武广客运专线路基沉降规律研究

宋忠平，朱忠林，赵宏博

( 1．武广客运专线有限责任公司，湖北武汉　430060; 2．中国铁道科学研究院铁道建筑研究所，北京　100081)



武广客运专线路基沉降规律研究

宋忠平1，朱忠林2，赵宏博1

( 1．武广客运专线有限责任公司，湖北武汉430060; 2．中国铁道科学研究院铁道建筑研究所，北京100081)

摘要:路基沉降变形控制对高铁安全稳定地运行起到非常重要的作用。本文利用我国较早建成的武广客专大量的路基沉降观测数据，尤其是运营期间的沉降数据，分析武广客专建设期间与运营期间路基的沉降规律，重点分析了过渡段沉降对运营线路的影响，同时探讨了过渡段、路基段沉降与地基处理的关系，可为高铁建设中的沉降控制提供参考。

关键词:武广客专沉降变形沉降规律过渡段路基

高速铁路线下基础的微小变形均会对线路平顺性产生较大的影响，因此对线下路基的稳定性要求高。路基在线路中的空间位置、支撑作用决定了其出现问题后修复起来相当困难。路基稳定性主要考虑其工后沉降及沉降差异程度的影响。

探讨高速铁路线下工程沉降变形观测与评估方法的文献较多。文献［1］提出了无砟轨道工后沉降变形观测评估的集成理念，系统地总结了线下结构物沉降变形观测的相关技术和监测常用方法;文献［2-3］阐述了各类路基沉降观测与评估方法的优缺点;文献［4］介绍了铁路客运专线沉降监测数据管理与分析预测集成系统;文献［5］结合武广铁路客运专线沉降观测情况，对精度控制进行了探讨，总结出一种能提高客运专线沉降观测精度的方法。目前关于这方面的讨论层出不穷。

我国高速铁路建设过程中，先是对地基处理方式、施工期沉降观测进行了详细的设计，之后在铺轨前又引入了沉降评估技术。目前我国高速铁路已形成网络，有必要对路基沉降变形方面取得的效果和积累的经验进行总结。武广客运专线在我国建成运营比较早，其路基所占比例较大，跨鄂、湘、粤三省，地形、地质条件复杂，地基处理形式齐全，过渡段路基较多。本文依据该线路基沉降观测资料分析研究其运营前后的路基沉降规律，对于高铁路基沉降控制设计、路基施工、沉降观测、评估和养护维修具有借鉴意义。

1武广客专路基的多样性

路基本体由散粒体材料组成，基下地基的地质条件存在很多不确定因素，因此，路基是整个线路结构中最薄弱、最不稳定的环节，是轨道变形的主要来源。武广客专所经过的地区地质条件极为复杂，因此路基设计是多样化的。

在路基工程设计方面，武广客专参考国内外相关技术标准，吸取国外无砟轨道建设经验及咨询成果，进行了关键技术的科研攻关。武广客专路基设计中提出了新的勘察设计理念，并把路基按土工构筑物进行设计，形成了多层结构的无砟轨道路基形式。

在控制轨道平顺性设计方面，武广客专不再以强度作为路基设计的主要控制条件。考虑到在达到破坏强度前，路基可能已经出现了较大的有害变形，将路基的沉降变形作为路基设计的主要控制因素。同时，充分考虑了路基与相邻构筑物的变形和刚度的协调、统一，在设计时采用了一系列新技术、新结构、新材料。在路基结构形式选择、填料选择、过渡段路基设计、高标准沉降控制、站后结构物接口等方面应用了创新技术。

武广客运的路基类型分为软土路基、岩溶路基、陡坡路基、深路堑路基、水塘路基、浸水路基等，也有各种类型共存的复杂路基，多达20种，如图1所示。

武广客专地基处理措施比较多，如挖除换填、CFG桩复合地基、旋喷桩处理地基、搅拌桩处理地基、桩—网结构复合地基、桩—板结构复合地基、冲击压实地基、注浆处理地基等。

图1路基工点分布

2武广客专建设期间的沉降变形

2. 1路基沉降总体情况

武广客专对线下路基、桥涵、隧道等工程的工后沉降、沉降差和线路折角均采用严格的控制标准，全线工后沉降变形须小于无砟轨道调整限值( 15 mm)。为了满足以上要求，多采用了CFG桩、强夯、注浆、旋喷桩等多种措施对原地基进行加固处理。这就决定了线下工程沉降变形的量级很小，对沉降水准的测量精度要求较高。沉降变形观测网按三等变形测量等级技术要求建立，沉降变形观测点的水准测量采用二等变形观测测量技术要求。沉降水准的测量精度为±0. 1 mm，读数取位至0. 01 mm。

从目前武广客专路基沉降变形观测数据来看，除部分软土路基堆载预压段的地基沉降变形达到40～50 mm以外，大部分路基基底沉降变形＜15 mm，可见武广客运专线线下工程的实测沉降变形的量级较小。

