楊吉新，馬旭超，劉前瑞，2（.武漢理工大學(xué) 交通學(xué)院，湖北 武漢　430063；2.中國市政工程中南設(shè)計(jì)研究總院有限公司，浙江 杭州　30009）

關(guān)于成渝高鐵路基上拱問題的探討

楊吉新1，馬旭超1，劉前瑞1，2
（1.武漢理工大學(xué) 交通學(xué)院，湖北 武漢430063；2.中國市政工程中南設(shè)計(jì)研究總院有限公司，浙江 杭州310009）

成渝（成都—重慶）高速鐵路全程為雙線無砟軌道。本文針對成渝高鐵沉降觀測時(shí)發(fā)現(xiàn)的內(nèi)江北站區(qū)段路基上拱變形問題，分析可能引起上拱的各種因素，確定了主要因素，并提出相應(yīng)的整治措施和沉降觀測方案。分析結(jié)果表明：路塹上拱主要是由特深路塹高邊坡卸載引起的彈塑性體回彈隆起、路塹高邊坡及基床下巖體的蠕變變形2種因素綜合造成的。

高速鐵路；無砟軌道；路基；上拱變形

為了滿足對路基平順性和穩(wěn)定性的要求，高速鐵路通常采用無砟軌道結(jié)構(gòu)形式［1］。無砟軌道相比有砟軌道施工精度更高，施工要求更嚴(yán)格，以保證軌道線路的高程變化范圍相對較小，能夠有效滿足軌道的平順性和穩(wěn)定性要求［2-3］，因此在無砟軌道的鋪裝過程中必須進(jìn)行嚴(yán)格精細(xì)的路基沉降觀測。本文針對成渝高速鐵路內(nèi)江北站路基出現(xiàn)上拱的實(shí)際問題，分析各種可能引起上拱的因素及其可能性，確定了主要的因素，并結(jié)合觀測結(jié)果提出針對性的整治措施和沉降觀測方案，可供其他類似工程借鑒和參考。

1　工程概況

1.1地質(zhì)概況

沉降觀測區(qū)屬丘陵地貌，觀測段線路穿過一丘包，相對高差約為40～45 m。觀測段地表上覆0～2 m膨脹土，下伏基巖為泥巖夾砂巖，全風(fēng)化帶（W4）厚0～3.6 m，巖體風(fēng)化呈土狀及粉砂角粒狀，手捏易碎，屬Ⅲ級硬土；強(qiáng)風(fēng)化帶（W3）厚2.8～9.3 m，節(jié)理裂隙發(fā)育，質(zhì)較軟，屬Ⅳ級軟石；以下為弱風(fēng)化帶（W2），屬Ⅳ級軟石。測區(qū)位于川中平緩低褶帶，屬單斜構(gòu)造，近水平巖層，巖層產(chǎn)狀N40°E/3°SE，N58°E/4°SE，主要發(fā)育 2組節(jié)理：①N45°E/89°SE或 N1°W/89°NE；②N62°W/84°SW或N88°W/84°NE。測區(qū)地震動(dòng)峰值加速度為0.05g，地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期為0.35 s。地表水主要為坡面暫時(shí)性流水，流量受季節(jié)影響明顯。地下水為第四系土層孔隙潛水及基巖裂隙水，第四系土層較薄，孔隙潛水含量較少，基巖中泥巖裂隙水含量甚微，砂巖中相對較大。根據(jù)路塹所處地貌、巖性和地層結(jié)構(gòu)特征，可知地下水不發(fā)育。

1.2施工填料概況

內(nèi)江北站站場附近大部分填筑厚度為0.9 m的A，B組填料加厚度為0.4 m的級配碎石摻水泥。施工時(shí)分2層填筑碾壓，每層進(jìn)行了檢測，符合設(shè)計(jì)和規(guī)范要求。填筑使用的級配碎石采用集中廠拌。填筑使用的A，B組填料料源為沱江河砂卵石、砂礫石，經(jīng)檢查A，B組填料最大粒徑 ＜60 mm，填料中細(xì)粒含量 ＜15%，填料的粒徑、級配和材質(zhì)物理性能指標(biāo)均滿足相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范和驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)要求。級配碎石為碎石石粉按比例摻配生產(chǎn)加工成型，經(jīng)檢測級配碎石最大粒徑＜40 mm，粒徑、級配、液塑限等材料性能指標(biāo)均符合相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范和驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)的要求。

