武廣客運(yùn)專(zhuān)線路基沉降規(guī)律研究

宋忠平，朱忠林，趙宏博

( 1．武廣客運(yùn)專(zhuān)線有限責(zé)任公司，湖北武漢　430060; 2．中國(guó)鐵道科學(xué)研究院鐵道建筑研究所，北京　100081)

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武廣客運(yùn)專(zhuān)線路基沉降規(guī)律研究

宋忠平1，朱忠林2，趙宏博1

( 1．武廣客運(yùn)專(zhuān)線有限責(zé)任公司，湖北武漢430060; 2．中國(guó)鐵道科學(xué)研究院鐵道建筑研究所，北京100081)

摘要:路基沉降變形控制對(duì)高鐵安全穩(wěn)定地運(yùn)行起到非常重要的作用。本文利用我國(guó)較早建成的武廣客專(zhuān)大量的路基沉降觀測(cè)數(shù)據(jù)，尤其是運(yùn)營(yíng)期間的沉降數(shù)據(jù)，分析武廣客專(zhuān)建設(shè)期間與運(yùn)營(yíng)期間路基的沉降規(guī)律，重點(diǎn)分析了過(guò)渡段沉降對(duì)運(yùn)營(yíng)線路的影響，同時(shí)探討了過(guò)渡段、路基段沉降與地基處理的關(guān)系，可為高鐵建設(shè)中的沉降控制提供參考。

關(guān)鍵詞:武廣客專(zhuān)沉降變形沉降規(guī)律過(guò)渡段路基

高速鐵路線下基礎(chǔ)的微小變形均會(huì)對(duì)線路平順性產(chǎn)生較大的影響，因此對(duì)線下路基的穩(wěn)定性要求高。路基在線路中的空間位置、支撐作用決定了其出現(xiàn)問(wèn)題后修復(fù)起來(lái)相當(dāng)困難。路基穩(wěn)定性主要考慮其工后沉降及沉降差異程度的影響。

探討高速鐵路線下工程沉降變形觀測(cè)與評(píng)估方法的文獻(xiàn)較多。文獻(xiàn)［1］提出了無(wú)砟軌道工后沉降變形觀測(cè)評(píng)估的集成理念，系統(tǒng)地總結(jié)了線下結(jié)構(gòu)物沉降變形觀測(cè)的相關(guān)技術(shù)和監(jiān)測(cè)常用方法;文獻(xiàn)［2-3］闡述了各類(lèi)路基沉降觀測(cè)與評(píng)估方法的優(yōu)缺點(diǎn);文獻(xiàn)［4］介紹了鐵路客運(yùn)專(zhuān)線沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)管理與分析預(yù)測(cè)集成系統(tǒng);文獻(xiàn)［5］結(jié)合武廣鐵路客運(yùn)專(zhuān)線沉降觀測(cè)情況，對(duì)精度控制進(jìn)行了探討，總結(jié)出一種能提高客運(yùn)專(zhuān)線沉降觀測(cè)精度的方法。目前關(guān)于這方面的討論層出不窮。

我國(guó)高速鐵路建設(shè)過(guò)程中，先是對(duì)地基處理方式、施工期沉降觀測(cè)進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計(jì)，之后在鋪軌前又引入了沉降評(píng)估技術(shù)。目前我國(guó)高速鐵路已形成網(wǎng)絡(luò)，有必要對(duì)路基沉降變形方面取得的效果和積累的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行總結(jié)。武廣客運(yùn)專(zhuān)線在我國(guó)建成運(yùn)營(yíng)比較早，其路基所占比例較大，跨鄂、湘、粵三省，地形、地質(zhì)條件復(fù)雜，地基處理形式齊全，過(guò)渡段路基較多。本文依據(jù)該線路基沉降觀測(cè)資料分析研究其運(yùn)營(yíng)前后的路基沉降規(guī)律，對(duì)于高鐵路基沉降控制設(shè)計(jì)、路基施工、沉降觀測(cè)、評(píng)估和養(yǎng)護(hù)維修具有借鑒意義。

1武廣客專(zhuān)路基的多樣性

路基本體由散粒體材料組成，基下地基的地質(zhì)條件存在很多不確定因素，因此，路基是整個(gè)線路結(jié)構(gòu)中最薄弱、最不穩(wěn)定的環(huán)節(jié)，是軌道變形的主要來(lái)源。武廣客專(zhuān)所經(jīng)過(guò)的地區(qū)地質(zhì)條件極為復(fù)雜，因此路基設(shè)計(jì)是多樣化的。

