现代有轨电车路基塌陷成因分析及治理

徐文龙

（中铁第六勘察设计院集团有限公司，天津 300308）

现代有轨电车路基塌陷成因分析及治理

徐文龙

（中铁第六勘察设计院集团有限公司，天津 300308）

文章采用有限元软件Midas GTS模拟路基塌陷变形过程，并对沉降结果进行分析，从而对路基塌陷变形产生的机理进行分析总结；同时将数值模拟结果与现场监测数据进行对比分析，找出其变形原因，提出分阶段、分时序压力注浆并结合截水帷幕等措施进行联合整治。

现代有轨电车；路基塌陷；成因分析；治理措施

2015-06-16，其现代有轨电车路基轨行区一侧约3 m区域突然坍塌，形成一个地表直径约10 m的漏斗形状的塌陷区域，电缆井底部基础悬空，大量积水涌入洞穴，从路基另一侧的地下车辆段基坑底部流出，虽然该事故无人员伤亡，但引起了社会的广泛关注。轨道交通停运会带来较大的社会影响，在连续暴雨天气影响的情况下，无法进行钻探、物探的常规性勘察工作，为此文章结合通过有限元软件Midas GTS模拟路基塌陷产生的机理，对路基塌陷的成因进行了科学分析并提出治理方案［1］。

1 三维模拟

由于现代有轨电车车辆段二期基坑工程未按期施工，又遇到连续强降雨，路基大面积积水，附近水流汇集车辆段基坑，路基本体冲刷严重。

结合现场实际，经过简化，以工程施工图剖面建立模型，如图1所示。

图1 数值化模型及位移结果图

整个模型长15 m（y方向），宽13.5 m（x方向），高18 m（z方向），共有16 816个节点，列车荷载为20 kPa，土体模型采用摩尔-库仑准则，整体道床和筏板基础采用弹性准则［2］。

根据现场情况以及模型检算推测，此次地表沉陷是由于地层内部土体塌陷而引起的，根据地表沉陷面积以及混凝土灌注量，可以初步确定塌陷区土方约250 m3，因此，其内部的土体运动破坏情况应该大于地表呈现的情况。

为了弄清楚有轨电车路基范围内的土体的位移，通过Midas GTS模拟路基塌陷产生的机理，轨道面测得最大位移为2.22×10-4m，沉降不大且整体道床未塌陷，但路基本体呈现不稳定状态，究其原因主要是整体道床（0.65 m）和筏板基础（0.4 m）与车辆段端部混凝土呈现空间桁架结构，必须及时、迅速提出路基塌陷治理方案。

表1 物理参数表

2 病害分析

（1）路基塌陷主要原因是现代有轨电车车辆段二期基坑未能如期施工，造成路基一侧悬空面相对高差约9 m，形成高强度水位差。在潜水长期渗透作用下，渗流通道逐渐向地表发展，路基本体被掏空，同时由于连续强降雨导致本区域大面积积水，引起地表塌陷［2］。

（2）路基过渡段填料采用二灰土等细粒土，未采用级配碎石+3%～+5%的水泥［3］渗水土填料，因而路基土富含水不能及时排出，形成较高的水位差，且施工单位在此处压实不严，填料更容易被掏空。

（3）外部电力线穿入电缆井时未采用套管，且无任何防水措施，电缆井积水后浸泡路基本体，影响路基的稳定。

3 整治方案

因现代有轨电车停止运营，社会影响较大，必须尽快满足列车开通运营条件，故对路基塌陷段分2阶段加固。第1阶段主要目的是满足列车在减速情况下能安全通过塌陷区域；第2阶段进行永久性加固，路基塌陷加固如图2所示。

3.1 第1阶段加固

（1）排除积水

开挖临时排水沟，疏通附近市政管网，迅速排除路面及绿化带积水。

（2）混凝土封堵塌陷空间

路基南侧因雨水冲刷而成的集水坑采用混凝土及时封堵。线路北侧冠梁处采用混凝土加固，施工采用顶部开孔，侧模封闭。浇筑时须采取有效施工措施引导混凝土充盈洞内。

（3）注浆密实

压力注浆可提高地基承载力，减小地基整体沉降和不均匀沉降［4-5］。注浆范围以围护桩为起点，顺路线方向15 m，纵向间距1.5 m，横向间距2.0～3.4 m，深度至基坑底板不小于1.0 m。注浆液采用425#纯水泥浆，注浆前应做注浆试验，水灰比为1.5∶1～1∶1；注浆应先用稀浆，洗孔后再用浓浆；应采用小型封闭压力泵，压力不大于1.0 MPa，压力由小到大慢慢增加。加固孔实施应由导管跟进，填料为碎石，采用套管封堵。

