武廣高速鐵路運營階段路基沉降變形規律研究

寇東華

(武漢鐵路局，湖北 武漢 430071)

武廣高速鐵路運營階段路基沉降變形規律研究

寇東華

(武漢鐵路局，湖北 武漢 430071)

高速鐵路運營要滿足高可靠性、高穩定性和高平順性要求，路基沉降變形是影響軌道結構狀態的主要因素。本文選取武廣高速鐵路代表性區段，對高速鐵路路基沉降變形進行系統監測，分析了運營中無砟軌道路基沉降規律。研究表明:運營階段高速鐵路路基沉降變形量比較小，但波動較大，路堤段的總體沉降大于路塹段，過渡段的沉降值波動變化較大，直線段軌道板內側沉降大于外側，曲線段加設超高一側沉降大于另一側。研究成果對于合理安排養修，保證運營安全具有指導意義。

高速鐵路 路基 沉降變形觀測 變形規律

我國已建成的高速鐵路多采用無砟軌道，基本實現了安全、可靠和少維護的目標，穩定性和耐久性良好。但無砟軌道在下部路基出現較大沉降時，上部軌道結構在高速列車荷載作用下易產生病害，且軌道不平順又加速了路基沉降變形，無砟軌道維修困難。因此，高速鐵路路基的沉降變形對線路的運營質量起著至關重要的作用，是高速鐵路高可靠性、高穩定性和高平順性運營的決定因素。

本文選取武廣高速鐵路典型區段，進行了系統的路基段無砟軌道沉降觀測，對運營15個月路基沉降監測結果進行分析，并結合該數據對高速鐵路路基設計和施工中廣泛應用的曲線擬合法進行了適用性研究，分析運營高速鐵路無砟軌道路基沉降變形的規律。

1 觀測段的選取及觀測方案

武廣客運專線2005年開始建設，2009年12月正式通車。觀測區段包括RHEDA 2000雙塊式無砟軌道、CRTSⅠ型板式無砟軌道，以及路堤、路塹、過渡段三種路基類型，路線線形包括直線段和曲線段兩種。

根據測量規范要求以及現場具體情況綜合考慮，按照二等水準測量的要求對觀測路段進行了閉合線路水準測量，觀測周期為3月，采集數據6次。共三列沉降觀測樁，兩列分別位于線路外側(其中一列為備用點)，這兩列觀測樁從水硬性支承層上部一直延伸至路基頂部，另一列觀測樁位于線路中心線兩道軌道板之間的基床表層中。觀測點采用前期布設的觀測樁，其布設位置見圖1。

圖1 觀測段路基結構形式及測點分布

2 觀測結果與分析

1)路基不同結構沉降變化規律

不同類型路基結構沉降速率變化曲線見圖2。由圖2可見，路塹段2個沉降監測斷面，4個沉降觀測樁的平均沉降速率為2.08 mm/年，月沉降速率為－0.36～0.88 mm/月，累計沉降值為0.54～4.11 mm。路堤段2個沉降監測斷面，4個沉降觀測樁的平均沉降速率為 5.08 mm/年，月沉降速率為 －0.37～1.87 mm/月，累計沉降值為5.7～6.6 mm;過渡段(包括路橋過渡段、路涵過渡段以及涵洞上部)7個沉降監測斷面，14個沉降觀測樁的平均沉降速率為1.48 mm/年，月沉降速率為 －3.14～1.78 mm/月，累計沉降值為－9.77～5.36 mm。

圖2 不同類型路基結構沉降速率時程曲線

四種類型路基結構各自的沉降變化特征明顯，且每種類型路基結構的觀測點均遵從該類型的特征。隨時間變化沉降波動比較明顯，推斷為量誤差以及氣溫、降水等因素影響所致。截止到2013年6月至2013年9月，沉降變化已基本趨近于 0，沉降達到穩定，但2013年12月又產生相對變化，推斷為外界氣候變化影響所致，建議做進一步跟蹤觀測驗證。

2)直線路段、曲線路段以及線路內、外側沉降規律

直線路段、曲線路段以及線路內、外側累計沉降變化曲線見圖3。由圖可見，除最后兩個斷面外，線路內側監測點的沉降值比線路外側的大，這是由于兩條線路應力擴散角的疊加引起的。最后兩個斷面處在緩圓點附近，屬于曲線路段，外側超高以及列車行駛中轉向導致了外側測點沉降大于內側，與直線段的規律相反。

圖3 累計沉降變化曲線

3)擬合分析

本文采用目前廣泛使用的幾種常用曲線擬合的方法，在路塹、路堤、過渡段各選取一個斷面進行擬合分析。路塹段分析結果見表1和圖4。路堤段分析結果見表2和圖5。過渡段分析結果見表3和圖6。

表1 4號斷面(路塹段)擬合結果

圖4 4號斷面沉降擬合曲線

表2 21號斷面(路堤段)擬合結果

圖5 21號斷面沉降擬合曲線

表3 15號斷面(過渡段)擬合結果

圖6 15號斷面沉降擬合曲線

可以看出，由于該高速鐵路沉降量小、波動大，本文所選取的雙曲線法、三點法、泊松曲線法都不能滿足擬合相關系數＞0.92的要求。其中，路堤段沉降值在所選路段中最大，擬合的相關系數最接近0.92。對于工后的小量級沉降進行擬合預測很難滿足要求，但不管沉降數值波動多大，一般路段的總體趨勢還是一定的，所以可采用曲線擬合的方法進行沉降趨勢的判別分析。

3 結論

選取運營線路的路基沉降觀測結果，對沉降與時間的關系，不同結構類型路基的沉降、線路內、外側的沉降進行分析，并運用了三種常用的曲線擬合方法對實測沉降數據進行了擬合分析。得出以下結論:

1)路堤段平均沉降速率最大，路塹段次之，過渡段最小，但過渡段路基容易產生差異沉降;過渡段的月沉降速率和累計沉降波動范圍都是最大的，月沉降速率的波動路堤段次之，路塹段最小，但路堤段的累計沉降是最大的。

2)線路內側沉降值普遍大于外側，推斷為兩側線路上列車荷載共同作用所致;在縱向曲線段上設超高的外側沉降值大于內側。

3)由于線路縱向監測點埋設位置不同:外側監測點埋設于軌道板下部水硬性支撐層中，而內側監測點埋設于線路中心線上的基床表層中。兩者位置的不同也可能是導致外側沉降值出現負值的原因之一。

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(責任審編 葛全紅)

U213.1

:ADOI:10．3969/j．issn．1003-1995．2015．08．25

2015-04-10;

:2015-06-20

武漢鐵路局科技研究開發計劃項目(201211G03)

寇東華(1981— )，男，遼寧建平人，工程師，碩士。

1003-1995(2015)08-0085-03