武广铁路客运专线乌龙泉至韶关段无砟轨道路基设计新技术

刘 珣，詹学启

(1.铁道部经济规划研究院，北京 100038;2.中铁第四勘察设计院集团有限公司，武汉 430063)

1 概述

武汉至广州铁路客运专线乌龙泉至韶关段(DK1232+000～DK1989+500)正线长度715.144 km，包括长沙(株洲)、衡阳枢纽配套工程。其中正线路基工程长272.11 km，占该段线路总长约38.05%。另有客运专线与既有线的联络线路基工程长12.835 km，长沙动车所路基长度3.975 km［1］。

本线乌龙泉至韶关段为双线，正线轨道按一次铺设跨区间无缝线路设计，正线路基按铺设无砟轨道设计，设计速度分别为:(1)区间及车站内高速正线为200 km以上客运专线;(2)客运专线与既有线相连的联络线以及动车走行线按时速200 km以下设计，执行《新建时速200公里客货共线铁路设计暂行规定》［2］，与正线相连段应设置不少于45 m长的渐变段;(3)站内各线及疏解线按现行规范中相应标准执行。

2 路基工点类型

本线乌龙泉至韶关段路基较长，路基工点类型复杂，数量众多。主要工点类型分布范围详见表1。

表1 武广客运专线乌韶段主要路基工点类型

3 采用的路基设计新技术

武广客运专线设计立项前，无砟轨道在我国尚无建设实践经验，通过对国内外技术标准、国外无砟轨道建设经验及咨询成果的学习、理解、掌握，设计单位在较短时间内基本掌握了无砟轨道客运专线路基的部分关键技术，确立了新的勘察设计理念，采用了一系列新技术、新结构、新材料，现浅析如下。

3.1 “路堤式路堑”结构

武广客运专线地处江南多雨水地区，年平均降水量大多在1 200～1 750 mm，为使路基具备良好的防排水条件及路基基床在列车动荷载反复作用下，不因雨水的反复侵蚀影响路基基床的长期稳固，本线路堑地段横断面采用了“路堤式路堑”结构形式(图1)，即表层换填厚0.4 m的级配碎石，基床表层以下换填改良土或A、B组填料。换填层采用路堤放坡形式，以降低地下水对基床的影响，坡率1∶1.5，同时基床底层视地基条件以及地下水发育情况考虑换填改良土或A、B组填料的厚度(厚度为0.5～1.5 m)，及是否铺设复合土工膜隔水层。当地下水发育或换填细粒土改良土时，复合土工膜铺在换填层下部，当换填A、B组填料或防止表水下渗时，复合土工膜铺在底层的顶面。

图1 “路堤式路堑”结构(单位:m)

3.2 “过渡段路基”设计

本线地形复杂，桥、隧及各类涵洞分布密度较大，且沿线地形起伏较大，路堤与路堑过渡段众多，导致桥路、隧路、涵路和堤堑等过渡段分布密度大，平均约每58 m就有1处过渡段，全线各种过渡段近4 660个。从2005年到2007年2年多的时间内，根据京沪高速铁路设计暂行规定［3］，结合国内有关科研单位现有研究成果，以及外方咨询意见及本线具体情况，共进行了65种过渡段形式及技术要求的研究优选，最终确定了28种过渡段结构形式的设计，并编制了各类过渡段路基设置结构大样图集，首次综合考虑了各类过渡段叠加或组合等特殊情况的过渡段路基结构设计。

该路基过渡段结构大样图不但囊括了桥路、涵路、隧路、堤堑、半填半挖路基、不同岩土组合路基和客运专线与联络线相接等路基纵、横向的过渡段的基本形式，而且包括了桥桥、桥隧、隧隧、桥堑之间短路基等各类过渡段结构类型及其特殊技术要求的设计。较为典型的桥路+堤堑+路隧“组合型”过渡段设计如图2所示。

3.3 路基站后附属结构物接口设计

本线作为我国第一条最高等级长大客运专线，通信、信号、电力、接触网、牵引变电、综合接地、过轨管道等在路基上的布置、预留设施及其相互关系，特别是上述设施在桥路、路隧、隧桥、堤堑过渡段位置的设置及连接是附属结构物接口设计的重点和难点。

图2 桥路+堤堑+路隧“组合型”过渡段设计(单位:m)

