔地带，海拔高程大于4600米，低含氧、低气温、低气压及大风速、强辐射、强雷暴的恶劣自然条件使工程施工面临前所未有的困难，尤其是严寒缺氧所造成的人机工作效率下降。二是“冻土”问题，线路全部位于多年冻土区地段，且穿越冻土区边缘的高温冻土地带及融区。地基多年冻土是退化和融蚀、季节融化层的冻结和融化，不良冻土物理地质现象等均会对铁路工程建筑物产生非常大的影响和危害，使得多年冻土区工程建设不仅在设计原则上有别于一般地区，而且对施工方法、施工工艺、施工机具配置及检测手段等也提出了新的要求。在施工中如何采取有效技术措施控制和消除这些危害，是工程建设成败的关键。现就对我部在施工过程中如何进行技术管理做一总结和探讨，供大家参考。 1 施工准备

1.1 技术准备

1.1.1 对青藏线施工技术人员进行岗前培训

由于项目部技术人员以前未接触过冻土工程施工，项目部在收集和消化吸收冻土工程施工资料的基础上，对青藏线所有技术人员、施工员进行了高原多年冻土区铁路工程施工技术培训，使全体施工人员对冻土施工有一个初步的认识。 1.1.2 测量准备工作

高原冻土区施工控制测量与非冻土区施工控制测量没有什么区别，但在控制桩特别是水准点的埋设上要求很高，否则会造成桩位的冻胀或融沉，给施工控制带来很大的误差。具体做法如下图所示。

图1 控制桩埋设示意图

润滑油 h 冻土上限 原地面

钢管 >2h 砂浆

1.1.3 编制实施性施工组织设计

根据设计图纸，结合甲方要求，及时编制项目实施性施工组织设计，选择合理的施工方案。根据施组，及时组织设备、人员进场，并根据工程数量，及时组织好各种大堆材料的进场，保证各种材料的供应，不能因材料供应造成停工待料。 1.2 施工便道的规划与施工

青藏铁路不同于其他地区铁路，对环保要求特别高。因此，必须对施工便道进行合理的规划，并报请有关部门批准后方可实施。对施工便道的施工也有特殊要求：即只填不挖。 2 高原多年冻土区路基工程施工

2.1 工程概况

我公司管段位于青藏高原多年冻土区青海省境内不冻泉地区，起点里程DK1000+550，终点里程DK1007+671，正线长7.12Km，路基土石方55万M3；需铺设土工格栅7.53万M2，倾填片石6.56万M3；对接拼装式路堤骨架护坡2673M3，挂网喷混凝土岩石坡面防护8075M2；挡水埝土石方（下设挡水板）11780M3。

本段线路海拔高度在4600～4700之间，具有低气压、低含氧、低气温、强辐射、大风速的高原干寒气候特点。线路穿越不冻泉河谷地带。地质构造复杂，植被稀少，多年冻土上限1.5～2.8M，厚度60～100M，年平均地温-0.5～-2.6℃，属于稳定和基本稳定多年冻土区，高寒冰量冻土所占比重较大，且含冰量分布不均匀，冻土工程地段条件较差。 2.2 主要技术要求及难点

多年冻土的地温按年平均地温可分为高温极不稳定区、高温不稳定区、低温基本稳定区、低温稳定区四大类。由于高原多年冻土的特殊地质条件对铁路路基工程提出了许多新的技术要求，因此，青藏铁路多年冻土区路基设计原则有别于一般地区，按以下三种原则设计：保护多年冻土原则、延缓多年冻土融化速度原则和破坏冻土原则。设计中采用了许多新结构、新材料、新工艺，对路基施工提出了新的要求，结合我部管段的工作内容，我们重点针对以下几个方面，开展技术管理工作。

2.2.1 粗颗粒土填料压实质量的快速检测方法

由于本标段路基施工工期紧迫，且填料大部分为粗颗粒土，采用地基系数K30检测速度很慢，难以适应工期要求，急需解决粗颗粒土填料压实质量快速检测的指标和相应的标准试验方法，我们采用了对可击实的砾石类土和碎石类土采用相对密度作为分层填筑压实的控制指标，填高约90cm时再进行地基系数检测，并制定了相应的4个标准试验方法。使路基填筑检测得到了缓解。 2.2.2 倾填片石通风路堤

倾填片石通风路堤是高温极不稳定区、高温不稳定区高寒冰量冻土地段路堤采取的特殊路基结构。要通过改变路堤结构而改变其传热方式，达到降低地基温度，保护多年冻土的目的。由于片石需用量大、工期紧，难以控制片石粒径，也就难以保证通风效果。因此，我们采取在石场设专人负责控制片石质量，同时在施工现场放解炮，重新堆码，超出规定粒径范围的不得使用，这样既保证了通风效果，又保证了路基质量。 2.2.3 挂网喷混凝土岩石坡面防护

