周 勇

(海南東環(huán)鐵路有限公司，海南?？?570100)

新建鐵路海南東環(huán)線是海南島第一條時(shí)速250 km的城際高速鐵路，起于海南省?？谑泻？诨疖囌?，終于三亞市三亞火車站，對(duì)應(yīng)里程為K0+000～K308+110.54，全長(zhǎng)為308.11 km，正線路基長(zhǎng)179.23 km，占線路長(zhǎng)度的58.17%;區(qū)間路基長(zhǎng)168.414 km，占線路總長(zhǎng)度的54.7%。本線主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)為雙線電氣化客運(yùn)專線。根據(jù)總體設(shè)計(jì)要求，新海口城市高架雙線特大橋臺(tái)尾至美蘭機(jī)場(chǎng)隧道出口(K4+828.819～K40+824.03)計(jì)36 km為無砟軌道，其余為有砟軌道。其中K0+000～K24+500段設(shè)計(jì)行車速度為80 km/h，K24+500～K25+540段設(shè)計(jì)行車速度為120 km/h，K25+540～K302+547段設(shè)計(jì)行車速度為250 km/h，K302+547～K306+047段設(shè)計(jì)行車速度為200 km/h，K306+047～K308+110段設(shè)計(jì)行車速度為160 km/h。

1 路基工程主要難點(diǎn)

(1)美蘭機(jī)場(chǎng)深路塹U形槽:該工程位于高烈度地震區(qū)，地下水位高，地層為砂層和砂性花崗巖全風(fēng)化層，地表及地下排水困難，懸壁高，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及加固防護(hù)復(fù)雜、難度大。

(2)海南東環(huán)鐵路作為我國(guó)具有重要代表意義的現(xiàn)代城際旅游客運(yùn)鐵路，鐵路設(shè)計(jì)需要將海南自然環(huán)境、人文環(huán)境有機(jī)融合，打破鐵路單一的交通運(yùn)輸功能理念，展現(xiàn)出海南獨(dú)特的地域風(fēng)光和鐵路建設(shè)自然生態(tài)旅游新概念、新思路。

(3)海南東環(huán)鐵路沿線屬?gòu)?qiáng)臺(tái)風(fēng)、強(qiáng)降雨地區(qū)，需要結(jié)合邊坡巖土體特性、降水、支擋結(jié)構(gòu)三者間的相互作用機(jī)理，提出安全經(jīng)濟(jì)并能抗強(qiáng)降雨和強(qiáng)臺(tái)風(fēng)的路基邊坡加固防護(hù)形式，且應(yīng)具有明顯的生態(tài)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

(4)海南東環(huán)鐵路所經(jīng)過地區(qū)大部分為花崗巖全風(fēng)化地層，為C組填料，缺乏路基合格填料。根據(jù)鐵路建設(shè)規(guī)范，花崗巖全風(fēng)化層需改良后才能作為鐵路客運(yùn)專線路基填料，為此需要開展花崗巖全風(fēng)化層填料改良試驗(yàn)研究，以保證強(qiáng)降雨地區(qū)路基安全。

2 路基工程設(shè)計(jì)主要技術(shù)創(chuàng)新

2.1 路基U形槽設(shè)計(jì)技術(shù)創(chuàng)新

海南東環(huán)鐵路美蘭站位于美蘭機(jī)場(chǎng)航站樓東側(cè)，為地下車站，首次實(shí)現(xiàn)了國(guó)內(nèi)高速鐵路與機(jī)場(chǎng)的“零換乘”;該段為設(shè)計(jì)時(shí)速250 km/h的無砟軌道，受線路縱斷面控制，地下隧道進(jìn)口端為12‰下坡，隧道出口端為15.6‰上坡;路基U形槽位于美蘭地下站兩端，全長(zhǎng)1 730 m，是目前國(guó)內(nèi)最長(zhǎng)的地下深基坑U形槽結(jié)構(gòu)，U形槽穿越地層主要為飽和砂土，地下水發(fā)育、地下水位高，工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件差，基坑最大深度12.3 m。

(1)高鐵與機(jī)場(chǎng)“零換乘”

該段U形槽國(guó)內(nèi)首次實(shí)現(xiàn)高鐵與機(jī)場(chǎng)“零換乘”。海南東環(huán)鐵路美蘭車站為地下站，通過地下人行步道與美蘭機(jī)場(chǎng)航站樓相接，首次實(shí)現(xiàn)國(guó)內(nèi)高速鐵路與機(jī)場(chǎng)“零換乘”理念，取得了節(jié)約土地、方便旅客換乘等多方面的社會(huì)及經(jīng)濟(jì)效益。

