高铁时代,电缆过轨方法探讨

[摘要]三电专业在进行既有线改造时经常要进行过轨作业,处理不当很容易形成路基病害。由于高速铁路对路基稳定性的高要求,稍有不慎将酿出无法想象的后果。本文就高铁时代的过轨作业提出了一些看法。

[关键词]高速铁路 电缆 机械顶管 人工顶管

铁路通信、信号、电力工程,我们习惯合称为“三电”工程,是铁路工程必不可少的配套附属工程,随着社会的发展和标准的提高,三电专业使用的电缆越来越多,特别是在站场,由于电气化改造的大面积进行,所有三电专业的线路全部下地,改成电缆敷设。在站场内电缆可以说是纵横交叉、密密麻麻,整个站场地下可能到处都是电缆;经常各专业之间为了一条电缆径路召开协调会。在区间比站场情况要好点,沿着铁路路基两边都可以敷设有电缆,电缆径路比较多。不过由于地形、设计的各种原因,三电专业的电缆径路,经常会在路基的两边来回穿越,这就不可避免的造成了过轨作业。随着高速铁路的兴建和发展,传统的开挖式过轨将需要改进,否则三电改造施工可能无法顺利进行。

一、铁路发展趋势

根据我国《中长期铁路网规划》:确定到2020年,我国铁路营业里程将达到10万km,其中客运专线1.2万km;复线率和电气化率均达50%。初步形成北京一上海、北京一武汉一广州一深圳、北京一沈阳一哈尔滨(大连)、杭州一宁波一福州一深圳和徐州一郑州一兰州、杭州一南昌一长沙、青岛一石家庄一太原、南京一武汉一重庆一成都“四纵四横”,以及几个重要路段客运专线,逐步实现高速铁路网规划。

二、高铁路基要求

根据规划:新建高速铁路列车最高运行时速≮250km,改建高速铁路列车最高运行时速≮200km。以京沪高铁为例:设计最高运行时速350km,整个线路中桥梁长度约1140km,占正线长度86.5%;隧道长度约16km,占正线长度1.2%;路基长度162km,占正线长度l2.3%;全线铺设无碴轨道约1268正线公里,占线路长度的96.2%。有碴轨道约5O正线公里,占线路长度的3.8%。对桥梁、隧道外的路基的要求是:以无碴轨道作为主要结构形式,在地质灾害和地质活动活跃断裂带地段,以及不宜铺设无碴轨道地段,采用有碴轨道结构;无碴轨道铺设精度,高低和轨向≤2mm/10m,水平≤lmm,轨距±lmm;有碴轨道采用特级道碴,道床厚350mm,铺设精度高低和轨向~2mm/10m,水平≤2mm,扭曲≤2mm,轨距±2mm。到发线采用混凝土宽枕。

无碴轨道正线区间直线地段路基面宽度13.6m。严格控制路基工后沉降、不均匀沉降和过渡段差异沉降,保持路基纵向刚度的均匀性和良好的动力特性,稳定安全系数≮1.5;工后沉降量≯3cm,路基与结构物间的工后差异沉降量

三、传统过轨方法

按照铁路概(预)算以及施工规范,过轨方法一般有两种:直接开挖和顶管作业。由于“三电”专业的特殊性,过轨处一般只是一根或两根电缆,所以过轨的费用不是很高。传统铁路的运行速度不是很快,对路基的要求不是很高,因此传统的过轨方法:都是先和铁路工务部门联系,签订安全施工协议,在确保行车安全的情况下在过轨点直接开挖,在符合埋设深度的地方先埋入保护钢管,然后回填夯实。一般正线也是要点加防护,然后直接开挖。

由于高速铁路对路基的高要求:以无碴轨道作为主要结构形式,到发线采用混凝土宽枕。这两种情况都不适合开挖。在有碴轨道采用特级道碴,道床厚350mm,铺设精度高低和轨向~2mm/10m,水平≤2mm,扭曲≤2mm,轨距±2mm;在这种标准下,进行线路养护的工务部门,是不会同意三电专业施工时对线路路基进行直接开挖的。还有高速铁路(以京沪为例)一般设计列车追踪间隔时间为3min,如此短的列车追踪间隔时间行车部门也不会批准要点计划。这就使得面对高铁,“三电”过轨要进行全面改革,必须放弃传统的开挖法,引进先进的非开挖技术。

