高速鐵路沉降與變形分析及對策

魏強

(中國鐵路總公司工程管理中心，北京 100844)

高速鐵路沉降與變形分析及對策

魏強

(中國鐵路總公司工程管理中心，北京 100844)

引起高速鐵路沉降與變形的原因主要有地質(zhì)條件、復(fù)雜橋梁結(jié)構(gòu)、線路外側(cè)施工或加載以及施工質(zhì)量問題。高速鐵路建設(shè)期間以及后期運營期間的沉降觀測是區(qū)域地面沉降規(guī)律分析的關(guān)鍵，應(yīng)重點關(guān)注漏斗邊緣或不均勻沉降地段;凍脹—時間曲線對線路運營管理極為重要，凍脹快速上揚和波動融沉兩個階段是線路運營的不穩(wěn)定期，應(yīng)加強凍脹觀測，目前采取的設(shè)計措施還需要進(jìn)一步深化研究;橋梁結(jié)構(gòu)變形主要包括相鄰橋墩大高差引起的變形和大跨度鋼結(jié)構(gòu)橋梁變形，受地形條件限制這種變形難以避免，因此在軌道調(diào)整及養(yǎng)護方面應(yīng)采取合理措施;目前線側(cè)施工和施工質(zhì)量問題引起線路沉降和變形問題十分普遍，在設(shè)計和施工階段應(yīng)進(jìn)行控制。提出了加強地質(zhì)勘察、系統(tǒng)性設(shè)計、施工質(zhì)量控制和養(yǎng)護措施四個方面的對策與建議。

沉降變形 區(qū)域地面沉降 凍脹 橋梁結(jié)構(gòu)變形 線側(cè)施工

在鐵路建設(shè)中經(jīng)常出現(xiàn)線路沉降、變形等病害，須對基礎(chǔ)進(jìn)行整治。輕則需調(diào)整軌道幾何尺寸，嚴(yán)重的要拆除軌道結(jié)構(gòu)重新施工，從而造成工期延誤和成本增加。沉降與變形問題也是制約高速鐵路正常運行的重要因素，對運營安全影響巨大。線路限速的原因約有40% ～50% 是由于線路沉降、拱起、變形等引起的。我國目前正處在高速鐵路高速發(fā)展時期，目前已經(jīng)建成投入運營的高速鐵路約16 000 km，在建10 000 km左右。深入分析高速鐵路沉降與變形產(chǎn)生的原因并研究預(yù)防措施十分必要。

1 高速鐵路沉降與變形產(chǎn)生的原因

據(jù)已有資料統(tǒng)計分析，線路發(fā)生沉降與變形主要有以下原因:①特殊的地質(zhì)構(gòu)造或環(huán)境。區(qū)域地面沉降、巖溶地基等會引起線路的沉降，地裂縫會引起線路變形，嚴(yán)寒地區(qū)路基凍脹會引起線路上拱。②軟弱地基。含豐富地下水的隧道基底巖層破碎、深厚軟土地基、膨脹性巖土地基等會引起線路沉降、上拱或變形。③復(fù)雜橋梁結(jié)構(gòu)。我國高速鐵路建造水平日益提高，設(shè)計了一些跨越大江大河、深溝陡谷的新型大跨橋梁結(jié)構(gòu)。其設(shè)計時須與軌道結(jié)構(gòu)精確耦合計算，才能滿足平順性和動態(tài)指標(biāo)控制要求。④外部因素。線路外側(cè)傾倒垃圾、施工樁基礎(chǔ)、填筑路基、施工涵洞及橋梁等都會引起線路變形或沉降。⑤施工質(zhì)量不良。隧道仰拱底部虛砟清理不干凈導(dǎo)致混凝土與基巖面結(jié)合不緊密，路基過渡段填料質(zhì)量不合格或者死角部位壓實不到位均會引起線路沉降。施工中還出現(xiàn)了路基采用了具有膨脹性碎石的填料和路基摻加未完全消解的生石灰，在后期遇水后產(chǎn)生膨脹引起路基上拱導(dǎo)致無砟軌道結(jié)構(gòu)變形的質(zhì)量問題。

