王興榮 溫曉鵬

(鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，天津 300142)

引入既有客運(yùn)專線新建車場(chǎng)路基設(shè)計(jì)

王興榮 溫曉鵬

(鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，天津 300142)

論述石濟(jì)客運(yùn)專線引入京滬高速鐵路德州東站路基設(shè)計(jì)過(guò)程，包括地基處理措施的選擇、沉降分析步驟、路基填料的選用、施工注意事項(xiàng)等，為類似工程設(shè)計(jì)積累經(jīng)驗(yàn)。

既有客運(yùn)專線 無(wú)砟軌道 沉降分析 地基處理 設(shè)計(jì)

1 概述

新建石家莊至濟(jì)南客運(yùn)專線引入德州東站，與京滬高速鐵路德州東站并站設(shè)置，石濟(jì)客運(yùn)專線與京滬高速鐵路相鄰到發(fā)線線間距6.9 m，車站新增2座島式站臺(tái)，4條到發(fā)線，于京滬高鐵路左側(cè)幫寬路基55.5 m，車站平均填高約6.5 m。站內(nèi)2座框構(gòu)橋、1座旅客地道、1座天橋接長(zhǎng)。

最初的設(shè)想為石濟(jì)客運(yùn)專線引入京滬高速鐵路德州東站路基在京滬高速鐵路開(kāi)通前與京滬高速鐵路同步設(shè)計(jì)、施工，由于多種因素制約，僅在京滬高速鐵路道岔區(qū)路基預(yù)留接入條件，車站路基沒(méi)有同期實(shí)施。從而形成了新建客運(yùn)專線車場(chǎng)路基與既有高速鐵路路基近距離的工況。

德州東站位于沖積平原，地形平坦開(kāi)闊，多為耕地，建筑物稀疏，局部地段分布溝渠、坑塘，大部分渠內(nèi)無(wú)水。

(1)地層

粉質(zhì)黏土(Q4al)：灰褐色、黃褐色及棕紅色，軟塑—硬塑，0.4 m以上為耕植土，含鐵錳質(zhì)氧化物、姜石或云母碎片，局部夾粉土、粉砂薄層，σ0=120～200 kPa。粉土(Q4al)：黃褐色、褐黃色，潮濕，稍密—密實(shí)，含少量銹斑或云母片，局部夾黏土、粉質(zhì)黏土薄層，σ0=110～220 kPa。黏土(Q4al)：黃褐色、褐灰色，軟塑—硬塑，含鐵錳質(zhì)氧化物、銹斑或白色鈣質(zhì)斑點(diǎn)，偶見(jiàn)姜石或螺殼，夾粉質(zhì)黏土或粉土薄層，σ0=110～190 kPa。粉砂(Q4al)：灰褐色、黃褐色，密實(shí)，飽和，含云母或螺殼碎片，局部夾粉質(zhì)黏土薄層，σ0=200～300 kPa。細(xì)砂(Q4al)：黃褐色、褐灰色，密實(shí)，飽和，含云母，偶間螺殼碎片，夾粉土、粉砂或粉質(zhì)黏土薄層，σ0=300 kPa。中砂(Q4al)：黃褐色、灰褐色，密實(shí)，飽和，含云母，偶間姜石，礫石，σ0=450 kPa。

(2)水文

地下水為第四系孔隙潛水，勘測(cè)期間地下水埋深5.30～12.50 m；主要由大氣降水及地表水補(bǔ)給，水位變幅1～5 m。具硫酸鹽侵蝕性，環(huán)境作用等級(jí)H1，具氯鹽侵蝕性，環(huán)境作用等級(jí)L1。

地震動(dòng)峰值加速度為0.05g；土壤最大凍結(jié)深度0.5 m。

京滬高速鐵路為時(shí)速350 km的鐵路，車站內(nèi)正線及到發(fā)線均為無(wú)砟軌道，路堤地基采用CFG樁加固，樁間距1.6 m，樁徑0.5 m，正線下樁長(zhǎng)28 m，樁頂設(shè)鋼筋混凝土板；到發(fā)線下樁長(zhǎng)16 m，樁頂設(shè)混凝土樁帽，帽頂設(shè)碎石墊層。目前已經(jīng)建成通車3年，路基沉降已基本穩(wěn)定?？拷瘽?jì)車場(chǎng)的股道為京滬場(chǎng)7道，隔一站臺(tái)為6道，右側(cè)為5道正線。

