閔 睿

按照我國(guó)所制定的《中長(zhǎng)期鐵路網(wǎng)規(guī)劃》,到 2020年我國(guó)的鐵路營(yíng)業(yè)總里程達(dá)到10萬(wàn) km并實(shí)現(xiàn)主要干線上的客貨分離,其中建設(shè)客運(yùn)專線為1.2萬(wàn) km以上,形成我國(guó)的鐵路快速客運(yùn)網(wǎng)[1]。

以客運(yùn)專線為代表的鐵路建設(shè)是適應(yīng)我國(guó)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展需要的重要手段。我國(guó)的客流具有量大、集中、行程長(zhǎng)等特點(diǎn),因此我國(guó)適宜發(fā)展客運(yùn)專線;客運(yùn)專線的建設(shè)為實(shí)現(xiàn)客貨分流提供了基本條件,為我國(guó)鐵路運(yùn)輸能力的提升開(kāi)辟了新途徑;客運(yùn)專線相對(duì)于公路、航空等交通方式具有容量大、低能耗、占地少、適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn),因此也是實(shí)現(xiàn)和落實(shí)科學(xué)發(fā)展觀、實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的體現(xiàn)[2]。

路基作為一種土工結(jié)構(gòu)物是軌道鋪設(shè)的基礎(chǔ)。為了保證列車安全、平穩(wěn)運(yùn)行,路基必須滿足強(qiáng)度高、剛度大、穩(wěn)定性好、耐久性好等基本要求?？瓦\(yùn)專線的建設(shè)對(duì)傳統(tǒng)鐵路路基的設(shè)計(jì)施工帶來(lái)了挑戰(zhàn),客運(yùn)專線的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求高,應(yīng)按照土工結(jié)構(gòu)物的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)和施工,與普通鐵路路基相比客運(yùn)專線路基具有如下特點(diǎn):

1)客運(yùn)專線路基的多層結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。對(duì)于高速鐵路線路結(jié)構(gòu)而言已經(jīng)突破了傳統(tǒng)的軌道、道床和土質(zhì)路基這種結(jié)構(gòu)形式而做成多層結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。

2)控制變形是路基設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。對(duì)于普通鐵路路基而言是以強(qiáng)度作為路基設(shè)計(jì)的主要控制條件的,而對(duì)于客運(yùn)專線路基而言,由散體材料組成的路徑是整個(gè)線路結(jié)構(gòu)中軌道變形的主要來(lái)源,客運(yùn)專線所需要的高速運(yùn)營(yíng)即對(duì)軌道變形提出了嚴(yán)格的要求,成為了客運(yùn)專線路基設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。

在客運(yùn)專線的路基設(shè)計(jì)施工中,同時(shí)應(yīng)注意如下兩點(diǎn):

1)路基設(shè)計(jì)的不確定性。在工程實(shí)踐中,路基設(shè)計(jì)和施工依賴于土的重度、強(qiáng)度、模量等參數(shù),而在土工試驗(yàn)測(cè)試中,由于土體材料的不均勻性、取樣與實(shí)際條件之間的差異而使得試驗(yàn)數(shù)據(jù)存在較大的變異性,從而直接影響了計(jì)算結(jié)果的可靠性,進(jìn)而影響了路基的實(shí)際工程性能。

2)路基長(zhǎng)期性能。客運(yùn)專線體現(xiàn)了我國(guó)鐵路建設(shè)的最新技術(shù)水平,采用了大量的新材料、新技術(shù)、新工藝。但同時(shí)也應(yīng)看到我國(guó)高速鐵路建設(shè)與運(yùn)營(yíng)管理的經(jīng)驗(yàn)較少,能否保證路基的長(zhǎng)期工程性能滿足要求必須要考慮如土質(zhì)路基在列車重復(fù)荷載的作用下所可能產(chǎn)生的累積沉降變形問(wèn)題等,因此應(yīng)重視客運(yùn)專線路基的長(zhǎng)期工程性能。

由上述分析可見(jiàn),在目前工程實(shí)踐中對(duì)客運(yùn)專線路基問(wèn)題尚未在理論、實(shí)際中得到足夠的研究分析,為保證其安全性、適用性,應(yīng)通過(guò)采用試驗(yàn)和監(jiān)測(cè)技術(shù)的方法來(lái)予以解決。

1 試驗(yàn)段和監(jiān)測(cè)技術(shù)要求

1.1 設(shè)置目的

對(duì)客運(yùn)專線路基工程通過(guò)相應(yīng)的技術(shù)措施、儀器設(shè)置進(jìn)行試驗(yàn)監(jiān)測(cè)的目的在于[3,4]:

1)檢驗(yàn)設(shè)計(jì)方案、施工措施是否可行,能否確保工程質(zhì)量。

2)通過(guò)試驗(yàn)確定具體工程措施、施工工藝、質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)等內(nèi)容。

