梁宇

摘要：在既有高速鐵路中，既有路基幫寬會(huì)引起該鐵路變形，為解決該情況，在新建連鎮(zhèn)鐵路淮安地區(qū)預(yù)留寧淮鐵路引入同步實(shí)施工程中，從既有鐵路變形的角度，對(duì)該工程中的寧淮鐵路黃樓區(qū)間路基展開探討，提出少擾動(dòng)樁基等控制技術(shù)。研究結(jié)果顯示，通過少擾動(dòng)樁基技術(shù)，可使既有高鐵沉降變形減小。在K126+420斷面中，Ⅰ、Ⅱ股道累計(jì)沉降分別為1.17mm、1.25mm。相同斷面下，x方向水平位移最大為4.95mm。通過研究設(shè)計(jì)的控制技術(shù)，有效改善了既有高鐵路基沉降。

關(guān)鍵詞：變形控制；路基幫寬；高速鐵路；沉降；水平位移

0? ?引言

城際、市域鐵路處于快速發(fā)展中，既有運(yùn)營高速鐵路常出現(xiàn)新建高速鐵路引入近接工程的情況。在該類工程中，既有路基幫寬是其中比較常用的形式。出現(xiàn)填筑堆載過大等情況，會(huì)影響既有高鐵路基的穩(wěn)定性，導(dǎo)致其產(chǎn)生水平位移和沉降變形，從而影響高速鐵路運(yùn)營安全[1-3]。因此對(duì)既有高速鐵路變形進(jìn)行控制是非常必要的。

項(xiàng)瑞聰?shù)热嗽谒鄶嚢铇稄?fù)合地基的研究中，為分析路基填筑對(duì)其影響，對(duì)路基變填充下的變形進(jìn)行了探討，并對(duì)地基變形監(jiān)測和控制方案進(jìn)行設(shè)計(jì)。結(jié)果顯示，路基填筑會(huì)導(dǎo)致地基變形，其變形量占總沉降的56.1%[4]。李柱雄等人在路基幫寬工程中，對(duì)其與既有線路路基之間的關(guān)系進(jìn)行探究，分析不同加固方式下既有路基的變化情況。結(jié)果顯示，受鄰近堆載的影響，路基坡腳附近出現(xiàn)水平變形[5]。廖進(jìn)星在懷化南站滬昆場工程中，為分析其與既有路基之間的關(guān)系，進(jìn)行數(shù)值模擬，發(fā)現(xiàn)幫寬路基對(duì)既有路基的位移影響較小[6]。

考慮到多種因素的共同作用，數(shù)值計(jì)算等方法難以保證既有高鐵路基變形不超限。因此，可采用實(shí)時(shí)監(jiān)測方法監(jiān)測其變形，對(duì)新建線路施工產(chǎn)生的影響進(jìn)行動(dòng)態(tài)評(píng)估，以確保既有高鐵的安全運(yùn)營。為了有效控制既有高鐵變形，本文以黃樓區(qū)間路基為研究對(duì)象，在介紹工程概況的基礎(chǔ)上，探究其近接工程路基變形原因、控制難點(diǎn)以及對(duì)應(yīng)的控制技術(shù)，對(duì)變形進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，以期為相關(guān)路基工程提供參考。

1? ?工程概況

既有高鐵近接工程工程通常采用路基幫寬填筑[7]，由于地基處理不當(dāng)?shù)仍颍沟眉扔懈哞F路基常出現(xiàn)變形。為確保高速鐵路運(yùn)營安全，需對(duì)其變形進(jìn)行控制。本文以新建連鎮(zhèn)鐵路淮安地區(qū)預(yù)留寧淮鐵路引入同步實(shí)施工程為例，選取其中的寧淮鐵路黃樓區(qū)間路基，進(jìn)行路基變形控制研究。

新建連鎮(zhèn)鐵路淮安地區(qū)預(yù)留寧淮鐵路引入同步實(shí)施工程，跨京滬高速特大橋，包含兩座單線橋梁：左線NHDK15+006.626～NHDK17+155.156Z1號(hào)墩（含）～南京臺(tái)（含），其中NHDK15+6.626（Z1號(hào)墩）～NHDK15+465.176

（Z16號(hào)墩）之間的梁部不施工，僅施工橋墩及基礎(chǔ)；其余范圍內(nèi)梁部、橋墩基礎(chǔ)均施工。

路基工程起訖里程DK125+819.73～DK127+666.16，路基全長1.846km，于DK126+800處設(shè)黃樓線路所一處。黃樓區(qū)間路基包括左、右線，其中左線區(qū)間路基里程范圍為D1K19+826.516～DK20+409.667，長度為0.759km；右線區(qū)間路基里程范圍為DYK19+816.228～DYK20+875.6，長度為1.062km；合計(jì)1.821km。黃樓區(qū)間左、右線外包連鎮(zhèn)鐵路，相應(yīng)里程為LZ127+654.501～LZ128+719.783，長度為1.065km。