(2)應(yīng)用范圍創(chuàng)新

高鐵首次在富水砂層、高烈度地震區(qū)、長(zhǎng)大深基坑中采用鋼筋混凝土U形槽結(jié)構(gòu):U形槽結(jié)構(gòu)主要由鋼筋混凝土底板和鋼筋混凝土邊墻組成，其主要工作機(jī)理是通過邊墻支撐山坡土體，通過邊墻、底板以及附屬設(shè)施自重抵抗地下水的上浮壓力，從而保持結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

U形槽結(jié)構(gòu)受力復(fù)雜，對(duì)U形槽結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析時(shí)應(yīng)合理考慮列車活載、地下水壓力以及邊墻土壓力;在求解結(jié)構(gòu)內(nèi)力時(shí)，應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)的特性，考慮各種荷載的多種合理組合。

在地下水發(fā)育地段采取抗浮措施，以滿足U形槽地基承載力、工后沉降以及抗浮穩(wěn)定性的要求，抗浮措施和基坑開挖防護(hù)永久與臨時(shí)措施結(jié)合，滿足工程要求又節(jié)約工程投資。

U形槽結(jié)構(gòu)防滲也是一項(xiàng)重要內(nèi)容，是保證結(jié)構(gòu)耐久性和運(yùn)營(yíng)安全的關(guān)鍵。

U形槽結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 U形槽結(jié)構(gòu)

(3)鉆孔樁、樁間旋噴圍護(hù)、井點(diǎn)降水技術(shù)結(jié)合

富水砂層深基坑采用鉆孔樁+樁間旋噴圍護(hù)+井點(diǎn)降水技術(shù)。該路基U形槽通過地段主要為富水砂土地層，地質(zhì)條件差、地下水位高，有針對(duì)性地采取了具有止水帷幕作用的圍護(hù)結(jié)構(gòu)以及局部地段采取基坑內(nèi)降水的設(shè)計(jì)方案(如圖2所示)。

圖2 圍幕止水

(4)富水砂層深基坑安全監(jiān)控技術(shù)

U形槽基坑采用信息化控制指導(dǎo)施工，對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的變形和沉降、地下水位、土壓力、地表沉降、建筑物沉降位移等進(jìn)行了嚴(yán)格監(jiān)控量測(cè)，對(duì)反饋的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析整理，及時(shí)優(yōu)化調(diào)整施工方案，對(duì)即將出現(xiàn)的危險(xiǎn)(如開挖土方不均衡，圍護(hù)結(jié)構(gòu)剛度、強(qiáng)度不足，圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形過大，不均勻沉降，基底隆起、管涌，基坑周邊建筑物降水產(chǎn)生沉降位移等)及時(shí)預(yù)警。針對(duì)基坑中可能遇到的風(fēng)險(xiǎn)制定了相應(yīng)的應(yīng)急預(yù)案，有效地控制風(fēng)險(xiǎn)，確保了施工及周圍建筑物的安全。

該段U形槽設(shè)計(jì)合理、完善，施工完成后U形槽結(jié)構(gòu)外觀漂亮，結(jié)構(gòu)抗?jié)B效果好，槽內(nèi)及地面防排水措施合理，實(shí)車試驗(yàn)及開通以來的運(yùn)營(yíng)結(jié)果均表明，列車在U形槽內(nèi)運(yùn)行平穩(wěn)、結(jié)構(gòu)安全可靠、沉降小、乘車舒適感好。

2.2 路基景觀

海南東環(huán)鐵路設(shè)計(jì)以“生態(tài)鐵路”、“景觀長(zhǎng)廊”作為目標(biāo)，展現(xiàn)海南獨(dú)特的地域風(fēng)光，符合海南島重點(diǎn)發(fā)展旅游業(yè)的要求。

規(guī)劃設(shè)計(jì)依附“海洋之心，城際之旅”的整體規(guī)劃構(gòu)想，打造沿線不同特色景觀區(qū)段。東環(huán)鐵路線路全長(zhǎng)308.1 km，以沿線景觀為紐帶，風(fēng)格以粗獷、豪放、大氣為主，以栽植喬木為主，盡量保持沿線周邊的自然田野、山丘、河流、大海的自然風(fēng)景。以重要站點(diǎn)、隧道洞口仰坡結(jié)合地域文化和環(huán)境特色為節(jié)點(diǎn)，加強(qiáng)細(xì)節(jié)控制。

