高铁路基无砟轨道沉降及偏移综合整治技术_刘立业.pdf

DOI:10.13379/j.issn.1003-8825.202303018开放科学（资源服务）标识码（OSID）高铁路基无砟轨道沉降及偏移综合整治技术刘立业（中铁第四勘察设计院集团有限公司，武汉430000）摘要：以某高速铁路路基无砟轨道沉降及偏移引发的轨面高程超限问题为例，对病害产生的原因进行分析，确定此处路基沉降不是由基底地基引起，而是由路基本体沉降引起的；从病害类型、发生区段、沉降量大小等角度出发，总结出综合整治技术；采用“路基注浆加固+机械切割纠偏+注胶抬升”的整治手段，解决该段路基无砟轨道沉降及偏移问题。关键词：高速铁路；路基；无砟轨道；沉降；偏移中图分类号：U216.41+7文献标志码：A文章编号：1003 8825(2023)03 0025 04 0 引言随着运营时间的增加，在温度、雨水、不良地质条件以及列车动荷载的长期作用下，高铁路基结构逐渐出现多种类型病害。其中，路基沉降病害里程约占路基病害总里程的 20%。并且出现沉降的区段往往伴随无砟轨道偏移与其他病害，随着损伤的逐渐累积，已影响到列车正常运营安全1。路基沉降经常出现在基床、路基本体和地基中。路基沉降常采用的整治技术为路基加固技术和轨道整体抬升修复技术；无砟道路基段出现偏移，且偏移量超出扣件的可调整范围时，可通过切割解离后利用千斤顶进行顶推纠偏。许多学者做了相关整治技术研究，王鑫等2通过抬升轨道板并增加填充层厚度，实现了对CRTS型板式无砟轨道路基沉降的快速维修；夏晨翕等3对高铁路基沉降评估指标进行归纳总结，定性和定量分析了组合预测模型筛选策略；张乾等4分析沉降区无砟轨道的损伤演化过程，得出当沉降波长超过 20 m 时，钢轨与路基几乎同步变形；辜永超5针对高速铁路路基不均匀沉降病害，总结路基沉降机理、常用整治措施及相关控制标准。张二海、付余等6-7针对 CRTS与 CRTS型板式无砟轨道结构抬升纠偏工艺，提出设备的设计思路及方案；宋国亮8研发特制 CRTS型轨道板和快硬自充填混凝土，替代原 CRTS型板式无砟轨道结构的纠偏整治方案。本文依托某工程实例，对比原设计与施工情况，结合现场测量成果分析，找到该段路基无砟轨道沉降的原因，提出对应的综合治理方案，为相关病害整治技术提供参考。1 工程概况 1.1 原设计情况该段路基位于无砟轨道曲线地段，全长524.775 m，处于剥蚀丘陵及丘间谷地区，地面高2050 m，相对最大高差约 30 m，地势稍有起伏。地表水及地下水均不发育，且无二氧化碳侵蚀，无盐类结晶破坏作用，无氯盐侵蚀性。典型的路基双块式无砟轨道曲线地段横断面，见图 1。图1路基双块式无砟轨道曲线地段横断面 路基形状为梯形，路堤基床表层设计 0.4 m 厚型级配碎石，基床底层设计 2.3 m 厚 A、B 组填料，路堤本体采用 A、B、C1、C2 组填料，最大填筑高度为 6.7 m。轨道结构组成为 60 kg/m 钢轨、SK-2 型双块式轨枕、WJ-8B 型扣件、连续道床板和混凝土底座，轨道结构高 815 mm。1.2 病害情况工务段对 K119+040+164 线路精调作业时发现数据存在异常，开展现场调查及线路复测工作，收稿日期：2023 03 31基金项目：中铁第四勘察设计院集团有限公司科研课题：运营高速铁路无砟轨道路基上拱及偏移整治综合技术研究（2021K078）作者简介：刘立业（1995），男，天津人。助理工程师，硕士，主要从事高铁无砟轨道病害整治技术研究工作。E-mail：。刘立业：高铁路基无砟轨道沉降及偏移综合整治技术 25 发现该段无砟轨道及钢轨存在明显下沉。左线沉降大于 3 mm 的为 K119+049+160 段，长度 111 m；有 45 m 沉降值大于 10 mm，最大沉降 48 mm（K119+136）。右 线 沉 降 大 于 3 mm 的 为K119+040+162 段，长度 122 m，有 39 m 沉降值大于 10 mm，最大沉降 36.6 mm（K119+134）。