高速铁路路基帮宽沉降变形控制技术研究

加沉降值。研究表明：两种方案的附加沉降值在6. 8〜10.3 mm之间，采用“钻孔灌注桩+钢筋混凝土

板”的沉降计算值较“预应力混凝土管桩+钢筋混凝土筏板”小2. 5 mm左右，产生的附加沉降均可通过 扣件进行调整。另一方面，施工过程中应加强实时动态监测，尽量避免大型笨重施工设备在既有线附近 停留。关键词：高速铁路;无砟轨道;路基帮宽；有限元分析中图分类号：U238

文献标识码：A DOI：10.19630/j. cnki. tdkc. 201904100004Research on Settlement Control Technology for Existing

High-Speed Railway Widened SubgradeSun Mingchao(China Railway Design Corporation, Tianjin 300142, China)Abstract: In order to study the effect of different ground treatment measures on the additional settlement of the

subgrade widen construct， relying on the actual project and using finite element simulation technology and

simplified composite modulus method, this paper studies the existing roadbed treatment scheme for unballasted

track, and calculates the additional settlement value of existing subgrade under different ground treatment measures. Research shows： the additional settlement values of the two schemes are between 6. 8 to 10. 3 mm， and the calculation value of settlement using 野 bored pile+reinforced concrete slab 冶 is about 2. 5 mm smaller

than 野 prestressed concrete pipe pile + reinforced concrete raft plate 冶. Additional settlement generated can be

adjusted by track fastener. On the other hand， real-time dynamic monitoring should be strengthened during the construction process, trying to avoid large and bulky construction equipment staying near the existing

railway.Key words : High-speed railway; Unballasted track ； Subgrade widen construct; Finite element analysis在新建铁路与既有铁路的接轨工程中，沉降变形

是接轨控制的关键因素［l］o若接轨帮宽引起路基附

等［46］；研究手段主要有:复合模量法、等效作用法、数

［78］值模拟法等。从既有研究中可发现，对于无祚高

加沉降过大，将对轨道的平顺性甚至铁路运营带来重

大隐患［23］o关于高速铁路沉降控制已有不少研究成

速铁路路基帮宽的研究相对较少。 结合某高速铁路接

轨既有铁路的工程实例， 采用简化复合模量法与有限

果，主要加固措施有：预应力管桩、隔离桩、CFG桩收稿日期：2019 04 10作者简介：孙明超（1990—）,男，2017年毕业于长安大学岩土工程专 业，工学硕士，助理工程师。元分析法开展研究。1 工程概况某新建高速铁路工程引入既有高铁站，其上、下行

高速铁路路基帮宽沉降变形控制技术研究:孙明超47联络线与既有高速无祚铁路接轨,线位平面示意如图1。路基接轨帮宽横断面示意如图2o图1接轨平面示意下行线既有线上行线图2路基帮宽横断面接轨区域属冲洪积平原地貌,地势平坦,地层主要

为人工填土、粉质黏土、粉土、砂类土等;该段无明显地

表水,地下水位埋深11. 2〜13. 5 m。既有高速铁路为

双线、无祚轨道，路基填高为3〜5 m。地基采用CFG

桩加固，桩径0.5 m,主加固区采用桩筏复合地基结 构,桩间距1. 5 m,正方形布置，桩长30 m;次加固区采

用“CFG桩+碎石垫层”，桩间距为1.5 m（纵向）、 1. 6 m（ 横向 ） , 桩长 25 m。新建上、下行联络线为I级铁路，速度为160 km/ h。 新建上行联络线帮填量大, 对既有线附加沉降影

响大,拟采用两种地基加固方案。方案一:采用“预应

力混凝土管桩+钢筋混凝土筏板”结构，桩径0. 4 m，桩

间距2m,桩长30 m;方案二:采用“钻孔灌注桩+钢筋

混凝土板”结构，桩径1. 2 m,横向桩间距3 ~5 m（桩长 22 m） , 纵向桩间距 6 m（ 桩长 30 m） 。根据设计要求，工后沉降一般不宜超过15 mm;当

沉降比较均匀并且调整后的竖曲线半径符合设计要求 时,允许的工后沉降量为30 mm。为有效控制路基沉 降，填料均采用轻质混凝土。泡沫轻质混凝土具有质

轻、流动性高、耐久性好、强度可调节等特点[9]o2数值模拟关键参数确定数值模拟选用“摩尔-库伦”本构模型，根据工程

地质资料及相关研究文献。选取参数见表1〜表2o

施加的荷载换算为荷载土柱，高铁无祚列车荷载分布 宽度为3. 1 m,荷载强度为. 1 kPa；高铁有祚列车荷

载分布宽度为3. 4 m,荷载强度为63. 3 kPa；联络线的 列 车 荷 载 分 布 宽 度 为 3. 3 m, 荷 载 强 度 为

68. 02 kPa[ll]o数值模拟中,影响计算结果的关键性参数是弹性

模量[l3]o弹性模量一般按压缩模量的倍数选取，其变

化范围较大，不易准确获取。因此，拟挑选无加宽段落

的某一简单代表性横断面（如图3）,应用简化复合模 量法计算其沉降量,并以此为基准，采用反分析方法确

定土层的相关参数。表1桩基础材料参数名称密度/(kg/m3)弹性模量/MPa泊松比钻孔灌注桩2 5003. 3伊1040. 2CFG桩2 3003. 1伊1040. 2微型钢管桩2 1003. 1伊1040. 2搅拌桩2 1002000. 25表2地层材料参数名称密度 压缩模黏聚力摩擦角(kg/m3)量/MPa泊松比/kPa/（。）粉质黏土1 800 3. 500. 351510黏土1 900 7. 780. 32810粉质黏土1 900

