臨滄站站場路基沉降控制與安全評估

鐘棟材，喻文杰,張春龍,吳 浩,李國峰

(中鐵二十四局集團新余工程有限公司，江西新余338000)

隨著鐵路建設(shè)進(jìn)程的加快，在工程建設(shè)過程中所遇到的路基沉降問題也相應(yīng)增多，給國家財產(chǎn)安全造成了巨大威脅[1-3]。路基作為承受線路荷載的基礎(chǔ)，沉降過大勢必會導(dǎo)致列車運行速度難以提升以及鐵路使用年限被動降低[1-4]。一般而言，通過對施工期路基進(jìn)行位移監(jiān)測，并結(jié)合監(jiān)測數(shù)據(jù)對填土速率及填土高度進(jìn)行反饋調(diào)節(jié)，從而提升施工質(zhì)量是解決路基問題的有效方法。 結(jié)合上述分析，本文針對臨滄站站場制定了相適應(yīng)的沉降監(jiān)測方案，提出了施工期間路基沉降速率控制標(biāo)準(zhǔn)。以期通過本文研究，能夠為臨滄站現(xiàn)場施工提供更好指導(dǎo)，并為將來該地區(qū)類似工程施工提供理論參考。

1 現(xiàn)場概述

新建鐵路大理至臨滄線地處云南省西南，該線為I級單線電氣化客貨共線鐵路，正線線路全長202.095 km，設(shè)計時速160 km/h，臨滄車站位于大臨線工段尾部，地處臨翔區(qū)文偉村，占地83.3 ha，設(shè)置站房場坪規(guī)模135 m×58 m，到發(fā)線7條(含正線1條，兼調(diào)車作業(yè))，預(yù)留客車到發(fā)線2條、調(diào)車線3條。主要工程數(shù)量有土方開挖4.148×106m3，石方開挖2.7×104m3，土方填筑3.767×106m3，路塹高邊坡工點4處，累計長度1 310 m，最高邊坡達(dá)52 m，邊坡綜合防護(hù)要求高，施工組織難度大。地基表層為松軟土，需進(jìn)行軟弱土路基處理。

2 現(xiàn)場監(jiān)測預(yù)警方案

2.1 監(jiān)測預(yù)警目的

通過在典型斷面關(guān)鍵部位布置沉降板，對施工期間高填方路基沉降特征進(jìn)行了歸納分析、總結(jié)，并提出了施工期間路基沉降速率控制標(biāo)準(zhǔn)，以期給臨滄站現(xiàn)場施工提供更好指導(dǎo)，并為將來該地區(qū)類似工程施工提供理論參考。

2.2 測點布置

本項目臨滄臨滄站場及區(qū)間里程為：DK206+128—DK208+800，在現(xiàn)場勘察的基礎(chǔ)上，結(jié)合臨滄站自身工程特點進(jìn)行現(xiàn)場測點布置。針對施工期間現(xiàn)場路基沉降位移監(jiān)測，本文在臨滄站所用監(jiān)測儀器主要全站儀、位移觀測樁、沉降觀測樁等，如圖1所示。進(jìn)行現(xiàn)場路基沉降監(jiān)測時，為保證儀器安全有效，在觀測期間應(yīng)對觀測儀器進(jìn)行必要保護(hù)。針對儀器的數(shù)據(jù)監(jiān)測頻率，位移觀測樁、沉降板等儀器在施工期間每填筑一層，應(yīng)進(jìn)行一次觀測且每3 d至少觀測一次；在路堤填筑達(dá)到設(shè)計標(biāo)高后，監(jiān)測頻率應(yīng)保證前3個月至少1次/周，3個月后至少15次/d，半年后至少1次/月；且暴雨前后應(yīng)增加觀測次數(shù)，在沉降速率較大和發(fā)現(xiàn)不良地質(zhì)情況時應(yīng)進(jìn)行逐日連續(xù)觀測。

圖1 沉降觀測板和位移觀測樁

3 監(jiān)測數(shù)據(jù)分析與評估

3.1 沉降監(jiān)測分析

本文選取臨滄典型里程DK206+220附近，通過全站儀定位測量沉降板進(jìn)行路基沉降評估，繪制累計沉降以及填土高度隨時間的變化曲線，如圖2所示。

(a)DK206+220(2018-2-10—2019-3-30)

