关于成渝高铁路基上拱问题的探讨

杨吉新，马旭超，刘前瑞，2（.武汉理工大学 交通学院，湖北 武汉　430063；2.中国市政工程中南设计研究总院有限公司，浙江 杭州　30009）

关于成渝高铁路基上拱问题的探讨

杨吉新1，马旭超1，刘前瑞1，2
（1.武汉理工大学 交通学院，湖北 武汉430063；2.中国市政工程中南设计研究总院有限公司，浙江 杭州310009）

成渝（成都—重庆）高速铁路全程为双线无砟轨道。本文针对成渝高铁沉降观测时发现的内江北站区段路基上拱变形问题，分析可能引起上拱的各种因素，确定了主要因素，并提出相应的整治措施和沉降观测方案。分析结果表明：路堑上拱主要是由特深路堑高边坡卸载引起的弹塑性体回弹隆起、路堑高边坡及基床下岩体的蠕变变形2种因素综合造成的。

高速铁路；无砟轨道；路基；上拱变形

为了满足对路基平顺性和稳定性的要求，高速铁路通常采用无砟轨道结构形式［1］。无砟轨道相比有砟轨道施工精度更高，施工要求更严格，以保证轨道线路的高程变化范围相对较小，能够有效满足轨道的平顺性和稳定性要求［2-3］，因此在无砟轨道的铺装过程中必须进行严格精细的路基沉降观测。本文针对成渝高速铁路内江北站路基出现上拱的实际问题，分析各种可能引起上拱的因素及其可能性，确定了主要的因素，并结合观测结果提出针对性的整治措施和沉降观测方案，可供其他类似工程借鉴和参考。

1　工程概况

1.1地质概况

沉降观测区属丘陵地貌，观测段线路穿过一丘包，相对高差约为40～45 m。观测段地表上覆0～2 m膨胀土，下伏基岩为泥岩夹砂岩，全风化带（W4）厚0～3.6 m，岩体风化呈土状及粉砂角粒状，手捏易碎，属Ⅲ级硬土；强风化带（W3）厚2.8～9.3 m，节理裂隙发育，质较软，属Ⅳ级软石；以下为弱风化带（W2），属Ⅳ级软石。测区位于川中平缓低褶带，属单斜构造，近水平岩层，岩层产状N40°E/3°SE，N58°E/4°SE，主要发育 2组节理：①N45°E/89°SE或 N1°W/89°NE；②N62°W/84°SW或N88°W/84°NE。测区地震动峰值加速度为0.05g，地震动反应谱特征周期为0.35 s。地表水主要为坡面暂时性流水，流量受季节影响明显。地下水为第四系土层孔隙潜水及基岩裂隙水，第四系土层较薄，孔隙潜水含量较少，基岩中泥岩裂隙水含量甚微，砂岩中相对较大。根据路堑所处地貌、岩性和地层结构特征，可知地下水不发育。

1.2施工填料概况

内江北站站场附近大部分填筑厚度为0.9 m的A，B组填料加厚度为0.4 m的级配碎石掺水泥。施工时分2层填筑碾压，每层进行了检测，符合设计和规范要求。填筑使用的级配碎石采用集中厂拌。填筑使用的A，B组填料料源为沱江河砂卵石、砂砾石，经检查A，B组填料最大粒径 ＜60 mm，填料中细粒含量 ＜15%，填料的粒径、级配和材质物理性能指标均满足相关设计规范和验收标准要求。级配碎石为碎石石粉按比例掺配生产加工成型，经检测级配碎石最大粒径＜40 mm，粒径、级配、液塑限等材料性能指标均符合相关设计规范和验收标准的要求。

2　上拱变形概况

2.1发现上拱变形问题

成渝高铁在全线基本铺轨完成之后，对内江北站站场附近的轨道精调时，施工单位发现该站2段路堑的无砟轨道高程较设计高程最大上拱约20 mm，分别为：第1段（DK151+980—DK152+212）长232 m，开挖深度14～47 m，边坡最高左侧7级，右侧4级；第2段（DK152+885—DK153+060）长175 m，开挖深度15～39 m，边坡最高左侧4级，右侧4级。上拱变形情况如图1所示。