在路基工程設(shè)計(jì)方面，武廣客專(zhuān)參考國(guó)內(nèi)外相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，吸取國(guó)外無(wú)砟軌道建設(shè)經(jīng)驗(yàn)及咨詢(xún)成果，進(jìn)行了關(guān)鍵技術(shù)的科研攻關(guān)。武廣客專(zhuān)路基設(shè)計(jì)中提出了新的勘察設(shè)計(jì)理念，并把路基按土工構(gòu)筑物進(jìn)行設(shè)計(jì)，形成了多層結(jié)構(gòu)的無(wú)砟軌道路基形式。

在控制軌道平順性設(shè)計(jì)方面，武廣客專(zhuān)不再以強(qiáng)度作為路基設(shè)計(jì)的主要控制條件。考慮到在達(dá)到破壞強(qiáng)度前，路基可能已經(jīng)出現(xiàn)了較大的有害變形，將路基的沉降變形作為路基設(shè)計(jì)的主要控制因素。同時(shí)，充分考慮了路基與相鄰構(gòu)筑物的變形和剛度的協(xié)調(diào)、統(tǒng)一，在設(shè)計(jì)時(shí)采用了一系列新技術(shù)、新結(jié)構(gòu)、新材料。在路基結(jié)構(gòu)形式選擇、填料選擇、過(guò)渡段路基設(shè)計(jì)、高標(biāo)準(zhǔn)沉降控制、站后結(jié)構(gòu)物接口等方面應(yīng)用了創(chuàng)新技術(shù)。

武廣客運(yùn)的路基類(lèi)型分為軟土路基、巖溶路基、陡坡路基、深路塹路基、水塘路基、浸水路基等，也有各種類(lèi)型共存的復(fù)雜路基，多達(dá)20種，如圖1所示。

武廣客專(zhuān)地基處理措施比較多，如挖除換填、CFG樁復(fù)合地基、旋噴樁處理地基、攪拌樁處理地基、樁—網(wǎng)結(jié)構(gòu)復(fù)合地基、樁—板結(jié)構(gòu)復(fù)合地基、沖擊壓實(shí)地基、注漿處理地基等。

圖1路基工點(diǎn)分布

2武廣客專(zhuān)建設(shè)期間的沉降變形

2. 1路基沉降總體情況

武廣客專(zhuān)對(duì)線下路基、橋涵、隧道等工程的工后沉降、沉降差和線路折角均采用嚴(yán)格的控制標(biāo)準(zhǔn)，全線工后沉降變形須小于無(wú)砟軌道調(diào)整限值( 15 mm)。為了滿(mǎn)足以上要求，多采用了CFG樁、強(qiáng)夯、注漿、旋噴樁等多種措施對(duì)原地基進(jìn)行加固處理。這就決定了線下工程沉降變形的量級(jí)很小，對(duì)沉降水準(zhǔn)的測(cè)量精度要求較高。沉降變形觀測(cè)網(wǎng)按三等變形測(cè)量等級(jí)技術(shù)要求建立，沉降變形觀測(cè)點(diǎn)的水準(zhǔn)測(cè)量采用二等變形觀測(cè)測(cè)量技術(shù)要求。沉降水準(zhǔn)的測(cè)量精度為±0. 1 mm，讀數(shù)取位至0. 01 mm。

從目前武廣客專(zhuān)路基沉降變形觀測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)看，除部分軟土路基堆載預(yù)壓段的地基沉降變形達(dá)到40～50 mm以外，大部分路基基底沉降變形＜15 mm，可見(jiàn)武廣客運(yùn)專(zhuān)線線下工程的實(shí)測(cè)沉降變形的量級(jí)較小。

由于沉降變形的量級(jí)小，停載后沉降變形的增量更小。由現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)條件的限制所造成的系統(tǒng)誤差與沉降變形增量基本處于同一量級(jí)上，較小的測(cè)量誤差都會(huì)引起觀測(cè)數(shù)據(jù)出現(xiàn)較大的波動(dòng)。這增加了沉降預(yù)測(cè)分析評(píng)估工作的難度。武廣客運(yùn)專(zhuān)線的觀測(cè)數(shù)據(jù)出現(xiàn)跳躍(包括跌落和上升)或連續(xù)幾個(gè)沉降觀測(cè)數(shù)據(jù)變化趨勢(shì)與常規(guī)相反(沉降加速或發(fā)生隆起)的情況較多，反映了沉降量級(jí)小的觀測(cè)數(shù)據(jù)的相對(duì)波動(dòng)較大的特點(diǎn)。