通过查阅大量的国内外相关资料，经过多次修改和完善，先后完成《新建铁路武汉至广州客运专线乌花段新建工程施工图设计(乌龙泉至韶关段)路基附属结构物及其接口设计图集》及上述图集的《线间集水井及牵引变电所、AT所、AT分区所与路基接口设计补遗》、《桥梁与隧道间长度小于10 m的短路基管线槽联接接口设计图》两册补充设计图集。较为典型的隧路间站后结构物接口设计如图3所示。

图3 隧路间站后结构物接口设计(单位:m)

3.4 冲击压实技术

冲击压实技术是一种新型地基、土方工程压实技术，该技术在公路及土坝工程中已有广泛运用，但最近几年才被应用于客运专线施工中。

本线设计冲击压实技术主要运用于:

(1)路堤地段无复合地基或桩网结构加固地段地基土的填前压实;

(2)高填方地段填土的分层压实;

(3)土质、全风化岩层路堑挖方地段换填底部压实;

(4)路基纵向填挖频繁交替地段的路基面追密压实。

冲击压实技术较好地满足了客运专线无砟轨道路基对地基、填土沉降控制的高要求，同时解决了大面积、长距离压实的施工要求，可有效加快施工进度，提高工效，确保施工质量。

3.5 桩帽式CFG桩复合地基

武广客运专线大量分布的上硬下软的红黏土地基、软土和松软土地基，特别是当具有较厚的硬壳或硬层夹软弱层地基［4］，设计大多采用了桩帽式CFG桩复合地基处理。

设计CFG桩桩径0.5 m，材料配比按C15混凝土强度要求配制，主要采用长螺旋钻孔内泵灌混凝土施工，处理深度一般为5.0～22.0 m，通过桩顶设置桩帽，扩大其承载面积，充分发挥其桩身强度高单桩承载力大的特点，使桩间距加大，可节省约20%的地基加固处理费用。桩帽式CFG桩结构如图4所示。

图4 桩帽式CFG桩结构示意(单位:m)

3.6 桩-网结构

桩-网结构是指在地基处理过程中，下部土体得到竖向增强体“桩”的加强从而形成桩土复合地基加固区;而在该区上部得到水平向增强体“网”的加强从而形成加筋土复合地基加固区，并能使网-桩-土三者协同作用，共同承担荷载的人工地基。该技术同时具有排水、挤密、加筋等多重效果，加固的地基具有沉降小、工后沉降易控制且沉降完成快、稳定性高、施工方便等优点［5］。

本线所设计的桩-网结构，“桩”采用预制管桩、预制方桩、钻孔灌注桩，主要应用于下列地层:

(1)深厚层软弱土地基或厚层软硬互层地层层厚大于20 m地基;

(2)上硬下软的高压缩性灰岩残积层(红黏土)，厚度大于20 m时;

(3)压缩层厚度大，采用常规措施工后沉降难以控制的车站道岔区、过渡段范围;

(4)位于斜坡的地段软弱土地基路堤;存在纵向应力作用(如桥头路堤)的路堤地段;

(5)桥隧、桥桥、隧隧间短路基工后沉降控制困难、纵向存在明显不均匀沉降地段。

武广客运专线全线采用桩-网结构的加固桩总数为71.38×104延米。桩网结构复合地基如图5所示。

图5 桩网结构复合地基示意(单位:m)

3.7 路堑高边坡预加固技术

本线虽经平纵断面优化，但受地形、地质条件控制仍存在较多的白垩系、下第三系以及元古界风化软质岩路堑高边坡;二迭系及泥盆系、石炭系软硬岩互(夹)层路堑高边坡;构造影响及风化作用，岩层破碎、节理和软弱结构面发育的硬质岩路堑高边坡;灰岩残积层下部近基岩面存在软～流塑状黏土层的深路堑等。

针对上述存在安全隐患的路堑高边坡，设计中重点采用分层开挖、分级锚固、分级防护、特别是坡脚预加固桩等加固处理措施，较好地解决了路堑高边坡稳定问题。根据各工点的地形条件、工程地质及水文地质条件，边坡坡面主要采用了预应力锚索(框架梁)、框架锚杆、复合喷锚支护加固技术，坡脚采取预加固桩、竖向预应力拉杆桩(墙)等措施。同时，该类高边坡均设置了边坡变形位移综合监测系统，如边坡地表位移监测(监测桩)、边坡深部位移监测、桩(墙)背土压力监测、预应力锚索锚固力监测及地下水渗流监测剖面，针对边坡可能发生的各种失稳破坏进行预警。

