我國無砟軌道鐵路路基技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展

魏永幸

(中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司， 成都 610031)

1 無砟軌道鐵路路基特點(diǎn)

無砟軌道，因具有更能持久保持軌道幾何形位的突出優(yōu)勢(shì)，已成為高速鐵路軌道結(jié)構(gòu)的首選，我國高速鐵路也主要采用了無砟軌道結(jié)構(gòu)形式[1]。相對(duì)于傳統(tǒng)的有砟軌道，無砟軌道鐵路對(duì)線下基礎(chǔ)的路基提出了嚴(yán)格的沉降變形限制要求，我國有砟、無砟軌道高速鐵路路基沉降變形限制標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比如表1所示。

表1 我國有砟、無砟軌道高速鐵路路基沉降變形限制標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比表

設(shè)計(jì)時(shí)速/(km/h)軌道累型工后沉降/mm橋路過渡段工后沉降(差異沉降)/mm沉降速率/(mm/a)過渡段折角200～300無砟軌道155-1/1 000300～350有砟軌道503020-250有砟軌道1005030-200有砟軌道1508040-

無砟軌道鐵路，其軌道結(jié)構(gòu)直接設(shè)置在路基上，路基支承剛度需要與橋、隧等構(gòu)筑物的剛度相匹配，以滿足列車高速運(yùn)行對(duì)線路(鋼軌)縱向剛度均勻化的要求。此外，對(duì)于無砟軌道鐵路，路基沉降導(dǎo)致軌道幾何形態(tài)的維修實(shí)施難度極大，因此，從減小無砟軌道鐵路維修工作的角度出發(fā)，也要求無砟軌道鐵路路基比有砟軌道鐵路具有更好的穩(wěn)定性。

截止2019年，我國已建成高速鐵路3.5萬km，其中路基長度占比近30%、約1萬km，涵蓋我國由南到北、從東到西，不同氣候、不同地貌、不同地形、不同地質(zhì)區(qū)域。大規(guī)模高速鐵路建設(shè)，極大地促進(jìn)了我國無砟軌道鐵路路基技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展。本文梳理、總結(jié)了我國無砟軌道鐵路路基取得的技術(shù)進(jìn)步，探討有待進(jìn)一步提升的技術(shù)問題，希望有益于無砟軌道鐵路路基技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展。

相對(duì)于傳統(tǒng)的有砟軌道鐵路，無砟軌道鐵路路基具有三大特點(diǎn)：(1)沉降變形要求嚴(yán)酷，沉降變形限制標(biāo)準(zhǔn)為毫米級(jí)；(2)對(duì)剛度提出了新的要求，要求路基與其他構(gòu)筑物剛度匹配；(3)耐久性要求更高，對(duì)路基穩(wěn)定狀態(tài)的長期保持提出了要求。這也是無砟軌道鐵路路基的三大技術(shù)關(guān)鍵[2]。

2 無砟軌道鐵路路基的技術(shù)關(guān)鍵

2.1 路基毫米級(jí)沉降變形控制

無砟軌道鐵路對(duì)路基的工后沉降提出了嚴(yán)酷的毫米級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的限制要求，這對(duì)于利用散粒體巖土材料構(gòu)筑而成的路基而言，是一項(xiàng)嚴(yán)峻的技術(shù)挑戰(zhàn)。路基工后沉降，包括地基及路堤工后壓密沉降、列車動(dòng)荷載作用下路基基床產(chǎn)生的累積變形三部分。路基基床累積變形與基床巖土材質(zhì)、壓實(shí)度密切有關(guān)，采用我國現(xiàn)行鐵路規(guī)范推薦的雙層結(jié)構(gòu)、優(yōu)質(zhì)材料、高壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)的強(qiáng)化基床，實(shí)測(cè)的基床累積變形很小，一般在5 mm以下。工程實(shí)踐表明，路堤采用良質(zhì)填料并控制壓實(shí)度，工后沉降也較小，一般小于路堤高度的 1/1 000，且大部分在路基竣工后6～12月內(nèi)完成。地基工后壓密沉降，受地基巖土性質(zhì)及相應(yīng)地基處理措施的影響較大，不確定因素多，是工程建設(shè)的難點(diǎn)，也是工程建設(shè)管理的重點(diǎn)。需要特別強(qiáng)調(diào)的是：鐵路是一個(gè)帶狀工程，沿線地質(zhì)環(huán)境千差萬別，如何針對(duì)具體工程的地基條件，采用經(jīng)濟(jì)、合理的地基處理措施，實(shí)現(xiàn)毫米級(jí)地基工后沉降的有效控制，是高速鐵路建設(shè)工程實(shí)踐中需要高度重視并著力解決的關(guān)鍵技術(shù)難題。

