新建线临近既有无砟高速铁路路基施工方案研究

杨 泉 高柏松 李井元 肖飞知 徐 骏

(中铁二院工程集团有限责任公司， 成都 610031)

新建线临近既有无砟高速铁路路基施工方案研究

杨 泉 高柏松 李井元 肖飞知 徐 骏

(中铁二院工程集团有限责任公司， 成都 610031)

目前工程中基本未见临近既有无砟轨道高速铁路路基填筑案例。曲阜～临沂城际铁路需要在京沪高铁的曲阜东站接轨，接轨段城际铁路需与京沪无砟高铁正线并行，线间距最小仅6.5m，城际铁路的路基荷载及填筑施工对京沪正线会造成沉降变形影响，需要重点研究变形控制的工程措施。文章通过数值分析，从沉降、经济性和施工干扰等角度综合对比了微型钢管桩加固、CFG桩加固、高压旋喷桩加固、基底换填轻质混凝土四种地基处理方案的优缺点，提出了最佳处理方案。经分析，结合静压法施工对天然地基进行微型桩加固，采用质轻高强、不需压实的轻质混凝土填筑施工等措施,大幅降低了路基填筑及施工干扰风险。该方案可为类似工程提供技术参考，具有一定的工程应用价值。

无砟高速铁路； 临近施工； 轻质混凝土； 微型钢管桩； 方案研究

1 引言

随着我国交通和城镇化的不断发展，将面临越来越多在临近既有高速铁路进行构筑物施工的各种工程难题[1]。目前，国内基本未见临近既有运营无砟轨道高速铁路填筑路基的工程案例。已有的工程案例主要为深厚软基地段临近既有运营有砟铁路增建二线，代表性案例是萧甬铁路，主要通过加强地基处理措施来减少对运营线沉降的影响。临近无砟轨道高速铁路施工上跨桥的桥墩工程案例较多，主要采用设隔离桩，调整打桩施工工艺的措施减少对运营线沉降影响[2]。

列车长期安全、舒适、平顺运行的要求, 是路基工程设计的核心问题[3]。高速铁路对变形要求极高，临近高速铁路施工时不可避免会对既有高速铁路路基地段产生扰动，从而产生各类变形，引起轨道不平顺，存在较大的安全风险。

2 工程概况

曲阜至临沂城际铁路位于山东省南部济宁市、临沂市境内。线路西端起自山东省曲阜市，自曲阜市引出后，沿日兰高速公路向东经泗水县、平邑县、费县，终至临沂市。曲阜至临沂城际线为有砟轨道，拟于上海端安全线股道10接轨，如图1所示。上联与京沪高速铁路股道Ⅱ线间距最近为6.5 m，填高约为4.5 m，城际处帮宽6.25 m，下联临近京沪高速铁路股道Ⅰ。上下联在K 536+856.5～K 536+996区间由并行逐渐远离京沪高速铁路Ⅰ、Ⅱ股道。

图1 接轨处临近京沪高速铁路正线平面布置图

既有曲阜东站地基加固处理具体措施为：正线无砟轨道板基础下按1∶1放坡至地面范围内桩顶设置0.15 m碎石垫层，其上铺设0.5 m厚C30钢筋混凝土板，其他部分桩顶设0.6 m碎石垫层，中间铺设2层抗拉强度不小于100 kN/m的土工格栅；路堤基底采用CFG桩加固，桩径0.5 m，钢筋混凝土板下间距为1.5 m，正方形布置，桩长30.0 m，钢筋混凝土板以外范围沿线路方向桩间距为1.5 m，横向间距为1.6 m，填筑基床表层以前堆载预压，如图2所示。

图2 接轨处既有京沪高速铁路正线典型断面图(m)