2　上拱變形概況

2.1發(fā)現(xiàn)上拱變形問題

成渝高鐵在全線基本鋪軌完成之后，對內(nèi)江北站站場附近的軌道精調(diào)時(shí)，施工單位發(fā)現(xiàn)該站2段路塹的無砟軌道高程較設(shè)計(jì)高程最大上拱約20 mm，分別為：第1段（DK151+980—DK152+212）長232 m，開挖深度14～47 m，邊坡最高左側(cè)7級，右側(cè)4級；第2段（DK152+885—DK153+060）長175 m，開挖深度15～39 m，邊坡最高左側(cè)4級，右側(cè)4級。上拱變形情況如圖1所示。

發(fā)現(xiàn)問題后，施工單位立即反映給承擔(dān)該段CPⅢ控制網(wǎng)建網(wǎng)工作的測繪院，測繪院隨即開展了CPⅢ網(wǎng)檢測工作，對該路段進(jìn)行進(jìn)一步的詳細(xì)勘察，以確認(rèn)上拱變形的具體情況，分析造成上拱的因素。

圖1　路塹無砟軌道上拱區(qū)段變形情況

2.2上拱變形的確定

CPⅢ網(wǎng)檢測工作共進(jìn)了2次，檢測時(shí)間分別為2015年4月和5月，根據(jù)2次檢測結(jié)果可知2段路塹存在上拱變形現(xiàn)象。具體結(jié)果如下。

2.2.1第1段（DK151+845—DK152+320）

該區(qū)域 22個(gè) CPⅢ點(diǎn)中，有12個(gè)點(diǎn)（DK151+ 980—DK152+210）上拱。與2014年4月建網(wǎng)時(shí)比較，2014年11月復(fù)測時(shí)抬升了1.5～10.1 mm，2015 年5月檢測時(shí)抬升了6.1～21.9 mm，即在2014年4月—2015年5月期間存在著持續(xù)上拱的趨勢。其中，DK152+073（挖高46 m）、DK152+118（挖高42 m）2處抬升量最明顯，其累計(jì)較差分別達(dá)到了 18.5，21.9 mm。其余CPⅢ點(diǎn)相對穩(wěn)定，變化較小。根據(jù)目前的復(fù)測情況，該12個(gè)CPⅢ點(diǎn)上拱變形較明顯，可能會持續(xù)發(fā)展［4-6］，上拱變化曲線如圖2所示。

圖2　DK151+845—DK152+320上拱變化曲線

2.2.2第2段（DK152+783—DK153+185）

該區(qū)域 20個(gè) CPⅢ點(diǎn)中，有15個(gè)點(diǎn)（DK152+ 930—DK153+010）變化較大。與2014年4月建網(wǎng)時(shí)比較，2014年11月復(fù)測時(shí)變化了 -9.9～10.5 mm，2015年 5月檢測時(shí)變化了 -7.1～17.9 mm，即在2014年4月—2015年5月期間存在著持續(xù)上拱變化的趨勢。其中，DK153+021（挖高35 m）、DK153+ 144這 2處變化量最明顯，其累計(jì)較差分別達(dá)到了17.9，-7.1 mm。其余 CPⅢ點(diǎn)相對穩(wěn)定，變化較小，上拱變化曲線如圖3所示。

