基于影响因素分析的高铁站台设备防侵限研究.pdf

57 现代城市轨道交通3/2024 MODERN URBAN TRANSIT技术装备技术装备林伟煌（中国铁路南昌局集团有限公司福州房建生活段，福建福州 350000）第一作者：林伟煌,男,工程师引用格式：林伟煌.基于影响因素分析的高铁站台设备防侵限研究J.现代城市轨道交通,2024(03):57-62.LIN Weihuang.Research on the anti-intrusion clearance of high-speed railway platform equipment based on the analysis of influencing factorsJ.Modern Urban Transit,2024(03):57-62.DOI:10.20151/ki.1672-7533.2024.03.0101 引言近年来，中国铁路得到飞速发展，高速铁路经历了从无到有、从学习到领跑世界的转变。铁路交通大动脉担负着国家经济发展的重大使命，随着建设规模不断壮大，推动地区经济发展作用日益显著。高铁客站是连接旅客与铁路交通运输的重要纽带，确保设备安全及正常摘 要：预防站台设备侵限是铁路房建部门把控高铁行车安全的重点，如何确保站台帽石、侧立面找平层不侵入限界，是一项重要的课题。文章通过对高速铁路站台帽石松动外移和侧立面找平层外凸等设备侵限的原因进行统计、计算和分析，辨识主要原因和影响因素，并针对性地给出整治解决方案和预防控制措施。分析结果表明，站台帽石松动外移是侵限最主要原因，施工工艺和环境变化是站台帽石松动主要影响因素；加固站台帽石、部分凿除、整体切割是站台设备侵限后整治的主要方法；站台帽石底部嵌入扁铁、帽石底部拉槽、帽石底部插入 U 型钢筋以及站台翼沿外侧增设细石混凝土冲劲带是站台设备侵限前预防的主要措施，且被实践证明效果良好。关键词：高速铁路；铁路限界；站台帽石；侧立面找平层；影响因素；统计分析 中图分类号：U238使用是房建设备管理单位的职责所在，其中预防站台设备侵入铁路建筑限界（以下简称“侵限”）、杜绝轨旁设施剐蹭动车是铁路房建管理部门日常设备管理和确保行车安全的重中之重。确保站台帽石、侧立面层不侵入限界，是保障高铁行车安全的重要课题。首先需要加强设备的日常巡视检查，通过观察站台帽石外侵的表观现象进行初步判断以及利用限界测量仪器进行核实，其次当发现站台帽石和侧立面层侵入铁路限界时，应及时安排侵限病害整治。新线铁路建设如何采取更加可靠、更加安全的施工工艺，确保投入运营后站台帽石和侧立面找平层不松动、不侵限是铁路房建管理部门一直在思考、研究和改进的重要方向。通过对造成站台设备侵限的原因和影响因素进行统计、计算和分析，辨识其主要原因和影响因素，有针对性地给出整治解决方案和预防措施，实现对站台限界的安全管理，排除行车安全隐患，避免安全事故的发生，为高铁行车安全和旅客安全出行提供有力保障。2 高铁站台限界的定义根据原中国铁路总公司铁路技术管理规程（以下简称技规）第一编“技术设备”中第一章“基本要求（限界、安全保护区）”的第 14 条：“一切建（构）筑物、设备，均不得侵入铁路建筑限界。与机车车辆有直接互相作用的设备，在使用中不得超过规定的侵入范基于影响因素分析的高铁站台 设备防侵限研究58MODERN URBAN TRANSIT 3/2024 现代城市轨道交通技术装备技术装备基于影响因素分析的高铁站台设备防侵限研究围。”为旅客提供上下车的站台，必须与列车之间保持一个安全距离，安全距离包含水平和垂直距离要求。其中站台建筑限界水平距离的要求：侧线站台为 1 750 mm；正线站台，无列车通过或列车通过速度不大于 80 km/h 时为 1 750 mm，列车通过速度大于 80 km/h 时为 1 800 mm。高度距离的要求是旅客站台面距轨面高度要控制在 1 250 mm。3 造成站台设备侵限的原因及影响因素分析站台设备侵限的原因主要包括 3 个方面，如图 1所示。3.1 站台帽石松动外移侵限分析高铁站台常用结构类型为钢筋混凝土，一般为“T”字型混凝土结构，结构层上方铺设花岗岩站台帽石。其施工工艺流程大致为：在钢筋混凝土站台结构层上方铺设 30 mm 厚 13 干性水泥砂浆结合层，表面撒水泥粉或刮 11 水泥浆，之后再铺设花岗岩帽石。目前，既有车站站台帽石使用的材料大多数为 1 000 mm600 mm 50 mm 天山红机刨麻面花岗岩，帽石底部为光面。根据既有线站台帽石松动外移现状分析，帽石松动相关影响因素一般包括以下几个方面。