現(xiàn)代有軌電車路基塌陷成因分析及治理

徐文龍

（中鐵第六勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，天津 300308）

現(xiàn)代有軌電車路基塌陷成因分析及治理

徐文龍

（中鐵第六勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，天津 300308）

文章采用有限元軟件Midas GTS模擬路基塌陷變形過程，并對沉降結(jié)果進(jìn)行分析，從而對路基塌陷變形產(chǎn)生的機(jī)理進(jìn)行分析總結(jié)；同時(shí)將數(shù)值模擬結(jié)果與現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析，找出其變形原因，提出分階段、分時(shí)序壓力注漿并結(jié)合截水帷幕等措施進(jìn)行聯(lián)合整治。

現(xiàn)代有軌電車；路基塌陷；成因分析；治理措施

2015-06-16，其現(xiàn)代有軌電車路基軌行區(qū)一側(cè)約3 m區(qū)域突然坍塌，形成一個(gè)地表直徑約10 m的漏斗形狀的塌陷區(qū)域，電纜井底部基礎(chǔ)懸空，大量積水涌入洞穴，從路基另一側(cè)的地下車輛段基坑底部流出，雖然該事故無人員傷亡，但引起了社會的廣泛關(guān)注。軌道交通停運(yùn)會帶來較大的社會影響，在連續(xù)暴雨天氣影響的情況下，無法進(jìn)行鉆探、物探的常規(guī)性勘察工作，為此文章結(jié)合通過有限元軟件Midas GTS模擬路基塌陷產(chǎn)生的機(jī)理，對路基塌陷的成因進(jìn)行了科學(xué)分析并提出治理方案［1］。

1 三維模擬

由于現(xiàn)代有軌電車車輛段二期基坑工程未按期施工，又遇到連續(xù)強(qiáng)降雨，路基大面積積水，附近水流匯集車輛段基坑，路基本體沖刷嚴(yán)重。

結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際，經(jīng)過簡化，以工程施工圖剖面建立模型，如圖1所示。

圖1 數(shù)值化模型及位移結(jié)果圖

整個(gè)模型長15 m（y方向），寬13.5 m（x方向），高18 m（z方向），共有16 816個(gè)節(jié)點(diǎn)，列車荷載為20 kPa，土體模型采用摩爾-庫侖準(zhǔn)則，整體道床和筏板基礎(chǔ)采用彈性準(zhǔn)則［2］。

根據(jù)現(xiàn)場情況以及模型檢算推測，此次地表沉陷是由于地層內(nèi)部土體塌陷而引起的，根據(jù)地表沉陷面積以及混凝土灌注量，可以初步確定塌陷區(qū)土方約250 m3，因此，其內(nèi)部的土體運(yùn)動破壞情況應(yīng)該大于地表呈現(xiàn)的情況。

為了弄清楚有軌電車路基范圍內(nèi)的土體的位移，通過Midas GTS模擬路基塌陷產(chǎn)生的機(jī)理，軌道面測得最大位移為2.22×10-4m，沉降不大且整體道床未塌陷，但路基本體呈現(xiàn)不穩(wěn)定狀態(tài)，究其原因主要是整體道床（0.65 m）和筏板基礎(chǔ)（0.4 m）與車輛段端部混凝土呈現(xiàn)空間桁架結(jié)構(gòu)，必須及時(shí)、迅速提出路基塌陷治理方案。

表1 物理參數(shù)表

2 病害分析

（1）路基塌陷主要原因是現(xiàn)代有軌電車車輛段二期基坑未能如期施工，造成路基一側(cè)懸空面相對高差約9 m，形成高強(qiáng)度水位差。在潛水長期滲透作用下，滲流通道逐漸向地表發(fā)展，路基本體被掏空，同時(shí)由于連續(xù)強(qiáng)降雨導(dǎo)致本區(qū)域大面積積水，引起地表塌陷［2］。

（2）路基過渡段填料采用二灰土等細(xì)粒土，未采用級配碎石+3%～+5%的水泥［3］滲水土填料，因而路基土富含水不能及時(shí)排出，形成較高的水位差，且施工單位在此處壓實(shí)不嚴(yán)，填料更容易被掏空。

