成渝高鐵內(nèi)江北站路基上拱病害及整治措施

為了滿足對路基平順性和穩(wěn)定性的要求，高速鐵路通常采用無砟軌道結(jié)構(gòu)形式。成渝高鐵是目前我國西南地區(qū)已建成運(yùn)營的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)最高、速度最快的高速鐵路，是成渝雙城經(jīng)濟(jì)圈城際鐵路網(wǎng)的主骨架，增強(qiáng)成渝地區(qū)與華中、華東地區(qū)的交流。內(nèi)江北站路基上拱破壞了成渝高鐵的無砟軌道結(jié)構(gòu)，嚴(yán)重影響了高鐵運(yùn)營安全。1、工程概況1.1

上拱病害的發(fā)展2015年至2019年底，成渝高鐵內(nèi)江北站東西兩端路基因地質(zhì)原因發(fā)生連續(xù)上拱，根據(jù)成渝高鐵運(yùn)營維管單位的檢測結(jié)果：內(nèi)江北站K152+600~K152+956（以下簡稱A段），累計(jì)最大上拱變形值為75?mm（K152+790處）；內(nèi)江北站K153+580~K153+872（以下簡稱B段），累計(jì)最大上拱變形值為40?mm（K153+670處）。根據(jù)自動監(jiān)測結(jié)果，目前內(nèi)江北站病害路基上拱變形尚未穩(wěn)定，但上拱速率總體呈下降趨勢，上拱速率較監(jiān)測期期初下降約50?%。其中，A段上拱最大點(diǎn)在K152+790，上拱速率由2016年每月1.23?mm下降至2019年每月0.63?mm，近兩年監(jiān)測點(diǎn)的平均總變形速率為0.42?mm。B段上拱最大點(diǎn)出現(xiàn)在K153+670.268，上拱速率2016年每月1.01?mm降至2019年每月0.63mm。K153+690.268，I道測上拱速率由2016年的0.70?mm降至2019年的0.36?mm，呈下降趨勢。1.2

病害路基段地質(zhì)情況內(nèi)江北站位于丘陵地貌區(qū)，地表相對高差45~70?m，自然陡坎較多，雖經(jīng)日曬雨淋，山坡穩(wěn)定性一般較好，膨脹巖野外地貌特征不明顯，泥巖自由膨脹率和膨脹力指標(biāo)較低，飽和吸水率指標(biāo)相對較高，僅局部達(dá)弱膨脹巖判定標(biāo)準(zhǔn)，具有一定的膨脹性，不屬于典型的膨脹巖?；鶐r為侏羅系（J）泥巖夾砂巖，俗稱“川中紅層”，屬軟巖～極軟巖，全風(fēng)化帶（W4）厚0~4?m，巖體風(fēng)化呈土狀及粉砂角礫狀，手捏易碎；強(qiáng)風(fēng)化帶（W3）厚3~10?m，節(jié)理裂隙發(fā)育，質(zhì)較軟；以下為弱風(fēng)化帶（W2），質(zhì)稍硬。內(nèi)江北站屬于深路塹地段，其中A段路塹中心最大挖深47.8?m，B段路塹中心最大挖深40.0?m。代表性斷面如圖1、圖2所示。圖1A段深挖方地段橫斷圖2B段深挖方地段橫斷2、原因分析2.1

上拱原因鑒于內(nèi)江北站路基上拱破壞了成渝高鐵的無砟軌道結(jié)構(gòu)，嚴(yán)重影響了高鐵的安全運(yùn)營，建設(shè)單位多次組織設(shè)計(jì)、監(jiān)測等單位會同路局維管部門，對上拱地段的病害路基進(jìn)行勘察、監(jiān)測，研究基底紅層泥巖的特性。引起上拱的主要原因是紅層泥巖的膨脹性，它具有時效性特征，在低應(yīng)力作用下即表現(xiàn)出顯著的流變性，在水、水汽和應(yīng)力耦合作用下，蠕變變形的時效性特征尤其明顯。同時根據(jù)敬洪武關(guān)于川中紅層水理特性及對無砟軌道變形影響機(jī)制的分析，成渝高鐵和川南城際等鐵路項(xiàng)目深路塹開挖卸荷施工后基底水平應(yīng)力顯著增大，地下水環(huán)境隨之改變，基底紅層軟巖出現(xiàn)長期蠕變導(dǎo)致路基上拱變形的情況。其次，是2?m以內(nèi)的路基表層回填層膨脹引起的上拱，該部分上拱變形量較小。2.2