具體線路產(chǎn)生沉降與變形的原因，有的是多方面的因素交織在一起，有的還不能準(zhǔn)確地判明原因，要從地質(zhì)、設(shè)計、施工、地理環(huán)境等多方面進(jìn)行分析，查明原因后，才能制定針對性的處理措施。

2 區(qū)域地面沉降分析

區(qū)域地面沉降是世界性的難題，成因復(fù)雜，治理難度大。世界上多個國家如美國、日本等都有區(qū)域性地面沉降問題［1－2］。我國區(qū)域地面沉降主要分布在長三角平原區(qū)(上海、蘇錫常)、河北平原(滄州)、環(huán)渤海(天津)、東南沿海平原(寧波、嘉興)、河谷平原及山間盆地(西安、太原)等地區(qū)?？梢钥闯觯孛娉两狄话愣挤植荚谟猩詈褴浲恋貙拥钠皆貐^(qū)，其形成原因有地質(zhì)因素，如構(gòu)造活動、軟弱土層固結(jié)沉降、地震等;也有人為因素，如開采地下水、煤、油氣、地?zé)崴取Ｒ话阏J(rèn)為，目前產(chǎn)生區(qū)域地面沉降的主要因素是過量開采地下水［3］。一些地區(qū)通過采取限量開采地下水的措施，已經(jīng)出現(xiàn)地面沉降速率明顯降低的趨勢。

2.1 沉降觀測分析

建設(shè)期間以及后期運營期間的沉降觀測至關(guān)重要，《客運專線鐵路無碴軌道鋪設(shè)條件評估技術(shù)指南》［4］和相關(guān)文件［5－6］對沉降觀測作出了具體要求。圖1是某高速鐵路所經(jīng)過區(qū)域地面沉降區(qū)段在建設(shè)期間和運營階段的沉降觀測曲線。該鐵路開工之前進(jìn)行了初值測量，并結(jié)合調(diào)查資料，對沉降趨勢進(jìn)行了研判。K56—K63段存在漏斗區(qū)，預(yù)測10年后沉降產(chǎn)生的附加坡度為0.2‰，對工程影響較小，預(yù)測100年后沉降產(chǎn)生的附加坡度為4‰，調(diào)整后坡度滿足使用調(diào)高支座的要求。2年后進(jìn)行了第1次測量，建設(shè)期間進(jìn)行了7次測量，測量周期基本上在半年左右，圖1是部分測次的沉降觀測曲線，可以看出該沉降區(qū)有發(fā)展趨勢。根據(jù)測量成果，分別在架梁時對墊石標(biāo)高，在無砟軌道底座施工前對底座頂面標(biāo)高，在無砟軌道鋪設(shè)前對軌面標(biāo)高，在正式運營前對軌面標(biāo)高進(jìn)行了修正，以消除此期間的沉降量。運營后1年(初值測量后第5年)內(nèi)進(jìn)行了第8次測量，并根據(jù)測量結(jié)果對線路進(jìn)行安全評估，重點關(guān)注漏斗邊緣或不均勻沉降地段，通過調(diào)整軌面平順性來保持運營安全和舒適度。

圖1 某高速鐵路經(jīng)過區(qū)域地面沉降觀測曲線

為了驗證橋梁結(jié)構(gòu)與地面沉降的關(guān)系，依據(jù)最近一次測量結(jié)果分析了橋梁線下基準(zhǔn)點至離其最近的橋墩監(jiān)測點之間的高差變化情況，并與以前測量結(jié)果比較，發(fā)現(xiàn)橋墩沉降相對于地面基準(zhǔn)點沉降有滯后現(xiàn)象，并且差值在逐年提高，最大達(dá)到30.6 mm。對橋梁結(jié)構(gòu)沉降與地面沉降差異化機理有必要深入研究，這對高速鐵路通過地面沉降區(qū)域路橋方案選擇以及橋梁樁長設(shè)計意義重大。