京沪高速铁路路堤基础结构形式采用桩筏结构，无砟轨道板下按照1∶1放坡至地面范围内设置钢筋混凝土板，板厚0.5 m，钢筋混凝土板外侧既有路堤部分均为桩网结构，垫层厚度为0.6 m，钢筋混凝土板厚度与京沪高速铁路相同。将地基土层划分为6层，土质及土层厚度如表1所示。

表1 天然地基土层参数

京沪高速铁路地基已用CFG桩加固，正方形布置，桩间距为1.5 m，桩径为0.5 m，钢筋混凝土板外侧采用矩形方案布桩，沿线路方向桩间距为1.5 m，横向间距为1.6 m，桩径为0.5 m。

3 施工对策分析

线路临近既有京沪高速铁路施工，施工过程中存在相互干扰。考虑到京沪高速铁路极为严格的变形控制要求，新建线天然地基显然要采取加固措施，路堤填料是否换用特殊材料需待计算而定，拟定普通填料做路堤填料。根据规范并参考路基手册[4]共同确定路堤填料物理力学参数，如表2所示。初步选择几种供比选的常规地基处理方案如表3所示。

表2 路堤填料参数

4 方案比选分析

碎石垫层按K30=130 MPa/m，变形模量E=28.6 MPa，容重γ=22 kN/m3。钢筋混凝土板按C25混凝土计算，弹性模量E=2.8×104MPa，泊松比μ=0.20，容重γ=25 kN/m3。 荷载采用规范规定的轨道及列车荷载[5]取54.1 kN/m2，沿轨道中心线分布宽3.4 m。京沪高速铁路K 536+856～K 536+966区间，曲临城际上、下联分别临近Ⅰ、Ⅱ股道路基由并行状态逐渐偏离成独立路基。选取K 536+894、K 536+932、K 536+9663处代表性断面，采用FLAC分别进行数值分析，计算结果如图3～图5所示，结果汇总如图6所示。

表3 地基加固方案比选

图3 K 536+894处断面有限元沉降云图

图4 K 536+932处断面有限元沉降云图

图5 K 536+966处断面有限元沉降云图

图6 不同断面京沪正线路堤表面沉降曲线

由图3～图6可知，3种典型断面沉降曲线中，K 536+894处断面沉降值最大，京沪正线Ⅰ股道中心线3个断面沉降值1.15 mm、0.85 mm、0.71 mm，Ⅱ股道中心线处依次为2.02 mm、1.65 mm、1.35 mm。说明此断面为整个并行段的最不利断面。

以K 536+894处断面为计算断面，填料采用普通土，地基加固处理分别采用微型钢管桩、CFG桩、高压旋喷桩、换填轻质混凝土4种方案分别进行计算，结果如表4所示。

表4 各工况下路基面产生的附加沉降值

从表4可知，施工全过程4种方案沿地面线产生的最大附加沉降大小排序为：4<1<3<2，京沪高速铁路Ⅰ股道中心线处沉降值依次为1.1 mm、1.15 mm、1.37 mm、1.43 mm，Ⅱ股道中心线依次为1.82 mm、2.02 mm、2.19 mm、2.34 mm，通过最大沉降的比较，4种地基处理方案加固效果差距不太明显。

数值计算不考虑地基处理的施工扰动过程，仅考虑处理方案在路堤填筑、运营荷载影响下的变形控制效果。以上计算表明，4种方案的变形控制效果相当。对拟定方案进行全面评价还需从经济性和施工干扰对方案进行综合评价，如表5所示。

表5 加固方案地基加固方案综合评价比选表

结合前述地基处理变形影响的数值计算，从施工干扰、经济性对4种方案可行性进行了综合比选，由比选结果可知，微型桩加固方案虽造价较高，但相比其工程总投资额是可接受的，考虑到施工过程中，处于运营状态的既有京沪高速铁路路基变形是施工质量控制的关键，微型桩采用静压法施工对既有京沪高速铁路路基施工干扰最小，施工风险最低，变形控制效果与其他方案相当，推荐此方案为最终的地基处理方案。

