關于成渝高鐵路基上拱問題的探討

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

關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 交通學院，湖北 武漢430063；2.中國市政工程中南設計研究總院有限公司，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發現的內江北站區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，并提出相應的整治措施和沉降觀測方案。分析結果表明：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定性的要求，高速鐵路通常采用無砟軌道結構形式［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定性要求［2-3］，因此在無砟軌道的鋪裝過程中必須進行嚴格精細的路基沉降觀測。本文針對成渝高速鐵路內江北站路基出現上拱的實際問題，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，并結合觀測結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地質概況

沉降觀測區屬丘陵地貌，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，全風化帶（W4）厚0～3.6 m，巖體風化呈土狀及粉砂角粒狀，手捏易碎，屬Ⅲ級硬土；強風化帶（W3）厚2.8～9.3 m，節理裂隙發育，質較軟，屬Ⅳ級軟石；以下為弱風化帶（W2），屬Ⅳ級軟石。測區位于川中平緩低褶帶，屬單斜構造，近水平巖層，巖層產狀N40°E/3°SE，N58°E/4°SE，主要發育 2組節理：①N45°E/89°SE或 N1°W/89°NE；②N62°W/84°SW或N88°W/84°NE。測區地震動峰值加速度為0.05g，地震動反應譜特征周期為0.35 s。地表水主要為坡面暫時性流水，流量受季節影響明顯。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。根據路塹所處地貌、巖性和地層結構特征，可知地下水不發育。

1.2施工填料概況

內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。施工時分2層填筑碾壓，每層進行了檢測，符合設計和規范要求。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，經檢查A，B組填料最大粒徑 ＜60 mm，填料中細粒含量 ＜15%，填料的粒徑、級配和材質物理性能指標均滿足相關設計規范和驗收標準要求。級配碎石為碎石石粉按比例摻配生產加工成型，經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均符合相關設計規范和驗收標準的要求。

2　上拱變形概況

2.1發現上拱變形問題

成渝高鐵在全線基本鋪軌完成之后，對內江北站站場附近的軌道精調時，施工單位發現該站2段路塹的無砟軌道高程較設計高程最大上拱約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7級，右側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4級，右側4級。上拱變形情況如圖1所示。

發現問題后，施工單位立即反映給承擔該段CPⅢ控制網建網工作的測繪院，測繪院隨即開展了CPⅢ網檢測工作，對該路段進行進一步的詳細勘察，以確認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段變形情況

2.2上拱變形的確定

CPⅢ網檢測工作共進了2次，檢測時間分別為2015年4月和5月，根據2次檢測結果可知2段路塹存在上拱變形現象。具體結果如下。

2.2.1第1段（DK151+845—DK152+320）

該區域 22個 CPⅢ點中，有12個點（DK151+ 980—DK152+210）上拱。與2014年4月建網時比較，2014年11月復測時抬升了1.5～10.1 mm，2015 年5月檢測時抬升了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，其累計較差分別達到了 18.5，21.9 mm。其余CPⅢ點相對穩定，變化較小。根據目前的復測情況，該12個CPⅢ點上拱變形較明顯，可能會持續發展［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）

該區域 20個 CPⅢ點中，有15個點（DK152+ 930—DK153+010）變化較大。與2014年4月建網時比較，2014年11月復測時變化了 -9.9～10.5 mm，2015年 5月檢測時變化了 -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，其累計較差分別達到了17.9，-7.1 mm。其余 CPⅢ點相對穩定，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行初步分析，結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測量錯誤產生路基“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，并結合各監測單位的測量數據，可知出現測量錯誤的概率極小；根據下伏基巖的地質復查情況，從所取試樣巖體含水量、膨脹性等方面分析，同時采用工程類比法、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境的調查分析，以及參考其他工程案例，得到引起內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

根據地質勘測提供的巖層彈性模量、泊松比，采用線彈性模型計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，對路塹范圍內軌道上拱也有一定的影響。施工現場如圖4所示。

圖4　成渝高鐵線附近川南鐵路施工現場

3.2.2特深路塹蠕變變形引起的路基上拱變形

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

圖5　成渝高鐵線特深路塹現場

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　應對上拱變形措施

由于川南鐵路高邊坡施工已經完成，基本消除了繼續蠕變變形、減載造成的路基上拱因素，而在發現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雜性，在采取一定的防護措施后，建議進行繼續觀測，但必須改善觀測方案。

1）確保川南線影響路段施工結束后及時回填特深路塹段的基坑，并在高邊坡施工中加埋邊坡防護樁，穩定高邊坡的巖土，防止土體變動引起的應力變化。

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

3）繼續沉降觀測，判定特深路塹上拱現象是否穩定，同時增加33個沉降變形自動監測斷面，并加強監測點的沉降觀測頻率，及時做出準確的數據報表。

4）聯調聯試前后及運營期間應采用沉降變形自動監測檢驗，評估特深路塹上拱現象是否穩定，是否時斷時續。

5　結論

通過對成渝高鐵路基上拱變形路段進行的一系列調查分析，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定性產生了影響，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，從而導致高鐵路基的上拱病害。

針對上述原因對高邊坡、特深路塹作出相應的防護和回填措施，調整高邊坡形式和坡度，重新開挖修整上拱變形段路基；在變形趨于穩定后增設沉降監測點，加強沉降觀測頻率，通過不間斷的人工監測和自動監測，對變形路段作出嚴格的觀測控制，確保成渝高鐵在要求的工程期限內順利通車。

［1］萬復光.高速鐵路合理軌道結構［C］//鐵路高速客運研究論文選集.北京：中鐵第五勘察設計院，1992：208-212.

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

［3］中華人民共和國鐵道部.鐵建設［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.

［4］中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局，中國國家標準化管理委員會.GB 12897—2006國家一、二等水準測量規范［S］.北京：中國標準出版社，2006.

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

［6］成渝鐵路客運專線有限責任公司.新建鐵路成都至重慶客運專線線下工程沉降變形觀測及評估實施細則［Z］.成都：成渝鐵路客運專線有限責任公司，2010.

（責任審編周彥彥）

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

國家自然科學基金（51178361）

楊吉新（1964—），男，教授，博士。