新建線臨近既有無砟高速鐵路路基施工方案研究

楊 泉 高柏松 李井元 肖飛知 徐 駿

(中鐵二院工程集團有限責任公司， 成都 610031)

新建線臨近既有無砟高速鐵路路基施工方案研究

楊 泉 高柏松 李井元 肖飛知 徐 駿

(中鐵二院工程集團有限責任公司， 成都 610031)

目前工程中基本未見臨近既有無砟軌道高速鐵路路基填筑案例。曲阜～臨沂城際鐵路需要在京滬高鐵的曲阜東站接軌，接軌段城際鐵路需與京滬無砟高鐵正線并行，線間距最小僅6.5m，城際鐵路的路基荷載及填筑施工對京滬正線會造成沉降變形影響，需要重點研究變形控制的工程措施。文章通過數值分析，從沉降、經濟性和施工干擾等角度綜合對比了微型鋼管樁加固、CFG樁加固、高壓旋噴樁加固、基底換填輕質混凝土四種地基處理方案的優(yōu)缺點，提出了最佳處理方案。經分析，結合靜壓法施工對天然地基進行微型樁加固，采用質輕高強、不需壓實的輕質混凝土填筑施工等措施,大幅降低了路基填筑及施工干擾風險。該方案可為類似工程提供技術參考，具有一定的工程應用價值。

無砟高速鐵路； 臨近施工； 輕質混凝土； 微型鋼管樁； 方案研究

1 引言

隨著我國交通和城鎮(zhèn)化的不斷發(fā)展，將面臨越來越多在臨近既有高速鐵路進行構筑物施工的各種工程難題[1]。目前，國內基本未見臨近既有運營無砟軌道高速鐵路填筑路基的工程案例。已有的工程案例主要為深厚軟基地段臨近既有運營有砟鐵路增建二線，代表性案例是蕭甬鐵路，主要通過加強地基處理措施來減少對運營線沉降的影響。臨近無砟軌道高速鐵路施工上跨橋的橋墩工程案例較多，主要采用設隔離樁，調整打樁施工工藝的措施減少對運營線沉降影響[2]。

列車長期安全、舒適、平順運行的要求, 是路基工程設計的核心問題[3]。高速鐵路對變形要求極高，臨近高速鐵路施工時不可避免會對既有高速鐵路路基地段產生擾動，從而產生各類變形，引起軌道不平順，存在較大的安全風險。

2 工程概況

曲阜至臨沂城際鐵路位于山東省南部濟寧市、臨沂市境內。線路西端起自山東省曲阜市，自曲阜市引出后，沿日蘭高速公路向東經泗水縣、平邑縣、費縣，終至臨沂市。曲阜至臨沂城際線為有砟軌道，擬于上海端安全線股道10接軌，如圖1所示。上聯與京滬高速鐵路股道Ⅱ線間距最近為6.5 m，填高約為4.5 m，城際處幫寬6.25 m，下聯臨近京滬高速鐵路股道Ⅰ。上下聯在K 536+856.5～K 536+996區(qū)間由并行逐漸遠離京滬高速鐵路Ⅰ、Ⅱ股道。

圖1 接軌處臨近京滬高速鐵路正線平面布置圖

既有曲阜東站地基加固處理具體措施為：正線無砟軌道板基礎下按1∶1放坡至地面范圍內樁頂設置0.15 m碎石墊層，其上鋪設0.5 m厚C30鋼筋混凝土板，其他部分樁頂設0.6 m碎石墊層，中間鋪設2層抗拉強度不小于100 kN/m的土工格柵；路堤基底采用CFG樁加固，樁徑0.5 m，鋼筋混凝土板下間距為1.5 m，正方形布置，樁長30.0 m，鋼筋混凝土板以外范圍沿線路方向樁間距為1.5 m，橫向間距為1.6 m，填筑基床表層以前堆載預壓，如圖2所示。

圖2 接軌處既有京滬高速鐵路正線典型斷面圖(m)