前述内容已经论证了采用微型桩方案的合理性，计算显示采用普通填料条件下，4种方案的加固效果都较为明显，Ⅱ股道中心线处沉降值为1.35 mm。临近既有无砟高速铁路施工目前没有沉降控制，铁路局要求施工时对既有高速铁路线基本达到零影响[7]，按照此标准，经与各方商议，将沉降控制在1 mm以内认为较为合理，上诉措施仍未达到变形控制的要求。

由于轻质混凝土质轻高强的特点[8]，可将路堤填料换为轻质混凝土填料，比较与普通填料的应用效果，微型桩采用的布置形式不变，桩径仍为0.15 m、桩长为25 m、桩间距为0.5 m，沉降曲线如图7所示。

图7 两种填料路基面产生的附加沉降分布

从图7可知，路堤填料为轻质混凝土时，路基面产生的附加沉降明显小于普通填料，沉降减小比例在60%～70%；既有线路基附加沉降呈现中间小两端大的形式，并在Ⅱ股道坡脚处达到最大，最大沉降值是：轻质混凝土为0.88 mm、普通土填料为2.07 mm。在京沪高速铁路Ⅱ股道中心线处，轻质混凝土沉降值为0.72 mm、普通土填料为2.02 mm。

由于普通填料重度大，新建线临近既有京沪高速铁路路基施工时，变形控制难以满足要求，加之普通填料填筑时需分层压实，对既有线干扰较大[6]，而轻质混凝土重度小(为普通填料的1/3)，填筑不存在碾压过程，较好解决了诸多技术难题，采用轻质混凝土作为路堤填料很有必要的。确定地基处理方案为微型桩后，需通过计算确定其合理布置形式。计算分析时可先固定微型桩直径为0.15 m，再确定其桩长及桩间距。

施工工况保持不变，固定桩径为0.15 m、桩间距为0.5 m，设置几组变化桩长，通过比较加固效果确定桩长。拟定桩长为15 m、20 m、25 m、30 m 4组分别计算，沉降曲线如图8所示，曲线位置为路基表面。

图8 不同桩长沿路基面附加沉降分布

从图8沉降变化趋势可知，随着钢管桩桩长的增加，路堤填筑使京沪高速铁路路基面产生的附加沉降减小，桩长从15 m增加到25 m时，附加沉降变化梯度逐渐减小，当桩长超过25 m后，路基面沉降减小坡度明显放缓，即当桩长增至25 m后，桩长继续增加对减小路基面附加沉降效果不甚明显，可认为25 m是合理的桩长。

保持施工工况不变，固定桩径为0.15 m、桩长为25 m，设置几组变化桩间距，通过比较加固效果确定桩间距。拟定桩长为0.3 m、0.5 m、0.7 m、0.9 m 4组分别计算，沉降曲线如图9所示，测点位置为路基表面。

图9 不同桩间距产生的路基面附加沉降分布

由图9中沉降变化趋势可知，桩间距与路基面附加沉降呈正相关关系；当桩间距大于0.5 m后，靠近新建路基附加沉降增加较大，超出变形控制要求，桩间距为0.5 m时，变形在可控范围内，桩间距小于0.5 m后附加沉降减小趋势并不明显，即桩间距减小不能明显改善路基加固效果，可认为0.5 m是合理的桩间距。

通过以上计算分析，在确定地基加固形式采用微型桩方案情况下，微型桩较为合理的布置形式为：桩径为0.15 m、桩长为25 m、桩间距为0.5 m。

5 结论

通过沉降数值计算、经济性和施工干扰综合分析，得出以下结论：

(1)曲阜～临沂线在曲阜东站临近京沪无砟高速铁路路基施工是基本可行的；

(2)经初步论证，对天然地基采用微型桩加固，路堤填料换为轻质混凝土，通过双重工程措施保证临近无砟高速铁路施工影响达到最小，满足工程需求。此方案实施既保证施工和运营安全，又为以后类似工程提供技术参考，具有一定的工程应用价值。

[1] 罗雪贵. 桩基施工对邻近轨道交通的影响分析[J].路基工程，2014，5:140-143. LUO xuegui. Analysis on Influence of Pile Foundation Construction on Adjacent Rail Traint[J]. Subgrade Engineering，2014，5:140-143.