上拱變形與基礎(chǔ)深度關(guān)系路基上拱的主要原因是基底紅層軟巖的長期蠕變變形，通過埋設(shè)觀測設(shè)備，觀測不同深度的巖層蠕變情況，判定上拱變形與基礎(chǔ)埋深的關(guān)系。A段選擇最大上拱變形值（75?mm）所在位置附近DK152+790為觀測斷面，B段選擇最大上拱變形值（40?mm）所在位置附近DK153+670為觀測斷面。通過監(jiān)測數(shù)據(jù)和數(shù)值模擬分析結(jié)果，A段變形巖層位于0~20?m范圍內(nèi)，其中0~10?m約占總變形量的71?%，10~15?m約占總變形量的19?%，15~20?m約占總變形量的10?%。通過監(jiān)測數(shù)據(jù)和數(shù)值模擬分析結(jié)果，B段變形巖層位于0~15?m范圍內(nèi)，其中0~10?m約占總變形量的90?%，10~15?m約占總變形量的10?%。3、上拱變形發(fā)展趨勢預(yù)測鑒于當(dāng)前影響上拱病害段地基的外部因素已全部消除，病害路基上拱尚未結(jié)束但將趨于穩(wěn)定。預(yù)測病害路基上拱的上限值是制定整治措施的關(guān)鍵因素。根據(jù)內(nèi)江北站地質(zhì)勘察資料，結(jié)合各區(qū)段地層結(jié)構(gòu)建立數(shù)值模型，開展流變作用下的地基長期變形分析，判斷上拱趨勢。3.1

A段變形發(fā)展趨勢預(yù)測選取A段K152+790深挖路塹建立數(shù)值模型，預(yù)測最大上拱變形量129?mm，達(dá)到最大上拱變形時間約6年，持續(xù)變形時間約14年。3.2

B段變形發(fā)展趨勢預(yù)測選取B段K153+670深挖路塹建立數(shù)值模型，預(yù)測最大上拱變形量57?mm，達(dá)到最大上拱變形時間約9年。綜上所述，A段預(yù)計(jì)上拱變形上限值為129?mm，后期將要上拱54?mm；B段預(yù)計(jì)上拱變形上限值為57?mm，后期將要上拱17?mm。4、常用的降道整治措施根據(jù)其他高鐵線路各種上拱病害整治的措施和辦法，結(jié)合成渝高鐵內(nèi)江北站路基上拱原因，可以初步考慮以下4種方案：（1）線路擬合與扣件調(diào)整措施。內(nèi)江北站路基上拱變形絕對值很大，且處于繼續(xù)發(fā)展階段，同時扣件調(diào)整措施調(diào)整余量有限。當(dāng)前鐵路維管單位已經(jīng)用完了扣件調(diào)整余量，所以通過線路擬合與扣件調(diào)整結(jié)合的方式無法根治內(nèi)江北站路基上拱問題。（2）軌枕打磨措施。軌枕打磨將破壞既有軌道結(jié)構(gòu)，存在較大安全隱患，且調(diào)整量絕對數(shù)量有限，無法解決后期路基繼續(xù)上拱變形問題，不可實(shí)施。（3）繩鋸切割措施。受施工場地限制，繩鋸切割措施實(shí)施難度較大、施工進(jìn)度較慢，存在較大的工期風(fēng)險。尤其是在B段道岔區(qū)，卡鋸現(xiàn)象不能避免，工期得不到保證。同時繩鋸切割將破壞既有軌道結(jié)構(gòu)，不利于運(yùn)營安全，不可實(shí)施。（4）拆除重建措施。拆除重建措施既可徹底解決內(nèi)江北站路基已經(jīng)上拱的問題，不傷損軌道結(jié)構(gòu)、無運(yùn)營風(fēng)險，又可根據(jù)內(nèi)江北站路基上拱趨勢地段預(yù)測結(jié)果，預(yù)留一定的調(diào)整量以適應(yīng)今后上拱變形的情況。但是，整治施工需要運(yùn)營單位配合，停運(yùn)內(nèi)江北站整治范圍的相關(guān)股道。5、上拱病害整治5.1

