既有高速铁路路基帮宽对既有高速铁路变形控制的研究

梁宇

摘要：在既有高速铁路中，既有路基帮宽会引起该铁路变形，为解决该情况，在新建连镇铁路淮安地区预留宁淮铁路引入同步实施工程中，从既有铁路变形的角度，对该工程中的宁淮铁路黄楼区间路基展开探讨，提出少扰动桩基等控制技术。研究结果显示，通过少扰动桩基技术，可使既有高铁沉降变形减小。在K126+420断面中，Ⅰ、Ⅱ股道累计沉降分别为1.17mm、1.25mm。相同断面下，x方向水平位移最大为4.95mm。通过研究设计的控制技术，有效改善了既有高铁路基沉降。

关键词：变形控制；路基帮宽；高速铁路；沉降；水平位移

0   引言

城际、市域铁路处于快速发展中，既有运营高速铁路常出现新建高速铁路引入近接工程的情况。在该类工程中，既有路基帮宽是其中比较常用的形式。出现填筑堆载过大等情况，会影响既有高铁路基的稳定性，导致其产生水平位移和沉降变形，从而影响高速铁路运营安全[1-3]。因此对既有高速铁路变形进行控制是非常必要的。

项瑞聪等人在水泥搅拌桩复合地基的研究中，为分析路基填筑对其影响，对路基变填充下的变形进行了探讨，并对地基变形监测和控制方案进行设计。结果显示，路基填筑会导致地基变形，其变形量占总沉降的56.1%[4]。李柱雄等人在路基帮宽工程中，对其与既有线路路基之间的关系进行探究，分析不同加固方式下既有路基的变化情况。结果显示，受邻近堆载的影响，路基坡脚附近出现水平变形[5]。廖进星在怀化南站沪昆场工程中，为分析其与既有路基之间的关系，进行数值模拟，发现帮宽路基对既有路基的位移影响较小[6]。

考虑到多种因素的共同作用，数值计算等方法难以保证既有高铁路基变形不超限。因此，可采用实时监测方法监测其变形，对新建线路施工产生的影响进行动态评估，以确保既有高铁的安全运营。为了有效控制既有高铁变形，本文以黄楼区间路基为研究对象，在介绍工程概况的基础上，探究其近接工程路基变形原因、控制难点以及对应的控制技术，对变形进行实时监测，以期为相关路基工程提供参考。

1   工程概况

既有高铁近接工程工程通常采用路基帮宽填筑[7]，由于地基处理不当等原因，使得既有高铁路基常出现变形。为确保高速铁路运营安全，需对其变形进行控制。本文以新建连镇铁路淮安地区预留宁淮铁路引入同步实施工程为例，选取其中的宁淮铁路黄楼区间路基，进行路基变形控制研究。

新建连镇铁路淮安地区预留宁淮铁路引入同步实施工程，跨京沪高速特大桥，包含两座单线桥梁：左线NHDK15+006.626～NHDK17+155.156Z1号墩（含）～南京台（含），其中NHDK15+6.626（Z1号墩）～NHDK15+465.176

（Z16号墩）之间的梁部不施工，仅施工桥墩及基础；其余范围内梁部、桥墩基础均施工。

路基工程起讫里程DK125+819.73～DK127+666.16，路基全长1.846km，于DK126+800处设黄楼线路所一处。黄楼区间路基包括左、右线，其中左线区间路基里程范围为D1K19+826.516～DK20+409.667，长度为0.759km；右线区间路基里程范围为DYK19+816.228～DYK20+875.6，长度为1.062km；合计1.821km。黄楼区间左、右线外包连镇铁路，相应里程为LZ127+654.501～LZ128+719.783，长度为1.065km。

连镇铁路地处我国东部沿海地带，位于江苏省南北纵向中轴线上。线路北起苏北连云港市，沿宁连高速公路引入淮安市，与京杭运河、京沪高速公路并行，向南经苏中扬州市，跨长江后止于苏南镇江市。

2   近接工程既有高铁变形控制分析

2.1   变形控制难点分析

在设计既有高速铁路变形控制技术之前，需进行控制难点分析。在帮宽接轨段施工时，邻近路基填料会使既有线路地基产生附加应力，从而造成既有线路产生附加变形，进而影响连镇铁路的正常运营与维护。对此，需进行扰动桩基施工控制。

