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摘要:本文针对某高速铁路无砟路基上拱变形问题,分析可能引起上拱的各种因素,确定了引起上拱的主要因素,并提出相应的整治措施。分析结果表明: 该路基主要是由冻胀变形、膨胀变形、特深路堑施工开挖地形改变地表水汇集下渗3种因素综合造成的。
关键词:高速铁路;无砟轨道;硬质岩路基;上拱变形
1 概述
为了满足铁路运行的平顺性和稳定性要求,高速铁路通常采用无砟轨道结构形式[1]。无砟轨道相比有砟轨道施工精度更高,施工要求更严格,以保证轨道线路的高程变化范围相对较小,能够有效满足轨道的平顺性和稳定性要求[2-3],因此对于无砟轨道的施工精度和后期监测要求更高。本文针对某高速铁路硬质岩深路堑出现上拱的问题,分析各种可能引起上拱的因素,确定主要的影响因素,为制定科学合理的整治方案提供可靠的依据,同时也积累宝贵的病害处理经验。
2 工程概况
2.1地质概况
该工点位于某省境内,起止里程:DK71+034—DK71+400,路基全长366m,为深路堑。地形左边低右边高,中心最大挖深29.56m,右侧边坡最大挖深41.07m。低山丘陵区,整体地形东北高,西南低,相对高差约38米,路堑两侧冲沟发育。地层岩性主要为第四系全新统冲洪积层粉土、砾砂、细圆砾土,下伏太古界地层,地层岩性主要为:全-弱风化麻粒岩。地表水主要为坡面暂时性流水,流量受季节影响明显,地下水主要为基岩裂隙水,地下水位随地形变化较大,沟谷中埋深较浅,丘坡高处埋深较大,勘测期间地下水位埋深为0.5~22.4m。
2.2设计情况
2.2.1全段路基为无砟轨道,支承层范围为8m宽水平面,支承边缘至路肩设4%排水坡,并于该范围基床表层顶部铺设厚0.1m厚的C25复合纤维混凝土防渗层。
2.2.2路堤基床表层填筑级配碎石,厚0.4m;基床底层填筑2.3~2.44m厚非冻胀性A、B组填料,DK71+301.33~DK71+358.44基床以下填筑渗水土,其余基床底层以下填筑A、B组填料和C组碎石类、砾石类填料。
2.2.3 DK71+080.00~+100.00、DK71+260.00~+290.00段路堑基床表层填筑0.4m厚级配碎石,基床以下换填1.18~2.48m非冻胀性A、B组填料。DK71+100.00~DK71+260.00段硬质岩基床表层不换填,硬质岩开挖基底暴露的空洞、较大的裂隙应采用C25混凝土回填、封闭。
2.2.4 DK71+090起每隔50m线间设置1个圆形集水井,共7个,其内径30cm,外径60cm,壁厚15cm,采用C35钢筋混凝土分段预制,现场拼装,自下而上,第一节高45cm,第二节高25cm,最后一节高度28cm。横向通过直径150mm镀锌钢管将集水井中水引出至坡面排水槽或路堑侧沟中,排水坡4%。线间封闭层采用C25复合纤维混凝土,厚度不小于0.1m。
2.2.5 路堑段基床换填底部铺设渗排水网管,反坡排水段排水坡度不缓于2‰。
2.2.6沉降监测断面具体布置里程如下:G型:DK71+080、DK71+130、DK71+200、DK71+290、DK71+330、DK71+360、DK71+380、DK71+395;B型:DK71+308、DK71+312、DK71+316。
3上拱变形情况
3.1 发现上拱变形
路基施工完毕后,对该段路基进行精调时,发现轨面高程较设计高程上拱,超出扣件调节范围。而后对该段路基开展CPⅢ网测,准确确定上拱的变形量,根据具体情况,准确的分析原因,制定合理科学的整治方案。
3.2 准确确定上拱变形
CPⅢ网测工作工进行了7次,检测时间为2017年9月、2018年4、5、6、7、8、9月。分别测量了该段路基左线左轨、右线左轨轨面高程。测量结果如下:
图2 右线左轨轨面高程状态
从监测结果可以看出:
(1) 2018年4、5、6、7、8、9月六次测量左线左轨高程偏差值大于10mm的段落为DK71+115~DK71+145,高程偏差最大值基本都在17mm左右;DK71+105、DK71+180两处在5月测量高程偏差值大于10mm,最大值为11.2mm。
(2) 2018年4、5、6、7、8、9月六次测量右线左轨高程偏差值大于10mm的段落为DK71+115 ~ DK71+145,高程偏差最大值也为16mm左右;DK71+107、DK71+177两处六次测量高程偏差值也大于10mm,其高程偏差最大值分别为11.2mm和11.1mm。
