張亮

（中國鐵路蘭州局集團(tuán)有限公司 蘭州工程建設(shè)指揮部，甘肅 蘭州 730031）

0 引言

隨著我國交通事業(yè)蓬勃發(fā)展，鐵路網(wǎng)密度不斷增加，亟需對部分既有路基進(jìn)行幫寬，以滿足鐵路運(yùn)量、便捷要求［1］。在高速鐵路路基幫寬施工中，既有線處于營運(yùn)狀態(tài)，需對既有線進(jìn)行開挖、幫填，施工要求高、控制難度大［2-3］。在高速鐵路路基幫填施工相關(guān)研究中，劉源浩等［4］通過數(shù)值模擬方法，構(gòu)建既有線在動(dòng)靜載荷作用下的路基幫寬施工模型，對多工況下的路基幫填施工進(jìn)行對比，分析了幫寬施工時(shí)新舊路基變形規(guī)律；楊學(xué)林［5］以高邊坡幫寬工程為依托，通過自動(dòng)化靜力水準(zhǔn)儀器，對并行段落既有高速鐵路路基進(jìn)行長達(dá)2年的監(jiān)測，反映了高邊坡幫填施工時(shí)既有線的變形程度；廖進(jìn)星［6］依托張吉懷鐵路引入滬昆場實(shí)際工程，對幫寬工程中存在的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分析，并結(jié)合現(xiàn)場建立了風(fēng)險(xiǎn)評估指標(biāo)體系；楊瑩［7］以肥東站鐵路路基幫寬工程為依托，結(jié)合數(shù)值分析和現(xiàn)場試驗(yàn)，對比了泡沫輕質(zhì)土和常規(guī)填料在路基幫寬時(shí)既有線和新建線的應(yīng)力及變形情況；李斯等［8］通過分析鐵路幫寬工程中差異沉降，提出從泡沫輕質(zhì)土路基結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、濕密度設(shè)計(jì)2個(gè)方面控制沉降變形，并提出泡沫混凝土澆筑的具體辦法；傅珍等［9］使用有限元建立了拓寬路基差異沉降模型，對拓寬路基差異沉降特性進(jìn)行了分析，并研究了土基壓縮模量、路基高度、拓寬方式等對路基差異沉降產(chǎn)生的影響；周川濱等［10］結(jié)合具體鐵路幫寬工程，進(jìn)行數(shù)值計(jì)算并結(jié)合幫填時(shí)既有路基沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)，得出幫填作用下既有路基沉降發(fā)展規(guī)律；李竹慶［11］研發(fā)了大溫差、自適應(yīng)高精度變形監(jiān)測系統(tǒng)，在既有高速鐵路路基變形監(jiān)測中進(jìn)行運(yùn)用，取得了良好效果。在既有文獻(xiàn)中，針對黃土地區(qū)幫寬工程，尤其幫填施工技術(shù)研究較少。因此，依托黃土地區(qū)高速鐵路路基幫寬工程，針對路基幫填過程中面臨的問題與技術(shù)難點(diǎn)，研究提出相應(yīng)施工工藝，并對工藝的合理性進(jìn)行驗(yàn)證。

1 工程概況

黃土地區(qū)某新建鐵路設(shè)計(jì)速度250 km/h，鐵路等級為客運(yùn)專線，正線數(shù)目為雙線。該新建鐵路在既有城際鐵路K47+986—K49+181 以路基幫寬方式引入。工點(diǎn)范圍內(nèi)主要地質(zhì)特征如下：

（1）砂質(zhì)黃土（Q4al+pl3）。淺黃色、稍濕稍密、土質(zhì)均勻，可見針孔狀大孔隙和蟲孔，層厚2.5～4.5 m。

（2）砂質(zhì)黃土（Q4al+pl3）。淺黃色、潮濕稍密，層厚7.3～12.4 m。

（3）礫砂（Q4al+pl5）。淺黃色、稍密飽和，以石英和長石為主，層厚0～7.2 m。

（4）泥巖夾砂巖（N1Ms+Ss）。棕紅色、弱風(fēng)化、泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，為黏土礦物，成巖作用較差、巖質(zhì)較軟，為Ⅳ級軟石。

既有路基地基部分：采用雙向水泥土攪拌樁加固處理，樁徑50 cm、樁長13 m、樁間距1.3 m，樁頂設(shè)置厚0.5 m、中間位置夾鋪1層80 kN/m雙向土工格柵的碎石墊層，處理后復(fù)合地基承載力特征值fsk=152 kPa。路基部分基床以下路提、基床底層、基床表層，分別采用滲水土、水泥改良土（1.9 m）、級配碎石（0.6 m）進(jìn)行分層填筑。