2.2 處理措施

鐵路工程經(jīng)過區(qū)域沉降地區(qū)時，需要認(rèn)真分析沉降歷史、沉降幅度及沉降速率，才能確定線路走向及各結(jié)構(gòu)設(shè)計的具體措施。一般情況下，區(qū)域地面沉降是過量開采地下水引起的，存在較大范圍的漏斗區(qū)，地表沉降趨于均勻、緩慢的下沉，對高速鐵路工程不會產(chǎn)生太大的影響。但是，漏斗區(qū)內(nèi)不均勻沉降和漏斗邊緣段的沉降高差變化較大，對高速鐵路軌道結(jié)構(gòu)會產(chǎn)生一定的影響。一般橋梁地段，當(dāng)相鄰墩臺間發(fā)生15～35 mm的差異變形時，縱連底座板裂紋寬度可能超限，影響結(jié)構(gòu)耐久性，進(jìn)而影響結(jié)構(gòu)安全。另外一些線路實測數(shù)據(jù)表明，在漏斗邊緣區(qū)CPⅢ點沿線路方向的高差變化及CPⅢ點間的高差變化比較明顯。

在處理措施上，首先考慮軌道系統(tǒng)調(diào)整措施，結(jié)合扣件調(diào)整量，依擬合曲線進(jìn)行調(diào)整。按照規(guī)范規(guī)定的沉降區(qū)曲率半徑ra≥0.4v2c(vc為線路運營速度)，將沉降曲線圓順為一定半徑的豎曲線(圖2)，推算出沉降量限值ΔS≤2ra－。當(dāng)沉降量超出允許范圍，需要采取特殊措施:對于橋梁結(jié)構(gòu)，可采用可調(diào)高支座進(jìn)行高程調(diào)整的措施，但需要考慮不均勻沉降引起的橋梁結(jié)構(gòu)破壞和可調(diào)高支座的設(shè)計坡度限制［7］;更嚴(yán)重時，需要采取頂梁抬升的措施。對于路基地段，可通過壓注漿液抬升軌道，國內(nèi)已經(jīng)有在無砟軌道底座板與路基基床面之間通過壓注一種化學(xué)材料抬升軌道的工程實例［8－9］，最大抬升量達(dá)到了100 mm，但是需要考慮抬升量與軌道剛度匹配問題。

圖2 不均勻沉降豎曲線擬合示意

3 路基凍脹分析

目前國內(nèi)外對路基凍脹機理、凍土性質(zhì)及變化規(guī)律已經(jīng)掌握得比較清楚。不同行業(yè)深入研究了凍害對工程的影響以及預(yù)防措施。我國鐵路對東北、西北等嚴(yán)寒地區(qū)凍脹問題進(jìn)行了針對性的研究，采取了一些措施來預(yù)防或解決凍害問題。青藏鐵路在修建過程中，專題研究了凍害防治問題，取得了良好的效果［10］。高速鐵路高平順性對路基沉降和變形要求十分嚴(yán)格，凍脹問題對高速鐵路特別是無砟軌道的影響隨著嚴(yán)寒地區(qū)高速鐵路的修建和運營而顯現(xiàn)出來。