2.2 路基與其他構(gòu)筑物剛度匹配

列車運(yùn)行速度提高，線路(軌道)縱向剛度的突變，將引起列車振動(dòng)加劇，引起旅客的不舒適。同時(shí)，剛度突變將引起軌道結(jié)構(gòu)應(yīng)力變化，影響軌道結(jié)構(gòu)的壽命。軌道剛度除與軌道系統(tǒng)各部件剛度有關(guān)，還與線下基礎(chǔ)支承剛度有關(guān)。路基由巖土材料填筑而成，且基于工程經(jīng)濟(jì)角度出發(fā)，填筑路基的巖土材料一般多利用路塹、隧道開挖的巖土或就近開采的巖土，這些散粒體材料的工程特性差異較大，給路基面支承剛度的精準(zhǔn)控制帶來困難。因此，如何實(shí)現(xiàn)路基與橋、隧等構(gòu)筑物間縱向剛度匹配，是高速鐵路建設(shè)工程實(shí)踐中需要高度重視并著力解決的另一技術(shù)難題。

2.3 路基穩(wěn)定性狀態(tài)的長期保持

路基工程由巖土材料構(gòu)成并建造于露天環(huán)境，其材料以及建造和使用過程受環(huán)境變化的影響大，必須采取可靠的措施，以保證路基性能不受環(huán)境或少受環(huán)境的影響而保持長期穩(wěn)定。同時(shí)，作為直接承受高速列車動(dòng)荷載的無砟軌道路基基床，還必須保持其動(dòng)力性能的長期穩(wěn)定。如何實(shí)現(xiàn)路基性能穩(wěn)定狀態(tài)的長期保持，是高速鐵路建設(shè)工程實(shí)踐中需要高度重視并著力解決的又一技術(shù)難題。

3 我國高速鐵路建設(shè)面臨的路基問題和取得的成果

我國自2004年起，連續(xù)、持續(xù)開展了大規(guī)模的高速鐵路建設(shè)。我國大規(guī)模高速鐵路建設(shè)具有以下特點(diǎn)：(1)涵蓋不同氣候、不同地貌、不同地形、不同地質(zhì)環(huán)境；(2)建設(shè)工期短，項(xiàng)目建設(shè)工期一般在3～5年，個(gè)別為2～3年。結(jié)合大規(guī)模的高速鐵路建設(shè)，攻克了無砟軌道鐵路路基面臨的一個(gè)又一個(gè)技術(shù)難題，取得不斷進(jìn)步，樹立起無砟軌道鐵路路基技術(shù)進(jìn)步的一個(gè)又一個(gè)里程碑。

3.1 首次實(shí)現(xiàn)土質(zhì)路基上鋪設(shè)無砟軌道的突破

遂渝無砟軌道試驗(yàn)段是我國首條無砟軌道試驗(yàn)鐵路。結(jié)合試驗(yàn)段，中鐵二院、中國鐵科院等單位系統(tǒng)開展了無砟軌道鐵路路基修建關(guān)鍵技術(shù)的試驗(yàn)研究，重點(diǎn)是路基毫米級(jí)沉降控制技術(shù)、路基與其他構(gòu)筑物剛度匹配技術(shù)的試驗(yàn)研究[3]。

(1)路基毫米級(jí)沉降控制技術(shù)試驗(yàn)研究

針對(duì)試驗(yàn)鐵路路堤地基條件，采用了5種不同的地基處理措施，即CFG樁復(fù)合地基、強(qiáng)夯動(dòng)力固結(jié)、樁-網(wǎng)結(jié)構(gòu)路基、樁-板結(jié)構(gòu)路基以及挖除軟弱土層的換土法[4-6]。其中的樁-網(wǎng)結(jié)構(gòu)路基、樁-板結(jié)構(gòu)路基是首次使用的新結(jié)構(gòu)，其橫斷面示意如圖1所示。