由于沉降变形的量级小，停载后沉降变形的增量更小。由现场技术条件的限制所造成的系统误差与沉降变形增量基本处于同一量级上，较小的测量误差都会引起观测数据出现较大的波动。这增加了沉降预测分析评估工作的难度。武广客运专线的观测数据出现跳跃(包括跌落和上升)或连续几个沉降观测数据变化趋势与常规相反(沉降加速或发生隆起)的情况较多，反映了沉降量级小的观测数据的相对波动较大的特点。

武广客专在主体完工后3个月继续观测，观测值上下波动幅度≤3 mm，沉降增量＜2 mm。

由于测得的沉降波动幅度过小，采用曲线拟合方法所得相关系数过小，不满足规范要求。若最后4次(观测时间不少于1个月)观测未出现连续下沉现象，则对这些测点不予拟合分析。

对于路基面观测桩、涵洞、隧道和桥梁墩台当观测沉降量＜1 mm时，沉降实测值与水准观测系统误差接近，故预测分析评估时未对其最终沉降和工后沉降进行计算，认为工后沉降已满足《客运专线铁路无砟轨道铺设条件评估技术指南》(下称《指南》)要求［6］。在过渡段折角评估方面，当结构物和相邻路基观测沉降量均＜1 mm且后期沉降趋于稳定时，工后沉降均未作推算，在进行过渡段分析时，认定该过渡段工后沉降及差异沉降(会引起沿线路方向的折角)满足《指南》要求。

2. 2沉降变形典型情况

武广客专填筑过程中，沉降变形的发展趋势可分为3类典型情况。

1)Ⅰ类曲线

主要特征:路基填筑期间沉降变形明显增长，填筑完成后沉降速率逐步减小，沉降变形在6个月内已基本趋于稳定。沉降过程表现为较平滑、规律的收敛曲线，如图2( a)所示。

对于符合Ⅰ类曲线的路基段，在填筑完成6个月后即可判定为沉降稳定。但对于严重影响整体施工进度的特殊工点，在沉降变形趋势已基本稳定且路基沉降观测达4个月以上时进行了沉降评估，之后在后续施工阶段仍继续观测该段路基的沉降。

2)Ⅱ类曲线

主要特征:在路基填筑完成后沉降逐步趋于稳定的过程中，沉降变形出现突然增长，沉降速率明显变大，之后又逐步趋于稳定。沉降过程表现为具有明显拐点、呈台阶状发展的收敛曲线。如图2( b)所示的测量点，路基填筑完成后，沉降很快趋于稳定，但在填筑完成4～5个月期间，沉降变形出现突然增长，之后又逐步趋于稳定。对出现这类沉降趋势的路基段，在沉降突变后继续观测2～3个月，待沉降趋势基本稳定后才进行评估。

3)Ⅲ类曲线

主要特征:路基填筑期间沉降变形开始增长，填筑完成后沉降变形继续发展，沉降速率未明显减小，在填筑完成6个月后未见稳定趋势，如图2( c)所示。出现此类沉降趋势的路基段，暂时无法判断其沉降的稳定性。沉降评估时联合设计、建设、施工单位共同分析影响沉降的因素，采取相应的处理措施。同时延长观测期并加强后期观测，再科学合理地判断其沉降变化趋势，从而确定沉降是否稳定。

图2沉降变形发展趋势的3类曲线

3　运营期间沉降变形

根据现场调查情况并结合轨检车检测结果与工务部门提供的资料，对武广客专路基沉降进行统计分析，结果表明，由于路基沉降影响线路平顺性的区段主要有两种情况:①过渡段，包括桥路过渡段、路涵过渡段、路隧过渡段、半挖半填过渡区;②受外界环境影响的区段，如倒虹吸工程附近、水塘路基等。线路沉降变形以第1种情况为主。

3. 1过渡段沉降的影响

过渡段引起的差异沉降可分为浅部沉降和深层沉降。这两种沉降也可能同时存在。

对武广客专过渡段进行了特殊设计，填料采用级配碎石进行过渡。在过渡段填筑的过程中采用了大型机械与小型设备相结合的方式进行碾压，因此浅部沉降的可能性很小。由于地质条件与地基处理方式不同，深层沉降普遍存在。深层沉降发生在地基下的压缩层，其埋深较厚，因此局部压缩层沉降反映到路基上的范围一般较大。

过渡段与结构物的差异沉降影响到了线路的平顺性，需要进行调整。由武广客专工务部门的轨道调整情况可知，路基沉降影响单个过渡段的长度可达80 m。

武广客专连续几个过渡段距离较近时，路基沉降引起轨道不平顺的情况比较普遍。由于过渡段之间距离较短，单个过渡段的影响范围存在相互重叠的部分，此时，在线路纵向表现为几个过渡段覆盖的整个范围内均出现轨道不平顺性问题。如在DK1260 + 742—DK1261 + 402有1个涵洞与2座桥(下余角海1号中桥、下余角海21号中桥)，有4个连续的过渡段且距离较近。由于这4个过渡段均有沉降发生且影响范围相互重叠，因此这4处过渡段覆盖范围均受沉降变形影响，工务部门顺坡调整长度达到660 m。

