武廣客運專線路基沉降規律研究

宋忠平，朱忠林，趙宏博

( 1．武廣客運專線有限責任公司，湖北武漢　430060; 2．中國鐵道科學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任公司，湖北武漢430060; 2．中國鐵道科學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據，尤其是運營期間的沉降數據，分析武廣客專建設期間與運營期間路基的沉降規律，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系，可為高鐵建設中的沉降控制提供參考。

關鍵詞:武廣客專沉降變形沉降規律過渡段路基

高速鐵路線下基礎的微小變形均會對線路平順性產生較大的影響，因此對線下路基的穩定性要求高。路基在線路中的空間位置、支撐作用決定了其出現問題后修復起來相當困難。路基穩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，系統地總結了線下結構物沉降變形觀測的相關技術和監測常用方法;文獻［2-3］闡述了各類路基沉降觀測與評估方法的優缺點;文獻［4］介紹了鐵路客運專線沉降監測數據管理與分析預測集成系統;文獻［5］結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，總結出一種能提高客運專線沉降觀測精度的方法。目前關于這方面的討論層出不窮。

我國高速鐵路建設過程中，先是對地基處理方式、施工期沉降觀測進行了詳細的設計，之后在鋪軌前又引入了沉降評估技術。目前我國高速鐵路已形成網絡，有必要對路基沉降變形方面取得的效果和積累的經驗進行總結。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、地質條件復雜，地基處理形式齊全，過渡段路基較多。本文依據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律，對于高鐵路基沉降控制設計、路基施工、沉降觀測、評估和養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，基下地基的地質條件存在很多不確定因素，因此，路基是整個線路結構中最薄弱、最不穩定的環節，是軌道變形的主要來源。武廣客專所經過的地區地質條件極為復雜，因此路基設計是多樣化的。

在路基工程設計方面，武廣客專參考國內外相關技術標準，吸取國外無砟軌道建設經驗及咨詢成果，進行了關鍵技術的科研攻關。武廣客專路基設計中提出了新的勘察設計理念，并把路基按土工構筑物進行設計，形成了多層結構的無砟軌道路基形式。

在控制軌道平順性設計方面，武廣客專不再以強度作為路基設計的主要控制條件。考慮到在達到破壞強度前，路基可能已經出現了較大的有害變形，將路基的沉降變形作為路基設計的主要控制因素。同時，充分考慮了路基與相鄰構筑物的變形和剛度的協調、統一，在設計時采用了一系列新技術、新結構、新材料。在路基結構形式選擇、填料選擇、過渡段路基設計、高標準沉降控制、站后結構物接口等方面應用了創新技術。

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雜路基，多達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樁復合地基、旋噴樁處理地基、攪拌樁處理地基、樁—網結構復合地基、樁—板結構復合地基、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格的控制標準，全線工后沉降變形須小于無砟軌道調整限值( 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，對沉降水準的測量精度要求較高。沉降變形觀測網按三等變形測量等級技術要求建立，沉降變形觀測點的水準測量采用二等變形觀測測量技術要求。沉降水準的測量精度為±0. 1 mm，讀數取位至0. 01 mm。

從目前武廣客專路基沉降變形觀測數據來看，除部分軟土路基堆載預壓段的地基沉降變形達到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。由現場技術條件的限制所造成的系統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據出現較大的波動。這增加了沉降預測分析評估工作的難度。武廣客運專線的觀測數據出現跳躍(包括跌落和上升)或連續幾個沉降觀測數據變化趨勢與常規相反(沉降加速或發生隆起)的情況較多，反映了沉降量級小的觀測數據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系數過小，不滿足規范要求。若最后4次(觀測時間不少于1個月)觀測未出現連續下沉現象，則對這些測點不予擬合分析。

