引入既有客運專線新建車場路基設計

王興榮 溫曉鵬

(鐵道第三勘察設計院集團有限公司，天津 300142)

引入既有客運專線新建車場路基設計

王興榮 溫曉鵬

(鐵道第三勘察設計院集團有限公司，天津 300142)

論述石濟客運專線引入京滬高速鐵路德州東站路基設計過程，包括地基處理措施的選擇、沉降分析步驟、路基填料的選用、施工注意事項等，為類似工程設計積累經(jīng)驗。

既有客運專線 無砟軌道 沉降分析 地基處理 設計

1 概述

新建石家莊至濟南客運專線引入德州東站，與京滬高速鐵路德州東站并站設置，石濟客運專線與京滬高速鐵路相鄰到發(fā)線線間距6.9 m，車站新增2座島式站臺，4條到發(fā)線，于京滬高鐵路左側幫寬路基55.5 m，車站平均填高約6.5 m。站內2座框構橋、1座旅客地道、1座天橋接長。

最初的設想為石濟客運專線引入京滬高速鐵路德州東站路基在京滬高速鐵路開通前與京滬高速鐵路同步設計、施工，由于多種因素制約，僅在京滬高速鐵路道岔區(qū)路基預留接入條件，車站路基沒有同期實施。從而形成了新建客運專線車場路基與既有高速鐵路路基近距離的工況。

德州東站位于沖積平原，地形平坦開闊，多為耕地，建筑物稀疏，局部地段分布溝渠、坑塘，大部分渠內無水。

(1)地層

粉質黏土(Q4al)：灰褐色、黃褐色及棕紅色，軟塑—硬塑，0.4 m以上為耕植土，含鐵錳質氧化物、姜石或云母碎片，局部夾粉土、粉砂薄層，σ0=120～200 kPa。粉土(Q4al)：黃褐色、褐黃色，潮濕，稍密—密實，含少量銹斑或云母片，局部夾黏土、粉質黏土薄層，σ0=110～220 kPa。黏土(Q4al)：黃褐色、褐灰色，軟塑—硬塑，含鐵錳質氧化物、銹斑或白色鈣質斑點，偶見姜石或螺殼，夾粉質黏土或粉土薄層，σ0=110～190 kPa。粉砂(Q4al)：灰褐色、黃褐色，密實，飽和，含云母或螺殼碎片，局部夾粉質黏土薄層，σ0=200～300 kPa。細砂(Q4al)：黃褐色、褐灰色，密實，飽和，含云母，偶間螺殼碎片，夾粉土、粉砂或粉質黏土薄層，σ0=300 kPa。中砂(Q4al)：黃褐色、灰褐色，密實，飽和，含云母，偶間姜石，礫石，σ0=450 kPa。

(2)水文

地下水為第四系孔隙潛水，勘測期間地下水埋深5.30～12.50 m；主要由大氣降水及地表水補給，水位變幅1～5 m。具硫酸鹽侵蝕性，環(huán)境作用等級H1，具氯鹽侵蝕性，環(huán)境作用等級L1。

地震動峰值加速度為0.05g；土壤最大凍結深度0.5 m。

京滬高速鐵路為時速350 km的鐵路，車站內正線及到發(fā)線均為無砟軌道，路堤地基采用CFG樁加固，樁間距1.6 m，樁徑0.5 m，正線下樁長28 m，樁頂設鋼筋混凝土板；到發(fā)線下樁長16 m，樁頂設混凝土樁帽，帽頂設碎石墊層。目前已經(jīng)建成通車3年，路基沉降已基本穩(wěn)定。靠近石濟車場的股道為京滬場7道，隔一站臺為6道，右側為5道正線。

2 設計方案研究

2.1 理論方案研究

(1)增大線間距研究

為減少新建石濟客運專線對京滬高速鐵路的影響，設計初期研究論證了拉開不同線間距的路基、橋梁等設計方案。表1為路基方案相同的地基處理措施時，不同線間距對京滬高速的附加沉降影響值，最終考慮到營運管理、占地等多種因素，采用了到發(fā)線線間距6.9 m的并站設計方案。

(2)并站方案研究

考慮到京滬高速鐵路建設過程中地基處理施工并結合其他近似工程經(jīng)驗，擬定新建石濟客運專線車場的工程措施：

①兩端咽喉區(qū)以外遠離既有線的路堤地基采用CFG樁加固處理，樁徑0.4 m，樁間距1.8 m，正方形布置，樁長10～15 m；車站咽喉區(qū)采用螺桿樁加固處理，樁徑0.4 m，樁間距2.0 m，正方形布置，樁長10～22 m。