新建路基地基部分：采用高壓旋噴加固處理，樁徑50 cm，樁長11～16 m、樁間距1.4 m，正方形布置，樁頂設(shè)置厚0.6 m、中間位置夾鋪1 層100 kN/m 雙向土工格柵的碎石墊層，處理后復(fù)合地基承載力特征值fsk=155 kPa。路基部分基床以下路提、基床底層、基床表層，分別采用B 組滲水土、B 組滲水土（0.8 m）、0.6 m級配碎石+0.1 m 中粗砂+復(fù)合土工膜+0.1 m 中粗砂（0.8 m）進(jìn)行分層填筑。

2 路基幫填施工問題與難點(diǎn)分析

2.1 存在問題

（1）路基變形影響既有線安全運(yùn)營。在路基幫填過程中，幫寬路基填料和機(jī)械施工均在既有路基處產(chǎn)生附加應(yīng)力；壓路機(jī)壓實(shí)填料需振動(dòng)壓實(shí)，產(chǎn)生動(dòng)載荷。既有路基在附加應(yīng)力作用下產(chǎn)生一定變形，造成軌道幾何形位變化。

（2）臨時(shí)防護(hù)結(jié)構(gòu)易侵入既有線造成安全隱患。既有鐵路防護(hù)柵欄一般由水泥柱和鐵絲網(wǎng)共同構(gòu)成，結(jié)構(gòu)相對穩(wěn)定。施工前，應(yīng)先在既有路基路肩設(shè)置硬隔離設(shè)施進(jìn)行防護(hù)，硬隔離設(shè)施為臨時(shí)性結(jié)構(gòu)，防護(hù)性相對較差，施工過程中易損壞并侵入既有線，形成一定安全隱患。

2.2 技術(shù)難點(diǎn)

（1）臺(tái)階開挖處尺寸控制差，易形成較大臨空面。既有路基開挖臺(tái)階時(shí)，一般先采用破碎機(jī)拆除既有路基的邊坡防護(hù)骨架，再用平地機(jī)配合挖掘機(jī)一起開挖臺(tái)階，機(jī)械體積大、施工精準(zhǔn)度控制差，易產(chǎn)生高度超過設(shè)計(jì)要求的大面積條形臨空面，既有路基邊坡部分高度成直立狀態(tài)，有部分及整體結(jié)構(gòu)失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)。

（2）新舊路基臺(tái)階搭接處位于既有路基應(yīng)力松弛區(qū)域，銜接性差。在運(yùn)營過程中，既有路基中下部受力區(qū)在列車載荷作用下呈較密實(shí)狀態(tài)，而兩側(cè)區(qū)域受自然應(yīng)力、防護(hù)層綠化植物根系等影響，其密實(shí)狀態(tài)逐漸松弛。新舊路基銜接處恰好處于應(yīng)力松弛區(qū)域，銜接部位施工完成后，新路基強(qiáng)度高、既有路基強(qiáng)度低，造成整體性、銜接性較差。應(yīng)力松弛區(qū)及臺(tái)階開挖示意見圖1。

圖1 應(yīng)力松弛區(qū)及臺(tái)階開挖示意圖

（3）受新路基工后沉降影響，新舊路基產(chǎn)生差異沉降［12-14］。既有路基一般已營運(yùn)較長時(shí)間，工后沉降趨于穩(wěn)定，新建路基在施工完成及開始運(yùn)營后，相較于既有路基沉降變形大，形成新舊路基之間差異沉降，新舊路基變形不協(xié)調(diào)，影響軌道幾何行為，尤其在新建鐵路軌道接入既有鐵路軌道部位，不利影響更顯著。

3 現(xiàn)場施工控制技術(shù)

3.1 組織準(zhǔn)備

在幫寬施工前，首先考慮營業(yè)線施工主要危險(xiǎn)源，如挖斷電纜、施工機(jī)械侵入限界、大型機(jī)械設(shè)備傾覆、起重設(shè)備事故、墜落物、風(fēng)、機(jī)械碰撞既有線墩臺(tái)、接觸網(wǎng)支柱倒桿、接觸網(wǎng)斷線等。針對危險(xiǎn)源分項(xiàng)建立應(yīng)對措施及應(yīng)急預(yù)案。施工過程中，設(shè)立專人、專班與既有線運(yùn)營單位保持聯(lián)系，保持通信不間斷，理清既有線列車到達(dá)幫寬工點(diǎn)時(shí)間，在列車到達(dá)前停止大型機(jī)械施工?，F(xiàn)場施工中，防護(hù)員必須配備鐵路交通火炬信號設(shè)備，在緊急情況下進(jìn)行發(fā)射，保證既有線運(yùn)營安全。