(1)海東線景觀工程要點(diǎn)

確定景觀產(chǎn)品形態(tài)及其分布、景觀區(qū)域設(shè)計(jì)要點(diǎn)、基本景觀環(huán)境實(shí)施手段等景觀規(guī)劃要素，最終實(shí)現(xiàn)以線串點(diǎn)，輻射區(qū)域的鐵路沿線景觀優(yōu)勢(shì)。

合理規(guī)劃海南東環(huán)線景觀組分、板塊的數(shù)量和空間分布格局，使各組分之間達(dá)到和諧有序，減少生態(tài)可能受脅受損的范圍與規(guī)模，提高景觀體系總體生產(chǎn)力和穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)區(qū)域可持續(xù)發(fā)展。

調(diào)查分析旅客視覺感受和相應(yīng)的心理反應(yīng)。對(duì)東環(huán)線沿線視覺范圍內(nèi)現(xiàn)有自然和人文景觀等要素進(jìn)行視覺和心理影響分析，對(duì)東環(huán)線景觀空間形象的規(guī)劃設(shè)計(jì)提出建議。

東環(huán)線景觀要素三維環(huán)境模擬:包括沿線重點(diǎn)自然、人文景觀節(jié)點(diǎn)，沿線重要交通節(jié)點(diǎn)(橋梁、隧道)，沿線車站的數(shù)字模擬化，基于可視化技術(shù)對(duì)景觀系統(tǒng)進(jìn)行虛擬仿真，提供技術(shù)支持和參考。

要求與鐵路工程特性結(jié)合，將新的設(shè)計(jì)視點(diǎn)綜合運(yùn)用于東環(huán)線景觀價(jià)值中。

景觀與鐵路路堤、路塹、橋梁、隧道洞門、站前廣場(chǎng)、聲屏障等元素相結(jié)合，按照當(dāng)代景觀學(xué)尊重自然、尊重人本、尊重本土文化的基本原則進(jìn)行結(jié)構(gòu)物設(shè)計(jì)，是該項(xiàng)目中景觀設(shè)計(jì)研究的重點(diǎn)。同時(shí)，鐵路交通具有速度快、線路運(yùn)行時(shí)間固定、運(yùn)力大等特點(diǎn)，這就要求在進(jìn)行景觀設(shè)計(jì)過程中要有新的設(shè)計(jì)視點(diǎn)，綜合運(yùn)用傳統(tǒng)和新型的設(shè)計(jì)手段實(shí)現(xiàn)景觀價(jià)值。

(2)三維模擬技術(shù)

運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)將工程設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為視覺形象，綜合分析多角度、多方位的視線整體景觀要求，把握住整體效果。與鐵路路基景觀相交叉的主要視線有:車上乘客視線、路上行車視線、路上行人視線。依照三種視線交叉點(diǎn)，優(yōu)化路基景觀要素，制定針對(duì)性對(duì)策。

(3)植物景觀策略

選擇滿足行車安全、施工工藝可行性高、投資成本適中的樹種，其次按適地適樹的基本原則，注重防護(hù)和造景的雙重功能，利用植物的色彩、枝形、高低等自然形狀相互襯托，形成優(yōu)雅的造型與韻律，從而給人以清新、自然、舒適的良好視覺景觀效果。

(4)沿海強(qiáng)臺(tái)風(fēng)地區(qū)的鐵路景觀

①沿海強(qiáng)臺(tái)風(fēng)地區(qū)路基坡面綠色加固防護(hù)

一般地段路基坡面栽植矮生狗牙根+銀合歡或仂樹。初期草籽作為先鋒樹種迅速覆蓋坡面，后期灌木豐富的根系有效攔蓄斜面地表徑流，減少水土流失或滑坡。

重點(diǎn)地段采用地被覆蓋護(hù)坡類型:以草坪綠化基礎(chǔ)配置蜘蛛蘭、紅花炸醬草、三角梅等，3～5株/穴、25～30 cm的穴距品字形栽植，以減少垂直徑流。該配置一到開花季節(jié)，鐵路兩側(cè)都是花的海洋，賞心悅目。

②海東線綠色通道建設(shè)