京滬高速鐵路路堤基礎結構形式采用樁筏結構，無砟軌道板下按照1∶1放坡至地面范圍內設置鋼筋混凝土板，板厚0.5 m，鋼筋混凝土板外側既有路堤部分均為樁網結構，墊層厚度為0.6 m，鋼筋混凝土板厚度與京滬高速鐵路相同。將地基土層劃分為6層，土質及土層厚度如表1所示。

表1 天然地基土層參數

京滬高速鐵路地基已用CFG樁加固，正方形布置，樁間距為1.5 m，樁徑為0.5 m，鋼筋混凝土板外側采用矩形方案布樁，沿線路方向樁間距為1.5 m，橫向間距為1.6 m，樁徑為0.5 m。

3 施工對策分析

線路臨近既有京滬高速鐵路施工，施工過程中存在相互干擾。考慮到京滬高速鐵路極為嚴格的變形控制要求，新建線天然地基顯然要采取加固措施，路堤填料是否換用特殊材料需待計算而定，擬定普通填料做路堤填料。根據規(guī)范并參考路基手冊[4]共同確定路堤填料物理力學參數，如表2所示。初步選擇幾種供比選的常規(guī)地基處理方案如表3所示。

表2 路堤填料參數

4 方案比選分析

碎石墊層按K30=130 MPa/m，變形模量E=28.6 MPa，容重γ=22 kN/m3。鋼筋混凝土板按C25混凝土計算，彈性模量E=2.8×104MPa，泊松比μ=0.20，容重γ=25 kN/m3。 荷載采用規(guī)范規(guī)定的軌道及列車荷載[5]取54.1 kN/m2，沿軌道中心線分布寬3.4 m。京滬高速鐵路K 536+856～K 536+966區(qū)間，曲臨城際上、下聯分別臨近Ⅰ、Ⅱ股道路基由并行狀態(tài)逐漸偏離成獨立路基。選取K 536+894、K 536+932、K 536+9663處代表性斷面，采用FLAC分別進行數值分析，計算結果如圖3～圖5所示，結果匯總如圖6所示。

表3 地基加固方案比選

圖3 K 536+894處斷面有限元沉降云圖

圖4 K 536+932處斷面有限元沉降云圖

圖5 K 536+966處斷面有限元沉降云圖

圖6 不同斷面京滬正線路堤表面沉降曲線

由圖3～圖6可知，3種典型斷面沉降曲線中，K 536+894處斷面沉降值最大，京滬正線Ⅰ股道中心線3個斷面沉降值1.15 mm、0.85 mm、0.71 mm，Ⅱ股道中心線處依次為2.02 mm、1.65 mm、1.35 mm。說明此斷面為整個并行段的最不利斷面。

以K 536+894處斷面為計算斷面，填料采用普通土，地基加固處理分別采用微型鋼管樁、CFG樁、高壓旋噴樁、換填輕質混凝土4種方案分別進行計算，結果如表4所示。

表4 各工況下路基面產生的附加沉降值

從表4可知，施工全過程4種方案沿地面線產生的最大附加沉降大小排序為：4<1<3<2，京滬高速鐵路Ⅰ股道中心線處沉降值依次為1.1 mm、1.15 mm、1.37 mm、1.43 mm，Ⅱ股道中心線依次為1.82 mm、2.02 mm、2.19 mm、2.34 mm，通過最大沉降的比較，4種地基處理方案加固效果差距不太明顯。

數值計算不考慮地基處理的施工擾動過程，僅考慮處理方案在路堤填筑、運營荷載影響下的變形控制效果。以上計算表明，4種方案的變形控制效果相當。對擬定方案進行全面評價還需從經濟性和施工干擾對方案進行綜合評價，如表5所示。

表5 加固方案地基加固方案綜合評價比選表

結合前述地基處理變形影響的數值計算，從施工干擾、經濟性對4種方案可行性進行了綜合比選，由比選結果可知，微型樁加固方案雖造價較高，但相比其工程總投資額是可接受的，考慮到施工過程中，處于運營狀態(tài)的既有京滬高速鐵路路基變形是施工質量控制的關鍵，微型樁采用靜壓法施工對既有京滬高速鐵路路基施工干擾最小，施工風險最低，變形控制效果與其他方案相當，推薦此方案為最終的地基處理方案。