圖3　DK152+783—DK153+185上拱變化曲線

3　上拱原因分析

3.1造成上拱的可能因素

通過對成渝高鐵上拱路段進(jìn)行初步分析，結(jié)合其他工程案例的變形病害，可以初步考慮以下幾種可能引起路基上拱的因素：

①測量錯(cuò)誤產(chǎn)生路基“上拱”；

②下伏基巖為膨脹巖，遇水膨脹造成路基上拱；

③基床底層換填施工質(zhì)量不合格引起路基上拱；

④特深路塹高邊坡卸載引起的彈塑性體回彈造成路基上拱；

⑤特深路塹蠕變變形引起的路基上拱變形。

3.2上拱因素的可能性分析

從測量精度及閉合差等方面分析，并結(jié)合各監(jiān)測單位的測量數(shù)據(jù)，可知出現(xiàn)測量錯(cuò)誤的概率極?。桓鶕?jù)下伏基巖的地質(zhì)復(fù)查情況，從所取試樣巖體含水量、膨脹性等方面分析，同時(shí)采用工程類比法、排除法等分析方法，可知不具備下伏基巖遇水膨脹引起上拱的條件；從施工質(zhì)量來看，基床底層換填不存在引起路基上拱的可能性。

通過對上拱路段附近施工環(huán)境的調(diào)查分析，以及參考其他工程案例，得到引起內(nèi)江北站路基上拱的主要因素有2種。

3.2.1特深路塹高邊坡卸載引起的彈塑性體回彈造成路基上拱變形

根據(jù)地質(zhì)勘測提供的巖層彈性模量、泊松比，采用線彈性模型計(jì)算開挖卸荷后引起的豎向附加位移（單位m，鉛直向上為正），可以得出成渝客運(yùn)專線路基面位置開挖卸載后引起的豎向位移最大值為21.9 mm；同時(shí)由于成渝高鐵線附近川南鐵路新近開挖路段的回彈變形，對路塹范圍內(nèi)軌道上拱也有一定的影響。施工現(xiàn)場如圖4所示。

圖4　成渝高鐵線附近川南鐵路施工現(xiàn)場

3.2.2特深路塹蠕變變形引起的路基上拱變形

由于DK152+050位置框架橋增設(shè)施工及川南鐵路的引入，錨索施工完成后未進(jìn)行張拉工作，致使開挖后的路塹邊坡長期處于應(yīng)力釋放松弛狀態(tài)。水平基巖層深路塹高邊坡，在無邊坡加固狀態(tài)下長期留置，可能產(chǎn)生邊坡及基床下巖體的蠕變變形，進(jìn)而誘導(dǎo)本段路基上拱。特深路塹現(xiàn)場如圖5所示。

圖5　成渝高鐵線特深路塹現(xiàn)場

通過以上各種因素分析，可知在川南鐵路施工形成了較大面積基坑暴露的情況下，特深路塹高邊坡卸載引起的彈塑性體回彈隆起、路塹高邊坡及基床下巖體的蠕變變形是造成路基上拱的2種主要因素（邊坡局部控制爆破也可能加大2種因素的變形量）。

4　應(yīng)對上拱變形措施

由于川南鐵路高邊坡施工已經(jīng)完成，基本消除了繼續(xù)蠕變變形、減載造成的路基上拱因素，而在發(fā)現(xiàn)變形后的沉降觀測過程中，DK151+900—DK152+220 及DK152+890—DK153+190段沉降也有趨于穩(wěn)定的趨勢，考慮到泥巖夾砂巖W2彈塑性體回彈隆起及蠕變變形的復(fù)雜性，在采取一定的防護(hù)措施后，建議進(jìn)行繼續(xù)觀測，但必須改善觀測方案。

1）確保川南線影響路段施工結(jié)束后及時(shí)回填特深路塹段的基坑，并在高邊坡施工中加埋邊坡防護(hù)樁，穩(wěn)定高邊坡的巖土，防止土體變動(dòng)引起的應(yīng)力變化。

2）根據(jù)繼續(xù)沉降觀測資料，特深路塹上拱現(xiàn)象穩(wěn)定后，挖除上拱破壞段路基，重新修正路基，確保路基的平順性，并在路塹上拱現(xiàn)象消除后采取調(diào)整坡度處理方案，將邊坡調(diào)整為多階段的梯形邊坡，改善邊坡坡度和坡長。

