论高速铁路路基施工技术 7页

论高速铁路路基施工技术　　摘要：路基是轨道的基础，也叫线路下部结构。高速铁路列车运行速度快、技术标准高、对路基的要求严格，控制路基变形已成为高速铁路路基最重要的一方面。因此，高速铁路路基与普通铁路路基的本质区别在于强化基床表层结构，提高和完善压实标准，同时对填料及路基与结构物过渡段的刚度提出了更高的要求。高速铁路的出现对传统铁路的设计施工和养护维修提出了新的挑战，在许多方面深化和改变了传统的设计方法和观念。高速铁路路基应按土工结构物进行设计，其地基处理、路堤填筑、边坡支挡防护以及排水设计等必须具有足够的强度、稳定性和耐久性，使之能抵抗各种自然因素作用的影响，确保列车高速、安全和平稳运行。　　关键词：高速铁路；路基；施工；设计　　一、控制变形是路基设计的关键7n　　控制变形是路基设计的关键，采用各种不同路基结构形式的首要目的是为高速线路提供一个高平顺、均匀和稳定的轨下基础。由散体材料组成的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。它在多次重复荷载作用下所产生的累积永久下沉（残余变形）将造成轨道的不平顺，同时其刚度对轨道面的弹性变形也起关键性的作用，因而对列车的高速走行有重要影响。高速行车对轨道变形有严格的要求，因此，变形问题便成为高速铁路设计所考虑的主要控制因素。就路基而言，过去多注重于强度设计，并以强度作为轨下系统设计的主要控制条件。而现在强度已不成为问题，一般在达到强度破坏前，可能已经出现了过大的有害变形。日本东海道新干线的设计时速为220km，由于其在设计中仅仅采取了轨道的加强措施，而忽略了路基的强化，以至从1965年开始，因为路基的严重下沉，致使路基病害不断，线路变形严重超限，不得不对线路以年均30km以上的速度大举整修，10年内中断行车200多次，列车运行平均速度也降到100～110km/h。　　二、在轨下基础刚度变化处设置过渡段　　铁路线路由不同特点的结构物（桥、隧、路基等）和轨道结构构成，这些结构在强度、刚度、变形等方面都有很大的差异，因此在路桥、路涵、路堤与路整、路隧等相连地段，纵向轨下基础刚度的变化必然影响路基/轨道/车辆系统刚度的均匀性，导致高速铁路系统振动的加剧，也加大了对轨下基础的动力作用，影响高速行车的平稳和安全。路基与桥（涵）连接处一直是铁路路基的一个薄弱环节。一方面路基与桥梁（涵洞）刚度差别较大而引起轨道刚度的突变，另一方面由于路基与桥台（涵洞））的沉降差而导致轨面不平顺。在路堤与桥（涵）间设置一定长度的过渡段，以控制轨道刚度的逐渐变化，并最大限度地减少由于路基与桥涵的沉降不均匀而引起的轨道不平顺，保证列车高速、安全、舒适运行。　　因此，在高速铁路技术研究中，无论机车车辆、轨道结构或路基、桥梁、隧道专业，都应当把自己的问题放在整个系统中去考察。设计中所采用的设计参数应当使系统的各个部分相互间有合理的匹配。对于路基来说，这些参数主要是弹性系数、阻尼、参振质量、变形模量、动刚度、固有频率以及与之相联系的压实度和含水量等。7n　　三、路桥及横向构筑物间设置过渡段　　路桥及横向构筑物间的过渡段，是以往设计及施工中的薄弱环节，也是既有线发生路基病害的重要部位。由于桥台与路堤的刚度相差显著，高速列车通过时对轨道结构及列车自身会产生冲击，从而降低列车运行的平稳性和舒适度，加快结构物和车辆的损坏。　　为此，在秦沈客运专线的设计中，为保证列车高速运行时的平稳舒适，对路桥过渡段采用了刚度过渡的设计方法。在桥台后一定范围内，采用刚度较大的级配碎石作为过渡填筑段，与路堤相接处采用1：2的斜坡过渡。　　四、路基动态设计　　秦沈线有93km的松软土和软土路基，占全线总长度的比例较大，为了有效地控制工后沉降量及沉降速率，开展了路基动态设计。为此，在每个松软、软土地基工点及台尾过渡段、路基中心、两侧路肩及边坡坡脚之外设置沉降和位移观测设备，全线共设置了720个观测断面，及时绘制填土～时间～沉降曲线。　　根据沉降观测资料及沉降发展趋势、工期要求等，采取相应的措施，如调整预压土高度，确定预压土卸荷时间，提出基床底层顶面抬高值，以及铺轨前对路基进行评估及合理确定铺轨时间，以确保铺轨后路基工后沉降量与沉降速率控制在允许范围内。路基动态设计的成果为后续的轨道工程打下了良好的基础。　　五、地基处理　　根据地质勘察资料，结合秦沈铁路路基的工后沉降要求，针对不同地质条件的地基土选用了合理的10多种地基处理方法。7n　　对于浅层软弱地基采用了换填碾压处理、或换填砂垫层处理。对于深层软基的主要地段采用了袋装砂井、塑料排水板的排水固结加预压的处理方法。