客运专线无砟轨道软土路基堆载预压沉降观测数据分析预测

客运专线无砟轨道软土路基堆载预压沉降观测数据分析预测
摘要为更好地适用工程的需要,采用线性函数关系对预压地段沉降变形进行深入分析与探讨,从而能够得出理论值和实际值的偏差,具有很好的指导作用,可供今后客运专线预压地段沉降分析进行参考。

关键词预压;沉降变形;线性关系;分析预测;工后沉降;规律分析
0引言
客运专线无砟轨道对路基、桥涵、隧道等线下基础工程的残余变形(工后沉降和沉降差)要求严格、标准高。

无砟轨道铺设后线下构筑物发生不均匀沉降,将导致线路维修成本的增加;当线下构筑物发生不均匀沉降超出无砟轨道扣件可调范围而无法通过扣件进行调整时,将导致不得不对线下构筑物进行维修,而且线下构筑物不均匀沉降还会导致轨道板开裂,将引起轨道构件的更换或维修。

因此,客运专线无砟轨道必须严格控制线下构筑物的沉降,特别是不均匀沉降。

就客运专线实测得到的沉降观测数据及工后沉降预测方法进行深入的探讨与研究,同时又对大量的沉降观测数据进行全面的分析和预测,可以为沉降变形分析及工后运营提供重要的技术保障,具有值得借鉴作用。

1沉降观测数据分析与预测方法
实测沉降曲线自拐点B(t0,s0)点开始,近似采用指数曲线延伸。

指数曲线方程可由下式表示
式中η—待定常数;tm—与Δt相应的中点时间。

这样,由实测的ln 和tm的拟合直线,求得直线的截距
﹙ln + ﹚和斜率- ,联立解得η和最终沉降量S,利用式(2)求得任意时间的沉降量St。

2 工后沉降计算方法
软土路基沉降拟合曲线满足《客运专线铁路无砟轨道铺设条件评估指南》(铁建设[2006]158号)的要求后,进行工后沉降计算。

工后沉降SR( 不包括交通荷载引起的附加沉降)由两部分组成,工后沉降的计算方法为:
SR=S(T3—T0)+Sst(3)
其中T0—预计铺设无砟轨道时间点;T3—预定运营完成的时间点(T3= T0+100年);S(T3—T0)—路基在铺轨后至运营完成所发生的沉降;Sst—铺设无砟轨道结构自重发生的沉降。

预铺轨时间点沉降量和运营完成时沉降量均可以根据原始观测数据,采用Launch SAPR.exe软件预测得到,既可以很方便的计算S(T3—T0)。

由于无砟轨道结构自重不大(参照HEITKAMP公司《无砟轨道下部结构沉降评估第8号报告》,结构层荷载取为15kPa),且在铺轨前路基已经过了一个趋于稳定的沉降变形期(要求最后观测沉降量达到最终沉降量的75﹪以上),因此,相对于路基填筑期的沉降量而言,变形趋于稳定后所施加的结构荷载所引起的沉降量是有限的。

根据《客运专线铁路无砟轨道铺设条件评估指南》,对于多级加载的情况,在不考虑地基土的非线性特性条件下,荷载增量引起的最终沉降量与荷载大小成正比,即
Sk=C△Pk(4)
式中Sk—第K级荷载增量引起的最终沉降量;△Pk—第K级荷载增量。

应用上述原则,将轨道结构层看作为路基本体填筑完成后的一个荷载增量,其引起的沉降量与结构层荷载成正比,而沉降量Sk与△Pk的比例系数C可根据铺轨前沉降观测资料确定,即
C=S/h (5)
Ssk=C*△Pk (6)
式中S—利用铺轨前观测资料预测的最终沉降量;—路基平均填土容重;h—路基填土总高度。

则结构层引起的沉降量为
Ssk=C*△Pk=△Pk* S/h (7)
式中△Pk—轨道结构层荷载。

另外,由于拓展双曲线法引入了荷载系数的概念,其荷载系数的计算过程中实际已考虑了结构荷载的影响。

因此,在采用拓展双曲线法进行沉降预测分析时,其工后沉降量不能按照上述公式进行计算。

按照德国相关轨道工程实际采用的方法,工后沉降SR为预测出的最终沉降值与观测的当前沉降值之差
SR=Smax—St (8)
3 工程实例
武广铁路客运专线乌龙泉至花都段新韶关站软土路基预压地段分别为:DK1987+930~DK1988+510和DK1988+640~DK1989+220段路基工程,位于广东省韶关市西联镇境内,全长1160m,预压土柱高2.5m,预压时间为6~9个月。

新韶关站预压区段工后沉降量沿线路纵向的分布图见图1。

可以看到,【DK1987+350.00~DK1989+500.00】区段工后沉降沿线路纵向分布曲线在DK1987+490 和DK1988+530 处有轻微的突变,反映线路纵向差异沉降稍大,但整体工后沉降量仍小于容许工后沉降量15mm,基本满足《评估技术指南》的要求。

5结论
软土路基沉降变形观测是一种监测路基本体安全性的重要手段。

它是通过实时获取路基本体的动态位移信息,根据这些信息预警路基本体安危状况。

沉降变形观测具有及时性、真实性、可靠性3个基本属性。

在测量工作的实践和科学研究的活动中,沉降变形观测都占有重要的位置,为更好地早发现问题、早解决问题及采取相应的处理措施奠定了良好的基础,从而保证了软土路基沉降变形的均匀性和稳定性。

参考文献
[1]铁道科学研究所.客运专线铁路无砟轨道铺设条件评估技术指南. 北京:中国铁道出版社,2006.
[2]石亦平,周玉蓉.ABAQUS有限元实例祥解[M].北京:机械工业出版社,2006.。