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，在不影響行車和設(shè)備安全條件下，全線路基填方高度H≥3 m路堤坡腳外側(cè)至防護(hù)柵欄沿線路方向，按株距4.5 m栽植1排喬木;重點(diǎn)加減速路堤段，根據(jù)填方高度，坡腳至防護(hù)柵欄內(nèi)沿線路方向采用栽植地被植物后間植喬灌木;在邊坡植被生長(zhǎng)茂密的路堤地段，僅考慮高度H≥3 m邊坡排水溝外側(cè)栽植喬灌木，邊坡高度H＜3 m時(shí)不綠化;坡腳設(shè)置護(hù)腳墻、墁石基礎(chǔ)等工程措施;坡腳至防護(hù)柵欄墻趾處距離小于0.5 m的路堤地段不綠化;排水溝外側(cè)至防護(hù)柵欄墻趾距離≥0.5 m且＜2.5 m時(shí)，根據(jù)邊坡高度栽植1排灌木或1排喬木;邊坡高度H＜3 m時(shí)路塹塹頂至防護(hù)柵欄，栽植1排灌木狀藤本植物。

③山嶺隧道洞口景觀

14個(gè)隧道進(jìn)出口洞門仰坡選擇銀合歡、仂樹、三角梅灌木種子交替點(diǎn)播，洞口邊以2株/m栽植攀援植物，爬山虎、三角梅等。隧道洞門仰坡綠化斷面如圖3所示。

綜上所述，海南東環(huán)鐵路景觀設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)過程中始終堅(jiān)持進(jìn)行多方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，以選擇更安全、更經(jīng)濟(jì)合理的工程措施。鐵路沿線景觀風(fēng)格以粗獷、豪放、大氣為主，細(xì)節(jié)景觀的數(shù)量適當(dāng)控制。設(shè)計(jì)以站區(qū)為節(jié)點(diǎn)，線路為紐帶，重要站點(diǎn)結(jié)合地域文化和環(huán)境特色進(jìn)行重點(diǎn)設(shè)計(jì)，線路紐帶景觀盡量保持沿線周邊的自然田野、山丘、河流、大海的自然風(fēng)景，重要地段則利用植物做生態(tài)的沿線特色綠化。2010年12月該工程通車運(yùn)營(yíng)，取得了良好的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)效益，對(duì)今后類似工程具有很好的指導(dǎo)意義。

圖3 隧道洞門仰坡綠化斷面

2.3 花崗巖全風(fēng)化層改良作路基填料

海南東環(huán)鐵路所經(jīng)過地區(qū)大部分為花崗巖地層，花崗巖全風(fēng)化層為路堤主要填料來源，其為C組細(xì)粒土。依據(jù)我國(guó)高速鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范要求，全風(fēng)化花崗巖不能直接作為路基填料，須改良后才能使用。針對(duì)全風(fēng)化花崗巖性質(zhì)隨地點(diǎn)、環(huán)境、氣候和土層深度變化而改變的特點(diǎn)，為研究其用作高速鐵路基床底層及路堤本體填料的適宜性，首先對(duì)全風(fēng)化花崗巖的黏土礦物成分、液塑性指標(biāo)、承載比CBR值、臨界動(dòng)應(yīng)力、累積殘余應(yīng)變與加載次數(shù)的關(guān)系等工程性質(zhì)進(jìn)行研究。由于海南島缺乏石灰材料，故海南東環(huán)鐵路采用摻加水泥進(jìn)行改良，全線選取了有代表性的10組花崗巖C組填料進(jìn)行水泥改良試驗(yàn)研究，依據(jù)其微觀結(jié)構(gòu)和物理化學(xué)性質(zhì)的研究，根據(jù)該類土顆粒相對(duì)較粗，能與水泥充分接觸而發(fā)生膠結(jié)反應(yīng)，且填充效果較好的工程特性，將水泥摻量分別擬定為3%、5%、7%進(jìn)行試驗(yàn)，從而提出最佳的改良方案，解決A、B組路基填料稀缺的重大工程問題。

3 社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益

(1)美蘭機(jī)場(chǎng)U形槽復(fù)雜工點(diǎn)的設(shè)計(jì)，充分體現(xiàn)了高烈度地震區(qū)、高地下水位、富水地層、高懸臂、長(zhǎng)段深路塹基坑開挖等特點(diǎn)和難點(diǎn)，可為其他U形槽設(shè)計(jì)提供有益的參考價(jià)值。

(2)“客運(yùn)專線中等壓縮性土地基沉降特性及處理技術(shù)研究”成果直接運(yùn)用于海南東環(huán)鐵路路基地基處理設(shè)計(jì)、施工中，節(jié)約了工程投資。