3.1 凍脹規(guī)律分析［11－12］

根據(jù)對東北地區(qū)客運專線建設(shè)及運營期間凍脹季節(jié)路基觀測數(shù)據(jù)的分析，凍脹變形隨時間發(fā)展變化過程可劃分為凍脹初始波動、凍脹快速發(fā)展、低速穩(wěn)定持續(xù)發(fā)展、波動融沉、變形穩(wěn)定五個階段。如圖3所示，凍脹—時間曲線的特點有:①凍脹上揚期凍脹量急速增長，達(dá)到最大值僅用了10 d左右;凍脹融化期經(jīng)歷了25 d左右，時間較短。②凍脹穩(wěn)定期凍脹量基本穩(wěn)定。③凍脹變形包括上漲及回落兩個階段，與溫度變化相比存在一定的滯后現(xiàn)象;④經(jīng)過凍融循環(huán)后，回落幅度與凍脹高度產(chǎn)生了凍脹殘余變形，其值不大。因此，建設(shè)期間路基施工應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)貧夂驐l件，按照“盡量提前施作、適當(dāng)縮短施工單元、當(dāng)年全部完成主體和附屬”的原則進(jìn)行施工組織設(shè)計安排。凍脹—時間曲線對線路運營管理十分重要，凍脹快速上揚和波動融沉兩個階段是線路運營的不穩(wěn)定期，應(yīng)加強凍脹觀測，加強軌檢車動態(tài)檢測和軌檢小車對軌道結(jié)構(gòu)靜態(tài)幾何尺寸的檢查。檢測資料顯示，軌道發(fā)生短波不平順性的概率明顯小于長波不平順性，可以通過調(diào)整扣件系統(tǒng)來及時調(diào)整線路的平順性。變形穩(wěn)定階段持續(xù)時間較長，經(jīng)過水分反復(fù)遷移，路基穩(wěn)定狀態(tài)會產(chǎn)生輕微變化，應(yīng)加強對路基特別是防水層的檢查，及時對產(chǎn)生的缺陷進(jìn)行修復(fù)。

圖3 凍脹—時間曲線

根據(jù)凍脹觀測資料建立不同階段的凍脹分布曲線并進(jìn)行長期觀測分析，能夠找出凍脹變化較大的區(qū)段，以重點維護。

3.2 設(shè)計措施

凍脹產(chǎn)生的主要因素包括土質(zhì)(填料)礦物成分及顆粒組成、負(fù)溫總量、土(填料)中水的含量以及水的補給、外部施加荷載等，針對這些因素，設(shè)計采取了強化路基結(jié)構(gòu)、優(yōu)化路基填料和“上封下排”防排水措施。目前建成的沈丹、吉暉等線路通過采取這些措施，凍脹基本得到了控制。

對設(shè)計措施還需要進(jìn)一步深化研究，分述如下。

1)防排水措施。凍脹的核心是水，一個凍融期實際上是地下(路基面下)水的一次循環(huán)過程。理論上，不斷的循環(huán)將導(dǎo)致路基本體或地基內(nèi)細(xì)粒土被帶走，路基強度會降低甚至產(chǎn)生變形。路基在最優(yōu)含水率條件下被壓實后，應(yīng)保持路基以及地基含水率在一定范圍之內(nèi)。涉及到的問題為:①路基層的封閉問題。表層各種結(jié)構(gòu)縫的防水措施，混凝土底座板間的沉降縫、纖維混凝土間的伸縮縫、纖維混凝土與底座板間的接縫均會在寒季收縮開裂，而目前采用的纖維混凝土防水層也存在開裂問題，需研究在路基表面鋪一種新型的復(fù)合防水層，如高速公路的瀝青混凝土+封層的方案。②應(yīng)重新確定盲溝的功能。高速公路在黃土地基地段在路基兩側(cè)設(shè)置了盲溝，但在盲溝內(nèi)路基側(cè)設(shè)置了一層防水板，目的是在一定深度范圍內(nèi)隔斷地基與外部水的相互滲透，同時將外界補給的水及時通過盲溝排走。鐵路盲溝設(shè)置目的與原理應(yīng)與此相同。③為了避免路基內(nèi)部由于上部凍結(jié)而對水的吸附，可在基床底面設(shè)置保溫層。

2)路基填料的凍脹性問題。以往研究表明，路基凍脹與路基填料的級配和土體含水率密切相關(guān)［13－15］，同時與線路通過地區(qū)的凍深關(guān)系也十分密切，所以路基勘察設(shè)計中，選取凍結(jié)深度應(yīng)細(xì)致考慮工程現(xiàn)場實際的地理位置(包括城市還是郊外、陰陽坡)，選擇合適的凍結(jié)系數(shù)來確定凍結(jié)深度。要認(rèn)真調(diào)查填料來源，考慮級配、天然含水率等因素，模擬當(dāng)?shù)貤l件進(jìn)行凍脹條件下的土工試驗。當(dāng)填料生產(chǎn)困難或經(jīng)濟性較差時，可考慮橋梁方案。結(jié)構(gòu)物之間的短小路基應(yīng)考慮采用橋梁方案。