（3）外部電力線穿入電纜井時(shí)未采用套管，且無任何防水措施，電纜井積水后浸泡路基本體，影響路基的穩(wěn)定。

3 整治方案

因現(xiàn)代有軌電車停止運(yùn)營，社會影響較大，必須盡快滿足列車開通運(yùn)營條件，故對路基塌陷段分2階段加固。第1階段主要目的是滿足列車在減速情況下能安全通過塌陷區(qū)域；第2階段進(jìn)行永久性加固，路基塌陷加固如圖2所示。

3.1 第1階段加固

（1）排除積水

開挖臨時(shí)排水溝，疏通附近市政管網(wǎng)，迅速排除路面及綠化帶積水。

（2）混凝土封堵塌陷空間

路基南側(cè)因雨水沖刷而成的集水坑采用混凝土及時(shí)封堵。線路北側(cè)冠梁處采用混凝土加固，施工采用頂部開孔，側(cè)模封閉。澆筑時(shí)須采取有效施工措施引導(dǎo)混凝土充盈洞內(nèi)。

（3）注漿密實(shí)

壓力注漿可提高地基承載力，減小地基整體沉降和不均勻沉降［4-5］。注漿范圍以圍護(hù)樁為起點(diǎn)，順路線方向15 m，縱向間距1.5 m，橫向間距2.0～3.4 m，深度至基坑底板不小于1.0 m。注漿液采用425#純水泥漿，注漿前應(yīng)做注漿試驗(yàn)，水灰比為1.5∶1～1∶1；注漿應(yīng)先用稀漿，洗孔后再用濃漿；應(yīng)采用小型封閉壓力泵，壓力不大于1.0 MPa，壓力由小到大慢慢增加。加固孔實(shí)施應(yīng)由導(dǎo)管跟進(jìn)，填料為碎石，采用套管封堵。

圖2 路基塌陷平面加固示意圖

（4）監(jiān)測

注漿過程需全程監(jiān)控軌道標(biāo)高，控制好注漿壓力，防止出現(xiàn)地表隆起現(xiàn)象。若出現(xiàn)注漿水泥后期收縮，應(yīng)及時(shí)補(bǔ)注，通車后必須繼續(xù)監(jiān)測直至穩(wěn)定。

3.2 第2階段加固

鑒于有軌電車車輛段二期基坑及附近道路短期內(nèi)無實(shí)施計(jì)劃，須對路基本體區(qū)域永久性加固，以滿足列車運(yùn)營安全的要求。

（1）排水措施

為防止路基長期積水，須在臨時(shí)道路南側(cè)和基坑頂部設(shè)置排水溝，并與市政管道銜接，避免線路及車輛段基坑長期積水，對既有工程安全造成影響。軌行區(qū)周圍綠化區(qū)域比附近道路低，導(dǎo)致積水嚴(yán)重，建議夯實(shí)并加高此區(qū)域，但不高于軌面標(biāo)高，且在綠化底部設(shè)置一層防水土工布。

（2）截水帷幕

路基易積水路段采取隔水、防水措施，防止地下水位高差而導(dǎo)致水土流失，產(chǎn)生地表塌陷，造成危險(xiǎn)隱患。路基南側(cè)采用三重高壓旋噴樁止水，直徑0.8 m，樁搭接0.3 m，順線路長度為15 m，樁長26 m，樁頂標(biāo)高為地面下0.5 m，采用P32.5硅酸鹽水泥，水灰比1.0，施工時(shí)須確保列車運(yùn)營及施工安全，加強(qiáng)監(jiān)測。截水帷幕設(shè)備的選取應(yīng)結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況，因三軸攪拌樁設(shè)備較大，占地面積大，影響列車通行，且設(shè)備用電荷載較大，對臨時(shí)用地場所要求較高，因此加固方案選擇三重高壓旋噴樁。

（3）邊坡防護(hù)

線路北側(cè)土堆較高路段采用1∶2.5放坡，與二期基坑護(hù)坡相銜接，底部直至冠梁頂部，表面噴射C20細(xì)石混凝土，厚度不小于10 cm，電纜井外側(cè)采用錐形坡進(jìn)行防護(hù)。