(3)“沿海強(qiáng)臺(tái)風(fēng)、強(qiáng)降雨條件下路基邊坡加固防護(hù)形式研究”通過理論分析及試驗(yàn)研究，探明了邊坡巖土體、降水、支擋結(jié)構(gòu)三者間的相互作用機(jī)理，提出安全經(jīng)濟(jì)、并能抗強(qiáng)降雨和臺(tái)風(fēng)的路基邊坡加固防護(hù)形式，具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益。

(4)海南東環(huán)鐵路景觀設(shè)計(jì)改善和恢復(fù)鐵路設(shè)施建設(shè)破壞的生態(tài)環(huán)境，補(bǔ)植富有地域特色的景觀植被，同時(shí)鐵路景觀的綠色及景觀工程設(shè)施起到保持水土、保護(hù)路基、隔音降噪、隔離人流、增加沿途觀賞美感等作用，取得了良好的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)效益。

(5)全風(fēng)化花崗巖摻加水泥改良用作高速鐵路客運(yùn)專線路基填料試驗(yàn)及設(shè)計(jì)，解決了海南東環(huán)線A、B組路基填料稀缺的重大工程問題，節(jié)約了投資;考慮到海南東環(huán)鐵路沿線連續(xù)強(qiáng)降雨實(shí)際情況，設(shè)計(jì)時(shí)加強(qiáng)了路堤邊坡防護(hù)及防排水，保證了鐵路建設(shè)的質(zhì)量。

(6)三亞車站塑料插水板與水泥攪拌樁分區(qū)加固，有效保證了既有線和高填方自身穩(wěn)定，節(jié)約了工程投資。

4 結(jié)束語

在滿足路基設(shè)計(jì)規(guī)范的前提下，海南東環(huán)鐵路工程路基建設(shè)有多項(xiàng)創(chuàng)新點(diǎn):①首次在富水砂層、高烈度地震區(qū)、長(zhǎng)大深基坑中采用鋼筋混凝土應(yīng)用U形槽路基，首次實(shí)現(xiàn)了國(guó)內(nèi)高速鐵路與機(jī)場(chǎng)的“零換乘”。②開展海東線花崗巖全風(fēng)化層地基沉降特性研究，為以后類似工程設(shè)計(jì)提供參考。③花崗巖全風(fēng)化層改良作路基填料設(shè)計(jì)，提出最佳的改良方案，解決了海南東環(huán)線A、B組路基填料稀缺的重大工程問題。④采用三維模擬技術(shù)與植物景觀策略，將海東鐵路設(shè)計(jì)為“生態(tài)鐵路”、“景觀長(zhǎng)廊”，首次完成沿海強(qiáng)臺(tái)風(fēng)地區(qū)的鐵路景觀設(shè)計(jì)。

［1］ 中華人民共和國(guó)鐵道部．鐵建設(shè)函［2005］754號(hào) 客運(yùn)專線無碴軌道鐵路設(shè)計(jì)指南［S］．北京:中國(guó)鐵道出版社，2005

［2］ 王海峰，韓濤．封閉式路塹U形槽在某鐵路工程中的應(yīng)用［J］．鐵道勘察，2013(2):52-54

［3］ 中華人民共和國(guó)鐵道部．GB50111—2006 鐵路工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范［S］．北京:中國(guó)鐵道出版社，2006

［4］ 王應(yīng)銘．客貨共線鐵路路基基床底層承載力分析［J］．鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2014，58(2):1-3

［5］ 冷長(zhǎng)明，郭紹影．一種預(yù)制L形支擋結(jié)構(gòu)在既有鐵路路基整治工程中的應(yīng)用［J］．鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2014，58(1):41-44

［6］ 中華人民共和國(guó)鐵道部．TB10001—2005 鐵路路基設(shè)計(jì)規(guī)范［S］．北京:中國(guó)鐵道出版社，2005

［7］ 馬濤，鄧帥．封閉式路塹U形槽結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析［J］．鐵道勘察，2013(1):36-38

［8］ 中華人民共和國(guó)鐵道部．TB10035—2002 鐵路特殊路基設(shè)計(jì)規(guī)范［S］．北京:中國(guó)鐵道出版社，2002

［9］ 李光林．京九線粉土工程特性及其路基病害整治方法研究［J］．鐵道勘察，2013(3):30-35．