四、非开挖技术

非开挖技术在市政工程中使用的比较早,也比较广泛,它是指在不开挖或只开挖少量作业坑的情况下,利用岩土钻掘技术进行铺设、修复、和更换管道。一般分为机械顶管、机械拉管和人工顶管等几种方法,各有优越性。

机械顶管的优点是施工范围大,顶距长,施工精度高,适应各种土质;缺点是成本较高,对场地的要求较高。自从90年代大量引进机械顶管以来,机械顶管施工得到建设方、监理方、质检站和施工方等各方面的认可。机械顶管也被大量应用.成为非开挖施工的主力之一,而且有能力进行超长距离和复杂曲线顶管。

人工顶管具有施工操作简便,设备少,施工成本低、施工进度快等优点;不过施工精度不是很高。

因此施工场地大、具备机械施工条件的还是尽可能的使用机械顶管或拉管。

五、人工顶管技术的应用

由于铁路“三电”工程的特殊性,工作面是铁路路基的沿线,每处工作量都比较小,有的地方可能就是一根钢管,而且很多地段地处偏僻、交通非常不方便,机械设备无法进场;还有的地方工作面非常小,机械设备无法开展作业。如果这些地段使用机械顶管或拉管的话那成本太大。因此施工操作简便和设备少的人工顶管就有了施展的舞台。

人工顶管是在管道的两端分别设置一个工作井和接收井,使用千斤顶做动力,推动管道前进的施工方法。图1是一市政管道施工的现场图,市政的管道一般管径都比较大,而且材质很多种,所以一般是一边顶管一边出土,也就是说在顶管的过程中,人要在管子里面将管道前方的土先清出来,再通过千斤顶将管道往前推进。

由于用处的不同使得我们的顶管和市政顶管虽然原理类似,但却有较大的区别。我们“三电”过轨的管子主要是起保护电缆的作用,管径一般不超过100mm,材质要求钢管。由于管径小,在顶进过程中无法将管中的土取出,这样即使顶过去,也失去使用的价值。这就要求我们针对我们的施工特点,结合机械顶管中的一些思路对人工顶管进行一些改进。

1.用圆钢加工一个锥形的装置(如图2所示),我们称为尖锥。尖锥是根据需要敷设的钢管的大小来加工。作业时将尖锥加在钢管的前端,使得它刚好能塞进钢管,塞进去以后前面的突出部分正好和钢管的外径大小一样,正好组成一个前面尖的一个整体,施工时由于千斤顶的力量可以使它与钢管紧紧的相连,而尖锐的前部直接顶入土中,这样就确保钢管在顶进过程中里面是空的,顶出去以后将尖锥取出,一根保护管就这样顶好了。

2.根据千斤顶行程对钢管进行加工,将钢管按千斤顶行程进行切割:假如千斤顶的行程是1000mm,那么将钢管切割成1000mm一根,并在每个钢管的后部焊接上一节钢管(如图3所示),确保钢管接缝密贴,既保证钢管顶进过程作用力有效、同时保证钢管径路不出现偏差,以及在未来不会对电缆造成损害。

六、实际应用

在陇海线郑徐电化DL-1标工程中,电缆过轨将近1000处,由于安全的原因,要点开挖过轨的计划很难得到批准,而工期又特别紧张,根据网络计划,过轨的节点工期就三个月的时间,根据这种情况,我们引进了非开挖技术,也就是机械顶管。

施工中我们又发现当地施工环境复杂,作业面铺不开,可以采用机械顶管的作业面很少,怎么办?这就是当时我们面临的困境。

为此我们采用了上述的人工顶管技术,成立质量管理小组,进行QC攻关,在进行了一段时间的施工后,我们又对图3的钢管进行了改进。原来我们是将大一号的钢管套的预埋用的钢管上,但在顶进过程中,钢管出来的时候经常出现偏差,为此进行了仔细研究,发现大一号的钢管的内壁和需预埋的钢管外壁不能密贴接缝,这样在衔接过程中就会出现一点偏移,累积起来就有了偏差。然后我们对此进行了改进,就是将同管径的钢管一分为二,这样就没有缝隙,焊接以后非常紧贴。图4就是改进后的钢管图。

改进后,同样的问题很少出现,顶管的质量得到了保证。由于我们采取这种人工顶管技术,一度给施工带来很大制约的过轨问题得到了解决。而且为此成立的QC小组也被评为全国质量管理优秀小组。

参考文献:

[1]何华武.快速发展的中国高速铁路.

[2]陈水盛.浅谈人工顶管的主要施工技术及应用价值.