武廣客專(zhuān)在主體完工后3個(gè)月繼續(xù)觀測(cè)，觀測(cè)值上下波動(dòng)幅度≤3 mm，沉降增量＜2 mm。

由于測(cè)得的沉降波動(dòng)幅度過(guò)小，采用曲線擬合方法所得相關(guān)系數(shù)過(guò)小，不滿(mǎn)足規(guī)范要求。若最后4次(觀測(cè)時(shí)間不少于1個(gè)月)觀測(cè)未出現(xiàn)連續(xù)下沉現(xiàn)象，則對(duì)這些測(cè)點(diǎn)不予擬合分析。

對(duì)于路基面觀測(cè)樁、涵洞、隧道和橋梁墩臺(tái)當(dāng)觀測(cè)沉降量＜1 mm時(shí)，沉降實(shí)測(cè)值與水準(zhǔn)觀測(cè)系統(tǒng)誤差接近，故預(yù)測(cè)分析評(píng)估時(shí)未對(duì)其最終沉降和工后沉降進(jìn)行計(jì)算，認(rèn)為工后沉降已滿(mǎn)足《客運(yùn)專(zhuān)線鐵路無(wú)砟軌道鋪設(shè)條件評(píng)估技術(shù)指南》(下稱(chēng)《指南》)要求［6］。在過(guò)渡段折角評(píng)估方面，當(dāng)結(jié)構(gòu)物和相鄰路基觀測(cè)沉降量均＜1 mm且后期沉降趨于穩(wěn)定時(shí)，工后沉降均未作推算，在進(jìn)行過(guò)渡段分析時(shí)，認(rèn)定該過(guò)渡段工后沉降及差異沉降(會(huì)引起沿線路方向的折角)滿(mǎn)足《指南》要求。

2. 2沉降變形典型情況

武廣客專(zhuān)填筑過(guò)程中，沉降變形的發(fā)展趨勢(shì)可分為3類(lèi)典型情況。

1)Ⅰ類(lèi)曲線

主要特征:路基填筑期間沉降變形明顯增長(zhǎng)，填筑完成后沉降速率逐步減小，沉降變形在6個(gè)月內(nèi)已基本趨于穩(wěn)定。沉降過(guò)程表現(xiàn)為較平滑、規(guī)律的收斂曲線，如圖2( a)所示。

對(duì)于符合Ⅰ類(lèi)曲線的路基段，在填筑完成6個(gè)月后即可判定為沉降穩(wěn)定。但對(duì)于嚴(yán)重影響整體施工進(jìn)度的特殊工點(diǎn)，在沉降變形趨勢(shì)已基本穩(wěn)定且路基沉降觀測(cè)達(dá)4個(gè)月以上時(shí)進(jìn)行了沉降評(píng)估，之后在后續(xù)施工階段仍繼續(xù)觀測(cè)該段路基的沉降。

2)Ⅱ類(lèi)曲線

主要特征:在路基填筑完成后沉降逐步趨于穩(wěn)定的過(guò)程中，沉降變形出現(xiàn)突然增長(zhǎng)，沉降速率明顯變大，之后又逐步趨于穩(wěn)定。沉降過(guò)程表現(xiàn)為具有明顯拐點(diǎn)、呈臺(tái)階狀發(fā)展的收斂曲線。如圖2( b)所示的測(cè)量點(diǎn)，路基填筑完成后，沉降很快趨于穩(wěn)定，但在填筑完成4～5個(gè)月期間，沉降變形出現(xiàn)突然增長(zhǎng)，之后又逐步趨于穩(wěn)定。對(duì)出現(xiàn)這類(lèi)沉降趨勢(shì)的路基段，在沉降突變后繼續(xù)觀測(cè)2～3個(gè)月，待沉降趨勢(shì)基本穩(wěn)定后才進(jìn)行評(píng)估。

