路基施工技术与装备展
新藏铁路作为我国铁路建设领域的重大战略性工程,全长约 2000 公里,建成后将对我国西部边疆地区交通状况改善、区域经济协同发展以及国防安全巩固发挥不可估量的作用。然而,其建设之路面临诸多世界级挑战,线路穿越海拔 5000 米以上无人区超 800 公里,桥隧比预计超 85%,特殊的地理环境与气候条件对路基施工技术与装备提出了极为严苛的要求 。
一、新藏铁路路基施工面临的挑战
(一)高原冻土难题
新藏铁路部分路段处于高原冻土区,冻土具有随温度变化而产生体积胀缩的特性。在夏季气温升高时,冻土融化,路基土体强度降低,易出现沉降、变形;冬季气温降低,冻土冻结,体积膨胀,可能导致路基隆起、开裂。且新藏铁路的连续冻土区长约 400km,如何保证冻土区路基在长期运营过程中的稳定性,成为路基施工首要攻克的难题 。
(二)高海拔恶劣环境影响
新藏铁路全线海拔超 4500 米,沿线含氧量仅有内地的 44% 左右,冬季气温低至零下 40℃。在这样的高海拔、高寒环境下,施工人员身体机能下降,施工效率大幅降低;同时,工程机械的发动机功率衰减、设备零部件磨损加剧,燃油燃烧不充分,导致设备性能不稳定,故障率升高,严重影响路基施工进度与质量 。
(三)复杂地质条件
线路需途经昆仑山、喀喇昆仑山等山脉,地层岩性复杂多变,可能存在软土、砂土、岩石等多种不同地质。在软土地段,路基易产生较大沉降;砂土地段,在强风等作用下,可能出现风沙侵蚀路基的情况;岩石地段,开挖难度大,且爆破施工可能对周边岩体稳定性造成影响 。此外,沿线还可能遭遇地震、泥石流、山体滑坡等地质灾害,对路基施工安全构成威胁 。
二、路基施工技术
(一)冻土路基处理技术
热棒技术:热棒是一种高效的热传导装置,在新藏铁路冻土路基施工中得到广泛应用。热棒由密封的钢管组成,内部填充低沸点液体(如氨)。在冬季,路基温度低于外界气温,热棒中的液体蒸发,携带热量上升至热棒顶端,通过散热片将热量散发到大气中,然后冷凝成液体回流至底部,如此循环,将路基中的热量源源不断导出,降低路基温度,维持冻土的冻结状态 。中国铁建采用的第六代热棒技术,进一步提高了热传导效率与稳定性,有效解决冻土问题 。
片石气冷路基技术:在路基中铺设一定厚度的片石层,利用片石间的空隙形成空气流通通道。在冬季,冷空气在片石层中流动,带走路基热量,冷却路基;夏季,片石层起到隔热作用,阻止外界热量传入路基,减少冻土融化深度,维持路基下伏冻土的热稳定性 。
保温隔热层技术:在路基表面铺设聚氨酯保温板等保温隔热材料,降低路基与外界环境的热量交换,减少冻土温度波动。例如,红宝丽生产的聚氨酯保温板具有良好的保温性能与耐久性,可有效延缓冻土融化,提高路基稳定性 。同时,保温层还可减少水分迁移对路基的影响,降低冻胀危害 。
(二)特殊地质路基处理技术
软土地基处理:针对新藏铁路沿线可能存在的软土地基,采用振冲碎石桩、水泥土搅拌桩等技术进行加固。振冲碎石桩通过振冲器的振动和高压水冲作用,在软土地基中形成桩孔,然后填入碎石等材料,形成复合地基,提高地基承载力,减少沉降。例如在某试验段,采用直径 800mm 的振冲碎石桩,桩长 8m,桩距按等边三角形布置,有效改善了软土地基的力学性能 。水泥土搅拌桩则是利用水泥作为固化剂,通过深层搅拌机械将软土与水泥强制搅拌,使软土硬结,形成具有整体性、水稳性和一定强度的桩体,与桩间土共同组成复合地基 。