(b)DK206+280(2017-4-11—2019-3-30)圖2 實測沉降板沉降時程曲線

根據(jù)圖2可知，累計沉降隨時間總體呈現(xiàn)非線性增長趨勢，填筑初期加載產(chǎn)生瞬時沉降；隨著填筑高度的增加，地基中附加應(yīng)力不斷增大，該區(qū)域地下水類型主要為松散巖類孔隙水和基巖裂隙水，隨著時間推移土體內(nèi)孔隙水被逐漸排出，土骨架得到進(jìn)一步壓縮，路基固結(jié)沉降，沉降逐步趨于平穩(wěn)；兩個斷面的填筑期分別產(chǎn)生了53.9 mm、110.3 mm的沉降量，填筑期約占總沉降的90 %、92 %，堆載預(yù)壓完成后分別產(chǎn)生了9.32 mm、9.2 mm的沉降，可見工后沉降滿足設(shè)計要求。

3.2 路堤邊坡位移分析

本文選取臨滄站典型里程DK206+220附近，通過利用位移觀測樁、沉降觀測板對路堤邊坡位移進(jìn)行人工監(jiān)測，依據(jù)部分?jǐn)?shù)據(jù)繪制路堤中心豎向位移、路堤邊坡坡腳水平位移以及填土高度隨時間的變化曲線，見圖3。

圖3 實測路塹邊坡位移觀測樁位移時程曲線 (DK206+331.4(2017-4-11—2019-3-30)

根據(jù)圖3可知，隨著填土工作的進(jìn)行，兩個測試坡面的坡腳分別產(chǎn)生了5.74 mm的側(cè)向位移，而路堤中心豎向位移為43.27 mm沉降量，從各自曲線分布規(guī)律發(fā)現(xiàn)，路堤坡腳水平位移隨著填筑加載的過程變化較為復(fù)雜，而路堤中心豎向位移隨著填筑的進(jìn)行逐漸增大，并在后期趨于穩(wěn)定。

3.3 位移觀測控制及安全評估

路基填筑速率直接影響著路基施工質(zhì)量的優(yōu)劣，確定適當(dāng)?shù)氖┕ぬ钪?biāo)準(zhǔn)對于保證填筑路基的施工質(zhì)量至關(guān)重要。結(jié)合相關(guān)規(guī)范，本文選取沉降變形速率和水平位移速率作為評價指標(biāo)，相比運用單一的位移值能更好反映路基的整體穩(wěn)定狀況。相應(yīng)控制標(biāo)準(zhǔn)為：在路基填筑期間，若坡腳水平位移速率低于5 mm/d，路基中心 豎向沉降速率低于10 mm/d，則認(rèn)為施工質(zhì)量可滿足相應(yīng)工程要求。對臨滄站鐵路高填方路基四個斷面：DK207+383、DK207+473、DK208+287.3、DK208+463處的沉降速率進(jìn)行計算，匯總相關(guān)數(shù)據(jù)見表1。

表1 路基填筑期各斷面豎向最大沉降速率

根據(jù)表1可知，各斷面豎向沉降速率均滿足規(guī)范中對路基填筑期要求的豎向沉降速率限值。同時上述四個斷面的路堤中心地面日沉降量均小于10 mm，坡腳最大水平位移速率為3.16 mm/d，滿足相應(yīng)規(guī)范要求，故鐵路路基沉降發(fā)展趨勢穩(wěn)定，施工填筑速率安排合理。

4 結(jié)論

通過本文研究，主要有以下結(jié)論：

(1)針對臨滄站站場路基的沉降監(jiān)測，本文采用電子水準(zhǔn)儀方法對涵洞頂及兩側(cè)路基沉降進(jìn)行了監(jiān)測，采用沉降觀測樁、位移觀測樁以及沉降觀測板對高填方路堤邊坡側(cè)向位移、沉降進(jìn)行了監(jiān)測。

(2)依據(jù)沉降-時間曲線，高填方路基累計沉降隨時間呈現(xiàn)非線性發(fā)展趨勢，地下水條件是影響該地區(qū)路基沉降的重要因素。同時計算得各斷面豎向沉降速率最大值為7.60 mm/d，坡腳水平位移速率最大值為3.16 mm/d，滿足規(guī)范中相應(yīng)限界要求，驗證了當(dāng)下施工方案的可行性。