宋忠平，朱忠林，趙宏博

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

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武廣客運專線路基沉降規(guī)律研究

宋忠平1，朱忠林2，趙宏博1

( 1．武廣客運專線有限責(zé)任公司，湖北武漢430060; 2．中國鐵道科學(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高鐵安全穩(wěn)定地運行起到非常重要的作用。本文利用我國較早建成的武廣客專大量的路基沉降觀測數(shù)據(jù)，尤其是運營期間的沉降數(shù)據(jù)，分析武廣客專建設(shè)期間與運營期間路基的沉降規(guī)律，重點分析了過渡段沉降對運營線路的影響，同時探討了過渡段、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:武廣客專沉降變形沉降規(guī)律過渡段路基

高速鐵路線下基礎(chǔ)的微小變形均會對線路平順性產(chǎn)生較大的影響，因此對線下路基的穩(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)問題后修復(fù)起來相當(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與評估方法的文獻較多。文獻［1］提出了無砟軌道工后沉降變形觀測評估的集成理念，系統(tǒng)地總結(jié)了線下結(jié)構(gòu)物沉降變形觀測的相關(guān)技術(shù)和監(jiān)測常用方法;文獻［2-3］闡述了各類路基沉降觀測與評估方法的優(yōu)缺點;文獻［4］介紹了鐵路客運專線沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)管理與分析預(yù)測集成系統(tǒng);文獻［5］結(jié)合武廣鐵路客運專線沉降觀測情況，對精度控制進行了探討，總結(jié)出一種能提高客運專線沉降觀測精度的方法。目前關(guān)于這方面的討論層出不窮。

我國高速鐵路建設(shè)過程中，先是對地基處理方式、施工期沉降觀測進行了詳細(xì)的設(shè)計，之后在鋪軌前又引入了沉降評估技術(shù)。目前我國高速鐵路已形成網(wǎng)絡(luò)，有必要對路基沉降變形方面取得的效果和積累的經(jīng)驗進行總結(jié)。武廣客運專線在我國建成運營比較早，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，過渡段路基較多。本文依據(jù)該線路基沉降觀測資料分析研究其運營前后的路基沉降規(guī)律，對于高鐵路基沉降控制設(shè)計、路基施工、沉降觀測、評估和養(yǎng)護維修具有借鑒意義。

1武廣客專路基的多樣性

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源。武廣客專所經(jīng)過的地區(qū)地質(zhì)條件極為復(fù)雜，因此路基設(shè)計是多樣化的。

在路基工程設(shè)計方面，武廣客專參考國內(nèi)外相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，吸取國外無砟軌道建設(shè)經(jīng)驗及咨詢成果，進行了關(guān)鍵技術(shù)的科研攻關(guān)。武廣客專路基設(shè)計中提出了新的勘察設(shè)計理念，并把路基按土工構(gòu)筑物進行設(shè)計，形成了多層結(jié)構(gòu)的無砟軌道路基形式。

在控制軌道平順性設(shè)計方面，武廣客專不再以強度作為路基設(shè)計的主要控制條件?？紤]到在達(dá)到破壞強度前，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)計的主要控制因素。同時，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)計時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、過渡段路基設(shè)計、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)。

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

武廣客專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、沖擊壓實地基、注漿處理地基等。

圖1路基工點分布

2武廣客專建設(shè)期間的沉降變形

2. 1路基沉降總體情況

武廣客專對線下路基、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砟軌道調(diào)整限值( 15 mm)。為了滿足以上要求，多采用了CFG樁、強夯、注漿、旋噴樁等多種措施對原地基進行加固處理。這就決定了線下工程沉降變形的量級很小，對沉降水準(zhǔn)的測量精度要求較高。沉降變形觀測網(wǎng)按三等變形測量等級技術(shù)要求建立，沉降變形觀測點的水準(zhǔn)測量采用二等變形觀測測量技術(shù)要求。沉降水準(zhǔn)的測量精度為±0. 1 mm，讀數(shù)取位至0. 01 mm。

從目前武廣客專路基沉降變形觀測數(shù)據(jù)來看，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，可見武廣客運專線線下工程的實測沉降變形的量級較小。

由于沉降變形的量級小，停載后沉降變形的增量更小。由現(xiàn)場技術(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上，較小的測量誤差都會引起觀測數(shù)據(jù)出現(xiàn)較大的波動。這增加了沉降預(yù)測分析評估工作的難度。武廣客運專線的觀測數(shù)據(jù)出現(xiàn)跳躍(包括跌落和上升)或連續(xù)幾個沉降觀測數(shù)據(jù)變化趨勢與常規(guī)相反(沉降加速或發(fā)生隆起)的情況較多，反映了沉降量級小的觀測數(shù)據(jù)的相對波動較大的特點。