3.1.1 环境变化从环境方面考虑，气候温差变化导致帽石伸缩量与基层伸缩量不一致，或者在建设时期未预留足够的伸缩缝宽度造成帽石随温差变化发生胀缩从而产生起拱，导致与砂浆粘结层脱离，鼓胀后侵限，须及时处理以免刮蹭动车。站台帽石和基层混凝土的温度变形计算公式如下：温度升高时，最大伸长量 Le=L(Tmax-Tc)（1）温度降低时，最大缩短量 Ls=L(Tc-Tmin)（2）花岗岩的线膨胀系数 为 5.610-6 7.310-6/，取平均值为 =6.410-6/；帽石下为混凝土站台墙，混凝土线膨胀系数取 =1010-6/；站台帽石在站台墙每隔 15 25 m 留一道 6 10 mm 伸缩缝，取伸缩单元长度 L=20 m；东南沿海地区整体年温差不大，以福州为例，最高极端温度为 Tmax=42.3，最低为 Tmin=-2.5 ；取施工期平均温度 Tc=25，代入式（1）计算结果如表 1 所示。表 1 温度影响变形量计算表mm工况帽石最大变形量基层混凝土最大变形量最大变形差温度升高伸长2.23.51.3温度降低收缩3.55.52.0合计最大伸缩量5.793.3结合以上分析及沿海高铁站台运营维护经验，环境因素影响如下。（1）帽石与基层混凝土间变形不协调。站台帽石和混凝土之间最大变形差达 3.3 mm，变形不协调是出现帽石开裂起鼓的基本原因。（2）多年反复高低温循环及日内高低温反复作用。帽石和混凝土基层之间温度变形不协调，季节变化时在最高温和最低温间循环，雨季时日内降雨频繁，降雨时帽石温度降低、雨后温度急剧升高，温度作用频繁。温差产生的相对变形导致帽石与基层间产生剪力，反复作用在粘贴质量不良或薄弱部位导致发生开裂、起鼓。部分站台帽石在开通后半年左右出现裂缝，在 5 年左右出现大面积开裂、起鼓，符合温度作用规律。3.1.2 施工工艺帽石松动与施工工艺同样存在一定的关联性。在站台建设时期对站场零小圬工质量管理重视程度不足，帽石在铺贴时若砂浆不饱满或砂浆水分蒸发太快，会在砂浆层与帽石之间形成空隙。采用泼浆法施工时，将水泥浆直接泼在干硬性砂浆结合层上，导致结合层被冲开，水泥浆分布不均使得粘结力不均匀，也导致空鼓产生。帽石铺装采用刮浆法时，存在水泥浆未满刮，甚至在板材底面出现点刮或者条刮的现象，该情图 1 站台设备侵限的原因分析站台设备侵限侧立面粉刷层空鼓断裂外凸侵限站台帽石松动外移侵限施工工艺长期受振动和踩踏站台面层下方填方不密实引发的不均匀沉降环境变化工务部门轨道线路整治引起的限界变化59 现代城市轨道交通3/2024 MODERN URBAN TRANSIT技术装备技术装备基于影响因素分析的高铁站台设备防侵限研究况下，帽石铺设后与结合层的粘结力大幅降低，形成空鼓离层。此外，若在帽石铺贴后，砂浆的粘结强度还未达到时就进行下一道工序，作业人员在刚铺好的站台面板材上方走动，造成粘结力下降。3.1.3 长期受振动和踩踏列车通过时产生的巨大振动对站台帽石进行长期反复作用也可引起离层松动和外移现象。站台旅客的长期踩踏也是一项次要因素。3.1.4 填方不密实引发的不均匀沉降站台面层下方填方不密实同样会引发不均匀沉降。站台铺面下有 100 mm 厚的钢筋混凝土基层，若其下方填筑不密实，不均匀下沉时带动钢筋混凝土基层不均匀沉降，导致站台面铺装层出现不平整或局部下沉现象，站台帽石也会呈现起伏高差，对粘接质量产生一定影响。3.2 侧立面找平层空鼓断裂外凸侵限分析站台结构外缘与线路中心的水平距离一般控制在 1 750 1 780 mm 之间。基层混凝土外缘结构施工尺寸控制不好时，铺贴帽石前经常会发现结构层侵限，施工单位处理时将侵限混凝土结构层切除或凿除，留下凹凸不平的侧面，铺设帽石后一般会将不平整的结构层直接用砂浆进行修补平整。但因修补砂浆与结构层间粘结处无有效的骨架支撑，且找平层薄厚不一，易留下找平砂浆断裂或脱落的安全隐患。3.3 工务部门轨道线路整治引起的限界变化分析工务部门对有砟股道站线线路进行起拔道、大机捣固等维修养护作业时，线路的标高及水平发生变化，从而造成与站台边沿的限界数据变化，作业后可能出现限界不满足技规要求的情况。站线养护施工作业需要房建、工务部门合作开展，共同控制站台限界，既要保证工务维修的需求又能保证行车安全。铁路局集团公司管理部门明确要求，工务部门在线路起拔道或其他维修作业时，需要站台设备管理单位配合共同测量站台限界，以确保线路的维修不至于造成侵限的安全问题。3.4 站台设备侵限原因及影响因素统计分析根据对 16 个车站共 28 处站台设备侵限原因进行统计分析发现，站台帽石松动外移是最主要原因，占比 64%，侧立面找平层空鼓断裂外凸和工务部门轨道线路整治引起的限界变化是次要原因，分别占比 29%和 7%。