前述內容已經論證了采用微型樁方案的合理性，計算顯示采用普通填料條件下，4種方案的加固效果都較為明顯，Ⅱ股道中心線處沉降值為1.35 mm。臨近既有無砟高速鐵路施工目前沒有沉降控制，鐵路局要求施工時對既有高速鐵路線基本達到零影響[7]，按照此標準，經與各方商議，將沉降控制在1 mm以內認為較為合理，上訴措施仍未達到變形控制的要求。

由于輕質混凝土質輕高強的特點[8]，可將路堤填料換為輕質混凝土填料，比較與普通填料的應用效果，微型樁采用的布置形式不變，樁徑仍為0.15 m、樁長為25 m、樁間距為0.5 m，沉降曲線如圖7所示。

圖7 兩種填料路基面產生的附加沉降分布

從圖7可知，路堤填料為輕質混凝土時，路基面產生的附加沉降明顯小于普通填料，沉降減小比例在60%～70%；既有線路基附加沉降呈現中間小兩端大的形式，并在Ⅱ股道坡腳處達到最大，最大沉降值是：輕質混凝土為0.88 mm、普通土填料為2.07 mm。在京滬高速鐵路Ⅱ股道中心線處，輕質混凝土沉降值為0.72 mm、普通土填料為2.02 mm。

由于普通填料重度大，新建線臨近既有京滬高速鐵路路基施工時，變形控制難以滿足要求，加之普通填料填筑時需分層壓實，對既有線干擾較大[6]，而輕質混凝土重度小(為普通填料的1/3)，填筑不存在碾壓過程，較好解決了諸多技術難題，采用輕質混凝土作為路堤填料很有必要的。確定地基處理方案為微型樁后，需通過計算確定其合理布置形式。計算分析時可先固定微型樁直徑為0.15 m，再確定其樁長及樁間距。

施工工況保持不變，固定樁徑為0.15 m、樁間距為0.5 m，設置幾組變化樁長，通過比較加固效果確定樁長。擬定樁長為15 m、20 m、25 m、30 m 4組分別計算，沉降曲線如圖8所示，曲線位置為路基表面。

圖8 不同樁長沿路基面附加沉降分布

從圖8沉降變化趨勢可知，隨著鋼管樁樁長的增加，路堤填筑使京滬高速鐵路路基面產生的附加沉降減小，樁長從15 m增加到25 m時，附加沉降變化梯度逐漸減小，當樁長超過25 m后，路基面沉降減小坡度明顯放緩，即當樁長增至25 m后，樁長繼續(xù)增加對減小路基面附加沉降效果不甚明顯，可認為25 m是合理的樁長。

保持施工工況不變，固定樁徑為0.15 m、樁長為25 m，設置幾組變化樁間距，通過比較加固效果確定樁間距。擬定樁長為0.3 m、0.5 m、0.7 m、0.9 m 4組分別計算，沉降曲線如圖9所示，測點位置為路基表面。

圖9 不同樁間距產生的路基面附加沉降分布

由圖9中沉降變化趨勢可知，樁間距與路基面附加沉降呈正相關關系；當樁間距大于0.5 m后，靠近新建路基附加沉降增加較大，超出變形控制要求，樁間距為0.5 m時，變形在可控范圍內，樁間距小于0.5 m后附加沉降減小趨勢并不明顯，即樁間距減小不能明顯改善路基加固效果，可認為0.5 m是合理的樁間距。

通過以上計算分析，在確定地基加固形式采用微型樁方案情況下，微型樁較為合理的布置形式為：樁徑為0.15 m、樁長為25 m、樁間距為0.5 m。

5 結論

通過沉降數值計算、經濟性和施工干擾綜合分析，得出以下結論：

(1)曲阜～臨沂線在曲阜東站臨近京滬無砟高速鐵路路基施工是基本可行的；

(2)經初步論證，對天然地基采用微型樁加固，路堤填料換為輕質混凝土，通過雙重工程措施保證臨近無砟高速鐵路施工影響達到最小，滿足工程需求。此方案實施既保證施工和運營安全，又為以后類似工程提供技術參考，具有一定的工程應用價值。

[1] 羅雪貴. 樁基施工對鄰近軌道交通的影響分析[J].路基工程，2014，5:140-143. LUO xuegui. Analysis on Influence of Pile Foundation Construction on Adjacent Rail Traint[J]. Subgrade Engineering，2014，5:140-143.