在帮宽填筑时，需注意填料的选择，宜选择重度小的填料。在地基处理等施工中，取出土桩易导致附加沉降现象。进行挤土桩作业，也会对路基造成影响，导致挤土效应。此外，填充不当等情况亦会对路基造成影响。因此，应对该类问题重点关注，并提出对应的监测方案。

在既有线施工的周围，要确保起重机等大型设备规范施工，防止其越过边界，妨碍既有高铁运行。对于既有高铁而言，新建线在其周围施工时，受到附加应力的影响，其路基原本状态会被破坏，使其出现沉降变形等情况，导致其轨道平整性降低，妨碍其正常运行。对此，在新建线路施工时，应采取相关控制策略，将临近既有高铁路基的变形控制在一定范围内。

2.2   既有高速铁路变形控制技术

2.2.1   桩基施工控制

进行桩基施工可能会影响连镇铁路运行，导致其产生路基变形。在进行桩基作业时，可通过全回转全套管钻机成桩的方式，降低对桩基的扰动，避免路基变形。若场地面积较小，可选择微型桩。在使用全回转全套管钻机作业过程中，钢套管在驱动扭矩作用下发生转动，帮助管口刀头切割障碍物。在套管支撑下，液压冲抓斗取出管内切割后的物料，从而实现挖孔操作。

先在临近既有高铁的第一排进行钻孔灌注桩施工，然后进行第二排施工，之后进行其他钻孔灌注桩施工。其中，第一排和第二排的施工方法选择隔桩跳打法。该施工工艺可有效防止机械设备因倾倒而侵陷，且在套管的保护下，可避免孔壁出现坍塌现象。

2.2.2   泡沫混凝土减载填筑

传统路基填料由于自重过大，会在已有路基中引入新的附加应力，容易导致该路基沉降变形超限。同时传统路基填料施工中的机械干扰也会引起该路基變形。鉴于传统帮填方法满足不了既有线路的运营要求，根据减载需求，对路基填料进行重新选择。选择泡沫混凝土进行减载填筑，其相关参数如表1所示。

相較于一般的填料，表1中的两种泡沫混凝土的质量更轻。选用这两种填料，对帮填影响下的沉降有一定的缓解作用。要根据工程需要，合理选择泡沫混凝土。若场地面积较小，可通过管道泵送现浇方式进行施工。

上述措施可以在一定程度上减少浇筑层表面出现裂纹，确保轻质混凝土的整体性，提高帮填实施效果。对轻质泡沫混凝土采取无落差泵送，泵送距离通常在400m以内。为了能够进行超长距离泵送，有效降低施工成本，可以对泵送系统进行改造，增设中转站。

2.3   既有高速铁路路基变形监测

地层中包含砾砂、中砂，进行地基处理时，桩基施工的振动作用会导致地基出现沉陷。而受到桩挤土效应的影响，既有高铁路基容易出现水平位移。其中，挤土桩地基变形类型分区如图1所示。

从图1可以看出，完成单桩施工后，桩身附近地基土会发生变形，其变形可划分成4个区域，分别为强烈塑性区、塑性区、弹性区、弱变形区。在桩的挤压下，塑性区区域土体的塑性变形较大。

实时监测既有连镇铁路Ⅰ、Ⅱ股道的沉降情况。在沉降监测中，要合理选择基准点。基准点要远离施工扰动区，选择位置在稳定建筑物附近。在运营线路中，以巡检数据为基础，对基准点稳定性进行分析，并进行人工校核。

在沉降监测点设置方面，间隔距离一般设置为20m。进行水平位移监测时，其监测设备选择自动全向传感水平位移计，设备放置在铁路边坡脚外0.5m处到路肩坡面的范围内，相邻设备间隔60m。对既有高铁变形监测精度进行设置，具体如表2所示。

3   既有高速铁路变形控制应用结果分析

3.1   K126+420处沉降变形分析

从2021年6月15日开始，进行帮宽段地基处理，结束时间为2022年1月17日。检查发现，连镇铁路典型断面K126+420处，存在局部沉降情况。通过自动监测系统对该处沉降情况进行检测，分析少扰动桩基施工控制的效果，相关变形情况见图2。

