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)已建成運營的設計標準最高、速度最快的高速鐵路，是成渝雙城經(jīng)濟圈城際鐵路網(wǎng)的主骨架，增強成渝地區(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)，嚴重影響了高鐵運營安全。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)測點的平均總變形速率為0.42?mm。B段上拱最大點出現(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較低，飽和吸水率指標相對較高，僅局部達弱膨脹巖判定標準，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，全風化帶（W4）厚0~4?m，巖體風化呈土狀及粉砂角礫狀，手捏易碎；強風化帶（W3）厚3~10?m，節(jié)理裂隙發(fā)育，質(zhì)較軟；以下為弱風化帶（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)，嚴重影響了高鐵的安全運營，建設單位多次組織設計、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，在低應力作用下即表現(xiàn)出顯著的流變性，在水、水汽和應力耦合作用下，蠕變變形的時效性特征尤其明顯。同時根據(jù)敬洪武關于川中紅層水理特性及對無砟軌道變形影響機制的分析，成渝高鐵和川南城際等鐵路項目深路塹開挖卸荷施工后基底水平應力顯著增大，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

上拱變形與基礎深度關系路基上拱的主要原因是基底紅層軟巖的長期蠕變變形，通過埋設觀測設備，觀測不同深度的巖層蠕變情況，判定上拱變形與基礎埋深的關系。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)展趨勢預測鑒于當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。預測病害路基上拱的上限值是制定整治措施的關鍵因素。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)展趨勢預測選取A段K152+790深挖路塹建立數(shù)值模型，預測最大上拱變形量129?mm，達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)展趨勢預測選取B段K153+670深挖路塹建立數(shù)值模型，預測最大上拱變形量57?mm，達到最大上拱變形時間約9年。綜上所述，A段預計上拱變形上限值為129?mm，后期將要上拱54?mm；B段預計上拱變形上限值為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，不可實施。（3）繩鋸切割措施。受施工場地限制，繩鋸切割措施實施難度較大、施工進度較慢，存在較大的工期風險。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)，不利于運營安全，不可實施。（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)、無運營風險，又可根據(jù)內(nèi)江北站路基上拱趨勢地段預測結(jié)果，預留一定的調(diào)整量以適應今后上拱變形的情況。但是，整治施工需要運營單位配合，停運內(nèi)江北站整治范圍的相關股道。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，對路基基礎部分進行整治。（2）上拱變形值小于4?mm且開挖深度小于10?m的路基地段，不整治路基基礎部分，降低基床表層標高后恢復無砟軌道，利用線路擬合和扣件調(diào)整措施進行降道調(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道運行），采用小跨度剛構(gòu)懸臂板結(jié)構(gòu)對上拱路基基礎進行整治，后重建無砟軌道恢復軌道標高，整治后對整治區(qū)間進行監(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，預留路基基礎上拱空間。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，該部分基礎上拱變形不影響懸臂板結(jié)構(gòu)。3）7?m以下的樁基礎，采用直徑1.3?m的挖孔樁，根據(jù)路基上拱變形的預測，按樁所在巖體所占總上拱量的比例計算，A段后期上拱量較大，預計為23?mm，該部分后期上拱，可通過無砟軌道板預留20?mm的上拱量來解決。4）懸臂板之間及懸臂板與防護結(jié)構(gòu)之間設置2?cm的斷縫，斷縫按沉降縫處理。5）重建無砟軌道床板，預留20?mm后期上拱量；鋪設長軌，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規(guī)定，病害整治施工完成后，需對整治區(qū)段進行監(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、整治區(qū)間、整治終點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)測點傳感器進行實時在線自動監(jiān)測，通過北斗衛(wèi)星系統(tǒng)傳輸運營期路基段變形數(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，地下水及應力發(fā)生改變，基底紅層軟巖在水、水汽和應力耦合作用下出現(xiàn)的長期蠕變變形是導致內(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