对于工后沉降要求高及路桥过渡段，根据地质条件和经济对比，采用了砂桩、碎石桩、粉喷桩、搅拌桩、旋喷桩等地基处理方法。对于有地震液化的粉土或粉细砂层的地基段，采用了挤密砂桩的处理方法。　　不同的地基处理方法在秦沈线得到了成功地应用，为今后我国客运专线的设计施工提供了有益的经验。　　六、基床的表层填料　　从日、法、德三国和我国铁路以前进行的少量强化基床的试验研究来看，基床表层使用的材料大致有以下几类：级配砂砾石、级配碎石、级配矿物颗粒材料（高炉炉渣）和各种结合料（如石灰、水泥等）的稳定土。　　级配矿物颗粒材料，特别是水硬性的级配高炉炉渣是很好的基床表层材料。它的主要成分是、、，其成分与水泥的成分相似。施工后很长时间内会继续硬化，承载能力相应提高，这显然是非常有用的。这种材料的无侧限强度在1200kPa以上，弹性模量在300MPa以上。但也有一些不利的地方。它必须以炼铁厂为中心进行再加工，对矿渣碎石的品质要求高，否则水硬性的特点就得不到发挥。矿渣碎石对施工工艺要求严格，使用不当时，其含有的硫化钙、氧化钙还会污染环境。这种材料在日本已大量使用，欧洲也有少量使用，我国铁路还很少用。从我国现有的施工条件来看，采用这类材料难度较大。我国高速铁路路基基床表层填料采用级配砂砾石和级配碎石。　　七、过渡段　　1、过渡段设置的原因7n　　铁路线路是由不同特点、性质迥异但又相互作用、相互依存、相互补充的构筑物（桥、隧、路基等）和轨道构成的。由于组成线路的结构物强度、刚度、变形、材料等方面的巨大差异，因此必然会引起轨道的不平顺。　　为了满足列车平稳舒适且不间断地运行，必须将其不平顺控制在一定范围之内。例如，与桥梁连接处的路堤一直是铁路路基的一个薄弱环节，由于路基与桥梁刚度差别很大，一方面引起轨道刚度的变化，另一方面，路基与桥台的沉降也不一致，在桥路过渡点附近极易产生沉降差，导致轨面发生弯折。当列车高速通过时，必然会增加列车与线路的振动，引起列车与线路结构的相互作用力的增加，影响线路结构的稳定，甚至危及行车安全。　　在路基与桥梁之间设置一定长度的过渡段，可使轨道的刚度逐渐变化，并最大限度地减少路基与桥梁之间的沉降差，达到降低列车与线路的振动，减缓线路结构的变形，保证列车安全、平稳、舒适运行的目的。路基与桥台、横向结构物、隧道及路堤与路整、有昨轨道与无昨轨道等连接处均应设置过渡段，保证刚度及变形在线路纵向的均匀变化。　　2.过渡段路基基床表层应符合本规范的要求，并掺入5%水泥。基床表层以下倒梯形部分分层填筑掺入3%水泥的级配碎石，级配碎石的级配范围应符合表2-8的规定，压实标准应符合压实系数K≥0.95、地基系数K30≥150MPa/m、动态变形模量Evd≥50MPa。　　3.过渡段桥台基坑应以混凝土回填或以碎石、灰土分层填筑并用小型机具碾压密实，混凝土应满足设计强度要求，碎石、灰土填筑应满足Evd≥30MPa。7n　　4.过渡段地基需要加固时应考虑与相邻地段协调渐变。　　5.过渡段还应符合轨道特殊结构的要求。　　6.过渡段路堤应与其连接的路堤同时施工，并按大致相同的高度分层填筑。距离台背2.0m范围内应用小型机具碾压密实并适当减小分层填筑厚度。　　7.过渡段处理措施及施工工艺应结合工程实际，进行现场试验。　　2、路堤与路堑过渡段　　路堤与路堑连接处应设置过渡段。过渡段可采用下列设置方式：　　1.当路堤与路堑连接处为硬质岩石路堑时，在路堑一侧顺原地面纵向开挖台阶，台阶高度0.6m左右。并应在路堤一侧设置过渡段，如图2-13。过渡段填筑要求应符合规范的规定。　　3、其他过渡段　　土质、软质岩及强风化硬质岩路堑与隧道连接地段，应设置过渡段，并采用渐变厚度的混凝土或掺入5%水泥的级配碎石填筑。　　无砟轨道与有砟轨道连接处路基应设置过渡段，并符合轨道形式过渡要求。　　两桥之间、桥隧之间及两隧之间的短路基宜采取适宜措施，平顺过渡；当两桥间为小于150m非硬质岩路堑时，路基基础可采用桩板结构或保证刚度平顺过渡的工程措施。　　参考文献　　[1]张民庆；孙国庆.宜万铁路别岩槽隧道F3断层突发性涌水治理[J].铁道工程学报，2006-01-30.7n　　[2]张民庆；孙国庆.圆梁山隧道毛坝向斜高水压富水区注浆施工技术[J].岩石力学与工程学报，2005-12-15.　　[3]张民庆；孙国庆.圆梁山隧道岩溶突水特征分析[J].铁道工程学报，2005-5-15.　　[4]熊厚金等.岩土工程化学[M].北京：科学出版社，2001.　　[5]李相然等.地下与基础工程防渗加固技术[M].北京：中国建筑工业出版社，2005.7