連鎮(zhèn)鐵路地處我國東部沿海地帶，位于江蘇省南北縱向中軸線上。線路北起蘇北連云港市，沿寧連高速公路引入淮安市，與京杭運(yùn)河、京滬高速公路并行，向南經(jīng)蘇中揚(yáng)州市，跨長江后止于蘇南鎮(zhèn)江市。

2? ?近接工程既有高鐵變形控制分析

2.1? ?變形控制難點(diǎn)分析

在設(shè)計(jì)既有高速鐵路變形控制技術(shù)之前，需進(jìn)行控制難點(diǎn)分析。在幫寬接軌段施工時(shí)，鄰近路基填料會(huì)使既有線路地基產(chǎn)生附加應(yīng)力，從而造成既有線路產(chǎn)生附加變形，進(jìn)而影響連鎮(zhèn)鐵路的正常運(yùn)營與維護(hù)。對(duì)此，需進(jìn)行擾動(dòng)樁基施工控制。

在幫寬填筑時(shí)，需注意填料的選擇，宜選擇重度小的填料。在地基處理等施工中，取出土樁易導(dǎo)致附加沉降現(xiàn)象。進(jìn)行擠土樁作業(yè)，也會(huì)對(duì)路基造成影響，導(dǎo)致擠土效應(yīng)。此外，填充不當(dāng)?shù)惹闆r亦會(huì)對(duì)路基造成影響。因此，應(yīng)對(duì)該類問題重點(diǎn)關(guān)注，并提出對(duì)應(yīng)的監(jiān)測方案。

在既有線施工的周圍，要確保起重機(jī)等大型設(shè)備規(guī)范施工，防止其越過邊界，妨礙既有高鐵運(yùn)行。對(duì)于既有高鐵而言，新建線在其周圍施工時(shí)，受到附加應(yīng)力的影響，其路基原本狀態(tài)會(huì)被破壞，使其出現(xiàn)沉降變形等情況，導(dǎo)致其軌道平整性降低，妨礙其正常運(yùn)行。對(duì)此，在新建線路施工時(shí)，應(yīng)采取相關(guān)控制策略，將臨近既有高鐵路基的變形控制在一定范圍內(nèi)。

2.2? ?既有高速鐵路變形控制技術(shù)

2.2.1? ?樁基施工控制

進(jìn)行樁基施工可能會(huì)影響連鎮(zhèn)鐵路運(yùn)行，導(dǎo)致其產(chǎn)生路基變形。在進(jìn)行樁基作業(yè)時(shí)，可通過全回轉(zhuǎn)全套管鉆機(jī)成樁的方式，降低對(duì)樁基的擾動(dòng)，避免路基變形。若場地面積較小，可選擇微型樁。在使用全回轉(zhuǎn)全套管鉆機(jī)作業(yè)過程中，鋼套管在驅(qū)動(dòng)扭矩作用下發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，幫助管口刀頭切割障礙物。在套管支撐下，液壓沖抓斗取出管內(nèi)切割后的物料，從而實(shí)現(xiàn)挖孔操作。

先在臨近既有高鐵的第一排進(jìn)行鉆孔灌注樁施工，然后進(jìn)行第二排施工，之后進(jìn)行其他鉆孔灌注樁施工。其中，第一排和第二排的施工方法選擇隔樁跳打法。該施工工藝可有效防止機(jī)械設(shè)備因傾倒而侵陷，且在套管的保護(hù)下，可避免孔壁出現(xiàn)坍塌現(xiàn)象。

2.2.2? ?泡沫混凝土減載填筑

傳統(tǒng)路基填料由于自重過大，會(huì)在已有路基中引入新的附加應(yīng)力，容易導(dǎo)致該路基沉降變形超限。同時(shí)傳統(tǒng)路基填料施工中的機(jī)械干擾也會(huì)引起該路基變形。鑒于傳統(tǒng)幫填方法滿足不了既有線路的運(yùn)營要求，根據(jù)減載需求，對(duì)路基填料進(jìn)行重新選擇。選擇泡沫混凝土進(jìn)行減載填筑，其相關(guān)參數(shù)如表1所示。

相較于一般的填料，表1中的兩種泡沫混凝土的質(zhì)量更輕。選用這兩種填料，對(duì)幫填影響下的沉降有一定的緩解作用。要根據(jù)工程需要，合理選擇泡沫混凝土。若場地面積較小，可通過管道泵送現(xiàn)澆方式進(jìn)行施工。

