既有高速鐵路路基幫寬對既有高速鐵路變形控制的研究

梁宇

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

關鍵詞：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展中，既有運營高速鐵路常出現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。出現填筑堆載過大等情況，會影響既有高鐵路基的穩定性，導致其產生水平位移和沉降變形，從而影響高速鐵路運營安全[1-3]。因此對既有高速鐵路變形進行控制是非常必要的。

項瑞聰等人在水泥攪拌樁復合地基的研究中，為分析路基填筑對其影響，對路基變填充下的變形進行了探討，并對地基變形監測和控制方案進行設計。結果顯示，路基填筑會導致地基變形，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，對其與既有線路路基之間的關系進行探究，分析不同加固方式下既有路基的變化情況。結果顯示，受鄰近堆載的影響，路基坡腳附近出現水平變形[5]。廖進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系，進行數值模擬，發現幫寬路基對既有路基的位移影響較小[6]。

考慮到多種因素的共同作用，數值計算等方法難以保證既有高鐵路基變形不超限。因此，可采用實時監測方法監測其變形，對新建線路施工產生的影響進行動態評估，以確保既有高鐵的安全運營。為了有效控制既有高鐵變形，本文以黃樓區間路基為研究對象，在介紹工程概況的基礎上，探究其近接工程路基變形原因、控制難點以及對應的控制技術，對變形進行實時監測，以期為相關路基工程提供參考。

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]，由于地基處理不當等原因，使得既有高鐵路基常出現變形。為確保高速鐵路運營安全，需對其變形進行控制。本文以新建連鎮鐵路淮安地區預留寧淮鐵路引入同步實施工程為例，選取其中的寧淮鐵路黃樓區間路基，進行路基變形控制研究。

新建連鎮鐵路淮安地區預留寧淮鐵路引入同步實施工程，跨京滬高速特大橋，包含兩座單線橋梁：左線NHDK15+006.626～NHDK17+155.156Z1號墩（含）～南京臺（含），其中NHDK15+6.626（Z1號墩）～NHDK15+465.176

（Z16號墩）之間的梁部不施工，僅施工橋墩及基礎；其余范圍內梁部、橋墩基礎均施工。

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

連鎮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，與京杭運河、京滬高速公路并行，向南經蘇中揚州市，跨長江后止于蘇南鎮江市。

2? ?近接工程既有高鐵變形控制分析

2.1? ?變形控制難點分析

在設計既有高速鐵路變形控制技術之前，需進行控制難點分析。在幫寬接軌段施工時，鄰近路基填料會使既有線路地基產生附加應力，從而造成既有線路產生附加變形，進而影響連鎮鐵路的正常運營與維護。對此，需進行擾動樁基施工控制。

在幫寬填筑時，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，取出土樁易導致附加沉降現象。進行擠土樁作業，也會對路基造成影響，導致擠土效應。此外，填充不當等情況亦會對路基造成影響。因此，應對該類問題重點關注，并提出對應的監測方案。

在既有線施工的周圍，要確保起重機等大型設備規范施工，防止其越過邊界，妨礙既有高鐵運行。對于既有高鐵而言，新建線在其周圍施工時，受到附加應力的影響，其路基原本狀態會被破壞，使其出現沉降變形等情況，導致其軌道平整性降低，妨礙其正常運行。對此，在新建線路施工時，應采取相關控制策略，將臨近既有高鐵路基的變形控制在一定范圍內。

2.2? ?既有高速鐵路變形控制技術

2.2.1? ?樁基施工控制

進行樁基施工可能會影響連鎮鐵路運行，導致其產生路基變形。在進行樁基作業時，可通過全回轉全套管鉆機成樁的方式，降低對樁基的擾動，避免路基變形。若場地面積較小，可選擇微型樁。在使用全回轉全套管鉆機作業過程中，鋼套管在驅動扭矩作用下發生轉動，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切割后的物料，從而實現挖孔操作。

先在臨近既有高鐵的第一排進行鉆孔灌注樁施工，然后進行第二排施工，之后進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械設備因傾倒而侵陷，且在套管的保護下，可避免孔壁出現坍塌現象。

2.2.2? ?泡沫混凝土減載填筑

傳統路基填料由于自重過大，會在已有路基中引入新的附加應力，容易導致該路基沉降變形超限。同時傳統路基填料施工中的機械干擾也會引起該路基變形。鑒于傳統幫填方法滿足不了既有線路的運營要求，根據減載需求，對路基填料進行重新選擇。選擇泡沫混凝土進行減載填筑，其相關參數如表1所示。

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

上述措施可以在一定程度上減少澆筑層表面出現裂紋，確保輕質混凝土的整體性，提高幫填實施效果。對輕質泡沫混凝土采取無落差泵送，泵送距離通常在400m以內。為了能夠進行超長距離泵送，有效降低施工成本，可以對泵送系統進行改造，增設中轉站。

2.3? ?既有高速鐵路路基變形監測

地層中包含礫砂、中砂，進行地基處理時，樁基施工的振動作用會導致地基出現沉陷。而受到樁擠土效應的影響，既有高鐵路基容易出現水平位移。其中，擠土樁地基變形類型分區如圖1所示。