8. 260. 32515中砂2 000 11. 730. 2833中砂2 050

14. 710. 2635f,14.5, 6060a粉质黏土中砂:M.5J1.6粉质黏土

$粉质黏土驚

全风化泥质砂岩图3非帮宽地段反分析弹性模量路基横断面（单位:m）采用简化复合模量法计算地基变形,地基内的应

力分布按各向同性、均质线性变形体进行计算[12],有”泽=鬃3=鬃泽移耘0（扎蚤軈-z,一1軈一J

⑴蚤 = 1 CS蚤式中s——地基最终变形量/mm;s'—按分层总和法计算出的地基变形量/mm;”———沉降计算深度范围内所划分的土层数;P0——路堤基底附加应力/kPa;z,、zi —路堤基底至第蚤层土、第蚤-1层土底面的

距离/m;軈、軈-1 —路堤基底计算点至第蚤层土、第蚤-1层土

底面范围内平均附加应力系数;追泽一沉降计算经验系数,根据地区沉降观测资

料及经验确定。数值模拟计算采用3倍、6倍压缩模量，并与简化48

铁 道 勘 察2019年第4期复合模量法计算值进行对比(见表3)o由表3可知，当弹性模量采用6倍压缩模量时，数 值模拟方法与简化复合模量法沉降计算值相近，故数

值模拟计算时，弹性模量拟采用6倍压缩模量。表3路基沉降计算结果汇总计算方法参数类型路基面最大沉降/mm简化复合模量法e-p数据-62数值模拟3倍压缩模量-1276倍压缩模量-3数值模拟3. 1 模型建立为准确模拟桩土相互作用,验证接轨帮宽段落方 案的可行性,挑选接轨段最不利断面，建立三维有限元

模型，分别对两种方案进行数值模拟研究。模型底面

设置载、再、在三向约束,模型侧面设置水平向约束。路 基帮宽横断面如图4,两个设计方案的有限元模型及

边界条件设置如图5〜图8o图4路基帮宽模型横断面(单位:皂)图5方案一路基断面模型3. 2模拟成果根据上述两种设计方案,计算云图如图9〜图12 数据对比如表4o表4数值模拟沉降计算结果汇总沉降值既有左线中心既有路基中心既有右线中心方案一9. 39. 810.3方案二6. 87. 37. 7差值2. 52. 52. 6图6方案一模型边界条件设置图7方案二路基断面模型图8方案二模型边界条件39315e+000213e-001

57158e+00055395e+00053631e+00051868e+00005010e+00124834e+00144658e+001&4482e+00184305e+00104129e+00123953e+001图9方案一模型竖向位移3. 3 成果分析(1) 路基帮宽后，既有路基产生纵向附加沉降变

形。地基处理后，既有路基附加沉降很小，地基处理作

用较为明显。(2) 路基帮宽后，既有路基右线产生的附加沉降

值要大于左侧产生的附加沉降值，即右线填方对于既高速铁路路基帮宽沉降变形控制技术研究:孙明超49DISPLACEXEHTTZ > mm■ ------+& 95563e-001M——-5. 667e-001■ ----------------------2. 02866e+000-----------3.49077e+000.-----------------------4. 95288e+000.-----------------------6. 41499e+000H—-----7. 87710e+000H——-3. 33921e+000M——-1. 08013e+001H—-----1. 22634e+001M——-1. 3T255e+001H—-----1. 51877e+001——-1.698e+001图10方案二模型竖向位移图11方案一路基竖向位移12 方案二路基竖向位移有路基的附加沉降影响较大。(3) 方案二中沉降计算值小于方案一中沉降计算

值，故认为方案二的地基处理措施更有效。(4) 方案一及方案二的沉降值在6. 8 - 10. 3 mm

之间，说明帮宽后对既有线的附加沉降已影响到了轨 道平顺性,需通过调整沉降区段内扣件来满足轨道平

顺性要求。4结论(1)在本次路基帮宽工程中,“钻孔灌注桩+钢筋

混凝土板”结构较“预应力混凝土管桩+钢筋混凝土筏

板”结构在减少既有铁路附加沉降影响方面效果

更好。(2) 两种设计方案中的填料均为轻质混凝土。从

附加沉降计算值可以看出：轻质混凝土有效降低了附 加沉降的影响。(3) 高速铁路无砟轨道对平顺性的要求较为严

格,而帮宽路基过程中的开挖填筑以及机械扰动,势必

会对既有铁路线产生一定程度的影响。因此,在施工 过程中,应避免大型笨重机械在帮宽路基处停留,并加

强对既有路基沉降的实时动态监测，以保证施工期间 既有线的安全运营。参考文献[1] 胡润乾.某高速铁路路基帮宽段沉降控制方案研究[J].铁道标准 设计,2017,61(5):58 61.[2] 张万涛.高速铁路路基帮填沉降变形控制及监测技术应用探讨[J].铁道标准设计,2017,61(4) ：47 50.[3] 杨泉，高柏松,李井元，等.新建线临近既有无祚高速铁路路基施 工方案研究[J].高速铁路技术,2016,7(2) ：15 19.[4] 陈效星，朱洪伟.预应力管桩加固铁路多线路基的研究与实践 [J].铁道工程学报,2015,32(10) ：22 27.[5] 李井元，陈伟志，李宁，等.引入既有无祚高铁接轨段路基工程关 键技术[J].铁道工程学报,2017,34(8) ：22-27,61.[6] 李波,冷景岩.高速铁路CFG桩-筏结构沉降控制现场试验[J]. 铁道工程学报,2014(2) ：48 52.[7]

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