3.2 路基幫填工藝

3.2.1 高壓旋噴樁施工

高壓旋噴樁施工時(shí)，不可避免地產(chǎn)生擠土效應(yīng)，對既有路基復(fù)合地基產(chǎn)生影響，造成既有路基軌道結(jié)構(gòu)幾何行位變化［15-16］。項(xiàng)目實(shí)施前，在現(xiàn)場開展單樁、多樁擠土試驗(yàn)，分析高壓旋噴樁施工擠土效應(yīng)影響；然后，在既有路基坡腳設(shè)置應(yīng)力釋放孔，降低對既有路基影響。

3.2.2 褥墊層施工

高壓旋噴樁施工完成后形成復(fù)合地基，可有效提高地基承載力。在樁頂鋪設(shè)厚0.6 m碎石墊層作為褥墊層，進(jìn)行載荷分配傳遞、協(xié)調(diào)樁頂及樁間土的受力和變形、提高復(fù)合地基整體承載能力?，F(xiàn)場施工時(shí)，褥墊層分2 次攤鋪：第1 次攤鋪后，采用機(jī)械碾壓，控制褥墊層厚度為0.3 m，再在其表面鋪設(shè)土工格柵；第2 次攤鋪后，再次采用機(jī)械碾壓，最終控制褥墊層厚度為0.6 m。

3.2.3 基床以下路提及基床底層施工

現(xiàn)場基床以下路提和基床底層均采用B組滲水土填料，由下而上分層填筑。正式填筑前，用破碎機(jī)拆除既有路基骨架護(hù)坡，拆除前應(yīng)測量放線，嚴(yán)禁超線拆除，拆除高度控制在約0.8 m。拆除完成后，將碎料運(yùn)至棄土場，通過小型挖掘機(jī)沿線路方向開挖臺(tái)階，臺(tái)階開挖尺寸控制為高0.6 m、寬0.9 m。開挖完成后，采用平地機(jī)精平臺(tái)階，并人工配合清除臺(tái)階處植被根系。最后，用壓路機(jī)靜壓臺(tái)階部位2次，在緊貼臺(tái)階內(nèi)壁處大型壓路機(jī)未壓處，用小型手扶式壓路機(jī)進(jìn)行補(bǔ)壓。

一級臺(tái)階開挖及碾壓完成后，沿臺(tái)階方向（線路方向）鋪設(shè)寬3 m的土工格柵，土工格柵搭接位置用自制U 形鋼筋固定。固定后，進(jìn)行攤鋪填料，填料含水率控制在約4.5%為宜，每級臺(tái)階攤鋪2 層填料，每層碾壓完厚度控制在約0.3 m，2層填料控制厚度為0.6 m。

二級臺(tái)階開挖工序及控制參數(shù)同上，即拆除骨架→運(yùn)轉(zhuǎn)碎料→臺(tái)階開挖→臺(tái)階精平及碾壓→鋪設(shè)土工格柵→分層填筑并碾壓，再進(jìn)行三、四級等臺(tái)階依次開挖及相應(yīng)工序施工，直至填筑至基床底層表面高度位置處。施工后現(xiàn)場臺(tái)階位置見圖2。

圖2 施工后現(xiàn)場臺(tái)階位置

3.2.4 基床表層施工

在基床表層施工時(shí)，機(jī)械離既有軌道位置更近，更應(yīng)注意防護(hù)。臺(tái)階開挖前，拆除既有路肩處干砌片石護(hù)肩，在既有線道砟坡腳位置沿線路方向擺放1排防砟袋，以防止施工擾動(dòng)導(dǎo)致溜砟，臺(tái)階開挖及基本處理方式同基床底層和基床以下路提。

基床表層先填筑1 層中粗砂，碾壓厚度控制在0.1 m；鋪設(shè)1 層復(fù)合土工膜，土工膜接頭處注意上下順序應(yīng)符合路基橫向排水要求；搭接處用黏結(jié)防水膠處理，搭接寬度大于0.1 m；在復(fù)合土工膜上鋪設(shè)碾壓控制厚度為0.1 m 的中粗砂；最后，在中粗砂上鋪設(shè)厚0.6 m的3%水泥穩(wěn)定級配碎石，分2層攤鋪碾壓，每層碾壓控制厚度為0.3 m。