挂网喷混凝土岩石坡面防护的控制重点是坡面堆积物的清理和混凝土配合比控制以及混凝土的养护。我部针对这一难点，严格控制坡面堆积物的清理，不合格者严禁进行下道工序的施工，

混凝土的搅拌严格配合比进行；混凝土的养护按高原特点进行覆盖保湿养护。 2.2.4 土工合成材料的施工

我部管段内的工作内容仅有土工格栅和挡水埝（下设挡水板）的施工；土工格栅的施工同非冻土地区无任何区别；挡水埝（下设挡水板）的施工严格按设计要求，选用合适的施工方法、施工工艺和有效的质量保证措施进行施工；这是保证工程质量的关键。 3 高原多年冻土区桥涵工程的施工

3.1 工程概况

我部管段内桥梁5座共20.6延长米。其中特大桥1座2327延长米；大桥1座182.21延长米；中桥2座108.3延长米；小桥1座23.02延长米。桥梁全部为钻孔灌注桩基础，钻孔桩桩径有1.0M和1.25M两种，共计352根桩，总桩长8120M，墩台身混凝土为现浇。

管段内涵洞5座，其中拼装式矩形涵3座，盖板涵2座。 3.2 主要技术要求及技术难点

多年冻土区桥涵工程施工后容易出现冻胀、融沉等病害，设计中提出了许多特殊要求和应采取的技术措施。施工中如何采取有效措施保证达到设计要求，控制和消除各种病害，是我们进行桥涵施工的重点和难点。

3.2.1 多年冻土区桥梁钻孔灌注桩

（1）钻孔施工要求尽量少扰动多年冻土的热平衡。

（2）桩身混凝土要求选用合适的低温、早强、耐久、耐腐蚀混凝土外加剂，确定合理的混凝土配合比及其混凝土施工工艺。

（3）位于高含冰量冻土段基础要求在寒季施工。 3.2.2 地基回冻

在多年冻土年平均地温低于-10℃的低温基本稳定和低温稳定区，桥梁桩基础按保护多年冻土的原则设计。桥梁桩基承载力按冻结力计算，设计要求在桩基承载前地基必须回冻，即要求桩基及承台施工时进行地温观测，确定桩周地基土地温回到桩基施工前的状态，方可施工墩台身。 3.2.3 防冻胀措施

当地基的季节融化层为冻胀土时，设计考虑了以下防冻胀措施： （1）钻孔灌注桩基础在季节融化层内设计钢护筒,施工完毕钢护筒不取出. （2）桩基承台底及承台侧面换填非冻胀土。

（3）承台侧面及桩身与土接触部分涂1cm厚沥青油渣。 （4）涵洞基底及两侧换填非冻胀土。 3.3 桥梁涵洞施工方法 3.3.1 桥梁桩基础施工

根据多年冻土区桩基础钻孔施工应尽量少扰动多年冻土的热平衡，对土质为粉土、粉质粘土、粘土、砾砂、角砾土、圆砾土等均匀土质的桥位，桩基成孔我们采用旋挖钻机成孔，成孔过程中采取措施防止地表水流入或渗入孔内，成孔后立即安装钢筋笼灌注桩身混凝土。

通过试验确定合理的低温、早强、耐久、耐侵蚀混凝土配合比，根据制定的混凝土施工工艺灌注桩身混凝土。 3.3.2 承台施工

低桩承台待桩基施工完毕后，再挖承台基坑，桩基检测合格后，按设计要求换填非冻胀性粗颗粒土，浇注承台混凝土，混凝土拆模后根据设计要求在承台侧面与土基础部分涂1cm后沥青油渣。

3.3.3 墩台身施工

根据施工期间的平均气温确定合理的低温、早强、耐久混凝土配合比，按热功计算结果确定原材料加热温度，保证混凝土浇筑时的入模温度。混凝土浇筑后，在裸露的混凝土表面立即覆盖塑料薄膜，并在薄膜及模板上覆盖保温材料进行保温保湿养护。拆模后，同样在混凝土表面覆盖一层塑料薄膜，进行保温养护，必要时，搭设保温棚，以便防风、保湿和减少混凝土水分蒸发。台身与土接触部分涂1cm后沥青油渣。 3.3.4 涵洞施工

拼装矩形涵基础及涵节集中预制，运至现场拼装。涵洞基础基坑采用爆破或挖掘机开挖，开挖后尽快拼装混凝土基础及涵节，防止雨水浸泡及阳光照射，必要时，设防水、防晒措施。拼装时采取措施保证接头水泥砂浆的养护条件。盖板涵边墙混凝土浇注时搭设保温棚，保证混凝土的养护条件。盖板集中预制，现场吊装。涵身及翼墙基础侧面涂1cm后沥青油渣。