宋 剑,李明领,周全能,秦尚林,许锡昌

(1.武广铁路客运专线有限责任公司,武汉 430060;2.中铁第四勘察设计院集团有限公司工程承包公司,武汉 430063;3.中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点实验室,武汉 430071)

1 概述

要实现铁路客运专线快速、舒适和安全的运营,需要平顺且稳定的线路,这就要求严格控制线下结构的沉降变形。由于设计计算还无法有效地控制轨道的工后沉降和变形。因此,在铺设无砟轨道前,应对线下构筑物变形作系统的评估[1～3]。

为掌握路基沉降发展趋势,反馈控制路基工后沉降,《客运专线铁路无砟轨道铺设条件评估技术指南》提出了较为严格的沉降观测期要求,较长的观测期成为影响工程进度的拦路虎。因此,急需弄清路基沉降观测期对评估结果的影响,进而探讨其合理控制问题。

为解决此问题,结合武广铁路客运专线路基沉降实测数据,对路基沉降变形的稳定时间进行系统研究,进而探讨路基沉降观测期合理控制标准,以解决建设进度与高技术要求之间的矛盾。

2 路基沉降规律及其分类

结合大量铁路客运专线路基沉降实测数据,对路基沉降变形的稳定时间进行系统的分类和研究。根据沉降变形的发展趋势,其沉降 -时间曲线可分为 3种类型。

(1)第Ⅰ类曲线

主要特征为,路基填筑期间,沉降变形明显增长,填筑完成后,沉降速率逐步减小,沉降变形在 6个月内已基本趋于稳定。沉降过程表现为较平滑、规律的收敛曲线。其典型曲线见图1。

图1 第Ⅰ类典型曲线(DK1608+623路基P-T-S曲线)

(2)第Ⅱ类曲线

主要特征为,路基填筑完成,沉降逐步趋于稳定的过程中,却在中途出现突然增长,沉降速率明显变大,尔后又逐步趋于稳定。沉降过程表现为具有明显拐点、呈台阶状发展的收敛曲线。其典型曲线见图2。

图2 第Ⅱ类典型曲线(DK1803+475路基P-T-S曲线)

(3)第Ⅲ类曲线

主要特征为,路基填筑期间,沉降变形开始增长,填筑完成后,沉降变形继续发展,沉降速率未明显减小,在填筑完成 6个月后未见稳定趋势。其典型曲线见图3。

图3 第Ⅲ类典型曲线(DK1639+628路基P-T-S曲线)

3 观测期对评估结果的影响及其合理控制

以下针对 3种类型的沉降过程曲线,选择具有代表性的观测断面,分别以填筑完成后 3、4、5、6个月的观测数据进行分析预测,对比其稳定趋势和分析预测结果的可靠性、准确性,探讨路基沉降变形的稳定规律和合理观测期。

3.1 第Ⅰ类

客运专线路基沉降-时间曲线绝大多数为第Ⅰ类曲线,其中代表性观测断面的分析计算结果列于表1。

表1 第Ⅰ类曲线代表性断面预测分析成果

从图1可以看出,第Ⅰ类曲线主要表现在前期沉降发展较快,尔后沉降逐步趋缓,并在填筑完成 6个月后已基本趋于稳定。从表1的计算结果可以看出:

(1)路基主体填筑完成 3个月内:沉降变形趋势不稳定,处于继续发展阶段;

(2)路基主体填筑完成 3～4个月内:部分断面沉降变形逐步趋于稳定,但分析预测结果很难满足《评估技术指南》的要求,表明预测结果不可靠和不准确,隐含着较大的风险;

(3)路基主体填筑完成 4～6个月内:沉降速率明显减小,沉降趋势逐步趋于稳定,分析预测结果显示,评估核心指标一般能满足《评估技术指南》的要求,但部分断面控制性指标与《评估技术指南》的要求相差较大,表明预测分析成果不一定可靠,存在一定的风险。

(4)路基主体填筑完成 6个月以上:沉降变形趋势已基本稳定,分析预测的结果较好,一般均能满足《评估技术指南》的各项要求。

鉴于以上研究成果,建议对严重影响整体施工进度的特殊工点,在沉降变形趋势已基本稳定的条件下,路基沉降观测期可放宽至 4个月以上,容许其提前进行沉降评估,并在后续施工阶段中继续加强观测。