[2] 趙建軍，郝棟，吳保來，等. 中國高速鐵路的創(chuàng)新機制及啟示[J].工程研究-跨學科視野中的工程，2012，4(1)：57-69. ZHAO Jianjun,HAO Dong,WU Baolai, et al.China High-speed Railway Innovation Mechanism and Enlightenment. Journal of Engineering Study，2012，4(1)：57-69.

[3] 李丹. 京滬高速鐵路路基工程沉降控制設計技術[J].路基工程，2010，3:195-197. LI dan.Control Technique of Subgrade Engineering Settlement in Beijing-Shanghai High-speed Railway[J].Subgrade Engineering，2010，3:195-197.

[4] 楊健武,羅根陸. 鐵路工程施工技術手冊[M].中國鐵道出版社,2004. YANG Jianwu, LUO Genlu. Railway Engineering Manual for Construction Technology[M]. China Railway Publishing House,2004.

[5] TB 10621-2014 高速鐵路設計規(guī)范[S]. Code for Design of High Speed Railway[S].China Railway Publishing House,2014.

[6] 周勇,劉升傳,吳立堅. 高速鐵路CFG樁柔性載荷試驗數值模擬分析[J].路基工程,2010,28(1):96-98. ZHOU yong. Experimental Study on Internal Force of Anchor-pile Supporting Structre[J].Subgrade Engineering,2010,28(1):96-98.

[7] 鞠國江. 無砟軌道鐵路路基沉降觀測及評估[J].鐵道標準設計,2009，25(8):19-22. JU Guojiang. Observation and Evaluation to the Ballast-less Track Railway Subgrade Settlement [J].Railway Standard Design，2009，25(8):19-22.

[8] 孫筠，項貽強，唐國斌，等. 軟土地基臺后回填EPS輕質混凝土沉降分析[J].公路交通科技，2010，27(7):46-51. SUN Yun, XIANG Yiqiang, TANG Guobin, et al. Numerical Analysis on Settlement of EPS Concrete Backfill Adjacent toAbutment on Soft Foundation[J]. Journal of Highway and Transportation Research and Development，2010，27(7):46-51.

Research on Subgrade Construction Scheme of Newly Built Railway Close to Ballastless Track High-speed Railway

YANG Quan GAO Baisong LI Jingyuan XIAO Feizhi XU Jun

(China Railway Eryuan Engineering Group Co.Ltd.,Chengdu 610031,China)

There is no existing case of roadbed filling beside the existing ballast-less track high speed railway, Qufu-Linyi interurban railway will connect the Jing-hu high speed railway at Qufu east railway station, the connection part railway will be parallel to the mail line of Jing-hu high speed railway, the minimum distance between the connection part railway and Jing-hu high speed railway just is 6.5 m. The loading and the fill construction of the interurban railway will lead to settlement deformation of Jing-hu high speed railway, the control engineering measures should be studied. The simulation works have been done in this paper, and the deformation, economy and construction disturbance were analyzed to select the best construction measure, as to reduce the influence to Jing-hu high speed railway. The simulation results show that using the mini steel tube pile to reinforce the natural subsoil and replacing the embankment fill material with lightweight concrete will greatly reduce the rick of embankment filling and construction disturbance，which can provide technical reference for similar projects，has certain enginearing application value.

ballastless track high speed railway; close to the construction ;lightweight concrete; mini steel tube pile; schematic study

2015-09-09

楊泉(1989-)，男，助理工程師。

1674—8247(2016)02—0015—05

U213.1

A