3)路基基床厚度與凍結(jié)深度的關(guān)系。設(shè)計采取了基床表層采用級配碎石加5% 水泥的措施。級配碎石加水泥具有混凝土干燥收縮和溫度收縮的性質(zhì)［16］，在溫度變化以及反復(fù)荷載作用下容易開裂，一旦破壞具有不可復(fù)原性，因此對于該層結(jié)構(gòu)的耐久性要持續(xù)觀察。

4 橋梁結(jié)構(gòu)變形分析

隨著山區(qū)高鐵的修建，橋梁結(jié)構(gòu)變形比較突出甚至影響軌道平順性，主要有兩種情況:①相鄰橋墩高差較大引起軌道高低不平順;②大跨度新型鋼結(jié)構(gòu)(鋼混結(jié)構(gòu))橋梁變形引起軌道高低或水平不平順。這兩種類型的變形都是溫度變化造成的。

4.1 相鄰橋墩大高差變形觀測及分析

高速鐵路橋梁在跨越深谷等地形起伏比較大的地段時，容易出現(xiàn)相鄰橋墩大高差的情況。對某鐵路多座橋梁基礎(chǔ)和橋面高程進(jìn)行了豎向變形觀測，發(fā)現(xiàn)基礎(chǔ)沉降已經(jīng)穩(wěn)定，但橋面高程隨著溫度的變化而發(fā)生了變化。除去前期混凝土徐變和測量誤差的影響，理論計算與實測值基本吻合。某1－72 m+72 m T形剛構(gòu)+1－24m橋梁，1號墩墩高48.5 m，與0號橋臺最大高差47 m。對實測工后2個月基礎(chǔ)沉降與橋面升溫20℃理論計算變形曲線進(jìn)行比較，兩者變化較大，如圖4所示。在環(huán)境溫度28℃和10℃兩次實測橋面高差為8.8 mm，理論計算值為8.7 mm，結(jié)果吻合較好。這證明了溫度變化使得不同墩高的伸長量不同，從而引起橋面或者軌面高差變化。

圖4 大高差橋墩溫度變形曲線

測量結(jié)果分析表明，豎向較大變形多發(fā)生在簡支梁處。為了方便分析，將橋墩簡化成頂端受力(F)、底部固結(jié)的拉壓桿件(長度為l)。根據(jù)力—變形公式Δl =Fl/EA和溫度變形公式Δl=αlΔt(α為溫度線膨脹系數(shù)，Δt為溫差)，可以得出:當(dāng)溫度升高時，溫度力T =αEAΔt，橋墩絕對位移量Δl=αlΔt。若50 m墩高溫升20℃時，溫度力約為(1.4～2.1)×105kN，是墩頂豎向荷載(約1.7×104kN)的10倍左右。此時橋墩向上發(fā)生位移，位移量為10 mm。相鄰墩在溫差變化20℃時豎向變形量差約0.2 mm/m，對32 m簡支梁梁端轉(zhuǎn)角貢獻(xiàn)0.12/1 000，對24 m簡支梁梁端轉(zhuǎn)角貢獻(xiàn)0.17/1 000。所以設(shè)計時應(yīng)針對相鄰墩高差較大情況進(jìn)行仿真計算，計算結(jié)果要滿足:①軌面高程變化允許值;②軌道平順性特別是長波不平順限值要求;③橋梁梁端轉(zhuǎn)角限值要求。

4.2 大跨度鋼結(jié)構(gòu)橋梁變形

大跨度鋼結(jié)構(gòu)橋梁受溫度變化的影響變形較大，其中日溫差引起的變形影響最大，在軌道精調(diào)階段調(diào)整軌道困難，難以達(dá)到要求。下面以某橋為例進(jìn)行分析。