3.2 第Ⅱ类

第Ⅱ类曲线所占比重较小,但比较典型,相应的分析计算结果列于表2。

表2 第Ⅱ类曲线代表性断面预测分析成果

从图2可以看出,路基填筑完成后,沉降很快趋于稳定,但在主体填筑完成 4～5个月期间,沉降变形出现突然增长,沉降速率明显变大,尔后又逐步趋于稳定。沉降过程表现为具有明显拐点、呈台阶状发展的收敛曲线。从表2的分析结果可以看出:

(1)沉降变形突变以前,沉降趋势表现为逐步趋于稳定,且能够进行预测分析,分析成果基本能满足《评估技术指南》的要求,但该分析预测结果是不真实的;

(2)沉降变形发生突变后 1～2个月内(即主体填筑完成 4～5个月期间),沉降变形处于发展阶段,变形趋势明显不稳定,分析预测结果一般不能满足《评估技术指南》的要求;

(3)沉降变形发生突变 2～3个月以后:沉降速率明显减小,沉降趋势又逐步趋于稳定,以拐点以后的观测数据进行预测分析,评估技术指标一般能满足《评估技术指南》的要求。

第Ⅱ类沉降曲线的分析结果反映,部分断面在主体填筑完成 4～5个月内存在沉降突变的现象,若采用较短的观测期(＜4个月)数据,其分析预测结果是不真实的;为了准确的进行分析预测,需要对沉降突变后继续观测 2～3个月,待沉降趋势基本稳定后,才能进行有效的评估。

3.3 第Ⅲ类

第Ⅲ类沉降曲线虽较少,但属于需要引起重视的一种类型,其中代表性观测断面的分析计算结果列于表3。

表3 第Ⅲ类曲线代表性断面预测分析成果

从图3可以看出,路基填筑期间,沉降变形开始增长,填筑完成后,沉降变形继续发展,沉降速率未明显减小,在填筑完成 6个月后未见稳定趋势。这种类型的观测断面应引起观测单位和建设单位的重视,应延长观测期并加强后期观测,以判断其沉降变化趋势,必要时采取工程处理措施以满足铺轨的要求。

4 结论

为掌握路基沉降发展趋势,反馈控制路基工后沉降,《客运专线铁路无砟轨道铺设条件评估技术指南》提出了较为严格的沉降观测期要求,较长的观测期成为影响工程进度的拦路虎。因此,急需弄清路基沉降观测期对评估结果的影响,进而探讨其合理控制。

结合武广铁路客运专线路基沉降实测数据,对路基沉降变形的稳定时间进行系统的分类和研究。根据沉降变形的发展趋势,其沉降 -时间曲线可分为 3种类型:

第Ⅰ类,路基填筑期间,沉降变形明显增长,填筑完成后,沉降速率逐步减小,沉降变形在 6个月内已基本趋于稳定。沉降过程表现为较平滑、规律的收敛曲线。对于该类观测数据,建议对严重影响整体施工进度的特殊工点,在沉降变形趋势已基本稳定的条件下,路基沉降观测期可放宽至 4个月以上,容许其提前进行沉降评估,并在后续施工阶段中继续加强观测。

第Ⅱ类,路基填筑完成,沉降逐步趋于稳定的过程中,沉降变形出现突然增长,沉降速率明显变大,尔后又逐步趋于稳定。沉降过程表现为具有明显拐点、呈台阶状发展的收敛曲线。对于该类观测数据,需要在沉降突变后继续观测不少于 2～3个月,待沉降趋势基本稳定后,方能进行评估。

第Ⅲ类,路基填筑期间,沉降变形开始增长,填筑完成后,沉降变形继续发展,沉降速率未明显减小,在填筑完成 6个月后未见稳定趋势。该类的观测断面应引起观测单位和建设单位的重视,应延长观测期并加强后期观测,以判断其沉降变化趋势,必要时采取工程处理措施以满足铺轨的要求。

[1] 铁建设[2006]158号,客运专线铁路无砟轨道铺设条件评估技术指南[S].

[2] 吴明友.客运专线无砟轨道铁路工程测量和铺设条件评估关键技术[J].中国铁路,2006,(10):28-32.

[3] 尤昌龙.无砟轨道工后沉降变形观测、评估的集成理念[J].铁道科学与工程学报,2007,102(3):25- 28.

[4] 李明领,周全能,陈善雄,等.试论铁路客运专线沉降变形观测评估工作模式[J].铁道标准设计,2010(2):7-10.