蘭新鐵路第二雙線新疆段路基沉降變形特征研究

摘要：該文在蘭新鐵路第二雙線新疆段沿線選擇代表性工點（工點1346、工點1722）開展路基變形觀測。在本次路基沉降變形分析中，主要依據了鐵道部西北科學研究院和施工方對所選路基工點進行觀測的數據，基于實測數據得到了沉降時間曲線圖，并通過雙曲線法和指數曲線法對實測數據擬合得到沉降預測曲線。分析表明，西北院與施工方觀測得到的最大沉降量都能滿足設計要求，雙曲線法和指數曲線法能很好的預測路基沉降。

關鍵詞：無砟軌道 路基沉降 預測曲線

中圖分類號：U445 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2013）01（b）-00-03

1 工程背景

蘭新鐵路第二雙線設計時速為200 km/h

以上，全長1782 km，其中新疆段東起甘肅新疆省界，經由天山東脈北山南麓丘陵區，哈密、吐魯番盆地北緣山前沖、洪積平原區，東天山博格多山南坡低中山區及山間盆地，準噶爾盆地南緣山前沖、洪積平原區，西至新疆維吾爾自治區首府烏魯木齊市，正線全長709.93。大部分地段主要以路基形式通過，部分地段為漫流水害易發區，工程地質和水文地質差異大，戈壁土、黃土、松軟土、鹽漬土、膨脹巖廣泛分布。這些特殊性巖土使蘭新鐵路第二雙線路基、橋涵、隧道工程工后沉降控制問題比較突出，如何有效地控制、監測、預測線下工程的沉降變形是蘭新鐵路第二雙線建設和安全運營所面臨的一個關鍵技術問題。為滿足工程建設需要，鐵道部相繼頒布了大量的技術規范，初步形成了高速鐵路的技術標準，但對于特殊地質條件和自然環境下的蘭新鐵路新疆段，仍無現成的經驗可循。該文結合在沿線選擇代表性工點開展沉降變形觀測情況，總結出建設期代表性工點路基的沉降時間曲線及相關變形特征，得到工點斷面在各個施工階段的沉降變形特征，從而為線路建設提供技術支持。

2 工點選擇及其地質概況

為了對蘭新鐵路第二雙線新疆段關鍵路段的路基沉降變形特性進行分析，特在約350 km的范圍內選取了2個典型路基斷面（大風、高溫差戈壁區），利用鐵道部西北科學研究院的實測路基沉降數據和沉降評估單位實測的路基沉降數據，對各個階段的路基變形特征進行分析，揭示這些路基沉降的變形規律。2個典型路基斷面的地質情況介紹如下。

2.1 工點DK1346

該段屬哈密盆地山前沖、洪積傾斜平原區，地形較開闊，地勢起伏較小，地面高程766～784 m，為典型的戈壁荒漠地貌。工點范圍內工程涉及的地層主要為：第四系上更新統至全新統粉質粘土、粉砂、中砂、粗砂、細圓礫土、第三系中新統泥巖、砂巖、礫巖。工點范圍內地表表層為硫酸鹽或亞硫酸鹽鹽漬土，屬中鹽漬土。

2.2 工點DK1722

此段路基位于天山南麓山前沖洪積傾斜平原中部，地形起伏不大，地勢左低右高地表為圓礫土，無地表植被；范圍內地層主要為：第四系上更新統至全新統沖洪積細圓礫土，粗圓礫土；不良地質現象主要有風沙及風蝕、風害。本段全部為填方路段，路基填筑高度在2.6～4.6 m之間，最大填筑高度為4.65 m。

3 路基沉降觀測和數據分析

在本次路基沉降變形分析中，主要依據了鐵道部西北科學研究院和施工方對所選路基工點進行觀測的數據，并基于這些數據得到了沉降時間曲線圖。為了揭示路基的沉降變形規律，對實測沉降數據進行了擬合，如用雙曲線法、指數曲線法進行擬合。通過對比在堆載預壓階段的沉降數據，分析實測沉降時間曲線和擬合沉降曲線的特征，為線路施工和施工監測提供技術指導，從而確保施工質量。下文中所涉及的測點編號為L1的測點位于基底中心，測點編號為L2的測點位于基床底層表面中心，測點編號為G1、G2的測點分別位于左路肩和右路肩。

3.1 DK1346工點

DK1346工點是以普通的路堤通過，地基處理方式采用水泥攪拌樁，地基的工程地質屬鹽漬土區。研究的典型路基斷面為DK1346+746。DK1346+746斷面（施工方取鄰近的DK1346+766斷面）的堆載結束后固結沉降時間曲線如下圖。

由圖1、圖2可以看出實測沉降時間曲線和雙曲線法、指數曲線法的擬合曲線似乎未完全收斂，該斷面路基的沉降變形可能仍在繼續產生。其次分別比較圖1和圖2中的a、b圖可知，西北院觀測的沉降量仍明顯要大于施工方所觀測的沉降量。比較分析圖1和圖2中的a圖，我們可以得到在堆載預壓200 d后，在DK1346+746斷面的地基沉降量約是2.5 mm，而基床底層頂面的沉降量約是5 mm，說明在這期間路堤發生了約為2.5 mm的壓縮沉降，同時從這兩個圖也可發現路堤壓縮沉降似乎沒有完全停止。但施工方測量數據卻并不能很好地反映此路堤壓縮沉降。從圖1和圖2也可知，雙曲線擬合和指數曲線擬合得到的結果依然非常接近，同時，西北院和施工方所測的最大沉降量均遠小于15 mm，說明該路堤的工后沉降量滿足設計要求。左、右側路肩沉降如圖3和圖4所示。比較分析圖3、圖4，可以看出施工方在堆載預壓完成后所測沉降量明顯要低于西北院所測沉降量。同時通過比較左、右路肩的沉降，可看出同一斷面下的左、右路肩的沉降量相差不大。比較分析圖3和圖4也可知，雙曲線法擬合和指數曲線法擬合曲線整體上比較接近，發展趨勢也較接近，但在測量數據起伏較大的地方，兩者的擬合結果出現很大不同，發展趨勢也有所不同。