该段沉降与偏移量，见图 2。505101520253035404550K119+041+051+061+071+080+090+100+110+119+129+139+149沉降与偏移量/mm线路里程上行轨道偏移量下行轨道偏移量下行轨道沉降量上行轨道沉降量图2K119+041149 段轨道沉降与偏移量 1.3 原因分析通过现场踏勘并结合原设计与施工情况发现，该段路基沉降不是由基底地基沉降引起，而是由路基本体沉降引起。主要原因一是基床表层采用型级配碎石填筑，细粒颗粒偏少，渗透性较好；级配碎石填筑完成至封闭层完成间隔长达 8 个月，此期间雨水较丰富，线间积水下渗至路基中。二是横向排水管堵塞且接头处存在错台损坏，集水井中绝大部分雨水通过横向排水管流入路基，造成路基受雨水浸泡及水流冲刷影响。两种不利因素叠加，路基受水流影响造成细颗粒流失，最终导致无砟轨道形成局部沉降。2 综合整治技术根据病害类别、发生区段，沉降量大小及是否发生偏移等情况，制定综合整治方案，见表 1。表1综合整治方案发生区段 沉降量x/mm 偏移情况整治措施路基10 x30未偏移机械/注胶抬升+灌浆30未偏移注浆加固+机械/注胶抬升+灌浆路桥过渡段未偏移路隧过渡段未偏移路基10 x30有偏移注胶抬升+千斤顶横向顶推+灌浆切割解离+机械抬升+千斤顶横向顶推+灌浆30有偏移注浆加固+切割解离+机械/注胶抬升+千斤顶横向顶推+灌浆路桥过渡段有偏移路隧过渡段有偏移整治技术措施分为两部分。路基部分采用注浆加固补强；轨道部分采用绳锯切割解离、机械平移纠偏和注胶抬升的方案。通过多种手段相结合，避免整治过度造成人力物力的浪费，或者整治不彻底导致病害持续等问题。2.1 路基注浆加固无砟轨道抬升纠偏前，先对路基本体进行注浆加固补强。本次注浆加固仅对路基沉降量大于10 mm 区域进行处理。加固范围为 K119+062+074 与 K119+113+145 两段，共计 44 m。注浆孔在两线间左右各设置 1 排斜孔，距离线路中线2 m，左侧坡面布设 13 排斜向注浆孔，右侧坡面布设 14 排斜向注浆孔，排距 2.0 m，K119+113+145 段同排孔间距 1.0 m，其他区域同排孔间距1.5 m。坡面第一排注浆孔距离坡顶 1.0m。注浆孔参数，见表 2。注浆孔横断面布置，见图 3。表2注浆孔参数孔号与水平面夹角/（）长度/m 孔号与水平面夹角/（）长度/mL1306.0R1306.0L2304.5R2304.5Z1754.5Z2754.5 4%4.305.004.307.58.08.57.08.511.511.510.58.3916.57 1.002.00图3注浆孔横断面布置（单位：m）注浆加固前，采用凿岩钻机钻至设计深度后安装钢花管并进行封孔。在钢花管上焊接注浆接头，进行全孔一次性注浆。采用水泥单液浆为主，当地表冒浆或串浆严重时，可改注水泥-水玻璃双液浆。现场部分作业情况，见图 4。图4注浆孔钻设现场 2.2 机械抬升与切割纠偏路基工程 26 Subgrade Engineering2023 年第 3 期（总第 228 期）机械抬升是指利用千斤顶或螺杆抬升底座板（支承层）整体抬升轨道结构，再在底座板（支承层）与基床表层之间的空隙进行填充完成轨面抬升作业，也可通过千斤顶直接顶升轨道板并增加CA 砂浆厚度完成轨面抬升。机械切割纠偏是指先利用绳锯等设备水平切割支承层，然后采用千斤顶对轨道进行横向顶推纠偏。切割前横向钻通支承层，安装切割链条，在动力源的驱动下，链条绕切割面高速运动研磨切割体，完成切割工作。绳锯设备作业示意，见图 5。绳锯切割机切割缝道床板底座图5绳锯设备作业示意 切割后采用钢板对道床板进行临时支撑。为保证纠偏时线型平顺，切割起终点为纠偏里程前后各延 5 m，其主要施工工艺流程为：轨道平面及高程测量封闭层切割、凿除反力墩、限位墩浇筑绳锯切割轨道横向纠偏 9。