在填筑過程中，應(yīng)嚴(yán)格控制填筑質(zhì)量，并按規(guī)范要求對各層填料開展現(xiàn)場試驗(yàn)檢測。檢測項(xiàng)目主要包括壓實(shí)度、含水率、動(dòng)態(tài)變形模量Evd、地基系數(shù)K30平板載荷試驗(yàn)檢測。

3.3 路基變形監(jiān)測及結(jié)果分析

路基幫填時(shí)，褥墊層、基床以下路提、基床底層和基床表層的施工均對營業(yè)線位移產(chǎn)生影響。營運(yùn)線位移變化監(jiān)測是保證幫寬工程順利安全施工的有效措施。正式施工前，沿K47+986—K49+181 在既有線基道砟坡腳布設(shè)全自動(dòng)位移監(jiān)測系統(tǒng)——物位計(jì)（見圖3），布設(shè)間距50 m。將物位計(jì)固定于沉降板，挖深0.3 m槽，安裝并連接信號傳輸線路，現(xiàn)場設(shè)定的物位計(jì)主要控制參數(shù)為相鄰監(jiān)測點(diǎn)的位移變化累計(jì)差值，通報(bào)值3 mm、預(yù)警值5 mm、報(bào)警值8 mm。

圖3 物位計(jì)布設(shè)

現(xiàn)場既有路基上下行側(cè)均需幫填施工，上下行側(cè)均按50 m 間隔布設(shè)物位計(jì)監(jiān)測點(diǎn)，選取上行側(cè)斷面1和其相鄰斷面2 的監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。2 個(gè)斷面路基高度為5.20 m，路基幫填歷時(shí)120 d。現(xiàn)場路基填筑高度及物位計(jì)監(jiān)測累計(jì)沉降值見圖4。

圖4 現(xiàn)場路基填筑高度及物位計(jì)監(jiān)測累計(jì)沉降值

由圖4 可知，在路基幫填過程中，斷面1、2 處物位計(jì)測點(diǎn)累計(jì)沉降值呈不斷增大趨勢；由于現(xiàn)場各種原因，當(dāng)路基幫填中途停止施工時(shí)，沉降值基本不變，呈蠕變狀態(tài)緩慢增加；斷面1、2 處幫填施工完成后，斷面1 最大累計(jì)沉降值為16.23 mm，斷面2 最大累計(jì)沉降值為17.35 mm；斷面1、2 最大累計(jì)沉降差值為1.13 mm，未達(dá)到設(shè)定通報(bào)值3.00 mm。監(jiān)測數(shù)據(jù)表明，在工點(diǎn)內(nèi)運(yùn)用該施工工藝并嚴(yán)格控制工藝流程，確保了施工中既有路基穩(wěn)定，保證了既有線安全運(yùn)營。

4 結(jié)論

通過對高速鐵路幫寬工程中面臨的主要問題及難點(diǎn)進(jìn)行梳理分析，結(jié)合具體實(shí)際工程，研究總結(jié)施工工藝，并對營業(yè)線進(jìn)行監(jiān)測分析，主要得出以下結(jié)論：

（1）主要問題：一是幫填施工過程中既有路基會(huì)產(chǎn)生附加應(yīng)力，從而產(chǎn)生相應(yīng)變形，影響既有軌道結(jié)構(gòu)平順性；二是幫寬施工過程中營業(yè)線防護(hù)性差，易侵入營業(yè)線。

（2）技術(shù)難點(diǎn)：一是臺(tái)階開挖尺寸難控制，易形成臨空面；二是新舊路基銜接處為應(yīng)力松弛區(qū)域，銜接性差；三是新舊路基產(chǎn)生差異沉降。

（3）提出工點(diǎn)內(nèi)鐵路幫寬施工工藝，建立鐵路幫寬工程防護(hù)機(jī)制、優(yōu)化臺(tái)階開挖及處理方式、靠近既有線施工舉措等，并在現(xiàn)場施工中成功運(yùn)用。

（4）通過在既有線布設(shè)的物位計(jì)監(jiān)測系統(tǒng)，量化路基幫填時(shí)對既有線的影響程度，保證了既有線安全運(yùn)營。路基填筑時(shí)，既有路基會(huì)產(chǎn)生沉降變形，所選取研究斷面當(dāng)幫填完成后累計(jì)最大變形值為17.35 mm；當(dāng)幫填停止施工時(shí)，變形為蠕變增加形式。