趙國凱

摘要：高鐵軌下基礎沉降對高鐵的安全運營造成很大的隱患，必須采取有效的措施進行控制。本文結合西北某高鐵由于路基沉降引起的軌道結構的病害，分析了該段路基沉降的機理，并通過采用路基基底鉆孔注漿技術和軌道抬升與糾偏技術，對高速鐵路路基沉降引起的鐵路病害進行了控制和處理。研究成果對同類問題的處理具有一定的借鑒意義。

關鍵詞：高速鐵路;路基沉降;沉降控制;基底注漿;軌道抬升與糾偏

中圖分類號：U216.4? ? ? ? ?文獻標識碼：A

1 引言

無砟軌道是我國現階段高速鐵路普遍采用的軌道結構形式，這種軌道結構形式的特點是穩(wěn)定、平順和少維修。但對于無砟軌道而言，由于高程調節(jié)受其自身能力的限制，對沉降變形特別敏感，容易造成無砟軌道的整體道床的開裂和軌道幾何形位的變化，為鐵路運行造成安全隱患。

現階段國內外對于路基沉降的研究較多，在這一方面，周生年[1]分析了影響路基工程沉降控制的施工內容;本立平[2]闡釋了低粘度改性高聚物注漿材料的優(yōu)點;張慶[3]提出了路基養(yǎng)護和預防路基沉降的對策;范會新[4]以建立有限元分析的方式對不均勻沉降致使的脫空病害進行了分析;韓宜康[5]通過數值模擬研究了路基沉降對行車的危害;王星博等[6]評價了各種整治措施對路基沉降的效果;楊威[7]開展了高速鐵路抬升整治技術研究;辜永超[8]初步確定了針對沉降的整治措施與變形監(jiān)測手段。這些研究內容涉及到路基沉降的多個方面，但專門針對高速鐵路路基沉降及其帶來的危害的研究則相對較少。因此，本文結合我國西北地區(qū)某高鐵由于路基沉降的具體狀況，對高鐵路基沉降的控制及處理措施展開研究。以形成相應的技術措施，為今后該類問題的處理提供技術指導。

2 工程概況

西北地區(qū)某高鐵的某一路基區(qū)段內的無砟軌道結構產生了較大的沉降。由調查數據可知，該區(qū)段內高鐵上、下行線某段無砟軌道結構沉降較大，部分區(qū)段伴隨著軌道偏移。其中上、下行線累計最大沉降量分別達到46mm和50mm。

對于高速鐵路的路基區(qū)段而言，路基基床在列車荷載作用下的累積變形、路堤本體壓密沉降以及支撐路基的地基工后沉降變形是造成運營階段路基沉降的主要影響因素。其中路堤本體壓密沉降是最大因素。影響路基壓密沉降的主要是路基的填筑質量和使用的路基填料。

對于該沉降路基區(qū)段，通過對路基取樣并進行相應的篩分實驗，得到土樣的顆粒級配曲線如圖1。

從圖1中可以確定顆粒含量的質量百分率分別為10%、30%和60%時所對應的粒徑，計算可得土樣的不均勻系數Cu為23.33，曲率系數Cc為0.96，路基填料為礫砂土，但由于Cu > 5且Cc < 1，初步認為土樣為級配不良的土。從土樣級配曲線中進一步看出，級配組成中缺少1mm～1.1mm范圍的顆粒，表現出不連續(xù)，而且曲線整體較陡，粒徑比較均勻，較大顆粒間缺少小粒徑顆粒填充，導致土體密實度不好，可認定土樣為級配不良的礫砂土。對于該種填料，采用路基鉆孔注漿技術進行沉降控制是一種非常有效的方法。

3 路基區(qū)段軌下基礎沉降的控制措施及施工工藝

3.1 安裝臨時金屬防護網

在天窗點進入鐵路路基的鉆孔注漿范圍之前，需要拆除6米的鋼筋混凝土防護柵欄，當天在天窗點內完成基底注漿施工后，需要將鋼筋混凝土防護柵欄恢復。

在鉆孔注漿施工范圍內安裝金屬防護柵欄，柵欄在距離施工區(qū)段路基坡面護道平臺高度1.5m的位置;防護柵欄高1.8米，每3米設置1根支撐立柱，立柱外側采用斜撐進行加固以防止臨時柵欄傾倒;臨時柵欄要和原有鋼筋混凝土柵欄連接使運營線路形成封閉區(qū)域，施工要在臨時柵欄外側進行，施工完成后鉆機置于鋼筋混凝土防護柵欄和臨時防護柵欄間并順線路方向停放整齊，臨時防護柵欄不得影響鐵路原有管線的安全。如圖2所示：