②站臺區(qū)段臨近京滬高速鐵路地段，地基采用預應力管樁加固，樁間距2.0 m，正方形布置，樁長22～30 m，樁頂設C35鋼筋混凝土板。

③與京滬高速路基搭接地段的路基應提前安排施工，拉長施工周期。管樁施工推薦采用靜壓法沉樁，從京滬高速鐵路坡腳向外間隔進行，路堤填筑沿線路縱向按大致相同的高程進行，減緩路堤分層填筑的速率。管樁施工和路堤填筑需要一定的間隔。在施工過程中，應采取措施減少對京滬高速鐵路運營的干擾，科學安排確定施工工藝和工序，并做好施工期監(jiān)測工作。

④為減少上部荷載，減小路基沉降對既有路基的影響，充分利用泡沫輕質土容重小和強度適宜、施工速度快等特點，石濟客運專線與既有線搭接地段的7道與9道間(包括站臺下和部分到發(fā)線基床表層下1.0 m部位)，采用泡沫輕質土填筑，其他部位填筑B組遠運土(見圖1)。

圖1 局部泡沫輕質土(單位：m)

泡沫輕質土具有輕質性、密度和強度可調節(jié)性、高流動性、直立性及施工便捷等特性，以減輕荷重或土壓為目的，用于替代填土，是土建領域一種新興的輕型材料，在建筑及支擋結構物基坑回填、公路及部分鐵路路橋(涵)過渡段填筑和軟基路基填筑中采用。設計泡沫輕質土重度4～6 kN/m3，立方體抗壓強度0.8～1.5 MPa。

2.2 數(shù)值分析研究計算模型

計算采用巖土有限元程序Plaxis 8.2二維專業(yè)版。計算過程分為以下幾步：首先將既有京滬高鐵結構物作為基本初始狀態(tài)，計算土層的初始應力狀態(tài)。然后在這種狀態(tài)下建立石濟客運專線新建的結構物模型，計算土層的應力及沉降變化情況，進而計算土層變形對京滬高鐵路基的影響(見圖2)。

圖2 幾何模型示意

根據(jù)工點內路基與既有京滬高速線的關系、路基寬度和地質資料，共選取了5個代表性橫斷面進行變形分析，新建石濟客運專線引起京滬高速鐵路附加沉降的分析結果如表1所示，沉降云圖如圖3～圖5所示。

表1 沉降計算結果

圖3 自重應力沉降云圖

圖4 京滬高鐵施工后沉降量云圖

圖5 石濟客運專線德州東站施工后沉降量云圖

不同地基處理深度，站臺區(qū)既有線附加沉降計算結果如圖6所示。

圖6 地基處理深度與附加沉降關系

3 施工控制

3.1 施工工序

管樁施工從既有線坡腳隔樁向外側壓樁，地基處理完成后先填土，控制填土速率，注意填土的均勻性，最后施工泡沫輕質土。

3.2 監(jiān)測

沿既有京滬高速線正線、緊鄰的左側到發(fā)線、最外側到發(fā)線順線路方向布置布置3條測線，利用自動觀測傳感器，對軌道形態(tài)進行全天候實時監(jiān)測，利用行車天窗進行人工測量(包括高程、平面狀態(tài)測量，軌檢小車等)，并校核自動觀測結果，確保行車安全。

施工前會同工務部門制定監(jiān)測報警和軌道調整限值報批并備案，施工過程中根據(jù)實時監(jiān)測結果，及時調整軌道狀態(tài)。

3.3 軌道調整預案

由于7道受石濟客運專線框構、旅客地道、路基等施工影響，建議施工區(qū)間停用，根據(jù)沉降分析，其附加沉降數(shù)值較大。為保持軌道的完好狀態(tài)，施工完成后需要根據(jù)實測變形情況，對7道雙塊式無砟軌道進行整修，并根據(jù)實測的沉降值確定采用扣件、墊板調高或其他方案。

京滬正線及其臨近到發(fā)線，按照理論計算的結果需對軌面高程進行調整，需根據(jù)施工過程中實測沉降變形值，確定采用扣件、墊板調高方案。

3.4 試驗研究

結合本工點的施工，通過在不同部位埋設分層沉降儀、測斜管、土壓力盒及沉降計等，對本段路基的地基，泡沫輕質土澆筑體進行應力、應變等測試，并結合理論計算、實測數(shù)據(jù)的對比開展試驗研究，為無砟軌道路基引入新線、泡沫輕質土在鐵路路基工程中推廣應用積累經(jīng)驗。

4 結束語

新建鐵路引入引起既有路基的沉降變形，可通過地基處理措施、路基結構優(yōu)化減小；減少新建路基的荷載，特別是如泡沫輕質土等輕型填料的采用，可顯著減少新建路堤的荷載，可以減低新建工程對既有鐵路的沉降變形影響；采用有限元等理論分析結果可作為設計施工的參考，而加強施工過程的變形監(jiān)測并據(jù)此調整相關的工程措施是保證既有線安全的必要條件。

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WANG Xing-rong WEN Xiao-peng

2014-09-26

王興榮(1962—)，男，1985年畢業(yè)于蘭州鐵道學院鐵道工程專業(yè)，工學學士，高級工程師。

1672-7479(2014)06-0023-03

U213.1

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