发现问题后，施工单位立即反映给承担该段CPⅢ控制网建网工作的测绘院，测绘院随即开展了CPⅢ网检测工作，对该路段进行进一步的详细勘察，以确认上拱变形的具体情况，分析造成上拱的因素。

图1　路堑无砟轨道上拱区段变形情况

2.2上拱变形的确定

CPⅢ网检测工作共进了2次，检测时间分别为2015年4月和5月，根据2次检测结果可知2段路堑存在上拱变形现象。具体结果如下。

2.2.1第1段（DK151+845—DK152+320）

该区域 22个 CPⅢ点中，有12个点（DK151+ 980—DK152+210）上拱。与2014年4月建网时比较，2014年11月复测时抬升了1.5～10.1 mm，2015 年5月检测时抬升了6.1～21.9 mm，即在2014年4月—2015年5月期间存在着持续上拱的趋势。其中，DK152+073（挖高46 m）、DK152+118（挖高42 m）2处抬升量最明显，其累计较差分别达到了 18.5，21.9 mm。其余CPⅢ点相对稳定，变化较小。根据目前的复测情况，该12个CPⅢ点上拱变形较明显，可能会持续发展［4-6］，上拱变化曲线如图2所示。

图2　DK151+845—DK152+320上拱变化曲线

2.2.2第2段（DK152+783—DK153+185）

该区域 20个 CPⅢ点中，有15个点（DK152+ 930—DK153+010）变化较大。与2014年4月建网时比较，2014年11月复测时变化了 -9.9～10.5 mm，2015年 5月检测时变化了 -7.1～17.9 mm，即在2014年4月—2015年5月期间存在着持续上拱变化的趋势。其中，DK153+021（挖高35 m）、DK153+ 144这 2处变化量最明显，其累计较差分别达到了17.9，-7.1 mm。其余 CPⅢ点相对稳定，变化较小，上拱变化曲线如图3所示。

图3　DK152+783—DK153+185上拱变化曲线

3　上拱原因分析

3.1造成上拱的可能因素

通过对成渝高铁上拱路段进行初步分析，结合其他工程案例的变形病害，可以初步考虑以下几种可能引起路基上拱的因素：

①测量错误产生路基“上拱”；

②下伏基岩为膨胀岩，遇水膨胀造成路基上拱；

③基床底层换填施工质量不合格引起路基上拱；

④特深路堑高边坡卸载引起的弹塑性体回弹造成路基上拱；

⑤特深路堑蠕变变形引起的路基上拱变形。

3.2上拱因素的可能性分析

从测量精度及闭合差等方面分析，并结合各监测单位的测量数据，可知出现测量错误的概率极小；根据下伏基岩的地质复查情况，从所取试样岩体含水量、膨胀性等方面分析，同时采用工程类比法、排除法等分析方法，可知不具备下伏基岩遇水膨胀引起上拱的条件；从施工质量来看，基床底层换填不存在引起路基上拱的可能性。

通过对上拱路段附近施工环境的调查分析，以及参考其他工程案例，得到引起内江北站路基上拱的主要因素有2种。

3.2.1特深路堑高边坡卸载引起的弹塑性体回弹造成路基上拱变形

根据地质勘测提供的岩层弹性模量、泊松比，采用线弹性模型计算开挖卸荷后引起的竖向附加位移（单位m，铅直向上为正），可以得出成渝客运专线路基面位置开挖卸载后引起的竖向位移最大值为21.9 mm；同时由于成渝高铁线附近川南铁路新近开挖路段的回弹变形，对路堑范围内轨道上拱也有一定的影响。施工现场如图4所示。

图4　成渝高铁线附近川南铁路施工现场

3.2.2特深路堑蠕变变形引起的路基上拱变形

由于DK152+050位置框架桥增设施工及川南铁路的引入，锚索施工完成后未进行张拉工作，致使开挖后的路堑边坡长期处于应力释放松弛状态。水平基岩层深路堑高边坡，在无边坡加固状态下长期留置，可能产生边坡及基床下岩体的蠕变变形，进而诱导本段路基上拱。特深路堑现场如图5所示。

图5　成渝高铁线特深路堑现场

通过以上各种因素分析，可知在川南铁路施工形成了较大面积基坑暴露的情况下，特深路堑高边坡卸载引起的弹塑性体回弹隆起、路堑高边坡及基床下岩体的蠕变变形是造成路基上拱的2种主要因素（边坡局部控制爆破也可能加大2种因素的变形量）。