整治原則（1）上拱變形值大于4?mm且開挖深度大于10?m的路基地段，對路基基礎(chǔ)部分進(jìn)行整治。（2）上拱變形值小于4?mm且開挖深度小于10?m的路基地段，不整治路基基礎(chǔ)部分，降低基床表層標(biāo)高后恢復(fù)無砟軌道，利用線路擬合和扣件調(diào)整措施進(jìn)行降道調(diào)整。5.2

整治措施內(nèi)江北站AB兩段上拱路基，采取上行線便線過渡（內(nèi)江北站利用7/8道運(yùn)行），采用小跨度剛構(gòu)懸臂板結(jié)構(gòu)對上拱路基基礎(chǔ)進(jìn)行整治，后重建無砟軌道恢復(fù)軌道標(biāo)高，整治后對整治區(qū)間進(jìn)行監(jiān)測，為整治效果評估提供依據(jù)。（1）新建便線，開通7/8道，中斷內(nèi)江北站站內(nèi)病害區(qū)域正線（1、2道）及到發(fā)線（3、4道）線路，封閉AB段。（2）拆除既有無砟軌道和路基基床表層（A，B組填料和級配碎石摻水泥）。（3）施作小跨度剛構(gòu)懸臂板結(jié)構(gòu)，如圖3所示。圖3內(nèi)江北站懸臂板結(jié)構(gòu)典型斷面示意1）懸臂板板底至基床脫空15?cm，預(yù)留路基基礎(chǔ)上拱空間。2）剛構(gòu)懸臂板結(jié)構(gòu)板底以下7?m范圍墩柱采用挖孔樁開挖，柱高7?m，柱身直徑1.0?m，柱周填塞0.15?m厚瀝青，該部分基礎(chǔ)上拱變形不影響懸臂板結(jié)構(gòu)。3）7?m以下的樁基礎(chǔ)，采用直徑1.3?m的挖孔樁，根據(jù)路基上拱變形的預(yù)測，按樁所在巖體所占總上拱量的比例計(jì)算，A段后期上拱量較大，預(yù)計(jì)為23?mm，該部分后期上拱，可通過無砟軌道板預(yù)留20?mm的上拱量來解決。4）懸臂板之間及懸臂板與防護(hù)結(jié)構(gòu)之間設(shè)置2?cm的斷縫，斷縫按沉降縫處理。5）重建無砟軌道床板，預(yù)留20?mm后期上拱量；鋪設(shè)長軌，通過WJ—8扣件調(diào)整。6）重建區(qū)域軌道與兩端既有軌道的銜接，通過線路擬合和增減扣件調(diào)高墊板進(jìn)行順坡調(diào)整，確保高鐵軌道的平順性和穩(wěn)定性。6、整治后的效果監(jiān)測根據(jù)高速鐵路特殊病害整治施工的有關(guān)規(guī)定，病害整治施工完成后，需對整治區(qū)段進(jìn)行監(jiān)測，6個月監(jiān)測期滿后形成整治效果評估報告。具體檢測方案如下：6.1

軌道監(jiān)測對內(nèi)江北站上拱病害整治區(qū)段及前后500?m范圍軌道每月進(jìn)行2次人工精測。6.2

路基監(jiān)測對內(nèi)江北站上拱病害整治區(qū)段在整治起點(diǎn)、整治區(qū)間、整治終點(diǎn)以及兩端延伸部分的路基面、底座板、軌道板上布置沉降監(jiān)測點(diǎn)傳感器進(jìn)行實(shí)時在線自動監(jiān)測，通過北斗衛(wèi)星系統(tǒng)傳輸運(yùn)營期路基段變形數(shù)據(jù)。7

結(jié)束語成渝客專和川南城際鐵路深路塹卸載施工，地下水及應(yīng)力發(fā)生改變，基底紅層軟巖在水、水汽和應(yīng)力耦合作用下出現(xiàn)的長期蠕變變形是導(dǎo)致內(nèi)江北站路基上拱變形主要原因。根據(jù)紅層軟巖的特性，采用小跨度鋼構(gòu)懸臂板結(jié)構(gòu)措施對上拱路基基