站台帽石松动外移侵限原因又分为不同的情况，包括环境变化、施工工艺、长期受振动和踩踏、站台面层下方填方不密实引发的不均匀沉降等，各影响因素占比如图 2 所示。由占比数据可见，施工工艺和环境变化是站台帽石松动侵限的主要影响因素，长期受振动和踩踏、填方不密实是次要影响因素。28%44%11%17%环境变化施工工艺长期受振动和踩踏站台面层下方填方不密实引发的不均匀沉降图 2 站台帽石松动外移侵限各影响因素分析4 站台侵限的整治解决方案根据对已开通运营的高铁站站台限界的管理经验，以及站台设备侵限故障种类的统计分析，常见站台设备侵限类型大约有 3 种：一是站台帽石松动外移，二是不均匀沉降引起结构变形侵入限界，三是站台边沿侧立面找平层空鼓外凸。通过近几年的实践总结，解决站台侵限的通常做法包括：加固站台帽石、部分凿除、整体切割，具体应对措施如图 3 所示。图 3 站台侵限的整治解决方案站台设备侵限整治部分凿除加固站台帽石站台帽石钻孔插钢筋对松动的帽石采用打胶应急处理空鼓的帽石整体拆除后原样恢复整体切割60MODERN URBAN TRANSIT 3/2024 现代城市轨道交通技术装备技术装备4.1 加固站台帽石施工工艺造成的站台帽石松动外移需要从过程管理上严格把控施工质量。出现问题后，对站台帽石的加固通常有 3 种处理方式：一是对空鼓的帽石整体拆除后进行原样恢复（与建设时期的施工工艺相同）；二是在站台帽石中钻孔植筋，即在松动但尚未侵入限界的帽石面钻孔，并进行打钢扦固定，防止帽石继续外移；三是对松动的帽石采用应急方式处理，如打石头胶、打泡沫胶等。4.2 部分凿除对站台侵入限界的部分进行凿除时一般使用电镐，但该工艺会导致工作面不平整，作业后整个站台侧立面凹凸不平。站台侵限整治按规定凿除后不允许再进行粉刷，侵限部位凿除后不影响正常使用，但观感较差，如图 4 所示。4.3 整体切割经限界测量仪器测量后发现站台设备侵入技规限界要求时，采取对站台帽石及结构层进行整体切割的方法进行处理，即使用切割机将侵入限界的部分整体切除。该方法可提高整治效率，在切割直线站台时效果尚可，但对曲线站台切割后站台外沿线形难以达到圆顺要求，影响观感。5 站台侵限的预防控制措施有效预防站台帽石、侧立面层侵限，或延长站台设备设施的维修周期，是管理部门关注的核心问题。解决问题的关键在于采取事前控制手段，经管理部门多次试验攻关，系统提出了通过控制站台帽石向外滑移、减少侧立面找平层以达到预防站台侵限的效果，具体技术措施如图 5 所示。（1）在花岗岩站台帽石平行于短边方向、帽石长约1/3 位置处的底部开一条 5 mm 宽、10 mm 深、200 mm长的卡槽，在该卡槽内以胶粘方式嵌入 1 条与之尺寸相等的扁铁，所嵌扁铁的外露宽度不小于 25 mm。由于扁铁已插入干硬性砂浆层内，当帽石底部发生与粘结层的离层空鼓时，卡槽内扁铁仍卡在砂浆结合层内，可有效防止帽石向外侧滑移。具体工艺如图 6 所示。（2）对站台帽石底部采取拉槽方式，即沿花岗岩帽石的短边方向进行拉槽，拉槽规格 5 mm30 mm 600 mm（深度 宽度 长度），相邻槽间距 50 mm，该工艺可增加底面与粘结层的接触面摩擦力，同时增强粘结力。通过拉槽，防止帽石与粘结层脱开后向外滑移。（3）在帽石底部中间位置钻 2 孔，孔距约 200 mm 左右，在 2 孔中插入直径 6 mm 的 U 型钢筋，插入帽石的钢筋两端采用石头胶进行胶粘。在安装过程中将 U 型钢筋伸入干性砂浆层中，与干性砂浆形成一体，以防止帽石向外滑移松动。现场工艺如图 7 所示。（4）在站台墙的结构层施工后、帽石铺装施工前，在站台墙翼沿增设 1 道带铁丝网或钢筋网的细石混凝土冲劲带，或者在站台墙混凝土浇筑的同时，将沿口外沿站台设备侵限预防帽石底部拉槽帽石底部嵌入扁铁帽石底部插入U型钢筋站台翼沿外侧增设一道细石混凝土冲劲带图 5 站台侵限的整治解决方案图 6 帽石底部嵌入扁铁基于影响因素分析的高铁站台设备防侵限研究侧立面剥落图 4 某高铁站台侧立面61 现代城市轨道交通3/2024 MODERN URBAN TRANSIT技术装备技术装备制作成一个向上泛口，与站台墙整体浇筑成形，将侧立面做成整体以防止干性砂浆边沿剥落。现场工艺如图 8所示。界变化是次要原因。其中对于主要原因的站台帽石松动外移侵限，施工工艺和环境变化是其主要影响因素，长期受振动和踩踏、站台面层下方填方不密实引发的不均匀沉降是其次要影响因素。（2）施工工艺以及填方不密实导致不均匀沉降造成的站台帽石松动外移一方面要从过程上严格把控施工质量，另一方面也要进行施工工艺的完善和创新。长期受振动和踩踏主要通过合理的人工引导和地面标识等管理措施尽量减少对站台帽石的影响。