圖1 樁-網(wǎng)結(jié)構(gòu)路基、樁-板結(jié)構(gòu)路基橫斷面示意圖

(2)路基與其他構(gòu)筑物剛度匹配技術(shù)試驗(yàn)研究

針對(duì)遂渝無砟軌道試驗(yàn)鐵路的實(shí)際及試驗(yàn)研究需要，設(shè)置了路橋過渡段、路涵過渡段、路隧過渡段、橋隧間短路基、路堤與路塹過渡段共5種類型的路基過渡段，分別采取了級(jí)配碎石和A、B組填料提高路基支承剛度，以及采用混凝土和水泥穩(wěn)定級(jí)配碎石填料來實(shí)現(xiàn)路基與橋、隧、涵等構(gòu)筑物之間的剛度匹配，在路橋過渡段設(shè)置鋼筋混凝土過渡搭板，在橋隧間短路基采用水泥穩(wěn)定級(jí)配碎石全長等剛度過渡措施等技術(shù)方案[7-8]。實(shí)車測(cè)試數(shù)據(jù)表明，列車通過路基與橋、隧、涵等構(gòu)筑物的過渡段時(shí)運(yùn)行平穩(wěn)，過渡段動(dòng)力學(xué)指標(biāo)沿線路縱向變化不大，實(shí)現(xiàn)了路基過渡段支承剛度沿線路縱向的漸變過渡。

遂渝無砟軌道試驗(yàn)鐵路于2007年建成，首次實(shí)現(xiàn)了在土質(zhì)路基上成區(qū)段鋪設(shè)無砟軌道，積累了無砟軌道鐵路路基設(shè)計(jì)施工經(jīng)驗(yàn)，研發(fā)的相關(guān)技術(shù)包括：樁-網(wǎng)結(jié)構(gòu)路基、樁-板結(jié)構(gòu)路基、高強(qiáng)度CFG樁復(fù)合地基，以及水泥穩(wěn)定級(jí)配碎石提高路基剛度、橋隧間全長等剛度短路基、路橋過渡段間設(shè)置鋼筋混凝土搭板等，在后來的大規(guī)模高速鐵路建設(shè)中得到推廣應(yīng)用。

“遂渝線無砟軌道關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用”獲2010年度國家科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)?！盁o砟軌道樁網(wǎng)結(jié)構(gòu)路基及其構(gòu)筑方法”獲2016年度中國發(fā)明專利優(yōu)秀獎(jiǎng)。

3.2 構(gòu)建了我國無砟軌道鐵路路基理論與技術(shù)體系

隨后，結(jié)合武廣高速鐵路武漢試驗(yàn)段、嚴(yán)寒地區(qū)成高子試驗(yàn)段等，中國鐵科院、中鐵二院、西南交通大學(xué)等單位先后、持續(xù)開展了無砟軌道鐵路路基設(shè)計(jì)理論、長期穩(wěn)定性保持理論、路基防排水技術(shù)體系、沉降評(píng)估體系等試驗(yàn)研究，構(gòu)建了我國無砟軌道鐵路路基設(shè)計(jì)理論與技術(shù)體系，為我國大規(guī)模高速鐵路建設(shè)提供了理論及技術(shù)支撐。

(1)基于層狀體系的無砟軌道鐵路路基結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法

從滿足動(dòng)力性能出發(fā)，路基基床應(yīng)采用性能良好的材料填筑，而從工程經(jīng)濟(jì)性出發(fā)，路基基床表層以下不同厚度，應(yīng)選用滿足性能要求但經(jīng)濟(jì)性更好的不同材料來填筑。理論上，合理的無砟軌道鐵路路基結(jié)構(gòu)是一個(gè)多層體系，自上而下，材料性能的要求由高到低。無砟軌道鐵路路基層狀體系如圖2所示。