[2] 赵建军，郝栋，吴保来，等. 中国高速铁路的创新机制及启示[J].工程研究-跨学科视野中的工程，2012，4(1)：57-69. ZHAO Jianjun,HAO Dong,WU Baolai, et al.China High-speed Railway Innovation Mechanism and Enlightenment. Journal of Engineering Study，2012，4(1)：57-69.

[3] 李丹. 京沪高速铁路路基工程沉降控制设计技术[J].路基工程，2010，3:195-197. LI dan.Control Technique of Subgrade Engineering Settlement in Beijing-Shanghai High-speed Railway[J].Subgrade Engineering，2010，3:195-197.

[4] 杨健武,罗根陆. 铁路工程施工技术手册[M].中国铁道出版社,2004. YANG Jianwu, LUO Genlu. Railway Engineering Manual for Construction Technology[M]. China Railway Publishing House,2004.

[5] TB 10621-2014 高速铁路设计规范[S]. Code for Design of High Speed Railway[S].China Railway Publishing House,2014.

[6] 周勇,刘升传,吴立坚. 高速铁路CFG桩柔性载荷试验数值模拟分析[J].路基工程,2010,28(1):96-98. ZHOU yong. Experimental Study on Internal Force of Anchor-pile Supporting Structre[J].Subgrade Engineering,2010,28(1):96-98.

[7] 鞠国江. 无砟轨道铁路路基沉降观测及评估[J].铁道标准设计,2009，25(8):19-22. JU Guojiang. Observation and Evaluation to the Ballast-less Track Railway Subgrade Settlement [J].Railway Standard Design，2009，25(8):19-22.

[8] 孙筠，项贻强，唐国斌，等. 软土地基台后回填EPS轻质混凝土沉降分析[J].公路交通科技，2010，27(7):46-51. SUN Yun, XIANG Yiqiang, TANG Guobin, et al. Numerical Analysis on Settlement of EPS Concrete Backfill Adjacent toAbutment on Soft Foundation[J]. Journal of Highway and Transportation Research and Development，2010，27(7):46-51.

Research on Subgrade Construction Scheme of Newly Built Railway Close to Ballastless Track High-speed Railway

YANG Quan GAO Baisong LI Jingyuan XIAO Feizhi XU Jun

(China Railway Eryuan Engineering Group Co.Ltd.,Chengdu 610031,China)

There is no existing case of roadbed filling beside the existing ballast-less track high speed railway, Qufu-Linyi interurban railway will connect the Jing-hu high speed railway at Qufu east railway station, the connection part railway will be parallel to the mail line of Jing-hu high speed railway, the minimum distance between the connection part railway and Jing-hu high speed railway just is 6.5 m. The loading and the fill construction of the interurban railway will lead to settlement deformation of Jing-hu high speed railway, the control engineering measures should be studied. The simulation works have been done in this paper, and the deformation, economy and construction disturbance were analyzed to select the best construction measure, as to reduce the influence to Jing-hu high speed railway. The simulation results show that using the mini steel tube pile to reinforce the natural subsoil and replacing the embankment fill material with lightweight concrete will greatly reduce the rick of embankment filling and construction disturbance，which can provide technical reference for similar projects，has certain enginearing application value.

ballastless track high speed railway; close to the construction ;lightweight concrete; mini steel tube pile; schematic study

2015-09-09

杨泉(1989-)，男，助理工程师。

1674—8247(2016)02—0015—05

U213.1

A