（3）目前对站台设备侵限的整治主要采用加固站台帽石、部分凿除、整体切割等方法，其中加固站台帽石又包括对空鼓帽石整体拆除后原样恢复、站台帽石钻孔植钢筋、对松动的帽石采用打胶应急处理等。（4）对站台设备侵限的预防，可采用站台帽石底部嵌入扁铁、帽石底部拉槽、帽石底部插入 U 型钢筋以及站台翼沿外侧增设细石混凝土冲劲带等方法。以上措施经实践证明，较好地解决了帽石外移及侧立面层外凸问题，有效地解决了站台设备侵限问题。参考文献1 中国铁路总公司.铁总运 2014 60 号 铁路运输房建设备大修维修规则Z.2014.2 TB 10423-2020 铁路站场工程施工质量验收标准S.2020.3 中国铁路总公司.铁路技术管理规程M.北京:中国铁道出版社,2017.China Railway Corporation.Technical Management Regulations for RailwayM.Beijing:China Railway Press,2017.4 周斌,胡强,张克能,等.高速铁路车站站台侵限问题质量安全治理J.安徽建筑,2021,28(06):131-132+136.ZHOU Bin,HU Qiang,ZHANG Keneng,et al.Quality and safety 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areas has emerged as a critical issue.This article employs statistical analysis,calculations,and examination of factors contributing to equipment intrusions,such as the loosening and outward displacement of the platform capstone and the convex leveling layer of side facades on high-speed railway platforms.By identifying the primary causes and influencing factors,this article provides targeted remediation solutions and prevention-control measures.The results of the analysis indicate that the loosening and outward displacement of platform capstones constitute the primary reasons for intrusion limitations,with changes in construction technology and environmental conditions serving as the key influencing factors.Remediation methods for platform equipment intrusion primarily involve reinforcing the platform capstone,as well as partial chiseling and integral cutting.To prevent platform equipment from encroaching upon limits,effective measures include embedding flat iron at the bases of platform capstones,pulling grooves at the bottom of capstones,inserting U-shaped steel bars at the bottom of capstones,and adding fine stone concrete impulse belts to the outside of platform wing edges.These measures have proved to be effective in practical applications.Keywords:high-speed railway,railway clearance,platform capstone,side facade leveling layer,influencing factor,statistical analysis