宋 劍,李明領,周全能,秦尚林,許錫昌

(1.武廣鐵路客運專線有限責任公司,武漢 430060;2.中鐵第四勘察設計院集團有限公司工程承包公司,武漢 430063;3.中國科學院武漢巖土力學研究所巖土力學與工程國家重點實驗室,武漢 430071)

1 概述

要實現(xiàn)鐵路客運專線快速、舒適和安全的運營,需要平順且穩(wěn)定的線路,這就要求嚴格控制線下結構的沉降變形。由于設計計算還無法有效地控制軌道的工后沉降和變形。因此,在鋪設無砟軌道前,應對線下構筑物變形作系統(tǒng)的評估[1～3]。

為掌握路基沉降發(fā)展趨勢,反饋控制路基工后沉降,《客運專線鐵路無砟軌道鋪設條件評估技術指南》提出了較為嚴格的沉降觀測期要求,較長的觀測期成為影響工程進度的攔路虎。因此,急需弄清路基沉降觀測期對評估結果的影響,進而探討其合理控制問題。

為解決此問題,結合武廣鐵路客運專線路基沉降實測數(shù)據(jù),對路基沉降變形的穩(wěn)定時間進行系統(tǒng)研究,進而探討路基沉降觀測期合理控制標準,以解決建設進度與高技術要求之間的矛盾。

2 路基沉降規(guī)律及其分類

結合大量鐵路客運專線路基沉降實測數(shù)據(jù),對路基沉降變形的穩(wěn)定時間進行系統(tǒng)的分類和研究。根據(jù)沉降變形的發(fā)展趨勢,其沉降 -時間曲線可分為 3種類型。

(1)第Ⅰ類曲線

主要特征為,路基填筑期間,沉降變形明顯增長,填筑完成后,沉降速率逐步減小,沉降變形在 6個月內已基本趨于穩(wěn)定。沉降過程表現(xiàn)為較平滑、規(guī)律的收斂曲線。其典型曲線見圖1。

圖1 第Ⅰ類典型曲線(DK1608+623路基P-T-S曲線)

(2)第Ⅱ類曲線

主要特征為,路基填筑完成,沉降逐步趨于穩(wěn)定的過程中,卻在中途出現(xiàn)突然增長,沉降速率明顯變大,爾后又逐步趨于穩(wěn)定。沉降過程表現(xiàn)為具有明顯拐點、呈臺階狀發(fā)展的收斂曲線。其典型曲線見圖2。

圖2 第Ⅱ類典型曲線(DK1803+475路基P-T-S曲線)

(3)第Ⅲ類曲線

主要特征為,路基填筑期間,沉降變形開始增長,填筑完成后,沉降變形繼續(xù)發(fā)展,沉降速率未明顯減小,在填筑完成 6個月后未見穩(wěn)定趨勢。其典型曲線見圖3。

圖3 第Ⅲ類典型曲線(DK1639+628路基P-T-S曲線)

3 觀測期對評估結果的影響及其合理控制

以下針對 3種類型的沉降過程曲線,選擇具有代表性的觀測斷面,分別以填筑完成后 3、4、5、6個月的觀測數(shù)據(jù)進行分析預測,對比其穩(wěn)定趨勢和分析預測結果的可靠性、準確性,探討路基沉降變形的穩(wěn)定規(guī)律和合理觀測期。

3.1 第Ⅰ類

客運專線路基沉降-時間曲線絕大多數(shù)為第Ⅰ類曲線,其中代表性觀測斷面的分析計算結果列于表1。

表1 第Ⅰ類曲線代表性斷面預測分析成果

從圖1可以看出,第Ⅰ類曲線主要表現(xiàn)在前期沉降發(fā)展較快,爾后沉降逐步趨緩,并在填筑完成 6個月后已基本趨于穩(wěn)定。從表1的計算結果可以看出:

(1)路基主體填筑完成 3個月內:沉降變形趨勢不穩(wěn)定,處于繼續(xù)發(fā)展階段;

(2)路基主體填筑完成 3～4個月內:部分斷面沉降變形逐步趨于穩(wěn)定,但分析預測結果很難滿足《評估技術指南》的要求,表明預測結果不可靠和不準確,隱含著較大的風險;

(3)路基主體填筑完成 4～6個月內:沉降速率明顯減小,沉降趨勢逐步趨于穩(wěn)定,分析預測結果顯示,評估核心指標一般能滿足《評估技術指南》的要求,但部分斷面控制性指標與《評估技術指南》的要求相差較大,表明預測分析成果不一定可靠,存在一定的風險。

(4)路基主體填筑完成 6個月以上:沉降變形趨勢已基本穩(wěn)定,分析預測的結果較好,一般均能滿足《評估技術指南》的各項要求。

鑒于以上研究成果,建議對嚴重影響整體施工進度的特殊工點,在沉降變形趨勢已基本穩(wěn)定的條件下,路基沉降觀測期可放寬至 4個月以上,容許其提前進行沉降評估,并在后續(xù)施工階段中繼續(xù)加強觀測。