3.8 挂网喷混植生

本线耒阳以北路基边坡多以强风化软岩(板岩、砂岩、泥岩等)边坡为主，边坡开挖后易风化成碎块状，后遇水软化形成坡面溜滑、甚至坍滑;而耒阳至郴州段多以灰岩为主，受构造影响，岩体破碎、溶蚀严重，边坡岩体易掉落;郴州地区及乐昌至韶关段多以软硬岩互层及煤系地层为主，边坡易产生溜坍、坍滑等病害。为达到坡面绿色防护、恢复沿线生态环境的目的，本线设计针对上述的岩质路堑边坡采取挂网喷混植生防护措施。

本线喷混植生设计厚度8～12 cm，适用边坡率1∶1.25～1∶1.5，土壤一般就近选用种植土，掺入适量的肥土，肥料采用缓释复合肥，胶结材料采用普通硅酸盐水泥，有机质一般采用堆肥或草径，以持久提供植物所需肥力，并使基材有适合植物生长的通透性和保水、保肥能力，草籽采用本地草本类，如小糠草、普通旱熟禾、野牛草等。

3.9 土工合成材料的推广应用

本线路基设计中土工合成材料主要运用于以下6个方面:(1)路堤边坡宽3.0 m铺设土工格栅加筋补强;(2)当下部填土与基床底层之间不满足 D15＜4d85要求时，在基床底层表面铺设土工格栅;

(3)地基处理垫层中铺设土工格栅，以增强地基稳定、减小地基沉降;作为桩-网结构的水平向增强体的“网”，使网-桩-土三者共同形成加筋复合结构;

(4)边坡坡面铺设立体植被护坡网;

(5)对地下水发育的渗水土路堑及风化软岩路堑、膨胀土路堑、灰岩残积层路堑地段，基床底层顶面或路堑换填底部铺设复合土工膜，防止表水入渗软化地基或地下水侵入;

(6)RCP-X715D(A)无纺土工布包裹型反滤层用于浸水、冲刷路基地段以及路肩反滤层，可有效防止细颗粒流失，确保路基填筑材料不因水的反复浸蚀影响路基稳定。

4 结论

(1)“路堤式路堑”结构既可有效隔断地下水入渗，又能使路堑地段基床具有良好的防排水工作状况，该技术可有效解决多雨水地区路基基床强度和刚度的长期稳定性问题。

(2)本线过渡段路基设计不但囊括了路基纵、横向过渡段的基本形式，还首次综合考虑了各类过渡段叠加或组合等特殊情况;站后附属结构物接口设计则主要涉及350 km/h客运专线路基地段通信、信号、电力、接触网、牵引变电、综合接地、过轨管道等设施在路基上的布置、预留及其相互关系，特别是上述设施在桥路、路隧、隧桥、堤堑过渡段位置的设置。上述2项新技术均不同程度地填补和完善了国内相关技术标准的空白和不足。

(3)本线路基设计所采用的冲击压实技术、桩帽式CFG桩复合地基、桩-网结构、路堑高边坡预加固技术、挂网喷混植生及土工合成材料的推广应用等多项新技术均在现有铁路技术标准的基础上进行了自主创新和完善，并对所涉及的关键技术进行了探讨和细化。

［1］中铁第四勘察设计院集团有限公司地质路基处.武广客运专线乌龙泉至花都段施工图设计(路基分册)［R］.武汉:中铁第四勘察设计院集团有限公司，2009.

［2］铁道科学研究院.铁建设函［2005］285号 新建时速200公里客货共线铁路设计暂行规定［S］.北京:中国铁道出版社，2005.

［3］铁道第三勘察设计院、铁道第四勘察设计院.铁建设函［2004］157号 京沪高速铁路设计暂行规定(上、下)［S］.北京:中国铁道出版社，2005.

［4］龚晓南.复合地基理论及工程应用［M］.北京:中国建筑工业出版社，2002.

［5］肖 宏，蒋关鲁，魏永幸.遂渝线无砟轨道桩网结构地基处理技术［J］.铁道工程学报，2006(4).