3.2 填筑作業(yè)平臺

臨時防護柵欄安裝完成后，因某段需對路基下部進行注漿加固，需在鉆孔注漿期間在路基反壓護道平臺以下采用填土的方式填筑作業(yè)平臺;填筑高度低于路基頂面3米。

3.3 路基基底鉆孔注漿

1）準備工作

（1）施工準備

施工前，將場地、進出道路平整;提前在坡面和邊坡上安排鉆孔的位置和順序，并與已施工的注漿孔錯開，并明顯標記;施工前1小時，應將施工人員及施工設備置于臨時鋼筋防護柵欄外，并提前安裝施工管線;線外人員進行注漿用套殼料的配置和注漿用水泥漿的攪拌。

（2）機械設備及場地布置

防護柵欄內放置大型鉆孔鉆機、風管、袖閥鋼管、注漿管、照明工具機電線路等設備，其余輔助機械放在防護柵欄外側;提前準備水泥堆放平臺、蓄水池、水泥漿存儲池等并放置在柵欄外側;在施工前調試好各種機械設備，并在線外模擬鉆進情況;照明設備安裝在鋼筋混凝土防護柵欄上，間隔10米設置。

2）鉆孔注漿工藝

（1）打孔

鉆機到位后進行分序鉆孔，成孔后安裝注漿袖閥鋼管，下套殼料，采用水囊式止?jié){塞后退式分段注漿?？孜徊贾萌鐖D3。

孔位布置：邊坡位于路基護道平臺面以上的地方每0.6m打一個斜孔，鉆入后，鉆孔末端的間距為2.0m，每個橫斷面圖中標注注漿孔與豎直方向的夾角，沿著縱向，注漿孔之間的間距為2.0m。

（2）注漿及止?jié){

注漿參數：通過沉降部分的地質條件、以往的施工經驗和本工程的特點，基底注漿材料決定選用硫鋁酸鹽水泥單漿，水灰比為0.8：1。在進行路基基床注漿時，注漿的壓力控制在0.2～0.3 Mpa左右，在進行路基基床下方注漿時，注漿的壓力控制在0.5～0.8 Mpa左右。確切的注漿參數還要依據現場的檢測數據和注漿實驗等進行綜合考慮。

漿液制備：制漿時需要使用制漿機，制漿機的轉數應不小于200轉/分鐘，攪拌時間不應大于6分鐘且不應小于2分鐘。出漿孔需要設置100目的過濾網。

注漿：注漿的順序需要安排合理，奇、偶數跳孔注漿，先進行外圍注漿，后進行內部注漿，目的是使?jié){液均勻擴散。

注漿控制：注漿時，需要同時控制注漿量和注漿壓力。

3.4 拆除作業(yè)平臺及臨時金屬防護柵欄

完成鉆孔注漿施工作業(yè)后，首先拆除作業(yè)平臺，然后在天窗點時間拆除臨時金屬防護柵欄。

4 無砟軌道結構抬升和糾偏施工工藝

4.1 抬升孔及糾偏點布置

1）抬升孔孔位布置

無砟軌道結構抬升后，先進行臨時填充，如圖4所示，“T”為抬升孔， “LT”為臨時填充孔位。最后對無砟軌道結構進行高聚物填充砂漿完全填充，“S”表示砂漿填充孔，在線路中線注漿孔之間布置，“g”表示觀察孔，在線路兩側支承層上布置，如圖5所示。

2）糾偏點布置

在無砟軌道結構外側路基上設置錨桿反力墩，作為糾偏橫向頂推的反力結構，線間利用相鄰線路作為反力墻，無砟軌道結構頂推點布置如圖6所示，過渡段區(qū)段千斤頂間距為2m，其它區(qū)段千斤頂間距為4m，在被糾偏線路中線上設置監(jiān)測點，中線監(jiān)測點間距為2m。

4.2 糾偏量和抬升量的確定

糾偏量確定：使用軌檢小車進行線路中線偏移測量，測得線路中線偏差加上非標準擋塊的調整量即為對應于每一個承軌臺的糾偏量。

抬升量確定：測量前先建立相應的控制網絡，以保證控制網絡的相對精度。為便于管理識別，將直接引入既有CPIII坐標網，使用電子水準儀測量每一個承軌臺所對應的軌面高程并統(tǒng)計相對應的墊板數量，對應于每一個承軌臺的總抬升量就等于軌面高程減去目標高程再加上墊板厚度，同時還要保證抬升段落前后與其相鄰段落順接。

