既有线高速铁路路基加宽施工技术研究

张 帆

(中铁七局集团郑州工程有限公司， 郑州 450052)

既有线高速铁路路基加宽施工技术研究

张 帆

(中铁七局集团郑州工程有限公司， 郑州 450052)

文章针对既有线高速铁路路基加宽施工技术不成熟的情况，分析了既有线高速铁路路基加宽设计随着全国重要城市东西南北高速铁路汇入平行交叉逐渐增多，既有线高速铁路路基加宽施工经验存在不足，并结合新建郑机城际铁路引入既有350 km/h石武高速铁路二郎庙ZWDK 717+589.304～ZWDK 718+066.43段路基加宽的实际，研究了具有良好整体稳定性、施工性和受力均匀特点的既有线高速铁路两侧四个断面同时填筑平行穿插作业方法，既有路基两侧边坡坡脚区域地基处理由内向外跳桩法CFG桩施工技术，基床以下路堤、基床底层试验段填筑工艺，以及新老路基结合处、排水处理和沉降变形观测技术等既有线高速铁路路基加宽施工关键技术。该技术应用效果良好，可为类似工程提供借鉴。

既有线； 高速铁路； 路基加宽； 施工技术

1 工程概况

新建郑州东站至新郑国际机场城际铁路引入既有石武高速铁路二郎庙线路所，引入段致使石武客运专线跨陇海铁路特大桥与跨机场高速公路特大桥之间既有石武客运专线路基两侧加宽[1-2]，里程范围为：ZWDK 717+589.304～ZWDK 718+066.43，长477.126 m。在以往路基加宽施工中，既有线一般为有砟轨道普通铁路，多采取台阶开挖、分层碾压的方法进行施工。但零沉降要求的路基加宽施工中，既有线为精调过的无砟轨道高速铁路[3]。本方案采用既有路基两侧跳桩法施工CFG桩，且对称同时填筑，合理配置机械，优化施工工艺，确保加宽路基的压实质量，又保证了既有路基的安全。

2 施工方案和工艺流程

2.1 施工方案

既有路基两侧合理划分出4个施工断面，4个断面同时填筑进行平行穿插作业，布局紧凑。有效防止既有路基两侧受力不均匀出现压力对既有路基整体稳定性造成的影响，同时避免了设备闲置，提高了机械使用效率。既满足施工质量要求又符合高速铁路路基加宽施工实际情况的施工机具组合形式和施工工艺。

2.2 施工工艺流程

施工工艺流程[4]如图1所示。

图1 施工工艺流程图

3 施工操作要点

3.1 CFG桩基础施工

(1)既有高速铁路路基两侧加宽段坡脚区域地基采用CFG桩[4-5]处理，桩径0.5 m，桩长18～24 m，桩间距1.6 m，正方形布置。既有路基两侧CFG桩同时施工。为了减小在桩基施工过程中对既有路基的扰动，既有路基边坡坡脚区域采用由内向外及跳桩法施工，避免既有路基隆起、下沉等情况。

(2)CFG-26型钻机钻孔，钻进速度应先慢后快，控制钻杆摇晃。桩头到设计标高后开始长螺旋钻孔管内HBT-90KW型泵送混凝土，钻杆杆芯充满混凝土后开始拔管，拔管速度宜控制在2～3 m/min。灌注桩混凝土配合比为：水泥∶河砂∶碎石∶粉煤灰∶外加剂∶水=1∶4.17∶5.94∶0.67∶0.017∶1，混凝土坍落度为160～200 mm。

(3)桩头截取后，对桩身质量进行无损检测，检验合格后方可进行桩帽施工。成型桩帽如图2所示。

图2 成型桩帽

3.2 填料选定

所选填料取自与既有高速铁路路基所用B组填料相同的取土场，保证了填料来源的一致性，使新建路基与既有路基整体平稳。

通过室内试验得出，所选填料的颗粒密度为2.73 g/cm3，最大干密度为2.36 g/cm3,最佳含水率为4.1%。所选填料的颗粒分布如表1所示。

表1 填料的颗粒分布

3.3 路堤填筑试验

3.3.1 确定最佳松铺厚度

本试验段在确定最佳松铺厚度时采用的压实工艺为：静压1遍、弱振1遍、强振3遍、弱振1遍、静压收光1遍，共碾压7遍。改变不同的松铺厚度，采用相同的碾压工艺进行施工以确定最佳松铺厚度。