3)Ⅲ類(lèi)曲線

主要特征:路基填筑期間沉降變形開(kāi)始增長(zhǎng)，填筑完成后沉降變形繼續(xù)發(fā)展，沉降速率未明顯減小，在填筑完成6個(gè)月后未見(jiàn)穩(wěn)定趨勢(shì)，如圖2( c)所示。出現(xiàn)此類(lèi)沉降趨勢(shì)的路基段，暫時(shí)無(wú)法判斷其沉降的穩(wěn)定性。沉降評(píng)估時(shí)聯(lián)合設(shè)計(jì)、建設(shè)、施工單位共同分析影響沉降的因素，采取相應(yīng)的處理措施。同時(shí)延長(zhǎng)觀測(cè)期并加強(qiáng)后期觀測(cè)，再科學(xué)合理地判斷其沉降變化趨勢(shì)，從而確定沉降是否穩(wěn)定。

圖2沉降變形發(fā)展趨勢(shì)的3類(lèi)曲線

3　運(yùn)營(yíng)期間沉降變形

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查情況并結(jié)合軌檢車(chē)檢測(cè)結(jié)果與工務(wù)部門(mén)提供的資料，對(duì)武廣客專(zhuān)路基沉降進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果表明，由于路基沉降影響線路平順性的區(qū)段主要有兩種情況:①過(guò)渡段，包括橋路過(guò)渡段、路涵過(guò)渡段、路隧過(guò)渡段、半挖半填過(guò)渡區(qū);②受外界環(huán)境影響的區(qū)段，如倒虹吸工程附近、水塘路基等。線路沉降變形以第1種情況為主。

3. 1過(guò)渡段沉降的影響

過(guò)渡段引起的差異沉降可分為淺部沉降和深層沉降。這兩種沉降也可能同時(shí)存在。

對(duì)武廣客專(zhuān)過(guò)渡段進(jìn)行了特殊設(shè)計(jì)，填料采用級(jí)配碎石進(jìn)行過(guò)渡。在過(guò)渡段填筑的過(guò)程中采用了大型機(jī)械與小型設(shè)備相結(jié)合的方式進(jìn)行碾壓，因此淺部沉降的可能性很小。由于地質(zhì)條件與地基處理方式不同，深層沉降普遍存在。深層沉降發(fā)生在地基下的壓縮層，其埋深較厚，因此局部壓縮層沉降反映到路基上的范圍一般較大。

過(guò)渡段與結(jié)構(gòu)物的差異沉降影響到了線路的平順性，需要進(jìn)行調(diào)整。由武廣客專(zhuān)工務(wù)部門(mén)的軌道調(diào)整情況可知，路基沉降影響單個(gè)過(guò)渡段的長(zhǎng)度可達(dá)80 m。

武廣客專(zhuān)連續(xù)幾個(gè)過(guò)渡段距離較近時(shí)，路基沉降引起軌道不平順的情況比較普遍。由于過(guò)渡段之間距離較短，單個(gè)過(guò)渡段的影響范圍存在相互重疊的部分，此時(shí)，在線路縱向表現(xiàn)為幾個(gè)過(guò)渡段覆蓋的整個(gè)范圍內(nèi)均出現(xiàn)軌道不平順性問(wèn)題。如在DK1260 + 742—DK1261 + 402有1個(gè)涵洞與2座橋(下余角海1號(hào)中橋、下余角海21號(hào)中橋)，有4個(gè)連續(xù)的過(guò)渡段且距離較近。由于這4個(gè)過(guò)渡段均有沉降發(fā)生且影響范圍相互重疊，因此這4處過(guò)渡段覆蓋范圍均受沉降變形影響，工務(wù)部門(mén)順坡調(diào)整長(zhǎng)度達(dá)到660 m。

過(guò)渡段沉降發(fā)生的部位較深，在線路上表現(xiàn)出的差異沉降值也是漸變的，出現(xiàn)突然錯(cuò)臺(tái)的可能性小。從現(xiàn)場(chǎng)看，對(duì)護(hù)肩、擋土墻、排水溝、邊坡結(jié)構(gòu)的影響不大，一般不會(huì)造成嚴(yán)重的結(jié)構(gòu)破壞，路基面瀝青混凝土防水層與無(wú)砟軌道支承層產(chǎn)生脫縫的現(xiàn)象很少，軌道板與支承層、支承層與路基面離縫的現(xiàn)象也不多。