岩石地基处理:在岩石地段,对于需要开挖的路基,采用控制爆破技术,精确控制爆破参数,减少爆破对周边岩体的扰动。如采用预裂爆破、光面爆破等技术,在开挖边界形成预裂缝或光滑壁面,降低爆破地震波对保留岩体的影响 。同时,对于爆破后的岩石边坡,及时进行防护处理,采用锚杆、锚索、喷射混凝土等支护措施,防止边坡失稳 。
(三)路基边坡防护技术
坡面防护:为防止风沙侵蚀、雨水冲刷等对路基边坡造成破坏,采用浆砌片石护坡、混凝土护坡等防护形式。在风沙较大地段,设置防风沙栅栏,降低风速,减少风沙对边坡的侵蚀 。同时,结合植被防护,在边坡种植耐寒、耐旱的植物,如青藏苔草、沙棘等,通过植物根系固土,美化环境,增强边坡稳定性 。
支挡防护:对于高陡边坡或稳定性较差的边坡,设置挡土墙、抗滑桩等支挡结构。挡土墙可采用重力式、悬臂式、扶壁式等形式,根据边坡地质条件、高度等因素选择合适的类型。抗滑桩则适用于滑坡等地质灾害易发地段,通过在滑坡体中设置钢筋混凝土桩,抵抗滑坡体的下滑力,保障路基安全 。
三、路基施工装备
(一)高原适应性土方施工机械
装载机:为适应新藏铁路高海拔、高寒环境,对装载机进行特殊设计与改造。如配备高原型发动机,通过优化进气、燃油喷射系统,提高发动机在低氧环境下的功率输出;加强散热系统,应对高寒地区发动机散热难题;采用低温性能良好的液压油、润滑油,确保设备在低温下正常运行 。部分装载机还配备了弥散式供氧系统,改善驾驶室内环境,保障操作人员身体健康,提高作业效率 。
挖掘机:新藏铁路施工用挖掘机具备强大的挖掘力与良好的机动性,同样采用高原型发动机,且对工作装置进行强化设计,以适应复杂地质条件下的挖掘作业。一些挖掘机配备智能控制系统,可实时监测设备运行状态、工作参数,根据不同工况自动调整挖掘参数,提高施工精度与效率 。例如,在冻土挖掘时,可根据冻土硬度自动调整挖掘速度与力度 。
(二)路基压实机械
振动压路机:振动压路机在新藏铁路路基压实作业中发挥关键作用。为适应高原环境,其发动机、传动系统等关键部件进行了针对性改进,确保在低氧、低温条件下稳定工作。通过调整振动频率、振幅等参数,可满足不同路基填料(如冻土、砂石料、填土等)的压实要求 。部分振动压路机还配备了压实度实时监测系统,操作人员可通过驾驶室内显示屏实时了解压实度情况,及时调整压实工艺,保证路基压实质量 。
冲击压路机:对于深层路基压实,冲击压路机效果显著。其采用非圆形的碾压轮,在行驶过程中对路基产生高能量冲击,使路基深层土体得到有效压实。在新藏铁路施工中,冲击压路机经过高原适应性改造,能够在恶劣环境下对路基进行大面积、高效的深层压实作业,提高路基整体稳定性 。
(三)材料运输与搅拌设备
混凝土搅拌运输车:在新藏铁路路基施工中,混凝土用量较大,混凝土搅拌运输车需具备良好的保温、防离析性能。罐体采用保温材料包裹,减少混凝土在运输过程中的热量损失;配备高效搅拌装置,在运输过程中持续搅拌混凝土,防止离析 。同时,车辆发动机适应高原环境,确保运输的及时性与稳定性,满足路基混凝土浇筑施工需求 。
高原型沥青搅拌站:用于沥青路面基层施工的沥青搅拌站同样进行了高原适应性优化。配备高原型燃烧器,提高燃料燃烧效率;优化搅拌主机结构,增强搅拌效果,确保沥青与石料均匀混合 。搅拌站的生产控制系统智能化程度高,可根据不同配合比要求精准控制原材料投放量、搅拌时间等参数,保证沥青混合料质量 。
新藏铁路路基施工技术与装备在应对高原冻土、高海拔恶劣环境及复杂地质等难题方面,通过不断创新与改进,取得了显著进展。这些技术与装备的应用,为新藏铁路路基工程的顺利建设提供了坚实保障,也为我国高原铁路建设积累了宝贵经验 。