夏 健

(鐵道第三勘察設計院集團有限公司，天津 300142)

1 路基凍脹產(chǎn)生的機理及危害

寒冷地區(qū)路基凍脹主要原因為路基本體或地下水在冬季受低溫影響，溫度較高的水通過土體的孔隙向溫度較低的土層方向轉(zhuǎn)移、聚集，在溫差聚水作用下，水分迅速聚集并逐漸形成聚冰層。路基表層水分不斷增加，結(jié)冰后土體膨脹增大，形成路基凍脹。

客運專線列車行車速度高，對線路平順性、旅客舒適度等要求高。路基本體不均勻凍脹后引起軌道幾何形態(tài)指標超限，影響旅客乘坐舒適度，極端情況下危及行車安全。

2 路基凍脹變形觀測實施的意義

寒冷地區(qū)客運專線路基防凍脹設計主要從控制路基基床填料細顆粒含量、地表水封水、地下水處理等三方面進行。為評估氣溫、路基填料含水量對路基凍脹的影響，了解路基本體內(nèi)水分的遷移、不同深度范圍土體凍脹的過程和凍脹量，從而為東北地區(qū)客運專線路基防凍脹設計提供詳實的基礎(chǔ)資料，迫切需要對路基凍脹變形的機理、過程進行全面、系統(tǒng)的觀測。

3 路基凍脹變形觀測實施方案研究

3．1 項目概況

盤錦至營口鐵路客運專線地處遼寧省西部，起自秦沈客專盤錦北站，止于哈大客專下夾河線路所，線路全長89．314 km，設計時速350 km，采用我國自主研發(fā)的Ⅲ型板式無砟軌道。沿線主要城市的主要氣象要素如表1所示。

表1 沿線主要城市的主要氣象要素表

3．2 凍脹變形觀測方案

3．2．1 自動觀測

自動觀測主要包括地溫觀測、含水量觀測、凍脹變形觀測。均采用自動觀測，該方法能夠全天候、實時、自動化監(jiān)測及報警，能夠遠程控制和數(shù)據(jù)處理。1)地溫監(jiān)測。無砟軌道底座板邊緣地溫元件自路基級配碎石頂面以下0．2 m垂直向下布設至兩倍最大凍結(jié)深度處;路基護肩下地溫元件自護肩底面以下0．2 m垂直向下布設至兩倍最大凍結(jié)深度處;路基坡腳處設一處地溫觀測點，與路基本體范圍內(nèi)測試數(shù)據(jù)相比較。2)含水量監(jiān)測。無砟軌道底座板邊緣含水量元件自路基級配碎石頂面以下0．2 m垂直向下布設。路基護肩下含水量元件自護肩底面以下0．2 m垂直向下布設。3)凍脹變形觀測。凍脹變形觀測分定點凍脹變形觀測和縱向連續(xù)凍脹變形觀測兩部分。a．定點凍脹變形監(jiān)測。無砟軌道底座板邊緣凍脹計自路基級配碎石頂面以下0．2 m布設。錨頭埋深:一般路堤地段2 m，低路堤地段混凝土板頂面深度。b．縱向連續(xù)凍脹變形監(jiān)測。在不同換填深度及路涵過渡段上布設連續(xù)位移元件，監(jiān)測路基面的凍脹變形。上述自動觀測方案中觀測元器件埋設方法見圖1。4)自動變形觀測元器件主要性能指標。經(jīng)過對國內(nèi)外儀器設備公司進行的大量調(diào)研工作，通過指標性能、技術(shù)參數(shù)以及技術(shù)服務等方面的調(diào)研分析對比，結(jié)合以往科研試驗采用的傳感器情況，本項目試驗傳感器主要技術(shù)指標如下:a．地溫傳感器:精度:0．01度;測量范圍:－40℃～+60℃。b．含水量傳感器:土壤容積含水量0%～100%;電導率(ECb)0～1 200;溫度－40℃～+60℃。c．凍脹計:量程100 mm，分辨率0．01 mm。5)自動變形觀測元器件埋設。為防止傳感器在施工過程中被破壞，無砟軌道底座邊緣下的元器件在鋪設表層封堵材料前，在相應位置鉆孔成φ100 mm的孔，將傳感器置于孔中，用與路基填筑相同的土回填并采用穿心錘夯實，做好導線的保護工作;在護肩相應位置設置鉆孔平臺，鉆孔成φ100 mm的孔，將傳感器置于孔中，回填夯實，并做好護肩與邊坡的恢復工作。6)自動變形觀測數(shù)據(jù)采集、傳輸。遠程自動監(jiān)測系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)處理三大子系統(tǒng)組成，如圖2所示。

圖1 一般路堤斷面元器件布置圖

圖2 遠程自動監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

3．2．2 人工觀測

1)觀測方案。人工觀測基準點利用線路上鋪設的CPⅢ點。無砟軌道地段每個觀測斷面布設4個凍脹觀測點，分別位于軌道底座板左右肩上。

2)觀測精度。沉降變形測量按變形測量三等規(guī)定執(zhí)行，主要變形測量等級及精度如表2，表3所示。

表2 變形測量等級及精度要求 mm

表3 測網(wǎng)主要技術(shù)要求 mm

3．3 凍脹變形觀測實施方案

1)自動觀測。所有元器件埋設后必須至少測試5次初始讀數(shù)，剔除異常讀數(shù)后作為初始讀數(shù)。各測試項目的觀測頻率如下:2012年6月～9月:1次/d;2012年10月～2013年5月:12次/d。特殊情況下加大觀測頻率。連續(xù)長期觀測時間不少于3年。

2)人工觀測。結(jié)合本項目沿線歷年氣象資料及每次觀測所需的時間，人工觀測時間計劃如下:第一次:2012年11月5日～2012年11月12日;第二次:2012年12月5日～2012年12月10日;第三次:2013年1月18日～2013年1月23日;第四次:2013年3月1日～2013年3月5日;第五次:2013年3月25日～2013年3月30日;第六次:2013年4月20日～2013年4月25日。

4 結(jié)語

本項目第一年路基凍脹變形自動觀測及人工觀測均已全部完成，積累了大量的第一手測量數(shù)據(jù)，目前正在進行數(shù)據(jù)分析及整理。為日后寒冷地區(qū)客運專線路基凍脹變形整治方案的確定提供了詳實的基礎(chǔ)依據(jù)，為客運專線安全、可靠運營奠定了堅實的基礎(chǔ)。

［1］TB 10621-2009/J 971-2009，高速鐵路設計規(guī)范(試行)［S］．

［2］TB 10035-2006/J 158-2006，鐵路特殊路基設計規(guī)范［S］．

［3］趙潤濤．客運專線路基工程的防凍脹處理措施［J］．鐵道勘察，2011(11):28-30．

［4］陳肖柏．土的凍結(jié)作用與地基［M］．北京:科學出版社，2006．

［5］鐵道第三勘察設計院集團有限公司．新建盤錦至營口鐵路客運專線可行性研究報告［R］．

［6］鐵道第三勘察設計院集團有限公司．新建盤錦至營口鐵路客運專線路基防凍脹補強Ⅰ類變更設計文件［R］．