圖2 無砟軌道鐵路路基層狀體系圖

概化的無砟軌道鐵路路基層狀體系，自上而下，包括無砟軌道板、無砟軌道支承層、路基基床表層、路基基床底層、路基填筑層或天然巖土層。一般地，無砟軌道面板采用預(yù)制或現(xiàn)澆鋼筋混凝土，無砟軌道支承層采用連續(xù)攤鋪的低摻量混凝土，路基基床表層采用級(jí)配碎石或水泥穩(wěn)定級(jí)配碎石，路基基床底層采用A、B組填料填筑，路基填筑層因地制宜采用合格填料填筑，天然巖土層需滿足承載能力及變形限制的要求?？傮w而言，自上而下，各結(jié)構(gòu)層的支承剛度由大到小，厚度則由小到大，使無砟軌道面板具有足夠的支承剛度，在高速列車作用下，其彈性變形在允許范圍內(nèi)，且同時(shí)具有較好的經(jīng)濟(jì)性。

工程應(yīng)用中，無砟軌道鐵路路基層狀體系可進(jìn)一步簡(jiǎn)化為面層、基層、底層的三層體系[9]，如圖3所示。

圖3 路基三層體系圖

面層的支承剛度可按式(1)計(jì)算。

(1)

式中：E0——路基面支承剛度(MPa/m)；

E1，E2，E3——路基結(jié)構(gòu)分層材料彈性模量(MPa/m)；

h1，h2，h3——路基結(jié)構(gòu)分層厚度(m)。

根據(jù)上述理論，通過對(duì)一段路基中不同斷面的路基豎向剛度進(jìn)行組合設(shè)計(jì)，可以調(diào)整線路縱向路基面支承剛度，實(shí)現(xiàn)路基面支承剛度的調(diào)控，從而實(shí)現(xiàn)路基與其它構(gòu)筑物剛度的匹配。

(2)無砟軌道鐵路路基變形穩(wěn)定狀態(tài)及保持技術(shù)

路基由巖土材料構(gòu)筑而成，其變形特性具有隨荷載增加、隨時(shí)間推移而累積的特點(diǎn)。西南交通大學(xué)羅強(qiáng)[10]等人基于巖土材料隨時(shí)間的變形特性試驗(yàn)研究，提出可以將路基狀態(tài)劃分為快速穩(wěn)定、緩慢穩(wěn)定、緩慢破壞和快速破壞4種狀態(tài)。對(duì)于無砟軌道鐵路，從保持路基穩(wěn)定性、減小因路基變形引起無砟軌道維修量的角度出發(fā)，應(yīng)將路基狀態(tài)控制在快速穩(wěn)定狀態(tài)；同時(shí)，提出無砟軌道路基設(shè)計(jì)應(yīng)在強(qiáng)度、變形控制的基礎(chǔ)上，增加累積變形控制指標(biāo)作為設(shè)計(jì)參數(shù)。

路基“四狀態(tài)”劃分、無砟軌道路基“三參數(shù)”設(shè)計(jì)的思路，為無砟軌道鐵路路基毫米級(jí)沉降變形的控制提供了理論依據(jù)，對(duì)于無砟軌道路基長期穩(wěn)定性保持具有重要的理論和工程意義。

(3)無砟軌道鐵路路基防排水體系及路基面瀝青防水層

減小環(huán)境變化對(duì)路基穩(wěn)定狀態(tài)的影響，對(duì)保持路基狀態(tài)的長期穩(wěn)定十分重要。各種環(huán)境因素中，降水是最為普遍、也是最為不利的因素。無砟軌道鐵路應(yīng)建立路基防排水體系[11]，如圖4所示。

圖4 無砟軌道鐵路路基防排水體系示意圖

無砟軌道鐵路路基防排水體系包括三個(gè)部分：①路基面防排水系統(tǒng)，包括路基面防水材料和路基填料的抵御水侵蝕能力；②地下水排疏系統(tǒng)，包括路堤基底地下排水和路塹基床換填底部地下排水；③地表水排疏系統(tǒng)，包括路基面防排水層和邊坡防排水設(shè)施(如邊坡防護(hù)與排水以及側(cè)溝、天溝、排水溝等)。