從圖1可以看出，完成單樁施工后，樁身附近地基土會發生變形，其變形可劃分成4個區域，分別為強烈塑性區、塑性區、彈性區、弱變形區。在樁的擠壓下，塑性區區域土體的塑性變形較大。

實時監測既有連鎮鐵路Ⅰ、Ⅱ股道的沉降情況。在沉降監測中，要合理選擇基準點。基準點要遠離施工擾動區，選擇位置在穩定建筑物附近。在運營線路中，以巡檢數據為基礎，對基準點穩定性進行分析，并進行人工校核。

在沉降監測點設置方面，間隔距離一般設置為20m。進行水平位移監測時，其監測設備選擇自動全向傳感水平位移計，設備放置在鐵路邊坡腳外0.5m處到路肩坡面的范圍內，相鄰設備間隔60m。對既有高鐵變形監測精度進行設置，具體如表2所示。

3? ?既有高速鐵路變形控制應用結果分析

3.1? ?K126+420處沉降變形分析

從2021年6月15日開始，進行幫寬段地基處理，結束時間為2022年1月17日。檢查發現，連鎮鐵路典型斷面K126+420處，存在局部沉降情況。通過自動監測系統對該處沉降情況進行檢測，分析少擾動樁基施工控制的效果，相關變形情況見圖2。

從圖2可以看出，隨著監測時間的增加，Ⅰ、Ⅱ股道沉降變形呈現出先增大、后減小、再增大趨勢，整體上Ⅰ、Ⅱ股道累計沉降較小，小于4mm。在2021年7月19日時，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，Ⅰ股道、Ⅱ股道的沉降分別為0.35mm、-0.18mm，監測點出現細微隆起。在2021年9月19日時，Ⅱ股道的沉降為0.24mm，而Ⅰ股道的沉降為負，對應監測點出現細微隆起。

監測時間為2021年10月19日時，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股道對應監測點地表平整。監測時間在2021年12月19日至2022年1月19日之間時，Ⅰ股道沉降迅速增大，沉降增加量為0.95mm。監測時間為2022年1月19日時，Ⅰ、Ⅱ股道累計沉降分別為1.17mm、1.25mm。

由此可見，研究設計的少擾動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內。

3.2? Ⅰ股道沉降變形時程曲線分析

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為鋪軌結束后的階段Ⅰ股道沉降變形情況。

在圖3a中，根據監測系統監測的沉降實際值與模型預測值的變化情況可知，整體上兩者的變化趨勢相近，沉降實際值曲線的變化幅度較小，沉降預測值曲線在±2mm范圍內波動。監測時間為2021年9月10日時，沉降實際值為0.35mm，比沉降預測值小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股道沉降實際值和預測值相差較小。隨著時間的增加，整體上呈下降趨勢。監測時間為2022年3月10日時，Ⅰ股道沉降實際值為-2.96mm，Ⅰ股道沉降預測值為-2.52mm，該監測點地表呈現細微的隆起現象。

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

3.3? ?相關水平位移監測曲線

對該斷面的水平位移進行監測，從2021年9月8日時開始監測，結束監測時間為2021年12月11日時。得到相關水平位移監測曲線具體如圖4所示。

圖4a中，不同監測時間下K126+420斷面的x方向水平位移不同，隨著時間的延長，發生層位在25～30m之間時，出現的水平位移相對較大，x方向最大值為4.95mm。當深度為10.00m時，水平位移為0.00mm。監測時間為2021年10月20日，當深度為27.00m時，水平位移為最大為-4.95mm。

在圖4b中，不同監測時間下K126+420斷面的y方向水平位移不同，發生層位在0～5m之間時，出現的水平位移相對較大。監測時間為2021年10月20日，當深度為3.60m時，水平位移為最大為1.87mm。由此可見，研究提出的控制技術控制既有高鐵變形的效果較好。

4? ?結束語

為了實現既有高鐵變形控制，確保高鐵運營的安全性，在新建連鎮鐵路淮安地區預留寧淮鐵路引入同步實施工程中，本文以黃樓區間路基為研究對象，探究其近接工程路基變形原因，以及對應的控制技術，并進行既有連鎮鐵路變形監測。

研究結果顯示，研究設計的變形控制技術，能較好地對既有連鎮鐵路變形進行控制，樁基施工中Ⅰ、Ⅱ股道累計沉降較小，在可控范圍內，K126+420斷面水平位移偏小。2021年7月19日時，Ⅰ股道沉降為0.38mm，比Ⅱ股道大0.29mm，后者的沉降為0.09mm。監測時間為2022年1月19日時，Ⅰ、Ⅱ股道累計沉降分別為1.17mm、1.25mm。K126+420斷面中，隨著時間的延長，發生層位在25～30m之間時，出現的水平位移相對較大，x方向最大值為4.95mm。監測時間為2021年10月20日，當深度為3.60m時，水平位移為最大為1.87mm。由此可見，該方法的應用效果較好，可將該控制技術應用在類似既有高鐵變形控制中。

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