2 設(shè)計(jì)方案研究

2.1 理論方案研究

(1)增大線間距研究

為減少新建石濟(jì)客運(yùn)專線對(duì)京滬高速鐵路的影響，設(shè)計(jì)初期研究論證了拉開(kāi)不同線間距的路基、橋梁等設(shè)計(jì)方案。表1為路基方案相同的地基處理措施時(shí)，不同線間距對(duì)京滬高速的附加沉降影響值，最終考慮到營(yíng)運(yùn)管理、占地等多種因素，采用了到發(fā)線線間距6.9 m的并站設(shè)計(jì)方案。

(2)并站方案研究

考慮到京滬高速鐵路建設(shè)過(guò)程中地基處理施工并結(jié)合其他近似工程經(jīng)驗(yàn)，擬定新建石濟(jì)客運(yùn)專線車場(chǎng)的工程措施：

①兩端咽喉區(qū)以外遠(yuǎn)離既有線的路堤地基采用CFG樁加固處理，樁徑0.4 m，樁間距1.8 m，正方形布置，樁長(zhǎng)10～15 m；車站咽喉區(qū)采用螺桿樁加固處理，樁徑0.4 m，樁間距2.0 m，正方形布置，樁長(zhǎng)10～22 m。

②站臺(tái)區(qū)段臨近京滬高速鐵路地段，地基采用預(yù)應(yīng)力管樁加固，樁間距2.0 m，正方形布置，樁長(zhǎng)22～30 m，樁頂設(shè)C35鋼筋混凝土板。

③與京滬高速路基搭接地段的路基應(yīng)提前安排施工，拉長(zhǎng)施工周期。管樁施工推薦采用靜壓法沉樁，從京滬高速鐵路坡腳向外間隔進(jìn)行，路堤填筑沿線路縱向按大致相同的高程進(jìn)行，減緩路堤分層填筑的速率。管樁施工和路堤填筑需要一定的間隔。在施工過(guò)程中，應(yīng)采取措施減少對(duì)京滬高速鐵路運(yùn)營(yíng)的干擾，科學(xué)安排確定施工工藝和工序，并做好施工期監(jiān)測(cè)工作。

④為減少上部荷載，減小路基沉降對(duì)既有路基的影響，充分利用泡沫輕質(zhì)土容重小和強(qiáng)度適宜、施工速度快等特點(diǎn)，石濟(jì)客運(yùn)專線與既有線搭接地段的7道與9道間(包括站臺(tái)下和部分到發(fā)線基床表層下1.0 m部位)，采用泡沫輕質(zhì)土填筑，其他部位填筑B組遠(yuǎn)運(yùn)土(見(jiàn)圖1)。

圖1 局部泡沫輕質(zhì)土(單位：m)

泡沫輕質(zhì)土具有輕質(zhì)性、密度和強(qiáng)度可調(diào)節(jié)性、高流動(dòng)性、直立性及施工便捷等特性，以減輕荷重或土壓為目的，用于替代填土，是土建領(lǐng)域一種新興的輕型材料，在建筑及支擋結(jié)構(gòu)物基坑回填、公路及部分鐵路路橋(涵)過(guò)渡段填筑和軟基路基填筑中采用。設(shè)計(jì)泡沫輕質(zhì)土重度4～6 kN/m3，立方體抗壓強(qiáng)度0.8～1.5 MPa。

2.2 數(shù)值分析研究計(jì)算模型

計(jì)算采用巖土有限元程序Plaxis 8.2二維專業(yè)版。計(jì)算過(guò)程分為以下幾步：首先將既有京滬高鐵結(jié)構(gòu)物作為基本初始狀態(tài)，計(jì)算土層的初始應(yīng)力狀態(tài)。然后在這種狀態(tài)下建立石濟(jì)客運(yùn)專線新建的結(jié)構(gòu)物模型，計(jì)算土層的應(yīng)力及沉降變化情況，進(jìn)而計(jì)算土層變形對(duì)京滬高鐵路基的影響(見(jiàn)圖2)。