選用合理的路基面防水材料，防止降雨徑流下滲至路基內(nèi)部，是控制路基變形、保證路基穩(wěn)定的重要措施。遂渝無砟軌道試驗(yàn)鐵路，武廣高速鐵路武漢試驗(yàn)段等，在無砟軌道兩側(cè)的路基面鋪設(shè)了防水型瀝青混合料SAMI(Surface Asphalt Mixture Impermeable)[12]。筆者還曾提出全斷面瀝青混凝土基床表層兼做防水層的技術(shù)方案，并組織開展了相關(guān)試驗(yàn)研究[13]。中國鐵道科學(xué)研究院結(jié)合哈齊、鄭徐、牡佳等多條高速鐵路，開展了瀝青混凝土性能，長期變形特性等的設(shè)計(jì)研究。

(4)基于無砟軌道鋪設(shè)條件的路基沉降變形預(yù)測(cè)評(píng)估方法

無砟軌道鐵路路基沉降變形限值標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到毫米級(jí)，但作為以巖土作為材料或介質(zhì)的土工構(gòu)筑物，目前尚無可以準(zhǔn)確計(jì)算毫米級(jí)精度變形的實(shí)用的設(shè)計(jì)方法，且路基施工過程質(zhì)量控制環(huán)節(jié)多，受天氣、人員素質(zhì)等“柔性”因素影響大，這是高速鐵路建設(shè)必須克服解決的技術(shù)難題。

結(jié)合遂渝無砟軌道試驗(yàn)鐵路，采取了對(duì)路基竣工后的沉降進(jìn)行監(jiān)測(cè)、根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)沉降趨勢(shì)、依據(jù)無砟軌道鋪設(shè)條件對(duì)是否可進(jìn)行無砟軌道鋪設(shè)及其措施進(jìn)行評(píng)估的方法[14]。這個(gè)方法，后來得到不斷完善，被稱為無砟軌道鐵路路基沉降評(píng)估，并作為工程建設(shè)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)納入了高速鐵路建設(shè)管理程序之中。

橋梁基礎(chǔ)的摩擦樁、涵洞基礎(chǔ)，淺埋或不良地質(zhì)地段的隧道都存在一定沉降變形的可能，且存在與路基工程的差異沉降問題，需與路基同時(shí)進(jìn)行沉降監(jiān)測(cè)、評(píng)估，確認(rèn)沉降穩(wěn)定且預(yù)測(cè)工后沉降滿足要求后方可鋪設(shè)無砟軌道。在對(duì)路基、橋梁、隧道和過渡段等不同結(jié)構(gòu)物的基礎(chǔ)沉降變形預(yù)測(cè)評(píng)估完成后，進(jìn)行區(qū)段或全線的綜合評(píng)估，確認(rèn)區(qū)段或全線是否滿足鋪設(shè)無砟軌道的要求。

3.3 實(shí)現(xiàn)了無砟軌道鐵路路基毫米級(jí)工后沉降的有效控制

路基工后沉降控制的重點(diǎn)，一是路堤沉降，二是地基沉降。路堤采用優(yōu)質(zhì)填料并控制壓實(shí)度，其工后沉降較小，一般小于路堤高度的1 /1 000，且大部分在路基填筑施工后6～12月完成，通過合理安排無砟軌道施工時(shí)間，可減小或消除路堤壓密沉降的影響。但對(duì)于長達(dá)幾百公里乃至上千公里的高速鐵路，無論是從優(yōu)質(zhì)填料的來源，還是從工程的經(jīng)濟(jì)性方面考慮，都需重視對(duì)隧道、路塹挖方中非良質(zhì)填料利用的技術(shù)研究。結(jié)合高速鐵路工程建設(shè)，針對(duì)特殊氣候、特殊地質(zhì)、特殊環(huán)境，基于無砟軌道鐵路路基毫米級(jí)沉降控制需求，開展了非良質(zhì)填料利用、特殊地基加固處理等技術(shù)的研究與創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)了無砟軌道鐵路路基毫米級(jí)沉降的有效控制。取得了系列突出創(chuàng)新成果。

(1)研發(fā)了嚴(yán)寒地區(qū)高速鐵路路基防凍脹技術(shù)