上述措施可以在一定程度上減少澆筑層表面出現(xiàn)裂紋，確保輕質(zhì)混凝土的整體性，提高幫填實(shí)施效果。對(duì)輕質(zhì)泡沫混凝土采取無落差泵送，泵送距離通常在400m以內(nèi)。為了能夠進(jìn)行超長距離泵送，有效降低施工成本，可以對(duì)泵送系統(tǒng)進(jìn)行改造，增設(shè)中轉(zhuǎn)站。

2.3? ?既有高速鐵路路基變形監(jiān)測

地層中包含礫砂、中砂，進(jìn)行地基處理時(shí)，樁基施工的振動(dòng)作用會(huì)導(dǎo)致地基出現(xiàn)沉陷。而受到樁擠土效應(yīng)的影響，既有高鐵路基容易出現(xiàn)水平位移。其中，擠土樁地基變形類型分區(qū)如圖1所示。

從圖1可以看出，完成單樁施工后，樁身附近地基土?xí)l(fā)生變形，其變形可劃分成4個(gè)區(qū)域，分別為強(qiáng)烈塑性區(qū)、塑性區(qū)、彈性區(qū)、弱變形區(qū)。在樁的擠壓下，塑性區(qū)區(qū)域土體的塑性變形較大。

實(shí)時(shí)監(jiān)測既有連鎮(zhèn)鐵路Ⅰ、Ⅱ股道的沉降情況。在沉降監(jiān)測中，要合理選擇基準(zhǔn)點(diǎn)?；鶞?zhǔn)點(diǎn)要遠(yuǎn)離施工擾動(dòng)區(qū)，選擇位置在穩(wěn)定建筑物附近。在運(yùn)營線路中，以巡檢數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，對(duì)基準(zhǔn)點(diǎn)穩(wěn)定性進(jìn)行分析，并進(jìn)行人工校核。

在沉降監(jiān)測點(diǎn)設(shè)置方面，間隔距離一般設(shè)置為20m。進(jìn)行水平位移監(jiān)測時(shí)，其監(jiān)測設(shè)備選擇自動(dòng)全向傳感水平位移計(jì)，設(shè)備放置在鐵路邊坡腳外0.5m處到路肩坡面的范圍內(nèi)，相鄰設(shè)備間隔60m。對(duì)既有高鐵變形監(jiān)測精度進(jìn)行設(shè)置，具體如表2所示。

3? ?既有高速鐵路變形控制應(yīng)用結(jié)果分析

3.1? ?K126+420處沉降變形分析

從2021年6月15日開始，進(jìn)行幫寬段地基處理，結(jié)束時(shí)間為2022年1月17日。檢查發(fā)現(xiàn)，連鎮(zhèn)鐵路典型斷面K126+420處，存在局部沉降情況。通過自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)對(duì)該處沉降情況進(jìn)行檢測，分析少擾動(dòng)樁基施工控制的效果，相關(guān)變形情況見圖2。

從圖2可以看出，隨著監(jiān)測時(shí)間的增加，Ⅰ、Ⅱ股道沉降變形呈現(xiàn)出先增大、后減小、再增大趨勢(shì)，整體上Ⅰ、Ⅱ股道累計(jì)沉降較小，小于4mm。在2021年7月19日時(shí)，Ⅰ股道沉降為0.38mm，比Ⅱ股道大0.29mm，后者的沉降為0.09mm。在2021年8月19日時(shí)，Ⅰ股道、Ⅱ股道的沉降分別為0.35mm、-0.18mm，監(jiān)測點(diǎn)出現(xiàn)細(xì)微隆起。在2021年9月19日時(shí)，Ⅱ股道的沉降為0.24mm，而Ⅰ股道的沉降為負(fù)，對(duì)應(yīng)監(jiān)測點(diǎn)出現(xiàn)細(xì)微隆起。

監(jiān)測時(shí)間為2021年10月19日時(shí)，Ⅱ股道的沉降為0.32mm，Ⅰ股道的沉降為0.00mm，前者比后者大0.32m，Ⅰ股道對(duì)應(yīng)監(jiān)測點(diǎn)地表平整。監(jiān)測時(shí)間在2021年12月19日至2022年1月19日之間時(shí)，Ⅰ股道沉降迅速增大，沉降增加量為0.95mm。監(jiān)測時(shí)間為2022年1月19日時(shí)，Ⅰ、Ⅱ股道累計(jì)沉降分別為1.17mm、1.25mm。

