客运专线无碴轨道路基工后沉降分析与控制

李尚嗣

0 引言

随着我国铁路客运专线和高速铁路的发展,摸索适合我国国情的无碴轨道铺设施工技术,总结无碴轨道施工和维修的技术标准,已成为我国铁路发展的当务之急[1-3]。无碴轨道技术作为现我国铁路跨越式发展和建设快速客运通道及城际快速专线的基础性、保障性技术,在许多发达国家已经得到广泛应用。为了确定无碴轨道工程的施工时间必需进行路基沉降观测、分析并采取必要的控制措施。

1 无碴轨道路基沉降观测

无碴轨道路基沉降观测的主要目的是确定无碴轨道工程的施工时间。对所有路堤的地基沉降采用在地基表面埋设沉降板测试,路基面沉降采用在路基表面埋设观测桩测试,路堤和地基分层沉降采用钻孔埋设沉降磁环测试。松软土地基和湿陷性黄土地基地段路基观测断面按设计要求设置,施工中保护好埋设的观测器件。选择代表性断面采用测斜管进行地基水平位移观测、坡脚边桩水平位移观测,采用孔压计进行孔隙水压力观测。边桩及沉降桩在施工期间每天进行一次观测,在沉降量急剧增大的情况下,每天观测2次～3次。路堤经过分层填筑达到预定高程后,在堆放期的前2个月～3个月内,每 5 d观测一次,三个月后7 d～15 d观测一次;半年后一个月观测一次,一直观测到轨道承载板施工。轨道承载板施工后每三个月观测一次直至移交。路肩观测桩的观测同步进行。当路堤中心线地面沉降速率、坡脚水平位移速率异常或超过限值时,立即停止填筑,待观测值恢复到限值以内再进行填筑。以二等几何水准测量高程,观测精度不低于1mm。在填土过程中,观测边桩水平位移和高程变化,分析土体的侧向位移值及其发展趋势,判断地基的稳定性。通过测量路肩观测桩的高程变化,确定路基面的沉降量。每次观测沉降后根据观测结果整理绘制“填土高度—时间—沉降量”关系曲线图。认真做好沉降板、位移桩、基桩的埋设与保护。二等水准测量仪器采用精密水准仪,配用铟瓦水准尺。水准尺进行标尺零点不等差、1 m长度和1 dm长度等项目的检验,装有圆水准器,不符合要求不能使用。每期观测做到四个固定:固定观测人员;固定仪器及水准尺;固定后视尺读数;固定测站及转点。观测时携带尺垫,严禁用砖石或不设尺垫作为转点。成果整理时,首先检查手簿中的数据和计算是否正确,观测限差是否符合要求,文字说明是否齐全。计算两期观测的沉降量和累计沉降量,为了清楚地表示时间、填土高度和沉降量之间的关系,及时绘制沉降点的时间—填土高度—沉降量的关系曲线。

2 无碴轨道路基沉降分析与预测

在施工过程中利用电算程序及时进行沉降分析与预测,步骤如下:

1)选定工作断面,采取原状土样。2)在搜集分析现有可以参考的沉降计算方法的基础上,提出用以作为比较分析的方法,编制利用这些方法进行沉降分析的电算程序。3)根据各方法沉降分析的需要,选择有代表性的土样进行侧限压缩试验、固结试验和部分三轴试验。4)整理分析试验测得的压缩曲线及有关各种参数,在综合分析对比的基础上确定分析计算所用的曲线和参数,然后利用这些参数进行沉降计算(沉降量及沉降过程)。5)将计算的结果与实测的结果进行对比分析,必要时对参数作适当调整,最后得出相应的结论。6)预测湿陷、行车荷载、涵洞及沟谷地形对路堤沉降的影响。