图2 路基塌陷平面加固示意图

（4）监测

注浆过程需全程监控轨道标高，控制好注浆压力，防止出现地表隆起现象。若出现注浆水泥后期收缩，应及时补注，通车后必须继续监测直至稳定。

3.2 第2阶段加固

鉴于有轨电车车辆段二期基坑及附近道路短期内无实施计划，须对路基本体区域永久性加固，以满足列车运营安全的要求。

（1）排水措施

为防止路基长期积水，须在临时道路南侧和基坑顶部设置排水沟，并与市政管道衔接，避免线路及车辆段基坑长期积水，对既有工程安全造成影响。轨行区周围绿化区域比附近道路低，导致积水严重，建议夯实并加高此区域，但不高于轨面标高，且在绿化底部设置一层防水土工布。

（2）截水帷幕

路基易积水路段采取隔水、防水措施，防止地下水位高差而导致水土流失，产生地表塌陷，造成危险隐患。路基南侧采用三重高压旋喷桩止水，直径0.8 m，桩搭接0.3 m，顺线路长度为15 m，桩长26 m，桩顶标高为地面下0.5 m，采用P32.5硅酸盐水泥，水灰比1.0，施工时须确保列车运营及施工安全，加强监测。截水帷幕设备的选取应结合现场实际情况，因三轴搅拌桩设备较大，占地面积大，影响列车通行，且设备用电荷载较大，对临时用地场所要求较高，因此加固方案选择三重高压旋喷桩。

（3）边坡防护

线路北侧土堆较高路段采用1∶2.5放坡，与二期基坑护坡相衔接，底部直至冠梁顶部，表面喷射C20细石混凝土，厚度不小于10 cm，电缆井外侧采用锥形坡进行防护。

4 路基沉降观测分析

2015-06-18～7-30对轨面进行不定期沉降观测，布置5个观测点，分别为D1～D5（见图2），间距为4 m。地基加固施工期每个监测点每天测3次，施工完毕每3天监测1次，连续监测一个月，结果见图3、图4。

由图3、图4分析可知：

（1）除D1点单次竖向位移超过1 mm外，其他点检测结果满足路基沉降单次差值不超过1 mm，累计差值沉降不超过1 cm的稳定标准［6］，表明加固措施有效。分析D1点数据出现异常的主要原因，与路基土质填料和车辆段混凝土刚度过渡衔接有关，因此建议路基过渡段填筑设置级配碎石3%～5%的水泥倒梯形过渡，便于结构物刚性过渡，减小轨道的疲劳破坏。

（2）施工期间局部观测点有隆起现象，主要原因是注浆过程压力大所致，因此施工过程应严格控制注浆压力，同时加强施工过程监测，避免对轨道造成永久性伤害。

图3 观测点单次竖向位移统计图

图4 观测点累计竖向位移统计图

（3）监测数据显示路基沉降单次差值不超过1 mm，累计差值沉降不超过1 cm，沉陷变形收敛，无继续发展趋势，标志路基稳定，可按照正常路基通车行驶。从治理的效果来看，采用压力注浆、截水帷幕等分阶段、分时段处理方案后，列车运营过程无异常情况发生。

5 结语

对因水害导致路基塌陷类突发病害利用压力注浆进行整治，具有工程造价低、工期短、对行车运营干扰小的特点，其加固效果明显。根据现场情况，为满足列车运行不同阶段的要求，分阶段、多种加固措施联合处理路基塌陷加固的方法是值得推荐。

［1］孙钧，汪炳鉴.地下结构有限元法分析［M］.上海：同济大学出版社，1988.

［2］叶书麟，叶观宝.地基处理［M］.北京:中国建筑工业出版社，1997.

［3］TB10001—2005铁路路基设计规范［S］.

［4］覃柳华.压力注浆法在黏土岩溶土洞加固中的应用［M］.广西土木建建筑，1999（4）：187-190.

［5］任红旗.煤矿采空区钻孔注浆治理工艺［J］.中国煤田地质，2001（2）：102-104.

［6］胡一峰，李怒放.高速铁路无咋轨道路基设计原理［M］.北京：中国铁道出版社，2010.

Causes Analisis and Treatment for Modern Tram Roadbed Subsidence

Xu Wenlong
（China Railway Liuyuan Group Co., Ltd. Tianjin 300308, China）

In this paper, the subgrade subsidence deformation process is simulated by the finite element software Midas GTS, the settlement results, and the deformation mechanism of roadbed subsidence are analyzed. By comparing the results of numerical simulation and field monitoring data, the deformation reason is found, pressure grouting in stages and according to time seguence, as well as cutoff curtain measures are put forward.

modern tram; roadbed collapse; causes analysis; treatment measure

U239.3

B

1672-9889（2016）05-0084-03

2015-11-09）

徐文龙（1982-），男，湖北黄石人，工程师，主要从事轨道路基、勘察设计专业工作。