武廣客專在主體完工后3個月繼續(xù)觀測，觀測值上下波動幅度≤3 mm，沉降增量＜2 mm。

由于測得的沉降波動幅度過小，采用曲線擬合方法所得相關(guān)系數(shù)過小，不滿足規(guī)范要求。若最后4次(觀測時間不少于1個月)觀測未出現(xiàn)連續(xù)下沉現(xiàn)象，則對這些測點不予擬合分析。

對于路基面觀測樁、涵洞、隧道和橋梁墩臺當(dāng)觀測沉降量＜1 mm時，沉降實測值與水準(zhǔn)觀測系統(tǒng)誤差接近，故預(yù)測分析評估時未對其最終沉降和工后沉降進行計算，認(rèn)為工后沉降已滿足《客運專線鐵路無砟軌道鋪設(shè)條件評估技術(shù)指南》(下稱《指南》)要求［6］。在過渡段折角評估方面，當(dāng)結(jié)構(gòu)物和相鄰路基觀測沉降量均＜1 mm且后期沉降趨于穩(wěn)定時，工后沉降均未作推算，在進行過渡段分析時，認(rèn)定該過渡段工后沉降及差異沉降(會引起沿線路方向的折角)滿足《指南》要求。

2. 2沉降變形典型情況

武廣客專填筑過程中，沉降變形的發(fā)展趨勢可分為3類典型情況。

1)Ⅰ類曲線

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

對于符合Ⅰ類曲線的路基段，在填筑完成6個月后即可判定為沉降穩(wěn)定。但對于嚴(yán)重影響整體施工進度的特殊工點，在沉降變形趨勢已基本穩(wěn)定且路基沉降觀測達(dá)4個月以上時進行了沉降評估，之后在后續(xù)施工階段仍繼續(xù)觀測該段路基的沉降。

2)Ⅱ類曲線

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

3)Ⅲ類曲線

主要特征:路基填筑期間沉降變形開始增長，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個月后未見穩(wěn)定趨勢，如圖2( c)所示。出現(xiàn)此類沉降趨勢的路基段，暫時無法判斷其沉降的穩(wěn)定性。沉降評估時聯(lián)合設(shè)計、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。同時延長觀測期并加強后期觀測，再科學(xué)合理地判斷其沉降變化趨勢，從而確定沉降是否穩(wěn)定。

圖2沉降變形發(fā)展趨勢的3類曲線

3　運營期間沉降變形

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查情況并結(jié)合軌檢車檢測結(jié)果與工務(wù)部門提供的資料，對武廣客專路基沉降進行統(tǒng)計分析，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過渡段，包括橋路過渡段、路涵過渡段、路隧過渡段、半挖半填過渡區(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過渡段沉降的影響

過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存在。

對武廣客專過渡段進行了特殊設(shè)計，填料采用級配碎石進行過渡。在過渡段填筑的過程中采用了大型機械與小型設(shè)備相結(jié)合的方式進行碾壓，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，需要進行調(diào)整。由武廣客專工務(wù)部門的軌道調(diào)整情況可知，路基沉降影響單個過渡段的長度可達(dá)80 m。

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

過渡段沉降發(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)突然錯臺的可能性小。從現(xiàn)場看，對護肩、擋土墻、排水溝、邊坡結(jié)構(gòu)的影響不大，一般不會造成嚴(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。

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

3. 2過渡段沉降與地基處理的關(guān)系

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

圖3 K1564 + 634涵洞過渡段沉降曲線

過渡段沉降變形影響軌道不順性在沖擊壓實地基處理區(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

武廣客專地基處理措施比較多，通過測量不同地基處理方式對應(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。其中換填段在運營過程中出現(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

路基在高速鐵路安全穩(wěn)定運營中起到關(guān)鍵作用，從運營、維修、養(yǎng)護的角度出發(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。在我國高鐵建設(shè)的初期，關(guān)于沉降觀測與評估方面的討論較多。隨著高鐵不斷地投入運營，總結(jié)高鐵線下工程沉降控制的實際效果越來越重要。本文結(jié)合武廣客專大量的沉降觀測數(shù)據(jù)，尤其是運營期間的沉降數(shù)據(jù)，重點分析了過渡段沉降對運營線路的影響，同時探討了過渡段、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。

參考文獻

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［6］中華人民共和國鐵道部．鐵建設(shè)［2006］158號客運專線鐵路無砟軌道鋪設(shè)條件評估技術(shù)指南［S］．北京:中國鐵道出版社，2006．

(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:1003-1995( 2016) 02-0088-04

作者簡介:宋忠平( 1966—)，男，高級工程師。

基金項目:鐵道部科技研究開發(fā)計劃項目( 2012G009-D) ;中國鐵路總公司專項基金( J2015C007) ;中國鐵路總公司科技研究開發(fā)計劃項目( 2014G003-D2，2014G003-B3，2014G003-A4，2013G004-B，2014G003-D)

收稿日期:2015-10-20;修回日期: 2015-11-22

中圖分類號:U213．1+57

文獻標(biāo)識碼:A

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