从图2可以看出，随着监测时间的增加，Ⅰ、Ⅱ股道沉降变形呈现出先增大、后减小、再增大趋势，整体上Ⅰ、Ⅱ股道累计沉降较小，小于4mm。在2021年7月19日时，Ⅰ股道沉降为0.38mm，比Ⅱ股道大0.29mm，后者的沉降为0.09mm。在2021年8月19日时，Ⅰ股道、Ⅱ股道的沉降分别为0.35mm、-0.18mm，监测点出现细微隆起。在2021年9月19日时，Ⅱ股道的沉降为0.24mm，而Ⅰ股道的沉降为负，对应监测点出现细微隆起。

监测时间为2021年10月19日时，Ⅱ股道的沉降为0.32mm，Ⅰ股道的沉降为0.00mm，前者比后者大0.32m，Ⅰ股道对应监测点地表平整。监测时间在2021年12月19日至2022年1月19日之间时，Ⅰ股道沉降迅速增大，沉降增加量为0.95mm。监测时间为2022年1月19日时，Ⅰ、Ⅱ股道累计沉降分别为1.17mm、1.25mm。

由此可见，研究设计的少扰动桩基施工控制策略效果较好，能够使既有高速铁路沉降变形处于受控状态内。

3.2  Ⅰ股道沉降变形时程曲线分析

添加“Boltzmann S型成长曲线模型”，模拟既有高铁路基沉降情况，相同断面下，分析Ⅰ股道沉降变形时程曲线，具体情况如图3所示。其中：图3a为地基处理阶段Ⅰ股道沉降变形情况，图3b为挡墙施工至铺轨阶段Ⅰ股道沉降变形情况，图3c为铺轨结束后的阶段Ⅰ股道沉降变形情况。

在图3a中，根据监测系统监测的沉降实际值与模型预测值的变化情况可知，整体上两者的变化趋势相近，沉降实际值曲线的变化幅度较小，沉降预测值曲线在±2mm范围内波动。监测时间为2021年9月10日时，沉降实际值为0.35mm，比沉降预测值小0.51mm，后者为0.86mm。

在图3b中，在挡墙施工至铺轨施工阶段中，Ⅰ股道沉降实际值和预测值相差较小。随着时间的增加，整体上呈下降趋势。监测时间为2022年3月10日时，Ⅰ股道沉降实际值为-2.96mm，Ⅰ股道沉降预测值为-2.52mm，该监测点地表呈现细微的隆起现象。

图3c中，铺轨施工结束后，随着时间的推移，Ⅰ股道沉降实际值和预测值逐渐减小，并慢慢收敛。监测时间为2022年7月10日时，Ⅰ股道沉降实际值和预测值分别为-3.68mm和-4.38mm。

3.3   相关水平位移监测曲线

对该断面的水平位移进行监测，从2021年9月8日时开始监测，结束监测时间为2021年12月11日时。得到相关水平位移监测曲线具体如图4所示。

图4a中，不同监测时间下K126+420断面的x方向水平位移不同，随着时间的延长，发生层位在25～30m之间时，出现的水平位移相对较大，x方向最大值为4.95mm。当深度为10.00m时，水平位移为0.00mm。监测时间为2021年10月20日，当深度为27.00m时，水平位移为最大为-4.95mm。

在图4b中，不同监测时间下K126+420断面的y方向水平位移不同，发生层位在0～5m之间时，出现的水平位移相对较大。监测时间为2021年10月20日，当深度为3.60m时，水平位移为最大为1.87mm。由此可见，研究提出的控制技术控制既有高铁变形的效果较好。

4   结束语

为了实现既有高铁变形控制，确保高铁运营的安全性，在新建连镇铁路淮安地区预留宁淮铁路引入同步实施工程中，本文以黄楼区间路基为研究对象，探究其近接工程路基变形原因，以及对应的控制技术，并进行既有连镇铁路变形监测。

研究结果显示，研究设计的变形控制技术，能较好地对既有连镇铁路变形进行控制，桩基施工中Ⅰ、Ⅱ股道累计沉降较小，在可控范围内，K126+420断面水平位移偏小。2021年7月19日时，Ⅰ股道沉降为0.38mm，比Ⅱ股道大0.29mm，后者的沉降为0.09mm。监测时间为2022年1月19日时，Ⅰ、Ⅱ股道累计沉降分别为1.17mm、1.25mm。K126+420断面中，随着时间的延长，发生层位在25～30m之间时，出现的水平位移相对较大，x方向最大值为4.95mm。监测时间为2021年10月20日，当深度为3.60m时，水平位移为最大为1.87mm。由此可见，该方法的应用效果较好，可将该控制技术应用在类似既有高铁变形控制中。

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