1)橋梁概況

該橋全長618.3 m，橋跨布置為(41.2+486.0+ 49.1)m+1－32 m，主橋采用中承式鋼箱提籃拱橋，計算跨徑450 m，拱肋為鋼箱結(jié)構(gòu)，橋面采用鋼縱橫梁與鋼筋混凝土橋面板的組合結(jié)構(gòu)。大橋范圍內(nèi)采用有砟軌道結(jié)構(gòu)，橋梁兩側(cè)分別設(shè)置兩組鋼軌溫度調(diào)節(jié)器，距離梁縫分別為82，57 m。在軌道精調(diào)及聯(lián)調(diào)聯(lián)試期間，線路高程變化較為頻繁，存在三角坑、短波高低、長波高低、垂向加速度、脫軌系數(shù)、平穩(wěn)性等指標(biāo)超標(biāo)現(xiàn)象。采用電子水準(zhǔn)儀對軌面相對高程進(jìn)行觀測，發(fā)現(xiàn)最大高程差位于橋梁跨中，最大高差達(dá)到了17 mm(圖5)。由于CPⅢ網(wǎng)設(shè)置在橋面上，隨橋面同步變化，難以利用精測網(wǎng)得到軌道病害的準(zhǔn)確數(shù)據(jù)。

圖5 日溫度差引起的晝夜高程差變化曲線

2)軌道調(diào)整及養(yǎng)護措施

對橋梁和軌道結(jié)構(gòu)建立模型進(jìn)行了仿真計算，結(jié)果表明結(jié)構(gòu)本身符合規(guī)范要求。據(jù)此提出了軌道調(diào)整和養(yǎng)護方面的應(yīng)對措施。

軌道調(diào)整方面。軌道調(diào)整以相對測量為主、絕對測量為輔、滿足平順性指標(biāo)為原則。根據(jù)橋梁溫度變形計算結(jié)果，給出中幅溫度下軌道高程為基準(zhǔn)高程，按照單位溫度(1℃)變化的軌面高程變化量推算出精調(diào)作業(yè)溫度時的軌面高程從而進(jìn)行控制。每次軌道測量前，根據(jù)橋梁兩側(cè)穩(wěn)定的CPⅢ點對橋上CPⅢ網(wǎng)進(jìn)行復(fù)測并更新，然后(第2 d)根據(jù)更新的CPⅢ網(wǎng)成果，在相同的氣象條件下(溫度、濕度)采用軌檢小車進(jìn)行軌道測量、調(diào)整。測量作業(yè)時間段一般選在溫度變化范圍不大的夜間。

軌道維護方面。對鋼軌位移和鋼軌溫度調(diào)節(jié)器進(jìn)行觀測，發(fā)現(xiàn)鋼軌爬行量超出限值，推測鎖定軌溫超標(biāo)或者伸縮調(diào)節(jié)器軌道狀態(tài)出現(xiàn)異常，對此，及時對無縫線路進(jìn)行了應(yīng)力放散。位移觀測樁宜與健康檢測樁合設(shè)或設(shè)在拱肋固定的位置，在溫度交替變化季節(jié)應(yīng)加強觀測。當(dāng)鋼軌平順性等指標(biāo)出現(xiàn)超出扣件調(diào)整量的情況時，可分季節(jié)分別確定中幅溫度并擬合軌面豎曲線進(jìn)行軌道調(diào)整，必要時分季節(jié)調(diào)整運行速度。

5 線側(cè)施工及施工質(zhì)量引起的線路變形分析

5.1 線側(cè)施工

線側(cè)施工引起的線路沉降和變形問題十分普遍。一般線路地質(zhì)條件較差，多為厚層軟土并且地下水位較高。引起路基變形的情況主要有:①線側(cè)施工增加了地基荷載，如幫填路基、線側(cè)一定范圍內(nèi)堆垃圾等，容易對線路地基產(chǎn)生擠壓導(dǎo)致其產(chǎn)生橫向或者豎向變形。②線側(cè)開挖基坑抽排地下水引起線路沉降或變形。另外在實際工程建設(shè)中還發(fā)生過在橋墩一側(cè)進(jìn)行旋噴注漿施工導(dǎo)致橋墩偏移的情況。