3 控制工后沉降的措施

1)聘请专家指导,加强技术培训。聘请路基沉降预测与控制实践经验丰富的国内专家、德国专家作专题顾问,现场进行指导,加强现场观测人员、整理分析人员、计算预测人员的培训,购买或科研开发专用电算软件,从控制方案、预测分析、观测操作上采取主动预控制措施。

2)采用桩板结构路基,严格控制正线路基沉降。正线路堤采用桩板结构,共同承载,处理湿陷性黄土,减小路基沉降及不均匀沉降。

3)强化地基处理措施,确保处理效果。施工前,进一步核实地质,必要时补充钻探,彻底查清地质情况。领会地基处理设计意图,严格按设计及规范要求进行处理。注重试验性施工,获取施工参数。清除表层后进行冲击碾压,消除黄土地基上部湿陷性。及时做好临时排水措施和永久防排水设施,确保防排水工程质量。加强地基处理效果的检测与验收。

4)严格路堤本体填筑工艺。填筑严格按照试验性施工确定的施工参数、施工工艺施工。采用水平分层法填筑,每层保证层面平整,便于各点压实均匀一致。严格按照试验性施工确定的厚度摊铺,及时检测含水量,严格控制填料的含水量使其合适。采用平地机进行平整,重型振动压实机械碾压,重点控制好碾压,确保达到压实要求。路堤压实达标后,对不设置路基承载板地段再采用冲击碾密压实,以消除大部分填筑体的工后沉降。

5)加强质量检测及沉降观测、预测。加强路基的试验检测和观测工作,确保检测结果、观测资料正确、可靠、及时,并及时进行整理、分析、总结,利用实测沉降曲线和电算程序更好地预测、分析工后沉降量,以便及时对施工参数和工艺进行调整,更好地控制施工,合理设置预留沉落量,控制好工后沉降。

6)加强路基综合防排水,确保不渗不冲。黄土地区施工特别注重路基防排水工作。地基两侧设防渗灰土层,设置范围自排水沟至坡脚内不小于1 m。基床底层采用改良土填筑防水。排水沟下设灰土垫层,严格保证排水工程质量,做到无局部积水,无渗漏,无冲刷等现象。施工期间,在两侧或一侧(超高段)设临时阻水、拦水、排水设施,以防雨水冲毁边坡,并防止地表水下渗。确保临时排水设施和永久排水设施随时排水顺畅、不积水,能及时排走地表水;水沟两侧地面进行处理,确保不积水。

7)合理安排施工,确保轨道板施工前的堆放沉降期。加大地基处理与路基填筑设备投入,合理安排,开工后突击地基处理,尽早完成,以便路基填筑大面积展开。路基填筑快速施工,尽早完成。进行不同沉降时间的路基沉降研究,确保无碴轨道道床施工前的沉降期满足沉降实际观测分析的沉降要求和电算分析、预测的沉降要求,确保站线路基填完后轨道承载板施工前的路堤堆放沉降期不小于6个月,并尽量延长路基自然沉降期。

4 结语

郑西客运专线对于缓解陇海铁路郑州—西安段的压力,实现客货分线运输,形成大能力快速度的客运通道具有重大意义。但工程地质条件以及所采用的无碴轨道技术决定了无碴轨道路基工后沉降分析与控制成了该工程的重点和难点问题。本文详细介绍了无碴轨道路基的沉降观测技术,沉降的分析与预测技术,并介绍了工后沉降的控制措施,这些技术和措施将为类似工程的应用提供宝贵的借鉴。

[1] 夏武一.无碴轨道的工后沉降探讨[J].铁路勘查,2008,24(3):39-40.

[2] 续海龙.京津城际无碴轨道施工关键技术的研究[J].山西建筑,2008,34(15):262-263.

[3] 艾晓东.无碴轨道基础变形控制的关键施工技术[J].石家庄铁道学院学报,2006,19(2):132-135.

[4] 尤昌龙.无碴轨道工后沉降变形观测、评估的集成理念[J].铁道工程学报,2007(3):25-28.