3.2 DK1722工點

DK1722工點是以普通的路堤通過，地基處理措施采用沖擊碾壓，地基的工程地質屬粗礫土，大風區。研究的典型路基斷面位于DK1722+235。

DK1722+235斷面的填筑完成后固結沉降時間曲線如下圖，其中西北院僅觀測了基底和基床底層頂面的沉降量，施工方僅觀測了左、右側路肩沉降量。

圖5和6是西北院對DK1722+235斷面的地基沉降和基床底層頂面沉降的實測沉降時間曲線和雙曲線法、指數曲線法擬合沉降曲線圖。

由圖5和6可知：在路基填筑完后7個月該斷面地基沉降曲線和基床底層頂面沉降曲線似乎仍未完全收斂，即路基的沉降變形并未完全穩定；該斷面地基的沉降量約為0.5～0.6 mm，基床底層頂面的沉降量約是1 mm，說明在這期間路堤發生了約為0.5 mm的壓縮沉降；此斷面實測最大沉降量遠小于15 mm，說明該路堤的工后沉降量滿足設計要求。

圖7和8是施工方對該斷面路基左、右路肩沉降觀測的沉降時間曲線及對應的擬合曲線圖。比較分析兩圖，可發現該斷面左、右路基的沉降量并非完全一致，其左路肩的沉降量約為1.0 mm，而右路肩的沉降量約是1.6 mm。同時可從圖5～圖8看出：由于此斷面位于大風區，施工方觀測結果均呈現出較大的波動，如圖7；在觀測的沉降數據未出現較大起伏的情況下，雙曲線擬合和指數曲線擬合得到的結果非常接近，如圖6、圖8；由圖5可知在觀測值出現起伏的情況下，指數法擬合曲線與實測曲線更為接近。

4 二個路基工點沉降比較

2個普通路基工點的地基沉降、基床底層頂面沉降、左右路肩沉降觀測結果如表1所示。

由表1可以看出：路基沉降與工程地質特性有關。分析西北院所測數據可知：地基沉降最小值發生在粗礫土區DK1722+235處；分析施工單位所測數據可知：地基沉降最大值、基床底層頂面沉降最大值、左右側路肩沉降最大值均發生在鹽漬土區DK1346+746處；路堤壓縮沉降均不大，為0.22 mm左右。

5 結語

通過對上述2個普通路基工點的沉降觀測數據進行分析，得出以下結論：

(1）路基沉降與工程地質特性有關，粗礫土相比粉質粘土、鹽漬土而言更為穩定，不易發生較大沉降；高精度測量結果表明：粉質粘土區發生的地基沉降、路堤本體壓縮沉降及左右路肩沉降均較大。

(2）在施工階段為填筑完成或堆載預壓完成后6個月，路基沉降呈收斂趨勢，并逐漸趨于穩定。同時，不論西北院的高精度測量，還是普通的水準測量，兩者得到的最大沉降量遠小于15 mm，路堤的工后沉降量能滿足設計要求。

(3）在路堤沉降變形觀測中，西北院試驗觀測的精度明顯要高于普通的水準測量。分析之間誤差影響因素可能為：使用儀器的精度不同；大風、高溫差戈壁地區特特殊的自然環境對測量儀器的影響，特別是對普通測量儀器的影響較大；觀測人員的觀測誤差。建議在施工和運營監測工作中盡量采用高精度自動化監測方法，以提高變形監測精度和可靠性。

(4）各個工點不同斷面的路堤左、右路肩的沉降情況不盡相同，應因時制宜、因地制宜指導線路施工，為線路施工和施工監測提供技術指導，從而更好地確保施工質量。

(5）通過對實測沉降數據的采用雙曲線法擬合和指數曲線法擬合，得到的擬合結果都能很好的預測路堤的沉降變形，兩者的擬合結果在一般情況下非常接近，且發展趨勢也較為接近，兩者可以相互代替。但在實測數據出現較大的起伏時，指數曲線法擬合更能趨近實測沉降時間曲線。

參考文獻

[1]客運專線鐵路無碴軌道鋪設條件評估技術指南.鐵建設[2006]158號.

[2]劉俊飛，趙國堂.鐵路路基沉降評估中預測模型的選擇[J].鐵道建筑，2010（11）.

[3]曾俊鋮，張繼文.京滬高速鐵路CFG樁復合地基沉降預測分析[J].鐵道建筑，2009（7）.

[4]宰金珉，梅國雄.全過程的沉降量預測方法研究[J].巖土力學，2000（4）.

[5]余闖，劉松玉，滕瑞振.不同加載方式下路堤沉降性狀與預測模型研究[J].工程地質學報，2004（2）.