武广高速铁路运营阶段路基沉降变形规律研究

寇东华

(武汉铁路局，湖北 武汉 430071)

武广高速铁路运营阶段路基沉降变形规律研究

寇东华

(武汉铁路局，湖北 武汉 430071)

高速铁路运营要满足高可靠性、高稳定性和高平顺性要求，路基沉降变形是影响轨道结构状态的主要因素。本文选取武广高速铁路代表性区段，对高速铁路路基沉降变形进行系统监测，分析了运营中无砟轨道路基沉降规律。研究表明:运营阶段高速铁路路基沉降变形量比较小，但波动较大，路堤段的总体沉降大于路堑段，过渡段的沉降值波动变化较大，直线段轨道板内侧沉降大于外侧，曲线段加设超高一侧沉降大于另一侧。研究成果对于合理安排养修，保证运营安全具有指导意义。

高速铁路 路基 沉降变形观测 变形规律

我国已建成的高速铁路多采用无砟轨道，基本实现了安全、可靠和少维护的目标，稳定性和耐久性良好。但无砟轨道在下部路基出现较大沉降时，上部轨道结构在高速列车荷载作用下易产生病害，且轨道不平顺又加速了路基沉降变形，无砟轨道维修困难。因此，高速铁路路基的沉降变形对线路的运营质量起着至关重要的作用，是高速铁路高可靠性、高稳定性和高平顺性运营的决定因素。

本文选取武广高速铁路典型区段，进行了系统的路基段无砟轨道沉降观测，对运营15个月路基沉降监测结果进行分析，并结合该数据对高速铁路路基设计和施工中广泛应用的曲线拟合法进行了适用性研究，分析运营高速铁路无砟轨道路基沉降变形的规律。

1 观测段的选取及观测方案

武广客运专线2005年开始建设，2009年12月正式通车。观测区段包括RHEDA 2000双块式无砟轨道、CRTSⅠ型板式无砟轨道，以及路堤、路堑、过渡段三种路基类型，路线线形包括直线段和曲线段两种。

根据测量规范要求以及现场具体情况综合考虑，按照二等水准测量的要求对观测路段进行了闭合线路水准测量，观测周期为3月，采集数据6次。共三列沉降观测桩，两列分别位于线路外侧(其中一列为备用点)，这两列观测桩从水硬性支承层上部一直延伸至路基顶部，另一列观测桩位于线路中心线两道轨道板之间的基床表层中。观测点采用前期布设的观测桩，其布设位置见图1。

图1 观测段路基结构形式及测点分布

2 观测结果与分析

1)路基不同结构沉降变化规律

不同类型路基结构沉降速率变化曲线见图2。由图2可见，路堑段2个沉降监测断面，4个沉降观测桩的平均沉降速率为2.08 mm/年，月沉降速率为－0.36～0.88 mm/月，累计沉降值为0.54～4.11 mm。路堤段2个沉降监测断面，4个沉降观测桩的平均沉降速率为 5.08 mm/年，月沉降速率为 －0.37～1.87 mm/月，累计沉降值为5.7～6.6 mm;过渡段(包括路桥过渡段、路涵过渡段以及涵洞上部)7个沉降监测断面，14个沉降观测桩的平均沉降速率为1.48 mm/年，月沉降速率为 －3.14～1.78 mm/月，累计沉降值为－9.77～5.36 mm。

图2 不同类型路基结构沉降速率时程曲线

四种类型路基结构各自的沉降变化特征明显，且每种类型路基结构的观测点均遵从该类型的特征。随时间变化沉降波动比较明显，推断为量误差以及气温、降水等因素影响所致。截止到2013年6月至2013年9月，沉降变化已基本趋近于 0，沉降达到稳定，但2013年12月又产生相对变化，推断为外界气候变化影响所致，建议做进一步跟踪观测验证。

2)直线路段、曲线路段以及线路内、外侧沉降规律

直线路段、曲线路段以及线路内、外侧累计沉降变化曲线见图3。由图可见，除最后两个断面外，线路内侧监测点的沉降值比线路外侧的大，这是由于两条线路应力扩散角的叠加引起的。最后两个断面处在缓圆点附近，属于曲线路段，外侧超高以及列车行驶中转向导致了外侧测点沉降大于内侧，与直线段的规律相反。

图3 累计沉降变化曲线

3)拟合分析

本文采用目前广泛使用的几种常用曲线拟合的方法，在路堑、路堤、过渡段各选取一个断面进行拟合分析。路堑段分析结果见表1和图4。路堤段分析结果见表2和图5。过渡段分析结果见表3和图6。

表1 4号断面(路堑段)拟合结果

图4 4号断面沉降拟合曲线

表2 21号断面(路堤段)拟合结果

图5 21号断面沉降拟合曲线

表3 15号断面(过渡段)拟合结果

图6 15号断面沉降拟合曲线

可以看出，由于该高速铁路沉降量小、波动大，本文所选取的双曲线法、三点法、泊松曲线法都不能满足拟合相关系数＞0.92的要求。其中，路堤段沉降值在所选路段中最大，拟合的相关系数最接近0.92。对于工后的小量级沉降进行拟合预测很难满足要求，但不管沉降数值波动多大，一般路段的总体趋势还是一定的，所以可采用曲线拟合的方法进行沉降趋势的判别分析。

3 结论

选取运营线路的路基沉降观测结果，对沉降与时间的关系，不同结构类型路基的沉降、线路内、外侧的沉降进行分析，并运用了三种常用的曲线拟合方法对实测沉降数据进行了拟合分析。得出以下结论:

1)路堤段平均沉降速率最大，路堑段次之，过渡段最小，但过渡段路基容易产生差异沉降;过渡段的月沉降速率和累计沉降波动范围都是最大的，月沉降速率的波动路堤段次之，路堑段最小，但路堤段的累计沉降是最大的。

2)线路内侧沉降值普遍大于外侧，推断为两侧线路上列车荷载共同作用所致;在纵向曲线段上设超高的外侧沉降值大于内侧。

3)由于线路纵向监测点埋设位置不同:外侧监测点埋设于轨道板下部水硬性支撑层中，而内侧监测点埋设于线路中心线上的基床表层中。两者位置的不同也可能是导致外侧沉降值出现负值的原因之一。

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(责任审编 葛全红)

U213.1

:ADOI:10．3969/j．issn．1003-1995．2015．08．25

2015-04-10;

:2015-06-20

武汉铁路局科技研究开发计划项目(201211G03)

寇东华(1981— )，男，辽宁建平人，工程师，硕士。

1003-1995(2015)08-0085-03