过渡段沉降发生的部位较深，在线路上表现出的差异沉降值也是渐变的，出现突然错台的可能性小。从现场看，对护肩、挡土墙、排水沟、边坡结构的影响不大，一般不会造成严重的结构破坏，路基面沥青混凝土防水层与无砟轨道支承层产生脱缝的现象很少，轨道板与支承层、支承层与路基面离缝的现象也不多。

过渡段沉降一般主要造成线路纵向上的不平顺，对左右高低与轨向产生的影响不明显。

3. 2过渡段沉降与地基处理的关系

武广客专过渡段沉降与地基处理类型有关，已发生沉降的过渡段地基绝大多数处于换填区段。如K1564 + 634路涵过渡段基底采取挖除换填的处理方式，在运营过程中由于沉降出现轨道不平顺，如图3所示。

图3 K1564 + 634涵洞过渡段沉降曲线

过渡段沉降变形影响轨道不顺性在冲击压实地基处理区段也有发生，在复合地基处理区段出现沉降的情况较少。

3. 3路基段沉降与地基处理的关系

武广客专地基处理措施比较多，通过测量不同地基处理方式对应的不均匀沉降，可分析路基段不均匀沉降与地基处理措施的关系。

路基段不均匀沉降主要发生在换填区段。如K2091 + 100—K2091 + 400路基段地基处理方式为旋喷桩加固、换填两种方式。其中换填段在运营过程中出现了沉降变形情况，如图4所示。

图4 K2091 + 100处路基沉降情况

4　结语

路基在高速铁路安全稳定运营中起到关键作用，从运营、维修、养护的角度出发，必须保证建成的路基达到工后沉降和差异沉降的要求。在我国高铁建设的初期，关于沉降观测与评估方面的讨论较多。随着高铁不断地投入运营，总结高铁线下工程沉降控制的实际效果越来越重要。本文结合武广客专大量的沉降观测数据，尤其是运营期间的沉降数据，重点分析了过渡段沉降对运营线路的影响，同时探讨了过渡段、路基段的沉降与地基处理方式的关系，可为高铁的沉降控制提供借鉴。

参考文献

［1］尤昌龙．无砟轨道工后沉降变形观测、评估的集成理念［J］．铁道工程学报，2007，24( 3) : 25-28．

［2］李明领．客运专线无砟轨道铁路线下结构沉降变形观测与评估技术［J］．铁道建筑技术，2009( 2) : 48-59．

［3］赵洪勇，刘建坤，崔江余．高速铁路路基沉降监测方法的认识与评价［J］．路基工程，2001( 6) : 15-17．

［4］陈善雄，余飞，刘绍波，等．铁路客运专线沉降监测数据管理与分析预测集成系统研发［J］．铁道标准设计，2010( 2) : 31-36．

［5］付涛．武广客运专线沉降变形观测精度控制［J］．铁路标准设计，2009(增1) : 23-25．

［6］中华人民共和国铁道部．铁建设［2006］158号客运专线铁路无砟轨道铺设条件评估技术指南［S］．北京:中国铁道出版社，2006．

(责任审编李付军)

Study on settlement law of subgrade of Wuhan-Guangzhou passenger dedicated railway

SONG Zhongping1，ZHU Zhonglin2，ZHAO Hongbo1

( 1．Wuhan-Guangzhou Passenger Dedicated Railway Co．，Ltd．，Wuhan Hubei 430060，China; 2．Railway Engineering Research Institute，China Academy of Railway Sciences，Beijing 100081，China)

Abstract:Subgrade settlement deformation control plays a very important role for high speed railway safe and steady operation．Based on a large amount of subgrade settlement observation data in Wuhan-Guangzhou passenger dedicated railway，especially the data during the operation period，the rules of subgrade settlement during construction and operation period in Wuhan-Guangzhou railway passenger dedicated railway were summarized，with emphasis on the influence of transition section settlement，the relationships among transition section settlement，subgrade settlement and foundation treatment．All above provide an important reference for high speed railway settlement control during construction．

Key words:Wuhan-Guangzhou railway passenger dedicated railway; Settlement deformation; Settlement rules; T ransition section; Subgrade

文章编号:1003-1995( 2016) 02-0088-04

作者简介:宋忠平( 1966—)，男，高级工程师。

基金项目:铁道部科技研究开发计划项目( 2012G009-D) ;中国铁路总公司专项基金( J2015C007) ;中国铁路总公司科技研究开发计划项目( 2014G003-D2，2014G003-B3，2014G003-A4，2013G004-B，2014G003-D)

收稿日期:2015-10-20;修回日期: 2015-11-22

中图分类号:U213．1+57

文献标识码:A

DOI:10．3969 /j．issn．1003-1995．2016．02．22