武廣高速鐵路運(yùn)營階段路基沉降變形規(guī)律研究

寇東華

(武漢鐵路局，湖北 武漢 430071)

武廣高速鐵路運(yùn)營階段路基沉降變形規(guī)律研究

寇東華

(武漢鐵路局，湖北 武漢 430071)

高速鐵路運(yùn)營要滿足高可靠性、高穩(wěn)定性和高平順性要求，路基沉降變形是影響軌道結(jié)構(gòu)狀態(tài)的主要因素。本文選取武廣高速鐵路代表性區(qū)段，對高速鐵路路基沉降變形進(jìn)行系統(tǒng)監(jiān)測，分析了運(yùn)營中無砟軌道路基沉降規(guī)律。研究表明:運(yùn)營階段高速鐵路路基沉降變形量比較小，但波動(dòng)較大，路堤段的總體沉降大于路塹段，過渡段的沉降值波動(dòng)變化較大，直線段軌道板內(nèi)側(cè)沉降大于外側(cè)，曲線段加設(shè)超高一側(cè)沉降大于另一側(cè)。研究成果對于合理安排養(yǎng)修，保證運(yùn)營安全具有指導(dǎo)意義。

高速鐵路 路基 沉降變形觀測 變形規(guī)律

我國已建成的高速鐵路多采用無砟軌道，基本實(shí)現(xiàn)了安全、可靠和少維護(hù)的目標(biāo)，穩(wěn)定性和耐久性良好。但無砟軌道在下部路基出現(xiàn)較大沉降時(shí)，上部軌道結(jié)構(gòu)在高速列車荷載作用下易產(chǎn)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(yùn)營質(zhì)量起著至關(guān)重要的作用，是高速鐵路高可靠性、高穩(wěn)定性和高平順性運(yùn)營的決定因素。

本文選取武廣高速鐵路典型區(qū)段，進(jìn)行了系統(tǒng)的路基段無砟軌道沉降觀測，對運(yùn)營15個(gè)月路基沉降監(jiān)測結(jié)果進(jìn)行分析，并結(jié)合該數(shù)據(jù)對高速鐵路路基設(shè)計(jì)和施工中廣泛應(yīng)用的曲線擬合法進(jìn)行了適用性研究，分析運(yùn)營高速鐵路無砟軌道路基沉降變形的規(guī)律。

1 觀測段的選取及觀測方案

武廣客運(yùn)專線2005年開始建設(shè)，2009年12月正式通車。觀測區(qū)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(jù)測量規(guī)范要求以及現(xiàn)場具體情況綜合考慮，按照二等水準(zhǔn)測量的要求對觀測路段進(jìn)行了閉合線路水準(zhǔn)測量，觀測周期為3月，采集數(shù)據(jù)6次。共三列沉降觀測樁，兩列分別位于線路外側(cè)(其中一列為備用點(diǎn))，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(diǎn)采用前期布設(shè)的觀測樁，其布設(shè)位置見圖1。

圖1 觀測段路基結(jié)構(gòu)形式及測點(diǎn)分布

2 觀測結(jié)果與分析

1)路基不同結(jié)構(gòu)沉降變化規(guī)律

不同類型路基結(jié)構(gòu)沉降速率變化曲線見圖2。由圖2可見，路塹段2個(gè)沉降監(jiān)測斷面，4個(gè)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(jì)沉降值為0.54～4.11 mm。路堤段2個(gè)沉降監(jiān)測斷面，4個(gè)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(jì)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(gè)沉降監(jiān)測斷面，14個(gè)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(jì)沉降值為－9.77～5.36 mm。

圖2 不同類型路基結(jié)構(gòu)沉降速率時(shí)程曲線

四種類型路基結(jié)構(gòu)各自的沉降變化特征明顯，且每種類型路基結(jié)構(gòu)的觀測點(diǎn)均遵從該類型的特征。隨時(shí)間變化沉降波動(dòng)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(dá)到穩(wěn)定，但2013年12月又產(chǎn)生相對變化，推斷為外界氣候變化影響所致，建議做進(jìn)一步跟蹤觀測驗(yàn)證。

2)直線路段、曲線路段以及線路內(nèi)、外側(cè)沉降規(guī)律

直線路段、曲線路段以及線路內(nèi)、外側(cè)累計(jì)沉降變化曲線見圖3。由圖可見，除最后兩個(gè)斷面外，線路內(nèi)側(cè)監(jiān)測點(diǎn)的沉降值比線路外側(cè)的大，這是由于兩條線路應(yīng)力擴(kuò)散角的疊加引起的。最后兩個(gè)斷面處在緩圓點(diǎn)附近，屬于曲線路段，外側(cè)超高以及列車行駛中轉(zhuǎn)向?qū)е铝送鈧?cè)測點(diǎn)沉降大于內(nèi)側(cè)，與直線段的規(guī)律相反。

圖3 累計(jì)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(gè)斷面進(jìn)行擬合分析。路塹段分析結(jié)果見表1和圖4。路堤段分析結(jié)果見表2和圖5。過渡段分析結(jié)果見表3和圖6。

表1 4號斷面(路塹段)擬合結(jié)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(jié)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(jié)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(dòng)大，本文所選取的雙曲線法、三點(diǎn)法、泊松曲線法都不能滿足擬合相關(guān)系數(shù)＞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(guān)系數(shù)最接近0.92。對于工后的小量級沉降進(jìn)行擬合預(yù)測很難滿足要求，但不管沉降數(shù)值波動(dòng)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(jìn)行沉降趨勢的判別分析。

3 結(jié)論

選取運(yùn)營線路的路基沉降觀測結(jié)果，對沉降與時(shí)間的關(guān)系，不同結(jié)構(gòu)類型路基的沉降、線路內(nèi)、外側(cè)的沉降進(jìn)行分析，并運(yùn)用了三種常用的曲線擬合方法對實(shí)測沉降數(shù)據(jù)進(jìn)行了擬合分析。得出以下結(jié)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(chǎn)生差異沉降;過渡段的月沉降速率和累計(jì)沉降波動(dòng)范圍都是最大的，月沉降速率的波動(dòng)路堤段次之，路塹段最小，但路堤段的累計(jì)沉降是最大的。

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

3)由于線路縱向監(jiān)測點(diǎn)埋設(shè)位置不同:外側(cè)監(jiān)測點(diǎn)埋設(shè)于軌道板下部水硬性支撐層中，而內(nèi)側(cè)監(jiān)測點(diǎn)埋設(shè)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(dǎo)致外側(cè)沉降值出現(xiàn)負(fù)值的原因之一。

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(責(zé)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(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(201211G03)

寇東華(1981— )，男，遼寧建平人，工程師，碩士。

1003-1995(2015)08-0085-03