3.2 第Ⅱ類

第Ⅱ類曲線所占比重較小,但比較典型,相應的分析計算結果列于表2。

表2 第Ⅱ類曲線代表性斷面預測分析成果

從圖2可以看出,路基填筑完成后,沉降很快趨于穩(wěn)定,但在主體填筑完成 4～5個月期間,沉降變形出現(xiàn)突然增長,沉降速率明顯變大,爾后又逐步趨于穩(wěn)定。沉降過程表現(xiàn)為具有明顯拐點、呈臺階狀發(fā)展的收斂曲線。從表2的分析結果可以看出:

(1)沉降變形突變以前,沉降趨勢表現(xiàn)為逐步趨于穩(wěn)定,且能夠進行預測分析,分析成果基本能滿足《評估技術指南》的要求,但該分析預測結果是不真實的;

(2)沉降變形發(fā)生突變后 1～2個月內(即主體填筑完成 4～5個月期間),沉降變形處于發(fā)展階段,變形趨勢明顯不穩(wěn)定,分析預測結果一般不能滿足《評估技術指南》的要求;

(3)沉降變形發(fā)生突變 2～3個月以后:沉降速率明顯減小,沉降趨勢又逐步趨于穩(wěn)定,以拐點以后的觀測數(shù)據(jù)進行預測分析,評估技術指標一般能滿足《評估技術指南》的要求。

第Ⅱ類沉降曲線的分析結果反映,部分斷面在主體填筑完成 4～5個月內存在沉降突變的現(xiàn)象,若采用較短的觀測期(＜4個月)數(shù)據(jù),其分析預測結果是不真實的;為了準確的進行分析預測,需要對沉降突變后繼續(xù)觀測 2～3個月,待沉降趨勢基本穩(wěn)定后,才能進行有效的評估。

3.3 第Ⅲ類

第Ⅲ類沉降曲線雖較少,但屬于需要引起重視的一種類型,其中代表性觀測斷面的分析計算結果列于表3。

表3 第Ⅲ類曲線代表性斷面預測分析成果

從圖3可以看出,路基填筑期間,沉降變形開始增長,填筑完成后,沉降變形繼續(xù)發(fā)展,沉降速率未明顯減小,在填筑完成 6個月后未見穩(wěn)定趨勢。這種類型的觀測斷面應引起觀測單位和建設單位的重視,應延長觀測期并加強后期觀測,以判斷其沉降變化趨勢,必要時采取工程處理措施以滿足鋪軌的要求。

4 結論

為掌握路基沉降發(fā)展趨勢,反饋控制路基工后沉降,《客運專線鐵路無砟軌道鋪設條件評估技術指南》提出了較為嚴格的沉降觀測期要求,較長的觀測期成為影響工程進度的攔路虎。因此,急需弄清路基沉降觀測期對評估結果的影響,進而探討其合理控制。

結合武廣鐵路客運專線路基沉降實測數(shù)據(jù),對路基沉降變形的穩(wěn)定時間進行系統(tǒng)的分類和研究。根據(jù)沉降變形的發(fā)展趨勢,其沉降 -時間曲線可分為 3種類型:

第Ⅰ類,路基填筑期間,沉降變形明顯增長,填筑完成后,沉降速率逐步減小,沉降變形在 6個月內已基本趨于穩(wěn)定。沉降過程表現(xiàn)為較平滑、規(guī)律的收斂曲線。對于該類觀測數(shù)據(jù),建議對嚴重影響整體施工進度的特殊工點,在沉降變形趨勢已基本穩(wěn)定的條件下,路基沉降觀測期可放寬至 4個月以上,容許其提前進行沉降評估,并在后續(xù)施工階段中繼續(xù)加強觀測。

第Ⅱ類,路基填筑完成,沉降逐步趨于穩(wěn)定的過程中,沉降變形出現(xiàn)突然增長,沉降速率明顯變大,爾后又逐步趨于穩(wěn)定。沉降過程表現(xiàn)為具有明顯拐點、呈臺階狀發(fā)展的收斂曲線。對于該類觀測數(shù)據(jù),需要在沉降突變后繼續(xù)觀測不少于 2～3個月,待沉降趨勢基本穩(wěn)定后,方能進行評估。

第Ⅲ類,路基填筑期間,沉降變形開始增長,填筑完成后,沉降變形繼續(xù)發(fā)展,沉降速率未明顯減小,在填筑完成 6個月后未見穩(wěn)定趨勢。該類的觀測斷面應引起觀測單位和建設單位的重視,應延長觀測期并加強后期觀測,以判斷其沉降變化趨勢,必要時采取工程處理措施以滿足鋪軌的要求。

[1] 鐵建設[2006]158號,客運專線鐵路無砟軌道鋪設條件評估技術指南[S].

[2] 吳明友.客運專線無砟軌道鐵路工程測量和鋪設條件評估關鍵技術[J].中國鐵路,2006,(10):28-32.

[3] 尤昌龍.無砟軌道工后沉降變形觀測、評估的集成理念[J].鐵道科學與工程學報,2007,102(3):25- 28.

[4] 李明領,周全能,陳善雄,等.試論鐵路客運專線沉降變形觀測評估工作模式[J].鐵道標準設計,2010(2):7-10.