一般采取措施為:①設(shè)計階段對線側(cè)施工可能遇到的情況進(jìn)行仿真檢算，預(yù)測地基沉降量及其對線路運營安全的影響;②采取有效的設(shè)計措施。在既有路基受影響范圍內(nèi)采取隔離防護加固措施，一般采用1 ～3排雙向水泥攪拌樁。其目的是保護路基基礎(chǔ)內(nèi)的水量，避免流失，抵抗線側(cè)開挖或加載產(chǎn)生的土壓力。線側(cè)地基處理以少擾動為原則，一般采用水泥攪拌樁或靜壓管樁。盡量減少地面上的荷載，如采取輕質(zhì)填料，或者采用混凝土結(jié)構(gòu)代替路基。如某一運營站對側(cè)計劃修建一新站房，需要填筑5～6 m高的地基，為此，進(jìn)行了落地站和高架站不同結(jié)構(gòu)方案的比較分析。③施工階段要制訂周密的沉降觀測計劃，對既有路基工程進(jìn)行沉降及水平變形監(jiān)測，出現(xiàn)異常時應(yīng)立即停工分析原因;嚴(yán)格控制施工質(zhì)量，特別是隔離防護加固樁的質(zhì)量，樁徑、咬合搭接寬度、樁間距、齡期強度須符合設(shè)計要求;控制填土速率。

5.2 施工質(zhì)量問題

各種施工質(zhì)量問題最終都反映在軌道結(jié)構(gòu)變形或者軌道幾何尺寸超標(biāo)。比較典型的情況主要有:①地基處理不符合要求。包括:軟土路基樁長或者數(shù)量不足引起路基沉降;膨脹性巖土地基處理措施不到位，遇水后膨脹使路基上拱。②路基填料控制不嚴(yán)。摻加膨脹性巖石填料，遇水后膨脹使路基上拱;摻加石灰改良土填筑的路基，生石灰消解不徹底或者填料攪拌不均勻，會引起路基上拱變形。③無砟軌道施工質(zhì)量控制不嚴(yán)。如板式無砟軌道充填層質(zhì)量差引起軌道板離縫變形;CRTSⅡ型板式無砟軌道鎖定溫度控制不嚴(yán)或者張拉鎖件失效引起軌道拱起;連續(xù)無砟軌道結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂紋，低溫封堵可能引起軌道結(jié)構(gòu)漲拱。④測量出現(xiàn)偏差。測量周期過長、控制網(wǎng)基準(zhǔn)點坐標(biāo)或高程出現(xiàn)變化沒有及時調(diào)整，引起軌道幾何尺寸施工錯誤;不同施工標(biāo)段之間測量搭接出現(xiàn)偏差，也導(dǎo)致一定搭接范圍內(nèi)軌道幾何尺寸超標(biāo)。

6 對策與建議

1)加強地質(zhì)勘察

地質(zhì)勘察對項目運營期使用安全以及養(yǎng)護維修成本起到關(guān)鍵作用。目前鐵路建設(shè)中實行地質(zhì)勘察監(jiān)理和項目管理制?？辈斓纳疃?、精細(xì)化管理水平和監(jiān)理的作用發(fā)揮得還不夠。在高速鐵路后期運營階段出現(xiàn)較大的沉降變形問題多數(shù)與地質(zhì)因素有關(guān)系，因此，有效控制高速鐵路沉降變形問題，首先要解決勘察質(zhì)量管理和勘察技術(shù)問題，強化監(jiān)理作用，切實避免出現(xiàn)勘察深度不夠、質(zhì)量粗劣的情況。對于區(qū)域沉降、凍脹、膨脹巖土等地段，應(yīng)細(xì)化地質(zhì)勘察的內(nèi)容、技術(shù)手段，增加勘察的廣度和深度，特別是要加強室內(nèi)試驗分析，為設(shè)計方案提供詳細(xì)的地質(zhì)資料。