4.3 封閉層切割鑿除及線間級配碎石鑿除

在進行無砟軌道結構糾偏前，首先鑿除該區(qū)段的封閉層和級配碎石，以解除無砟軌道結構糾偏時封閉層及級配碎石對其的約束。

4.4 反力墩設置

糾偏前在無砟軌道結構外側路基上設置反力墩，為軌道結構橫向頂推提供反力，反力墩為錨桿混凝土結構，截面尺寸為70cm×90cm，其結構橫斷面見圖7。

4.5 無砟軌道結構氣墊頂升

先在糾偏線路底座或支承層下安放抬升氣墊（見圖8），氣墊在沿線路方向4m間距布置。頂升區(qū)段氣墊全部安裝完成后，對氣墊充氣，緩慢將軌道結構抬升10mm～20mm，頂升時使用電子水準儀實時監(jiān)測軌道結構高程變化，頂升到位后關閉氣墊充氣閥門。

4.6 無砟軌道結構糾偏

在糾偏的軌道結構兩側對應反力墩的位置安放千斤頂，利用反力墩或臨線無砟軌道結構作為支撐，對無砟軌道結構進行橫向頂推。糾偏時，采用全站儀和鋼尺對軌道結構橫向位移進行實時監(jiān)測。全站儀測量的為在糾偏的軌道結構中線位置埋設的預埋件，對中線坐標進行實時采集，測量中線位移情況。鋼尺測量時以臨線無砟軌道結構為基準，對糾偏無砟軌道結構位移量進行采集。糾偏時，在糾偏量為“0”的位置兩側對無砟軌道結構進行夾持固定，然后從軌道結構偏移量最大的位置開始頂推，頂推時逐級進行加載，根據軌道結構的位移情況調整加載大小和速度。每次糾偏完成后，通過反力墩和相鄰線路對軌道結構進行左右限位。

4.7 無砟軌道結構填充及夾持限位

無砟軌道結構全部糾偏到位后，采用高聚物對底座板或支承層下的間隙進行填充，并采用夾持裝置對軌道結構進行左右限位（見圖9）。

4.8 鉆孔及安裝注漿管

孔位標記好以后開始進行鉆孔，鉆孔深度應穿透高聚物注漿抬升材料或聚合物填充材料層。中間孔在軌道面板上，側孔在支承層上，如圖10所示。

鉆孔完成后立即安裝鐵路兩側的注漿管，為了不影響鐵路運行，在施工當天安裝鐵路中間的注漿管。

4.9 注漿抬升作業(yè)

注漿作業(yè)前，應調試好注漿設備并測試注漿材料的起發(fā)、表干時間，并再次核定現場各點的抬升量;注漿時，使用精密電子水準儀和軌道尺監(jiān)測道床板高程和水平，用全站儀監(jiān)測線路中線，同時安排專人觀察注漿點周圍的軌道結構。每個天窗點注漿抬升作業(yè)完成后，采用高聚物材料對軌道結構進行臨時填充。

4.10 功能型聚合物砂漿填充及注漿孔封堵

在無砟軌道結構抬升至設計高程后，使用功能型聚合物砂漿對無砟軌道空腔進行填充。

注漿完成后，對抬升段落的線路進行復測，在滿足要求后，采用強度等級不低于M40的速凝型微膨脹砂漿封堵注漿孔。

4.11 封閉層修復

上下行抬升糾偏完成并確認線形后，修復線間、外的封閉層并對封閉層與支承層和施工縫隙進行防水處理。

5 結語

高鐵路基不均勻沉降會給整體道床的受力和列車的安全運營帶來較大的危害。文中針對我國西北地區(qū)某高鐵路基沉降的具體情況，采用路基基底注漿技術和軌道抬升與糾偏技術，對路基沉降和因路基沉降造成的軌道幾何形位的變化等問題進行了處理。處理結果證明了該措施的有效性，保證了列車的安全運營。

參考文獻

[1] 周生年. 高速鐵路路基工程沉降變形控制研究[J]. 工程建設與設計， 2019， （24）： 55-58.

[2] 本立平. 高速鐵路路基沉降注漿加固施工技術研究[J]. 工程技術研究， 2019， 4（01）： 26-27.

[3] 張慶. 高速鐵路路基施工質量控制與沉降預防對策[J]. 科技資訊， 2019， 17（19）： 71-72.

[4] 范會新. 高速鐵路路基沉降病害整治技術研究[J]. 遼寧省交通高等專科學校學報， 2020， 22（01）： 18-21.

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[6] 王星博， 于洪欽， 王財平， 等. 西部寒區(qū)高速鐵路路基沉降整治措施研究[J]. 路基工程， 2017， （05）： 53-58.

[7] 楊威. 高速鐵路無砟軌道沉降區(qū)高聚物注漿抬升技術研究[D]. 成都： 西南交通大學， 2019.

[8] 辜永超. 路基沉降條件下無砟軌道整治措施研究[D]. 成都： 西南交通大學， 2015.