結(jié)合哈大高速鐵路，鐵科院、中國鐵設(shè)等單位開展了嚴(yán)寒地區(qū)高速鐵路路基防凍脹技術(shù)的試驗(yàn)研究。實(shí)驗(yàn)研究表明，路基基床級(jí)配碎石層存在“微凍脹”現(xiàn)象，控制級(jí)配碎石的含泥量，可在一定程度上減小微凍脹的量，將級(jí)配碎石的含泥量控制在3%以內(nèi)，微凍脹變形一般不超過5 mm[15]。對(duì)嚴(yán)寒地區(qū)，要嚴(yán)格控制路基基床表層級(jí)配碎石層的含泥量，同時(shí)要采取設(shè)置滲溝降低地下水位、設(shè)置路堤式路塹、設(shè)置瀝青混凝土等路基面防水層阻止地表水下滲等綜合措施。

為強(qiáng)化嚴(yán)寒地區(qū)高速鐵路路基面防水，筆者曾提出采用路基全斷面鋪設(shè)瀝青混凝土防水+采用滲透性能良好的級(jí)配碎石排水的“上封-下排”路基基床上部結(jié)構(gòu)方案，以防為主，防排結(jié)合，以實(shí)現(xiàn)有效控制路基基床凍漲變形[16]。

(2)研發(fā)了干旱戈壁區(qū)高速鐵路路基穩(wěn)定保持技術(shù)

結(jié)合蘭新高速鐵路，中鐵一院等單位開展了干旱地區(qū)戈壁粗粒土填筑高速鐵路路基技術(shù)試驗(yàn)研究。試驗(yàn)研究表明，戈壁粗粒土填筑體存在“濕陷性”[17]，采用戈壁粗粒土填筑的高速鐵路路基，存在沉降超標(biāo)的現(xiàn)象。戈壁粗粒土中細(xì)粒土含量低，級(jí)配不良，填筑壓實(shí)參數(shù)雖然滿足規(guī)范要求，但存在后期沉降變形超標(biāo)的現(xiàn)象。針對(duì)戈壁粗粒土的“濕陷性”，采用摻石粉改良等填筑工藝，實(shí)現(xiàn)了干旱戈壁區(qū)高速鐵路路基穩(wěn)定狀態(tài)的保持。

(3)研發(fā)了亞熱帶臺(tái)風(fēng)暴雨區(qū)高速鐵路路基防護(hù)技術(shù)

結(jié)合海南環(huán)島高速鐵路，中鐵二院等單位開展了路基抗雨水沖刷的試驗(yàn)研究，對(duì)路基邊坡滲流破壞、沖刷破壞機(jī)理以及路基填料選擇、填筑工藝控制、路基邊坡防滲抗沖結(jié)構(gòu)等進(jìn)行了系統(tǒng)的試驗(yàn)研究，提出了亞熱帶臺(tái)風(fēng)暴雨區(qū)高速鐵路路基填料滲透性參數(shù)與填筑工藝、小間距截水骨架內(nèi)固土網(wǎng)墊植草護(hù)坡、路基面防水層和路肩截排水構(gòu)造等技術(shù)改進(jìn)措施，其防護(hù)技術(shù)參數(shù)如表2所示。

表2 亞熱帶臺(tái)風(fēng)暴雨區(qū)高速鐵路路基防護(hù)技術(shù)參數(shù)表

(4)研發(fā)了紅層泥巖非良質(zhì)填料高速鐵路路基填筑技術(shù)

結(jié)合遂渝、成渝、渝萬高速鐵路，中鐵二院等單位開展了紅層泥巖非良質(zhì)填料高速鐵路路基填筑技術(shù)的試驗(yàn)研究，從紅層泥巖工程特性、填筑工藝及參數(shù)、紅層泥巖路基動(dòng)力特性、紅層泥巖路基長期穩(wěn)定性以及工程示范等方面進(jìn)行了系統(tǒng)研究。提出了高速鐵路路基紅層泥巖填料判別指標(biāo)、紅層泥巖填料制備標(biāo)準(zhǔn)、紅層泥巖高速鐵路路基關(guān)鍵參數(shù)、紅層泥巖填筑工藝及控制參數(shù)等紅層泥巖非良質(zhì)填料高速鐵路路基填筑技術(shù)[18-19]，其填筑技術(shù)參數(shù)如表3所示。