由此可見，研究設(shè)計(jì)的少擾動(dòng)樁基施工控制策略效果較好，能夠使既有高速鐵路沉降變形處于受控狀態(tài)內(nèi)。

3.2? Ⅰ股道沉降變形時(shí)程曲線分析

添加“Boltzmann S型成長曲線模型”，模擬既有高鐵路基沉降情況，相同斷面下，分析Ⅰ股道沉降變形時(shí)程曲線，具體情況如圖3所示。其中：圖3a為地基處理階段Ⅰ股道沉降變形情況，圖3b為擋墻施工至鋪軌階段Ⅰ股道沉降變形情況，圖3c為鋪軌結(jié)束后的階段Ⅰ股道沉降變形情況。

在圖3a中，根據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測的沉降實(shí)際值與模型預(yù)測值的變化情況可知，整體上兩者的變化趨勢(shì)相近，沉降實(shí)際值曲線的變化幅度較小，沉降預(yù)測值曲線在±2mm范圍內(nèi)波動(dòng)。監(jiān)測時(shí)間為2021年9月10日時(shí)，沉降實(shí)際值為0.35mm，比沉降預(yù)測值小0.51mm，后者為0.86mm。

在圖3b中，在擋墻施工至鋪軌施工階段中，Ⅰ股道沉降實(shí)際值和預(yù)測值相差較小。隨著時(shí)間的增加，整體上呈下降趨勢(shì)。監(jiān)測時(shí)間為2022年3月10日時(shí)，Ⅰ股道沉降實(shí)際值為-2.96mm，Ⅰ股道沉降預(yù)測值為-2.52mm，該監(jiān)測點(diǎn)地表呈現(xiàn)細(xì)微的隆起現(xiàn)象。

圖3c中，鋪軌施工結(jié)束后，隨著時(shí)間的推移，Ⅰ股道沉降實(shí)際值和預(yù)測值逐漸減小，并慢慢收斂。監(jiān)測時(shí)間為2022年7月10日時(shí)，Ⅰ股道沉降實(shí)際值和預(yù)測值分別為-3.68mm和-4.38mm。

3.3? ?相關(guān)水平位移監(jiān)測曲線

對(duì)該斷面的水平位移進(jìn)行監(jiān)測，從2021年9月8日時(shí)開始監(jiān)測，結(jié)束監(jiān)測時(shí)間為2021年12月11日時(shí)。得到相關(guān)水平位移監(jiān)測曲線具體如圖4所示。

圖4a中，不同監(jiān)測時(shí)間下K126+420斷面的x方向水平位移不同，隨著時(shí)間的延長，發(fā)生層位在25～30m之間時(shí)，出現(xiàn)的水平位移相對(duì)較大，x方向最大值為4.95mm。當(dāng)深度為10.00m時(shí)，水平位移為0.00mm。監(jiān)測時(shí)間為2021年10月20日，當(dāng)深度為27.00m時(shí)，水平位移為最大為-4.95mm。

在圖4b中，不同監(jiān)測時(shí)間下K126+420斷面的y方向水平位移不同，發(fā)生層位在0～5m之間時(shí)，出現(xiàn)的水平位移相對(duì)較大。監(jiān)測時(shí)間為2021年10月20日，當(dāng)深度為3.60m時(shí)，水平位移為最大為1.87mm。由此可見，研究提出的控制技術(shù)控制既有高鐵變形的效果較好。

4? ?結(jié)束語

為了實(shí)現(xiàn)既有高鐵變形控制，確保高鐵運(yùn)營的安全性，在新建連鎮(zhèn)鐵路淮安地區(qū)預(yù)留寧淮鐵路引入同步實(shí)施工程中，本文以黃樓區(qū)間路基為研究對(duì)象，探究其近接工程路基變形原因，以及對(duì)應(yīng)的控制技術(shù)，并進(jìn)行既有連鎮(zhèn)鐵路變形監(jiān)測。

研究結(jié)果顯示，研究設(shè)計(jì)的變形控制技術(shù)，能較好地對(duì)既有連鎮(zhèn)鐵路變形進(jìn)行控制，樁基施工中Ⅰ、Ⅱ股道累計(jì)沉降較小，在可控范圍內(nèi)，K126+420斷面水平位移偏小。2021年7月19日時(shí)，Ⅰ股道沉降為0.38mm，比Ⅱ股道大0.29mm，后者的沉降為0.09mm。監(jiān)測時(shí)間為2022年1月19日時(shí)，Ⅰ、Ⅱ股道累計(jì)沉降分別為1.17mm、1.25mm。K126+420斷面中，隨著時(shí)間的延長，發(fā)生層位在25～30m之間時(shí)，出現(xiàn)的水平位移相對(duì)較大，x方向最大值為4.95mm。監(jiān)測時(shí)間為2021年10月20日，當(dāng)深度為3.60m時(shí)，水平位移為最大為1.87mm。由此可見，該方法的應(yīng)用效果較好，可將該控制技術(shù)應(yīng)用在類似既有高鐵變形控制中。

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