過(guò)渡段沉降一般主要造成線路縱向上的不平順，對(duì)左右高低與軌向產(chǎn)生的影響不明顯。

3. 2過(guò)渡段沉降與地基處理的關(guān)系

武廣客專(zhuān)過(guò)渡段沉降與地基處理類(lèi)型有關(guān)，已發(fā)生沉降的過(guò)渡段地基絕大多數(shù)處于換填區(qū)段。如K1564 + 634路涵過(guò)渡段基底采取挖除換填的處理方式，在運(yùn)營(yíng)過(guò)程中由于沉降出現(xiàn)軌道不平順，如圖3所示。

圖3 K1564 + 634涵洞過(guò)渡段沉降曲線

過(guò)渡段沉降變形影響軌道不順性在沖擊壓實(shí)地基處理區(qū)段也有發(fā)生，在復(fù)合地基處理區(qū)段出現(xiàn)沉降的情況較少。

3. 3路基段沉降與地基處理的關(guān)系

武廣客專(zhuān)地基處理措施比較多，通過(guò)測(cè)量不同地基處理方式對(duì)應(yīng)的不均勻沉降，可分析路基段不均勻沉降與地基處理措施的關(guān)系。

路基段不均勻沉降主要發(fā)生在換填區(qū)段。如K2091 + 100—K2091 + 400路基段地基處理方式為旋噴樁加固、換填兩種方式。其中換填段在運(yùn)營(yíng)過(guò)程中出現(xiàn)了沉降變形情況，如圖4所示。

圖4 K2091 + 100處路基沉降情況

4　結(jié)語(yǔ)

路基在高速鐵路安全穩(wěn)定運(yùn)營(yíng)中起到關(guān)鍵作用，從運(yùn)營(yíng)、維修、養(yǎng)護(hù)的角度出發(fā)，必須保證建成的路基達(dá)到工后沉降和差異沉降的要求。在我國(guó)高鐵建設(shè)的初期，關(guān)于沉降觀測(cè)與評(píng)估方面的討論較多。隨著高鐵不斷地投入運(yùn)營(yíng)，總結(jié)高鐵線下工程沉降控制的實(shí)際效果越來(lái)越重要。本文結(jié)合武廣客專(zhuān)大量的沉降觀測(cè)數(shù)據(jù)，尤其是運(yùn)營(yíng)期間的沉降數(shù)據(jù)，重點(diǎn)分析了過(guò)渡段沉降對(duì)運(yùn)營(yíng)線路的影響，同時(shí)探討了過(guò)渡段、路基段的沉降與地基處理方式的關(guān)系，可為高鐵的沉降控制提供借鑒。

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(責(zé)任審編李付軍)

Study on settlement law of subgrade of Wuhan-Guangzhou passenger dedicated railway

SONG Zhongping1，ZHU Zhonglin2，ZHAO Hongbo1

( 1．Wuhan-Guangzhou Passenger Dedicated Railway Co．，Ltd．，Wuhan Hubei 430060，China; 2．Railway Engineering Research Institute，China Academy of Railway Sciences，Beijing 100081，China)

Abstract:Subgrade settlement deformation control plays a very important role for high speed railway safe and steady operation．Based on a large amount of subgrade settlement observation data in Wuhan-Guangzhou passenger dedicated railway，especially the data during the operation period，the rules of subgrade settlement during construction and operation period in Wuhan-Guangzhou railway passenger dedicated railway were summarized，with emphasis on the influence of transition section settlement，the relationships among transition section settlement，subgrade settlement and foundation treatment．All above provide an important reference for high speed railway settlement control during construction．

Key words:Wuhan-Guangzhou railway passenger dedicated railway; Settlement deformation; Settlement rules; T ransition section; Subgrade

文章編號(hào):1003-1995( 2016) 02-0088-04

作者簡(jiǎn)介:宋忠平( 1966—)，男，高級(jí)工程師。

基金項(xiàng)目:鐵道部科技研究開(kāi)發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目( 2012G009-D) ;中國(guó)鐵路總公司專(zhuān)項(xiàng)基金( J2015C007) ;中國(guó)鐵路總公司科技研究開(kāi)發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目( 2014G003-D2，2014G003-B3，2014G003-A4，2013G004-B，2014G003-D)

收稿日期:2015-10-20;修回日期: 2015-11-22

中圖分類(lèi)號(hào):U213．1+57

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

DOI:10．3969 /j．issn．1003-1995．2016．02．22