4　应对上拱变形措施

由于川南铁路高边坡施工已经完成，基本消除了继续蠕变变形、减载造成的路基上拱因素，而在发现变形后的沉降观测过程中，DK151+900—DK152+220 及DK152+890—DK153+190段沉降也有趋于稳定的趋势，考虑到泥岩夹砂岩W2弹塑性体回弹隆起及蠕变变形的复杂性，在采取一定的防护措施后，建议进行继续观测，但必须改善观测方案。

1）确保川南线影响路段施工结束后及时回填特深路堑段的基坑，并在高边坡施工中加埋边坡防护桩，稳定高边坡的岩土，防止土体变动引起的应力变化。

2）根据继续沉降观测资料，特深路堑上拱现象稳定后，挖除上拱破坏段路基，重新修正路基，确保路基的平顺性，并在路堑上拱现象消除后采取调整坡度处理方案，将边坡调整为多阶段的梯形边坡，改善边坡坡度和坡长。

3）继续沉降观测，判定特深路堑上拱现象是否稳定，同时增加33个沉降变形自动监测断面，并加强监测点的沉降观测频率，及时做出准确的数据报表。

4）联调联试前后及运营期间应采用沉降变形自动监测检验，评估特深路堑上拱现象是否稳定，是否时断时续。

5　结论

通过对成渝高铁路基上拱变形路段进行的一系列调查分析，得知上拱的主要原因是成渝高铁线邻近的川南铁路高边坡的施工对成渝高铁特深路堑段的路基稳定性产生了影响，造成特深路堑高边坡卸载引起的弹塑性体回弹隆起、路堑高边坡及基床下岩体的蠕变变形，从而导致高铁路基的上拱病害。

针对上述原因对高边坡、特深路堑作出相应的防护和回填措施，调整高边坡形式和坡度，重新开挖修整上拱变形段路基；在变形趋于稳定后增设沉降监测点，加强沉降观测频率，通过不间断的人工监测和自动监测，对变形路段作出严格的观测控制，确保成渝高铁在要求的工程期限内顺利通车。

［1］万复光.高速铁路合理轨道结构［C］//铁路高速客运研究论文选集.北京：中铁第五勘察设计院，1992：208-212.

［2］江成，林之珉.高速铁路无砟轨道结构的试验研究［J］.中国铁路，2000（7）：22-24.

［3］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.

［4］中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会.GB 12897—2006国家一、二等水准测量规范［S］.北京：中国标准出版社，2006.

［5］中华人民共和国铁道部.TB 10601—2009高速铁路工程测量规范［S］.北京：中国铁道出版社，2010.

［6］成渝铁路客运专线有限责任公司.新建铁路成都至重庆客运专线线下工程沉降变形观测及评估实施细则［Z］.成都：成渝铁路客运专线有限责任公司，2010.

（责任审编周彦彦）

Exploring on Subgrade Swelling of Chengdu-Chongqing High Speed Railway

YANG Jixin1，MA Xuchao1，LIU Qianrui1，2
（1.Institute of Transportation，Wuhan University of Technology，Wuhan Hubei 430063，China；2.China Municipal Engineering Zhongnan Design Research Institute Co.，Ltd.，Hangzhou Zhejiang 310009，China）

Chengdu-Chongqing high speed railway consists of two-line ballastless track over the whole line.During the monitoring of the subgrade settlement，the post-construction elevation of rail surface was found to produce the swelling deformation in Neijiangbei train station zone，thus cause analysis was made in relation to this swelling section with corresponded control measures and monitoring program.T he results show that two mainly factors cause the swelling of the cutting.One is the rebound and uplift of the elastoplastic which was caused by unloading of the high cut slope of special deep cutting，another is the creep deformation of the rock which were under the bed base and on the high cut slope.

High speed railway；Ballastless track；Subgrade；Swelling deformation

U213.41+7

B

10.3969/j.issn.1003-1995.2016.08.28

1003-1995（2016）08-0112-04

2016-03-11；

2016-05-29

国家自然科学基金（51178361）

杨吉新（1964—），男，教授，博士。