2)提高設(shè)計的系統(tǒng)性

施工圖設(shè)計中存在專業(yè)條塊分割、缺乏系統(tǒng)性的問題。高速鐵路車輛系統(tǒng)對軌道平順性的要求高，進(jìn)而引起不同軌道結(jié)構(gòu)對選線、基礎(chǔ)工程沉降變形等提出更高的要求，因此在設(shè)計中應(yīng)突出不同專業(yè)系統(tǒng)設(shè)計的原則。根據(jù)線路經(jīng)過的特殊地質(zhì)條件，仔細(xì)分析不同線路走向與軌道結(jié)構(gòu)選型的關(guān)系。對設(shè)計中不可避免出現(xiàn)的特殊結(jié)構(gòu)橋梁、特殊地基處理等，應(yīng)進(jìn)行線(橋)—軌—車的耦合計算分析，統(tǒng)一計算的邊界條件，分析可能發(fā)生的實際工況下運營速度和安全值的對應(yīng)關(guān)系，確定軌道適中的平順曲線，用于指導(dǎo)軌道調(diào)整和線路維護。

3)施工質(zhì)量控制

如前文所述，高速鐵路建設(shè)中因施工質(zhì)量引起沉降與變形問題造成工程補救、拆除重做等，既延誤工期，也會造成較大的經(jīng)濟損失。施工中，應(yīng)強化施工工藝流程的控制，以過程控制保證質(zhì)量;加強有技術(shù)管理經(jīng)驗的工程師隊伍的建設(shè)，能夠預(yù)判可能出現(xiàn)的技術(shù)質(zhì)量問題，從而采取措施予以避免;加強監(jiān)理工程師的監(jiān)督作用，對關(guān)鍵工序、關(guān)鍵部位進(jìn)行全過程旁站監(jiān)理。

4)基于建設(shè)項目全生命周期的養(yǎng)護措施

突出“客戶需求導(dǎo)向”的建設(shè)理念。對特殊不良地質(zhì)、特殊結(jié)構(gòu)工程等地段，設(shè)計階段進(jìn)行運營安全保障性分析，提出施工(軌道調(diào)整)指導(dǎo)意見和特殊的維護措施;使用階段制定精細(xì)化的維護細(xì)則，保證軌道結(jié)構(gòu)的平順性，必要時適當(dāng)調(diào)整運輸組織;測量觀測對制定合理的維護措施十分關(guān)鍵，對大跨度橋梁結(jié)構(gòu)、凍脹區(qū)段以及區(qū)域沉降地段，采取自動化監(jiān)測手段，做到實時監(jiān)測、連續(xù)監(jiān)測。

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Analysis of subsidence and deformation of high speed railway and its countermeasures

WEI Qiang
(Engineering Management Center of China Railway Corporation，Beijing 100038，China)

The factors affecting subsidence in high speed railway include geological conditions，complex bridge structure，adjacentconstructionorloading，andconstructionquality.Subsidenceobservationduringrailway construction and operation is very important.The edge of subsidence funnels and the uneven settlement shall be paid more attention to.The heaving－time curves show that there are two unstable stages.One is the fast development of frost heaving，and the other is the fluctuation change of thawing subsidence.Observation and further investigation of frost heaving during these two stages are required.T wo structural deformation in bridge are significant:One is related to the height difference between adjacent piers，and the other is the deformation in large span steel bridge. Such deformation is inevitable due to topographical limit.T hus，it is necessary to take special measures of track adjustment and maintenance.In addition，in order to control the deformations caused by adjacent construction and the unfavorable construction quality，quality control measures shall be taken in design and construction from four aspects:geological survey，systematic design，construction quality control and maintenance.

Subsidence and deformation;Regional land subsidence;Frost heaving;Bridge structural deformation; Adjacent construction

U238;U213.1;U441+.7

A

10.3969/j.issn.1003－1995.2015.10.03

(責(zé)任審編 李付軍)

1003－1995(2015)10－0013－06

2015－07－20;

2015－07－30

魏強(1973—)，男，高級工程師，博士。