高速铁路路基沉降浅析

高速铁路路基沉降浅析

在我国铁路“十五计划”编制中已经明确指出，要加强国快速客运专线的建设，逐步建成以北京、上海、广州为中心，临街各省会城市和其他大城市间铁路快速客运系统，2004年1月7日，国务院主持通过了《中长期铁路网规划》。规划指出：“到2020年，我国铁路运营总里程达到10万公里，要建设“四纵四横”快速客运专线及三处城际快速轨道交通系统，实现主要繁忙干线客货分线运输”。建设高标准的铁路客运专线，是《中长期铁路网规划》中的一项重要内容。

实施《中长期铁路网规划》，我国将大规模建设世界一流的高速客运专线。铁道部的一份研究报告指出，发展无碴轨道视为我国高速铁路建设特别是在线路设施方面一场深刻的技术变革，这足以说明无碴轨道技术的巨大作用和广阔前景。但是我国无碴轨道铺设的数量少、时间短，尚缺乏设计、施工和运营经验等方面的应验，对此，针对无碴轨道高速铁路的建设，我国需要通过国内外联合设计、试验段的建设和相关实验开展一系列的技术研究。在国际上，无碴轨道技术用于高速铁路中比较有经验的是德国和日本，因此，我国可借鉴的无碴轨道结构形式也主要来源于这两个国家，相对而言，对于路基上铺设无碴轨道，德国的经验明显更丰富一些。

无碴轨道由于受自身调整能力的限制，对线下工程的沉降变形提出了严格要求，因此要实现高速铁路全线铺设无碴轨道的目标，路基上铺设无碴轨道已经成为高速铁路工程建设的关键技术问题。而如何有效地控制路基工后沉降问题尤为突出。

高速铁路对轨道的平顺性提出了更高的要求，而路基是铁路线路工程的一个重要组成部分，是承受轨道结构重量和列车荷载的基础，它也是铁路工程中最薄弱最不稳定的环节，路基几何尺寸的不平顺，自然会引起轨道的几何不平顺，因此需要轨下基础有较高的稳定性和较小的永久变形，以确保列车高速、安全、平稳运行。由于软土特殊的工程性质和高速铁路路基的特点，在一般情况下，多数路段地基的强度与稳定性处理难度都不大，不成为控制因素；给工程带来的主要难题是沉降变形及其各种处理措施条件下的固结问题，所以路基沉降变形问题是高速铁路设计中所要考虑的主要因素。

日本对控制路基沉降的认识是一个发展得过程，1972年日本国

铁编制的“新干线土建标准示方书”中要求路基的固实程度在最大干燥密度的90%以上，路堤的圆锥支撑力在5002-⋅m KN 以上1982年开通的东北、上越新干线采用“建造物设计标准解说（土体结构）”，将路堤分为上路堤和下路堤，其固实程度用30K 表示，其标准

是：上路堤330110-⋅≥m MN K ，下路堤 33070-⋅≥m MN K 。

法国认为路基的技术状态是保证轨道稳定性的重要因素，法国研究人员和工程技术人员根基本国路网类型、技术标准和地质特征，并吸取外国的先进经验，在路基沉降控制技术方面进行了较深入的研究和工程实践，特别是在告诉铁路建设中，积累了较为丰富的经验。修建巴黎-东南干线时，对填筑路基特别重视，严格监测土壤的含水量，以确定路基填土层得最佳厚度以及夯实机的碾压次数，并考虑到施工期间的气象条件。 法国从1981年开始建设高速铁路，其路基澄江控制标准为：工后沉降不超过20mm ，剩余沉降每年不超过10mm ，25年总沉降不超过100mm ，路基沉降控制方法均采用点式沉降感应器控制法。

巴黎-斯特拉斯堡高速铁路沉降感应电缆埋设情况 高速铁路线下工程均以“工后零沉降”为建设理念，这也是国外高速铁路建设应验和教训的总结。目前，高速铁路的路基结构采用了多层结构系统、强化基床等措施，并考虑到基床表层的防水问题。同时，相关的设计及验收标准对路基变形、基床结构、填料、地基条件及处理等均有明确规定。为减小路基的沉降量，高速铁路路堤下部填料要满足：（1）在列车与路堤自重荷载及水、气温、地

震的影响下，路堤能保持长期稳定；（2）路堤本省压缩沉降能很快完成；（3）路堤应有一定的弹性。国内外对高速铁路观测结果表明，采用级配良好的粗颗粒填料可大大减少路堤的后期沉降，因此满足上述要求者都可以作为高速铁路路堤填料。除填料外，铁路路基压实质量也是保持线路稳定与平顺，保证裂成能高速、安全运行的重要条件，而控制和检测压实质量的标准、方法和设备，则是保证压实质量的重要措施。高速铁路路基质量检测参数包括：地基系数K30，动态模量Evd ，孔隙率n （或压实系数K ），变形模量Ev2四项指标。路基基床表层及底层填料和压实标准如下表：

路基基床表层填料和压实标准 填料 厚度/m

压实标准

地基系数

130/-⋅m Mpa K

动态变形模

量Mpa E vd / 孔隙率n 变形模量Mpa E v /2

级配碎石或级配砂砾石 40.0≥ 190≥ 40.0≥ %18 120≥

路基基床底层填料和压实标准 填料 厚度/m 压实标准

改良

砂类土及粗砂土 砾石类及粗砂土

细粒土

填A 、B 组填料或改良土 2.3 地基系数

130/-⋅m Mpa K

110≥ 130≥ 150≥ 动态变形模

量

Mpa E vd / 35≥ 35≥ 35≥ 变形模量

Mpa E v /2 60≥ 60≥ 60≥

压实系数K 95.0≥ - -

空隙率n - %28 %28

注：压实系数K 为重型击实标准（下同）

路基基床以下路堤填料和压实标准

填料压实标准改良细粒土

砂类土及粗砂

土砾石类及粗砂

土

填A、B、C组（不含细粒土、粉砂及易风化软质岩块）填料

及改良土

地基系数

1

30

/-

⋅m

Mpa

K

90

≥110

≥130

≥

动态变形模量

Mpa

E

vd

/

45

≥45

≥45

≥

压实系数K 92

.0

≥- - 压实系数K - %

31

%

31

高速铁路路基沉降除了正确选择填筑材料，按照标准压实外还应该注意无碴轨道铺设技术条件，德国铁路在土质突击上铺设无碴轨道时，对路基变形量做出了规定：当路基的工后参与变形量大于扣件允许的运营调整梁减去轨道结构面型校正余量值得4倍以上，或者在不能排除该下沉量的路基上，不应铺设无碴轨道；在不能清楚掌握沉陷为先，或可能出现不均匀隆起的路基上，也不应铺设无碴轨道；当地下水位较高，对路基的稳定和沉降有不良影响时，规定在地下水位高于钢轨顶面以下 1.5m的地段不铺设无碴轨道，这是因为在这些路基地段铺设无碴轨道，要么技术上右分享，要么经济上不合理。

综上，结合我国现有的技术力量，吸取和参考国外高速铁路的建设经验和技术标准，以“工后零沉降”为建设理念，我国的高铁建设会越来越成熟。