對于路基面觀測樁、涵洞、隧道和橋梁墩臺當觀測沉降量＜1 mm時，沉降實測值與水準觀測系統誤差接近，故預測分析評估時未對其最終沉降和工后沉降進行計算，認為工后沉降已滿足《客運專線鐵路無砟軌道鋪設條件評估技術指南》(下稱《指南》)要求［6］。在過渡段折角評估方面，當結構物和相鄰路基觀測沉降量均＜1 mm且后期沉降趨于穩定時，工后沉降均未作推算，在進行過渡段分析時，認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個月內已基本趨于穩定。沉降過程表現為較平滑、規律的收斂曲線，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定。但對于嚴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定且路基沉降觀測達4個月以上時進行了沉降評估，之后在后續施工階段仍繼續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定的過程中，沉降變形出現突然增長，沉降速率明顯變大，之后又逐步趨于穩定。沉降過程表現為具有明顯拐點、呈臺階狀發展的收斂曲線。如圖2( b)所示的測量點，路基填筑完成后，沉降很快趨于穩定，但在填筑完成4～5個月期間，沉降變形出現突然增長，之后又逐步趨于穩定。對出現這類沉降趨勢的路基段，在沉降突變后繼續觀測2～3個月，待沉降趨勢基本穩定后才進行評估。

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發展，沉降速率未明顯減小，在填筑完成6個月后未見穩定趨勢，如圖2( c)所示。出現此類沉降趨勢的路基段，暫時無法判斷其沉降的穩定性。沉降評估時聯合設計、建設、施工單位共同分析影響沉降的因素，采取相應的處理措施。同時延長觀測期并加強后期觀測，再科學合理地判斷其沉降變化趨勢，從而確定沉降是否穩定。

圖2沉降變形發展趨勢的3類曲線

3　運營期間沉降變形

根據現場調查情況并結合軌檢車檢測結果與工務部門提供的資料，對武廣客專路基沉降進行統計分析，結果表明，由于路基沉降影響線路平順性的區段主要有兩種情況: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;②受外界環境影響的區段，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備相結合的方式進行碾壓，因此淺部沉降的可能性很小。由于地質條件與地基處理方式不同，深層沉降普遍存在。深層沉降發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。

過渡段與結構物的差異沉降影響到了線路的平順性，需要進行調整。由武廣客專工務部門的軌道調整情況可知，路基沉降影響單個過渡段的長度可達80 m。

武廣客專連續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，在線路縱向表現為幾個過渡段覆蓋的整個范圍內均出現軌道不平順性問題。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個連續的過渡段且距離較近。由于這4個過渡段均有沉降發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，工務部門順坡調整長度達到660 m。

過渡段沉降發生的部位較深，在線路上表現出的差異沉降值也是漸變的，出現突然錯臺的可能性小。從現場看，對護肩、擋土墻、排水溝、邊坡結構的影響不大，一般不會造成嚴重的結構破壞，路基面瀝青混凝土防水層與無砟軌道支承層產生脫縫的現象很少，軌道板與支承層、支承層與路基面離縫的現象也不多。

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生的影響不明顯。

3. 2過渡段沉降與地基處理的關系

武廣客專過渡段沉降與地基處理類型有關，已發生沉降的過渡段地基絕大多數處于換填區段。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段也有發生，在復合地基處理區段出現沉降的情況較少。

3. 3路基段沉降與地基處理的關系

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系。

路基段不均勻沉降主要發生在換填區段。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　結語

路基在高速鐵路安全穩定運營中起到關鍵作用，從運營、維修、養護的角度出發，必須保證建成的路基達到工后沉降和差異沉降的要求。在我國高鐵建設的初期，關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，總結高鐵線下工程沉降控制的實際效果越來越重要。本文結合武廣客專大量的沉降觀測數據，尤其是運營期間的沉降數據，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系，可為高鐵的沉降控制提供借鑒。

參考文獻

［1］尤昌龍．無砟軌道工后沉降變形觀測、評估的集成理念［J］．鐵道工程學報，2007，24( 3) : 25-28．

［2］李明領．客運專線無砟軌道鐵路線下結構沉降變形觀測與評估技術［J］．鐵道建筑技術，2009( 2) : 48-59．

［3］趙洪勇，劉建坤，崔江余．高速鐵路路基沉降監測方法的認識與評價［J］．路基工程，2001( 6) : 15-17．

［4］陳善雄，余飛，劉紹波，等．鐵路客運專線沉降監測數據管理與分析預測集成系統研發［J］．鐵道標準設計，2010( 2) : 31-36．

［5］付濤．武廣客運專線沉降變形觀測精度控制［J］．鐵路標準設計，2009(增1) : 23-25．

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

(責任審編李付軍)

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

文獻標識碼:A

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