3)通過(guò)監(jiān)測(cè)方案所收集的數(shù)據(jù),有利于施工階段的動(dòng)態(tài)調(diào)整,即實(shí)現(xiàn)信息化施工。

4)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可反映工程的變化發(fā)展,評(píng)價(jià)不同工程方案的效果,對(duì)工程病害予以預(yù)警。

5)為設(shè)計(jì)、施工、管理和科學(xué)研究提供資料。

1.2 設(shè)置原則

在設(shè)置過(guò)程中應(yīng)綜合考慮下述因素:

1)技術(shù)指標(biāo)要求:質(zhì)量直接關(guān)系到工程正常使用乃至生命安全,因此試驗(yàn)設(shè)置應(yīng)考慮以達(dá)到所要求的技術(shù)指標(biāo)為主。

2)經(jīng)濟(jì)指標(biāo):設(shè)置試驗(yàn)段的另一個(gè)重要目的是考核具體工程措施的經(jīng)濟(jì)指標(biāo),是否能夠在滿足質(zhì)量、工期要求的前提下節(jié)約投資。

3)可行性分析:工程實(shí)施需結(jié)合實(shí)際施工管理、機(jī)械、人員素質(zhì)、工程經(jīng)驗(yàn)來(lái)考慮,在試驗(yàn)段工程中新工藝、材料的實(shí)施應(yīng)綜合考慮上述因素而不能過(guò)于超越現(xiàn)有的施工技術(shù)水平。

2 試驗(yàn)和監(jiān)測(cè)內(nèi)容

試驗(yàn)和監(jiān)測(cè)主要圍繞路基變形、土中應(yīng)力變化等內(nèi)容而展開(kāi)。

2.1 變形監(jiān)測(cè)技術(shù)

路基變形表現(xiàn)為發(fā)生在路基內(nèi)外部的水平側(cè)移及豎向沉降[5]。

由于土體的固結(jié)及外部荷載的作用均需經(jīng)歷一段時(shí)間后才能達(dá)到穩(wěn)定,因此對(duì)邊坡的變形觀測(cè)具有長(zhǎng)期性的特點(diǎn)。

2.1.1 地表沉降觀測(cè)

地表沉降包括超設(shè)計(jì)沉降、不均勻沉降,具體表現(xiàn)為橫向、縱向開(kāi)裂等現(xiàn)象。

1)觀測(cè)點(diǎn)布置:在滿足觀測(cè)要求的前提下,充分考慮觀測(cè)長(zhǎng)期性所可能對(duì)施工、運(yùn)營(yíng)產(chǎn)生的不利影響及可能的損壞。

2)應(yīng)設(shè)置固定沉降觀測(cè)點(diǎn),采用水準(zhǔn)儀、全站儀等設(shè)備予以觀測(cè)。

3)工后沉降值大小和發(fā)展過(guò)程直接影響工程的正常使用,反映工程質(zhì)量,因此應(yīng)予以重點(diǎn)關(guān)注。

2.1.2 路基內(nèi)部及地基沉降觀測(cè)

地基在荷載作用下產(chǎn)生沉降;路基邊坡自身在自重及外界荷載作用下也產(chǎn)生相應(yīng)的壓縮沉降,在設(shè)計(jì)規(guī)范中缺乏相應(yīng)的內(nèi)容,而對(duì)于高填方工程該沉降不能忽略。

1)沉降板法。在沉降觀測(cè)的部位埋設(shè)沉降板并連接觀測(cè)管,通過(guò)測(cè)定觀測(cè)管頂部的高程變化即可求出相應(yīng)沉降值。

2)沉降水杯法。在路基內(nèi)相應(yīng)測(cè)試位置埋設(shè)儀器水杯并連接到路基外觀測(cè)水杯上,則內(nèi)外水杯的液面在大氣壓作用下應(yīng)處于同一水平高度,因此外部水杯的液面高度即反映了內(nèi)部沉降變化。

3)電磁式分層沉降儀。由探測(cè)和預(yù)埋兩部分組成,在探測(cè)器內(nèi)設(shè)置有電磁振蕩線圈,當(dāng)探測(cè)器沿埋設(shè)的沉降管接近路基體內(nèi)預(yù)埋的沉降鐵環(huán)時(shí),鐵環(huán)可吸收大量的電磁振蕩能量而產(chǎn)生信號(hào),由此信號(hào)即可標(biāo)定此時(shí)鐵環(huán)所處位置,反映相應(yīng)沉降變化情況。