4原因分析
4.1分析可能造成上拱的因素要因确认表
最终确定了如下三个要因:
(1)冻胀变形;
(2)膨胀变形;
(3)地表及地下水汇集下渗。
4.2根据主要原因制定对策
4.2.1冻胀变形
利用钻探勘察探明基床本体填料及基岩细颗粒及矿物成分,并结合原有地质资料,对重点地段钻探取样、实验并结合土工、水文试验确定相关参数。
4.2.2膨胀变形
针对重点段落布置科学布置钻孔,钻探取样,取得实验数据,并结合该段路基基岩特点与实验结果综合判定膨胀性。
4.2.3地表及地下水汇集下渗
根据实际情况,探明地下水动态变化。地质调绘及钻探勘察综合确定地下水及地表水变化。
5 结论及建议
通过针对不同因素制定的监测及钻探实验结果造成该段无砟轨道上拱因素结论如下:
(1)由于原始地形为中间山脊两侧冲沟,地表坡度大,降水下渗不易富集,本工点勘探期间深挖方地段钻孔未揭示到地下水,挡墙及桩板墙施工开挖也未见地下水。经施工开挖后,地形改变,路堑段呈凹槽状有利于降水汇集下渗,加之开挖完毕后暴漏时间过长,未及时封闭,在开挖爆破松动及风化不均和裂隙带富集。随着地下水的上升,目前观测的本段拱起最大位置地下水位一般埋深1.60m左右,暴雨过后地下水位埋深1.4m左右,当地最大冻结深度1.97m,导致找平层以下的岩屑、岩粉及风化不均的全、强风化岩都在地下水及其毛细作用和冻胀的影响范围内。
(2)试验测的全风化麻粒岩细颗粒(≤0.075mm)含量最大值为46.1%,最小值为24.3%,平均值为35.4%,含水量平均值为7.5%。在混凝土找平层下普遍存在一定厚度的岩粉、岩块、岩屑、杂砂,密实,容易吸水,细颗粒(≤0.075mm)含量最大值为27.1%,最小值为9.8%,平均值为19.4%,含水量平均值为5.2%,厚度0.1~1.3m,各孔土工试验物理指标详见下表。上述两层细颗粒含量均超过非冻胀A、B组填料细颗粒(≤0.075mm)含量填筑碾压前<5%、填筑碾压后<7%的要求。即受构造影响麻粒岩风化不均以及较厚的岩屑、岩粉填土层,基底冻结深度影响范围细颗粒含量超过非冻胀填料要求,冬季可能发生冻胀变形。
但从2018年5月、6月观测结果看,冻融循环后该段回落值较小,只有1~3mm,所以冻胀变形不是主要原因;
(3)受构造影响,绢云母化、黝帘石化、高岭土化等各种蚀变矿物复杂多样,导致部分样品少量黏土矿物具有极弱膨胀性。
试验测得全风化麻粒岩自由膨胀率Fs:17~40%,蒙脱石含量M:3.01~15.3%,阳离子交换量CEC(NH+):41.64~198.21mmol/kg;岩屑、岩粉自由膨胀率Fs:12~26%,蒙脱石含量M:3.05~4.56%,阳离子交换量CEC(NH+):52.06~52.08mmol/kg。本次所有钻孔仅一个孔在1.3m的全风化麻粒岩判定为弱膨胀土,对于有砟轨道影响不大,但是对于无砟轨道有一一定影响。
目前现行的铁路规范中对于膨胀土的分类,对于无砟轨道可能有局限性,现行规范把对于无砟轨道具有潜在危害的“极弱膨胀性土”划分为无膨胀土可能有不足之处对无砟轨道膨胀性岩土分级研究尚不成熟,膨胀潜势的判定尚待完善,该段路基2017年6月铺轨,2017年9月测量也有部分上拱,冻融季节过了以后仍有上拱变形,尽管该地层达不到相关研究成果表中极弱膨胀性分类,但经综合分析,未清干净的岩屑、岩粉及风化不均的麻粒岩含有一定的膨胀性矿物,考虑到蒙脱石含量较高及地下水水位的升降,综合作用下产生微膨胀变形而引起路基上拱。
参考文献
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[2]刘凤宣,关宝树. 浅埋、偏压、软岩隧道开挖与锚杆加固的试验研究[J]. 岩石力学与工程学报,1991(2):126-137.
[3]郭军,王明年,谭忠盛,罗禄森. 大跨浅埋黄土隧道中系统锚杆受力机制研究[J]. 岩土力学,2010(3):870-874.
论文作者:谭康
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2019年6期
论文发表时间:2019/7/12
标签:高程论文; 路基论文; 轨道论文; 地下水论文; 岩屑论文; 值为论文; 偏差论文; 《建筑学研究前沿》2019年6期论文;