3）繼續(xù)沉降觀測，判定特深路塹上拱現(xiàn)象是否穩(wěn)定，同時(shí)增加33個(gè)沉降變形自動(dòng)監(jiān)測斷面，并加強(qiáng)監(jiān)測點(diǎn)的沉降觀測頻率，及時(shí)做出準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)報(bào)表。

4）聯(lián)調(diào)聯(lián)試前后及運(yùn)營期間應(yīng)采用沉降變形自動(dòng)監(jiān)測檢驗(yàn)，評估特深路塹上拱現(xiàn)象是否穩(wěn)定，是否時(shí)斷時(shí)續(xù)。

5　結(jié)論

通過對成渝高鐵路基上拱變形路段進(jìn)行的一系列調(diào)查分析，得知上拱的主要原因是成渝高鐵線鄰近的川南鐵路高邊坡的施工對成渝高鐵特深路塹段的路基穩(wěn)定性產(chǎn)生了影響，造成特深路塹高邊坡卸載引起的彈塑性體回彈隆起、路塹高邊坡及基床下巖體的蠕變變形，從而導(dǎo)致高鐵路基的上拱病害。

針對上述原因?qū)Ω哌吰隆⑻厣盥穳q作出相應(yīng)的防護(hù)和回填措施，調(diào)整高邊坡形式和坡度，重新開挖修整上拱變形段路基；在變形趨于穩(wěn)定后增設(shè)沉降監(jiān)測點(diǎn)，加強(qiáng)沉降觀測頻率，通過不間斷的人工監(jiān)測和自動(dòng)監(jiān)測，對變形路段作出嚴(yán)格的觀測控制，確保成渝高鐵在要求的工程期限內(nèi)順利通車。

［1］萬復(fù)光.高速鐵路合理軌道結(jié)構(gòu)［C］//鐵路高速客運(yùn)研究論文選集.北京：中鐵第五勘察設(shè)計(jì)院，1992：208-212.

［2］江成，林之珉.高速鐵路無砟軌道結(jié)構(gòu)的試驗(yàn)研究［J］.中國鐵路，2000（7）：22-24.

［3］中華人民共和國鐵道部.鐵建設(shè)［2006］158號客運(yùn)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.

［4］中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局，中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會.GB 12897—2006國家一、二等水準(zhǔn)測量規(guī)范［S］.北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2006.

［5］中華人民共和國鐵道部.TB 10601—2009高速鐵路工程測量規(guī)范［S］.北京：中國鐵道出版社，2010.

［6］成渝鐵路客運(yùn)專線有限責(zé)任公司.新建鐵路成都至重慶客運(yùn)專線線下工程沉降變形觀測及評估實(shí)施細(xì)則［Z］.成都：成渝鐵路客運(yùn)專線有限責(zé)任公司，2010.

（責(zé)任審編周彥彥）

Exploring on Subgrade Swelling of Chengdu-Chongqing High Speed Railway

YANG Jixin1，MA Xuchao1，LIU Qianrui1，2
（1.Institute of Transportation，Wuhan University of Technology，Wuhan Hubei 430063，China；2.China Municipal Engineering Zhongnan Design Research Institute Co.，Ltd.，Hangzhou Zhejiang 310009，China）

Chengdu-Chongqing high speed railway consists of two-line ballastless track over the whole line.During the monitoring of the subgrade settlement，the post-construction elevation of rail surface was found to produce the swelling deformation in Neijiangbei train station zone，thus cause analysis was made in relation to this swelling section with corresponded control measures and monitoring program.T he results show that two mainly factors cause the swelling of the cutting.One is the rebound and uplift of the elastoplastic which was caused by unloading of the high cut slope of special deep cutting，another is the creep deformation of the rock which were under the bed base and on the high cut slope.

High speed railway；Ballastless track；Subgrade；Swelling deformation

U213.41+7

B

10.3969/j.issn.1003-1995.2016.08.28

1003-1995（2016）08-0112-04

2016-03-11；

2016-05-29

國家自然科學(xué)基金（51178361）

楊吉新（1964—），男，教授，博士。