4)剖面沉降儀?？梢杂^測(cè)某一斷面上的連續(xù)沉降變化,需在觀測(cè)斷面上埋設(shè)沉降觀測(cè)管(為內(nèi)部有導(dǎo)槽的專用導(dǎo)管),觀測(cè)時(shí)將沉降儀放入導(dǎo)管內(nèi),拉動(dòng)導(dǎo)線移動(dòng)至相應(yīng)位置,通過(guò)沉降儀外接的讀數(shù)記可顯示出相對(duì)管口位置的沉降值,再利用全站儀、水準(zhǔn)儀等設(shè)備測(cè)定管口的位置變化即可得到測(cè)試斷面的沉降變化。

2.1.3 路基邊坡水平側(cè)移觀測(cè)

路基邊坡由于易受外界降雨蒸發(fā)、荷載以及自身碾壓不密實(shí)、開(kāi)挖后應(yīng)力釋放等因素的影響而產(chǎn)生水平側(cè)移。因此應(yīng)采取措施對(duì)邊坡的水平側(cè)移予以觀測(cè)。

1)表層位移觀測(cè)法?？赏ㄟ^(guò)在邊坡及附近埋設(shè)邊樁、觀測(cè)點(diǎn),采用經(jīng)緯儀、全站儀等設(shè)備即可對(duì)其水平側(cè)移情況予以跟蹤觀測(cè)。

該方法簡(jiǎn)單實(shí)用、便于操作掌握、測(cè)點(diǎn)布置靈活,但無(wú)法反映內(nèi)部位移變化。

2)水平測(cè)斜儀法。預(yù)埋豎直的水平側(cè)移觀測(cè)導(dǎo)管,當(dāng)測(cè)斜儀探頭及其導(dǎo)輪沿導(dǎo)管的導(dǎo)槽緩緩移動(dòng),探頭內(nèi)的傳感器可以測(cè)出在某一處的傾角,輸出一個(gè)電壓信號(hào),由讀數(shù)計(jì)面板上顯示的數(shù)據(jù)即可換算為相應(yīng)的水平側(cè)移值。

該方法可反映路基體內(nèi)的側(cè)移大小。

2.2 路基體內(nèi)土中應(yīng)力測(cè)定

地基中的應(yīng)力分布仍為基于布辛納斯克解的應(yīng)用推廣,孔隙水壓力的產(chǎn)生消散基于太沙基有效應(yīng)力原理。上述土體中應(yīng)力計(jì)算方法基于彈性假定等理想化模式進(jìn)行,與實(shí)際情況之間存在較大的差異,因此應(yīng)通過(guò)采用監(jiān)測(cè)措施予以保證。

2.2.1 土壓力測(cè)定

土壓力測(cè)定包括:某深度處沿垂向的豎直土壓力和作用在擋土結(jié)構(gòu)上的水平土壓力。

土壓力測(cè)試一般采用振弦式土壓力盒予以測(cè)定,具有體積小、便于埋設(shè)、可自動(dòng)測(cè)試記錄數(shù)據(jù)的特點(diǎn),其工作原理為:當(dāng)土壓力作用在壓力盒承壓膜上時(shí),承壓膜發(fā)生微小的變動(dòng)而使土壓力盒的體積發(fā)生變化,帶動(dòng)內(nèi)部傳感器產(chǎn)生相應(yīng)的變化信號(hào),通過(guò)接收儀的轉(zhuǎn)換即可反映實(shí)際的土中應(yīng)力的變化。

2.2.2 孔隙水壓力測(cè)定

孔隙水壓力變化與土體強(qiáng)度、沉降發(fā)展直接相關(guān),同時(shí)也是判定地基處理效果的重要依據(jù),對(duì)控制路基填筑速率、確定預(yù)壓時(shí)間和采取地基處理措施具有明顯的意義。

孔隙水壓的測(cè)定采用在測(cè)試部位埋設(shè)孔隙水壓力傳感器的方法來(lái)實(shí)現(xiàn),埋設(shè)時(shí)注意在傳感器周圍用膨脹土泥丸予以封閉。

3 結(jié)語(yǔ)

在客運(yùn)專線路基工程中合理設(shè)置試驗(yàn)和監(jiān)測(cè)措施是確保工程質(zhì)量、正常使用的必要措施。本文對(duì)此進(jìn)行了歸納總結(jié),可供工程設(shè)計(jì)、施工人員參考使用。

[1] 李向國(guó).高速鐵路技術(shù)[M].北京:中國(guó)鐵道出版社,2009.

[2] 楊廣慶.路基工程[M].第 2版.北京:中國(guó)鐵道出版社, 2010.

[3] 中華人民共和國(guó)鐵道部.新建 200公里客貨共線鐵路設(shè)計(jì)暫行規(guī)定[S].

[4] 中華人民共和國(guó)鐵道部.高速鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范(試行)[S].

[5] 羅 競(jìng).路基工程現(xiàn)場(chǎng)施工技術(shù)[M].北京:人民交通出版社,2004.