第1层松铺厚度36 cm, 碾压7遍后，压实厚度为30 cm，地基系数K30>130.1 MPa/m，孔系率n为23.7%，含水率4.5%，计算出松铺系数为 1.20 ；

第2层松铺厚度38 cm, 碾压7遍后，压实厚度为32 cm，地基系数K30>130.1 MPa/m，孔系率n为25.6%，含水率4.7%，计算出松铺系数为 1.19；

第3层松铺厚度40 cm，碾压7遍后，压实厚度为35 cm，地基系数K30>130.1 MPa/m，孔系率n为24.6%，含水率4.5%，计算出松铺系数为 1.14。

试验段3层填筑施工现场试验检测数据如表2所示。

表2 不同松铺厚度下压实效果对照表

根据《高速铁路路基工程施工质量验收标准》及设计规定，基床以下路堤按地基系数K30和孔隙率n、压实系数K指标控制，如表3所示。

表3 基床以下路堤压实标准、检验数量及检验方法

试验证明：碾压遍数均为7遍时，按3种不同的松铺厚度填筑，均可满足压实标准。显而易见，最佳松铺厚度确定为40 cm。

3.3.2 确定最佳碾压遍数

第4层、第5层分别以最佳松铺厚度40 cm，以不同碾压遍数进行压实，确定最佳碾压遍数。具体实验数据如表4所示。

表4 不同碾压遍数下压实效果对照表

试验证明：在松铺厚度40 cm时，压实厚度35 cm， 最佳碾压遍数为7遍。

3.3.3 确定最佳施工含水率

试验得出，本试验段采用的A、B组填料最佳含水率为4.4%，现场填筑过程中含水量控制在最佳值的±2﹪范围内，即3.5%～4.5%，取土场内取出的B组填料含水量在3.5%～4.5%之间。根据上述确定最佳松铺厚度和最佳碾压遍数的试验显示，本取土场的B组填料最佳含水率控制在3.5%～4.5%之间最为合理，取出的土不需进行晾晒或洒水，可以直接进行填筑。

3.4 过渡段基床表层以下填料填筑试验

3.4.1 确定最佳松铺厚度

第1层松铺厚度25 cm，碾压7遍后，压实厚度为20 cm，地基系数K30>160 MPa/m，孔系率n为20，含水率5.7%，计算出松铺系数为 1.25 。

第2层松铺厚度27 cm，碾压7遍后，压实厚度为23 cm，地基系数K30>160 MPa/m，孔系率n为20.3，含水率5.4%，计算出松铺系数为 1.17。

第3层松铺厚度30 cm，碾压7遍后，压实厚度为25 cm，地基系数K30>160 MPa/m，孔系率n为19.8，含水率5.6%，计算出松铺系数为 1.20。

试验段3层填筑施工现场试验检测数据如表5所示。

表5 不同松铺厚度下压实效果对照表

根据《高速铁路路基工程施工质量验收标准》及设计规定，基床表层以下过渡段级配碎石填层按地基系数K30和孔隙率n、Evd指标控制，如表6 所示。

表6 过渡段基床表层以下级配碎石填层压实

试验证明：碾压遍数均为7遍时，按3种不同的松铺厚度填筑，均可满足压实标准。显而易见，最佳松铺厚度确定为30 cm。

3.4.2 确定最佳碾压遍数

第4层最佳松铺厚度30 cm，分别以6、7、8碾压遍数进行压实，确定最佳碾压遍数。具体实验数据如表7所示。

表7 不同碾压遍数下压实效果对照表

试验证明：在松铺厚度30 cm时，压实厚度25 cm， 最佳碾压遍数为7遍。

3.4.3 确定最佳施工含水率

试验得出，本试验段采用的级配碎石掺5%水泥填料最佳含水率为6.3%，现场填筑过程中含水量控制在最佳值的±2﹪范围内，即4%～8%，拌和站拌和的级配碎石填料含水量控制在7%左右。根据上述最佳松铺厚度和最佳碾压遍数的试验显示，以及水泥的凝结时间，拌和站拌和的级配碎石，应直接进行填筑，宜在2 h内完成施工。