4 路基沉降觀測分析

2015-06-18～7-30對軌面進(jìn)行不定期沉降觀測，布置5個(gè)觀測點(diǎn)，分別為D1～D5（見圖2），間距為4 m。地基加固施工期每個(gè)監(jiān)測點(diǎn)每天測3次，施工完畢每3天監(jiān)測1次，連續(xù)監(jiān)測一個(gè)月，結(jié)果見圖3、圖4。

由圖3、圖4分析可知：

（1）除D1點(diǎn)單次豎向位移超過1 mm外，其他點(diǎn)檢測結(jié)果滿足路基沉降單次差值不超過1 mm，累計(jì)差值沉降不超過1 cm的穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)［6］，表明加固措施有效。分析D1點(diǎn)數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常的主要原因，與路基土質(zhì)填料和車輛段混凝土剛度過渡銜接有關(guān)，因此建議路基過渡段填筑設(shè)置級配碎石3%～5%的水泥倒梯形過渡，便于結(jié)構(gòu)物剛性過渡，減小軌道的疲勞破壞。

（2）施工期間局部觀測點(diǎn)有隆起現(xiàn)象，主要原因是注漿過程壓力大所致，因此施工過程應(yīng)嚴(yán)格控制注漿壓力，同時(shí)加強(qiáng)施工過程監(jiān)測，避免對軌道造成永久性傷害。

圖3 觀測點(diǎn)單次豎向位移統(tǒng)計(jì)圖

圖4 觀測點(diǎn)累計(jì)豎向位移統(tǒng)計(jì)圖

（3）監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示路基沉降單次差值不超過1 mm，累計(jì)差值沉降不超過1 cm，沉陷變形收斂，無繼續(xù)發(fā)展趨勢，標(biāo)志路基穩(wěn)定，可按照正常路基通車行駛。從治理的效果來看，采用壓力注漿、截水帷幕等分階段、分時(shí)段處理方案后，列車運(yùn)營過程無異常情況發(fā)生。

5 結(jié)語

對因水害導(dǎo)致路基塌陷類突發(fā)病害利用壓力注漿進(jìn)行整治，具有工程造價(jià)低、工期短、對行車運(yùn)營干擾小的特點(diǎn)，其加固效果明顯。根據(jù)現(xiàn)場情況，為滿足列車運(yùn)行不同階段的要求，分階段、多種加固措施聯(lián)合處理路基塌陷加固的方法是值得推薦。

［1］孫鈞，汪炳鑒.地下結(jié)構(gòu)有限元法分析［M］.上海：同濟(jì)大學(xué)出版社，1988.

［2］葉書麟，葉觀寶.地基處理［M］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，1997.

［3］TB10001—2005鐵路路基設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［4］覃柳華.壓力注漿法在黏土巖溶土洞加固中的應(yīng)用［M］.廣西土木建建筑，1999（4）：187-190.

［5］任紅旗.煤礦采空區(qū)鉆孔注漿治理工藝［J］.中國煤田地質(zhì)，2001（2）：102-104.

［6］胡一峰，李怒放.高速鐵路無咋軌道路基設(shè)計(jì)原理［M］.北京：中國鐵道出版社，2010.

Causes Analisis and Treatment for Modern Tram Roadbed Subsidence

Xu Wenlong
（China Railway Liuyuan Group Co., Ltd. Tianjin 300308, China）

In this paper, the subgrade subsidence deformation process is simulated by the finite element software Midas GTS, the settlement results, and the deformation mechanism of roadbed subsidence are analyzed. By comparing the results of numerical simulation and field monitoring data, the deformation reason is found, pressure grouting in stages and according to time seguence, as well as cutoff curtain measures are put forward.

modern tram; roadbed collapse; causes analysis; treatment measure

U239.3

B

1672-9889（2016）05-0084-03

2015-11-09）

徐文龍（1982-），男，湖北黃石人，工程師，主要從事軌道路基、勘察設(shè)計(jì)專業(yè)工作。