圖2 幾何模型示意

根據(jù)工點(diǎn)內(nèi)路基與既有京滬高速線的關(guān)系、路基寬度和地質(zhì)資料，共選取了5個(gè)代表性橫斷面進(jìn)行變形分析，新建石濟(jì)客運(yùn)專線引起京滬高速鐵路附加沉降的分析結(jié)果如表1所示，沉降云圖如圖3～圖5所示。

表1 沉降計(jì)算結(jié)果

圖3 自重應(yīng)力沉降云圖

圖4 京滬高鐵施工后沉降量云圖

圖5 石濟(jì)客運(yùn)專線德州東站施工后沉降量云圖

不同地基處理深度，站臺(tái)區(qū)既有線附加沉降計(jì)算結(jié)果如圖6所示。

圖6 地基處理深度與附加沉降關(guān)系

3 施工控制

3.1 施工工序

管樁施工從既有線坡腳隔樁向外側(cè)壓樁，地基處理完成后先填土，控制填土速率，注意填土的均勻性，最后施工泡沫輕質(zhì)土。

3.2 監(jiān)測(cè)

沿既有京滬高速線正線、緊鄰的左側(cè)到發(fā)線、最外側(cè)到發(fā)線順線路方向布置布置3條測(cè)線，利用自動(dòng)觀測(cè)傳感器，對(duì)軌道形態(tài)進(jìn)行全天候?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)，利用行車天窗進(jìn)行人工測(cè)量(包括高程、平面狀態(tài)測(cè)量，軌檢小車等)，并校核自動(dòng)觀測(cè)結(jié)果，確保行車安全。

施工前會(huì)同工務(wù)部門(mén)制定監(jiān)測(cè)報(bào)警和軌道調(diào)整限值報(bào)批并備案，施工過(guò)程中根據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)結(jié)果，及時(shí)調(diào)整軌道狀態(tài)。

3.3 軌道調(diào)整預(yù)案

由于7道受石濟(jì)客運(yùn)專線框構(gòu)、旅客地道、路基等施工影響，建議施工區(qū)間停用，根據(jù)沉降分析，其附加沉降數(shù)值較大。為保持軌道的完好狀態(tài)，施工完成后需要根據(jù)實(shí)測(cè)變形情況，對(duì)7道雙塊式無(wú)砟軌道進(jìn)行整修，并根據(jù)實(shí)測(cè)的沉降值確定采用扣件、墊板調(diào)高或其他方案。

京滬正線及其臨近到發(fā)線，按照理論計(jì)算的結(jié)果需對(duì)軌面高程進(jìn)行調(diào)整，需根據(jù)施工過(guò)程中實(shí)測(cè)沉降變形值，確定采用扣件、墊板調(diào)高方案。

3.4 試驗(yàn)研究

結(jié)合本工點(diǎn)的施工，通過(guò)在不同部位埋設(shè)分層沉降儀、測(cè)斜管、土壓力盒及沉降計(jì)等，對(duì)本段路基的地基，泡沫輕質(zhì)土澆筑體進(jìn)行應(yīng)力、應(yīng)變等測(cè)試，并結(jié)合理論計(jì)算、實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的對(duì)比開(kāi)展試驗(yàn)研究，為無(wú)砟軌道路基引入新線、泡沫輕質(zhì)土在鐵路路基工程中推廣應(yīng)用積累經(jīng)驗(yàn)。

4 結(jié)束語(yǔ)

新建鐵路引入引起既有路基的沉降變形，可通過(guò)地基處理措施、路基結(jié)構(gòu)優(yōu)化減??；減少新建路基的荷載，特別是如泡沫輕質(zhì)土等輕型填料的采用，可顯著減少新建路堤的荷載，可以減低新建工程對(duì)既有鐵路的沉降變形影響；采用有限元等理論分析結(jié)果可作為設(shè)計(jì)施工的參考，而加強(qiáng)施工過(guò)程的變形監(jiān)測(cè)并據(jù)此調(diào)整相關(guān)的工程措施是保證既有線安全的必要條件。

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WANG Xing-rong WEN Xiao-peng

2014-09-26

王興榮(1962—)，男，1985年畢業(yè)于蘭州鐵道學(xué)院鐵道工程專業(yè)，工學(xué)學(xué)士，高級(jí)工程師。

1672-7479(2014)06-0023-03

U213.1

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