3.5 与既有路基衔接处施工

(1)拆除与既有路基衔接的骨架防护工程，台阶开挖既有路基边坡。骨架间填料部分每层开挖高度为0.7 m，长度为填料宽度，宽度为2 m。

(2)开挖完成后，填筑碾压过程中，靠近既有路基边坡2 m范围内，减小摊铺厚度，采用人工配合小型机具进行压实。在新老路基结合的部位设置1道宽3 m的25 kN/m的土工格栅，使其更好地衔接，保证整体结构的稳定。

4 填筑控制标准

基床以下路堤、基床底层填筑标准按表8控制。

表8 基床以下路堤、基床底层填筑标准

5 路基排水

(1)既有高速铁路路基两线间每40 m设置1个集水井，水流汇集至集水井并通过φ200 mmPVC管道将水排至路基以外，PVC管道埋设在基床表层底位置处。路基加宽后，在新老路基之间设置线间纵向排水沟，如图3所示，沟底标高低于既有路基集水井PVC管道底标高，水流至路基北头的蒸发池。

图3 新老路基间纵向排水沟

(2)新建加宽路基外侧骨架护坡上面设置RCP-X715D型渗排水管。

6 测量控制点布置

(1)沉降[7-8]观测点设置于既有路基左线、两线中间、右线、帮宽两侧路基护肩位置，每隔约50 m设置1处沉降管和位移边桩(过渡段地段适当加密观测点)，共设观测点22个。路基观测点设置如图4、图5所示。

图4 既有路基观测点

图5 新建路基观测点

(2)观测频率按照表9进行。

表9 路基沉降观测频次表

(3)新建路基最大总沉降量为22.9 mm，根据观测成果判定加宽路基施工没有对既有路基整体稳定性造成影响。沉降观测曲线如图6所示。

图6 沉降观测曲线

7 结束语

(1)在郑机城际铁路引入石武高速铁路二郎庙线路所ZWDK 717+589.304～ZWDK 718+066.43段路基加宽填筑，合理划分的4个施工断面同时填筑进行平行穿插作业，保证既有路基两侧受力均匀。

(2)既有路基两侧加宽段坡脚区域地基同时由内向外跳桩法施工CFG桩，加强路基基础处理，有效控制路基沉降。

(3)通过路基填筑试验段施工，确定了最佳松铺厚度、最佳压实遍数和最佳施工含水率，确保路基压实质量。

(4)与既有路基边坡2 m范围内衔接使用台阶开挖、土工格栅加强、减小摊铺厚度、小型机具压实，保证整体结构的稳定。

(5)研究路基排水和沉降变形观测整套处理技术，确保既有高速铁路路基的稳定性。

同时有效降低了劳力及机械费用的投入，节省了成本，应用效果良好，可为类似工程提供借鉴。

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Research on Construction Technology for Widening the Subgrade of Existing High Speed Railways

ZHANG Fan

(China Railway Group in Seven Innings Zhengzhou Engineering Co.,Ltd., Zhengzhou 450052,China)

Aiming at the immature of construction technology in widening the subgrade of existing in high speed railway, this paper analyzes the design on the increasing high speed railways from each directions leading in parallel intersections in China’s main cities and points out the shortcomings in construction experience of widening the existing high speed railway subgrade. Combining the widening subgrade at ZWDK717+589.304～ZWDK718+066.43 Erlangmiao section, in which the newly-built Zhengzhou east station-Xinzheng national airport intercity railway is introduced into the existing ShiWu high speed railway, construction key technologies in widening subgrade are researched and applied effectively, which provide reference for similar engineering. These technologies are including working methods of filling four cross sections simultaneously on both sides of the railway whose subgrade is favorable overall stability, constructability and stress uniformity, and the GFC pile construction technology of inside-out for ground treatment of toe of slope on each side of existing subgrade, filling technology for test section of embankment and bottom under bedding, drainage treatment and settlement deformation observation technologies at old and new subgrade joint.

existing lines; high speed railway; widening subgrade; construction technology

2015-09-28

张帆(1965-)，男，工程师。

1674—8247(2016)01—0091—05

U213.1

A