纠偏时采用 PLC 同步顶升系统和手动液压千斤顶相结合，同步顶升系统用于轨道结构同步横移，手动液压千斤顶用于局部调整。纠偏实施过程中，各千斤顶同时顶推（以位移控制为主，同时进行顶推力控制），顶推方案示意，见图 6。反力限位墩反力限位墩纠偏区域初始线形千斤顶顶推方向最终线形偏移方向图6顶推方案示意纠偏作业时，从线路偏移量最大位置开始，向两侧依次扩展。轨道结构在纠偏过程会出现反弹现象，施工时需多次少量超纠，直至反弹完后线形满足设计要求。现场顶推纠偏情况，见图 7。图7顶推作业现场 2.3 注胶抬升通过注胶管将具有良好充盈性、快速凝结及膨胀等特点的高聚物注胶材料从抬升孔注入到支承层下的级配碎石中，利用注胶压力及胶体的膨胀力，对上部轨道结构进行快速、可控抬升，将沉降区域轨道结构抬升至设计高度10。需先选取一处抬升点进行适应性试验，根据材料起发时间、表干时间、轨道抬升效果等，确定设备状态、材料加热温度、注胶频率等关键工艺参数。采用精密电子水准仪与全站仪对道床板左右两侧高程、中线以及接触网基础平面进行监测，当抬升量达到目标值或平面偏差超过 2 mm 时，停止注胶。作业现场，见图 8。图8注胶抬升作业现场 3 实施效果该段路基的综合整治，通过注浆对路基结构进行补强，再利用绳锯、千斤顶等机械设备将轨道结构解离后顶推纠偏，最后采用高聚物注胶材料抬升道床板。实施后以上行线为例，最大抬升量 39 mm，轨道高程与平面均恢复到安全范围内。整治前后上行线轨道沉降与偏移量，见图 9。1050510152025303540K119+041+051+061+071+080+090+100+110+119+129+139+149线路里程线路里程整治前整治后整治前整治后1050510K119+041+051+061+071+080+090+100+110+119+129+139+149上行轨道沉降量/mm上行轨道偏移量/mm a 轨道沉降量 b 轨道偏移量图9整治前后上行线轨道沉降与偏移量 刘立业：高铁路基无砟轨道沉降及偏移综合整治技术 27 4 结语以某高速铁路路基无砟轨道沉降及偏移整治工程为背景，对病害成因进行分析，制定并实施路基沉降及偏移综合整治方案，使轨道高程与平面均恢复至安全范围内，保证了列车运营安全。（1）结合原设计与施工情况，确定路基受水流影响造成细颗粒流失是产生沉降的根本原因。（2）从病害类型、发生区段、沉降量大小等方面，总结出针对高铁路基无砟轨道沉降及偏移问题的整治措施，通过多种手段相结合可快速有效地解决该问题。（3）针对高铁路基无砟轨道偏移问题，可采用机械切割分离与平移顶推的方式，即利用绳锯设备水平切割支承层，随后千斤顶对轨道进行单点或多点同步横向顶推。参考文献(References)：1 宋茜.运营高速铁路无砟轨道抬升纠偏综合维修技术研究D.成都:西南交通大学,2021:2 6.SONG Q.Research on comprehensive maintenance technology ofballastless track lifting and rectifying deviation for operating high speedrailwayD.Chengdu:Southwest Jiaotong University,2021:2 6.2 王鑫,王涛,王玮,等.CRTS I 型板式无砟轨道路基沉降快速维修技术 J.铁道建筑,2015（5）:129 131.WANG X,WANG T,WANG W,et al.Rapid maintenance technology ofsubgrade settlement for CRTS I slab-type ballastless track J.RailwayEngineering,2015（5）:129 131.3 夏晨翕,代琬璐,何智杰.高铁路基沉降并联式组合预测研究综述 J.路基工程,2022（2）:29 34.XIA C X,DAI W L,HE Z J.Review on parallel co