表3 紅層泥巖非良質(zhì)填料高速鐵路路基填筑技術(shù)參數(shù)表

(5)研發(fā)了巖溶區(qū)高速鐵路路基防塌控沉技術(shù)

結(jié)合武廣、貴廣等巖溶地區(qū)高速鐵路，中鐵二院等單位開展了高速鐵路路基巖溶地基處理技術(shù)的試驗(yàn)研究。針對(duì)巖溶地基存在溶洞、溶槽、溶隙及其對(duì)高速鐵路路基的危害，提出了巖溶區(qū)高速鐵路路基“防塌+控沉”的設(shè)計(jì)思路，并研發(fā)了“充填注漿防塌+樁板結(jié)構(gòu)控沉”的高速鐵路巖溶地基處理技術(shù)，橫斷面示意如圖5所示。針對(duì)富水巖溶區(qū)充填注漿，還開發(fā)了 “驅(qū)水”充填注漿工藝[20]，提高了富水巖溶區(qū)充填注漿的有效性。

圖5 巖溶區(qū)高速鐵路路基防塌控沉地基處理橫斷面示意圖

(6)研發(fā)了濕陷性黃土高速鐵路路基地基處理技術(shù)

結(jié)合世界上第一條在黃土地區(qū)修建的鄭西高速鐵路，中鐵二院、中鐵一院等單位開展了濕陷性黃土高速鐵路路基地基處理技術(shù)的試驗(yàn)研究。基于現(xiàn)場(chǎng)浸水試驗(yàn)，確定了場(chǎng)地濕陷下限和最大濕陷量，并提出了孔內(nèi)夯擴(kuò)灰土樁復(fù)合地基、樁-板結(jié)構(gòu)路基等濕陷性黃土高速鐵路路基地基處理技術(shù)?？變?nèi)夯擴(kuò)灰土樁復(fù)合地基采用孔內(nèi)夯擴(kuò)灰土，提高孔周土體的密實(shí)度，消除黃土濕陷性。樁-板結(jié)構(gòu)路基利用樁基礎(chǔ)穿越濕陷性黃土層，有效管控黃土濕陷不確定性對(duì)高速鐵路路基的危害和影響。濕陷性黃土區(qū)高速鐵路樁-板結(jié)構(gòu)路基橫斷面示意如圖6所示。

圖6 濕陷性黃土區(qū)高速鐵路樁-板結(jié)構(gòu)路基橫斷面示意圖

(7)研發(fā)了山區(qū)斜坡地段高速鐵路路基新結(jié)構(gòu)、新技術(shù)

結(jié)合滬昆、云桂、成貴等復(fù)雜艱險(xiǎn)山區(qū)高速鐵路，中鐵二院開展了山區(qū)斜坡地段高速鐵路路基技術(shù)的試驗(yàn)研究?；跓o砟軌道鐵路路基毫米級(jí)沉降變形的要求，對(duì)陡坡路基支擋結(jié)構(gòu)橫向外傾變形與路基豎向沉降變形的相互關(guān)系以及陡坡路基支擋結(jié)構(gòu)橫向外傾變形限值與控制方法等進(jìn)行了試驗(yàn)研究。提出了基于變形控制的支擋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，提出的無砟軌道鐵路支擋結(jié)構(gòu)橫向外傾變形限值已納入行業(yè)技術(shù)規(guī)范。同時(shí)，研究揭示了斜坡軟弱地基路堤變形破壞機(jī)理，提出了“坡腳錨固樁防滑+復(fù)合地基控沉”的斜坡高速鐵路路基技術(shù)方案。還針對(duì)巖堆、滑坡等不良地質(zhì)地段路基，研究提出了兼具抗滑、承載功能的抗滑樁-板結(jié)構(gòu)以及能抵抗高噸位滑坡推力的椅式抗滑樁、框架式抗滑樁等山區(qū)斜坡地段“防滑-控沉”高速鐵路路基新型結(jié)構(gòu)，突破了高速鐵路建設(shè)禁區(qū)。山區(qū)斜坡地段高速鐵路路基新結(jié)構(gòu)示意如圖7所示。

圖7 山區(qū)斜坡地段高速鐵路路基新結(jié)構(gòu)示意圖

4 我國無砟軌道鐵路路基的技術(shù)進(jìn)步

基于3.5萬km高速鐵路建設(shè)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和持續(xù)的技術(shù)創(chuàng)新，我國無砟軌道鐵路路基技術(shù)取得了長足的進(jìn)步。歸納總結(jié)主要體現(xiàn)在以下四個(gè)方面。

(1)建立了一套無砟軌道鐵路路基設(shè)計(jì)理論。建立了基于層狀體系的無砟軌道鐵路“路軌一體”結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模型，首次提出路基變形“四狀態(tài)”劃分及“三參數(shù)”控制法，為無砟軌道鐵路路基毫米級(jí)沉降控制提供了理論支持。

(2)建立了路基與橋、隧等構(gòu)筑物連接剛度協(xié)調(diào)匹配技術(shù)體系。建立了路基豎向剛度調(diào)控方法，創(chuàng)新了路基與橋、隧等構(gòu)筑物連接剛度調(diào)控結(jié)構(gòu)與技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了高速鐵路線路縱向剛度的均勻化。

(3)創(chuàng)新了不同區(qū)域、復(fù)雜環(huán)境、特殊地質(zhì)條件下路基毫米級(jí)沉降變形控制技術(shù)。研發(fā)了紅層泥巖、戈壁粗粒土等非良質(zhì)填料利用技術(shù)，創(chuàng)新了樁-板結(jié)構(gòu)、樁-網(wǎng)結(jié)構(gòu)、高強(qiáng)度樁復(fù)合地基、孔內(nèi)夯擴(kuò)灰土樁等特殊巖土、復(fù)雜地質(zhì)毫米級(jí)地基沉降控制技術(shù)，研發(fā)了椅式抗滑樁、框架式抗滑樁等山區(qū)斜坡地段“防滑-控沉”高速鐵路路基新結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了無砟軌道鐵路路基毫米級(jí)沉降的有效控制。

(4)創(chuàng)新了無砟軌道鐵路路基穩(wěn)定狀態(tài)長期保持技術(shù)。構(gòu)建了路基防排水體系，研發(fā)了無砟軌道全斷面瀝青防水層，研發(fā)了級(jí)配碎石“微凍脹”變形控制技術(shù)，創(chuàng)新了不同氣候、不同環(huán)境條件下路基邊坡防護(hù)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了臺(tái)風(fēng)、多雨、干旱、嚴(yán)寒等不同氣候環(huán)境路基的有效防護(hù)和穩(wěn)定狀態(tài)保持。

5 有待進(jìn)一步研究的問題

無砟軌道鐵路路基毫米級(jí)沉降變形的控制是個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，從工程實(shí)踐看，還有個(gè)別工點(diǎn)沉降控制不理想、個(gè)別工點(diǎn)甚或出現(xiàn)“上拱”的現(xiàn)象?；谙到y(tǒng)優(yōu)化，進(jìn)一步開展特殊巖土“微變形”機(jī)理、特殊環(huán)境路基長期穩(wěn)定狀態(tài)保持、非良質(zhì)填料改良與填筑、基于建設(shè)工期的地基處理措施優(yōu)化等的研究，基于無砟軌道鐵路“路軌一體”結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論，開展“路-軌”協(xié)同設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)層支承剛度限值以及施工過程控制檢測(cè)參數(shù)等的研究，對(duì)進(jìn)一步提升無砟軌道鐵路路基設(shè)計(jì)水平、建設(shè)質(zhì)量具有重要意義。

6 結(jié)論與展望

伴隨我國大規(guī)模高速鐵路建設(shè)，我國已成功修建高速鐵路路基約1萬km，涵蓋了不同氣候、不同地貌、不同地形和不同地質(zhì)環(huán)境，由此積累了豐富的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，取得了豐碩的創(chuàng)新成果，形成了無砟軌道鐵路路基的領(lǐng)先技術(shù)優(yōu)勢(shì)。下一步，要在此基礎(chǔ)上深化無砟軌道鐵路路基設(shè)計(jì)理論研究，發(fā)揮好、使用好這一領(lǐng)先技術(shù)優(yōu)勢(shì)，更好地服務(wù)于“一帶一路”建設(shè)，服務(wù)全球高速鐵路建設(shè)。