CN103821039B - 用于软土地区高速铁路无砟轨道路基的纠偏方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于软土地区高速铁路无砟轨道路基的纠偏方法，包括如下步骤：1当高速铁路路堤发生横向位移时，在不对称荷载区内设置变形槽和多个应力释放孔，并在变形槽内填塞硬质泡沫，在应力释放孔内填满中粗砂或碎石；2在第二软弱地层区内设第一排旋喷桩，利用施工第一排旋喷桩产生的瞬间喷射压力推动位于高速铁路路堤底部的桩基加固区由第二软弱地层区向第一软弱地层区方向位移，桩基加固区带动位于桩基加固区上方的地基加固垫层及高速铁路路堤同步移动，实现了对高速铁路路基的纠偏；步骤3：将变形槽用碎石加5%水泥封填密实。本发明通过对地基深部施加作用力，以地基带动路基本体产生移动，达到路基横向位移纠偏的目的。

Description

用于软土地区高速铁路无砟轨道路基的纠偏方法

技术领域

本发明涉及高速铁路路基病害整治技术领域，具体地指一种用于软土地区运营高速铁路无砟轨道路基的纠偏方法。

背景技术

目前，我国高速铁路已基本建设形成四纵四横的格局。其中，京沪、京港、杭福等客运专线通过软土广泛分布的沿海地区。基于无砟轨道使用寿命长、耐久性好、维修工作量小等优点，我国高速铁路大量采用无砟轨道。经过多年大量的理论及工程实例研究，我国工程技术人员对软土地区无砟轨道路基沉降认识较为深刻，通常采用复合地基、管桩+筏板结构、桩板结构等进行地基加固，使地基满足无砟轨道路基对工后沉降的严格要求。由于对无砟轨道路基横向变形研究较少，技术人员对路基横向变形的认识尚不够深刻。由于单侧堆载、基坑开挖或后期养护维修不对称施工等工程活动均可能导致软土地区无砟轨道路基横向变形超限，破坏轨道结构的平顺性，严重时将导致列车倾覆。

我国大量采用的无砟轨道通常采用纵联，纵、横向刚度大，短期内不可修复，且采用传统的有砟轨道推、拉及拨道等横向变形纠偏方法对无砟轨道结构破坏大，风险极高。高速铁路天窗时间短，因轨道结构纠偏影响高铁运营或停运，不仅造成经济损失，而且可能产生巨大的负面社会影响。以上因素对纠偏方案的选择制约很大，导致在路基面上对轨道结构纠偏几乎不可能。目前尚未发现无需中断运营的、不破坏轨道结构且风险低的软土地区运营高速铁路无砟轨道路基纠偏的方法。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述背景技术存在的不足，提出一种无需中断运营、不破坏轨道结构且风险低、施工质量易于控制的用于软土地区运营高速铁路无砟轨道路基的纠偏方法。

为实现此目的，本发明所设计的用于软土地区高速铁路无砟轨道路基的纠偏方法，其特征在于，它包括如下步骤：

步骤1：当高速铁路路堤已经由位于高速铁路路堤一侧的第一软弱地层区向位于高速铁路路堤另一侧的第二软弱地层区方向发生横向位移时，在位于第一软弱地层区顶部的不对称荷载区内设置变形槽，并在变形槽内填塞既能防止变形槽塌陷，又容许变形槽变形的材料，所述变形槽的长度方向与不对称荷载区的纵向方向一致；在变形槽一侧与桩基加固区一侧之间的不对称荷载区内沿不对称荷载区的纵向设置多个应力释放孔，每个应力释放孔的底部向下延伸，并贯穿第一软弱地层区，在每个应力释放孔内均填满中粗砂或碎石；

步骤2：在已发生横向位移处的第二软弱地层区内沿线路纵向间隔施作旋喷桩，利用施工旋喷桩产生的瞬间喷射压力推动位于高速铁路路堤底部的桩基加固区由第二软弱地层区向第一软弱地层区方向位移，桩基加固区带动位于桩基加固区上方的地基加固垫层及高速铁路路堤同步移动，实现了对高速铁路路基的纠偏；

步骤3：在高速铁路路基纠偏施工完成后，将变形槽用凝固材料封填密实。

上述技术方案中，所述旋喷桩采用多台旋喷桩机器沿线路纵向同时成排施作，沿线路横向分批次施作多排旋喷桩。

所述步骤1和步骤2之间还包括步骤1.1：在旋喷桩的安装位与桩基加固区之间的第二软弱地层区内设置横向位移方向坡脚外侧测斜管及多个横向位移方向坡脚外侧孔隙水压力计。

所述步骤1.1中还包括在桩基加固区朝旋喷桩的边缘设置多个横向位移方向坡脚内侧孔隙水压力计。

所述步骤1.1中还包括在应力释放孔与桩基加固区之间的第一软弱地层区内设置不对称荷载区测斜管及多个不对称荷载区孔隙水压力计，所述不对称荷载区测斜管向上延伸并贯穿不对称荷载区。

所述步骤1.1中还包括在高速铁路路堤上的轨道板两侧均设置轨道板水平位移监测点，在高速铁路路堤上的钢轨顶部设置钢轨水平位移监测点，在轨道板的中心线上设置轨道板中心水平位移监测点；

所述步骤1.1中还包括在高速铁路路堤的接触网立柱基础上设置接触网立柱基础水平位移监测点。

所述步骤1中相邻两个应力释放孔的间距相等且间距范围均为2.0m～5.0m，所述每个应力释放孔的孔径相等且孔径范围均为127mm～148mm。

所述步骤1中所述变形槽的宽度范围为0.3m～0.4m，所述变形槽的深度不小于不对称荷载区填土的高度。

所述步骤2中每个旋喷桩的桩径相等且桩径范围均为0.5m～0.7m，每排旋喷桩中相邻两个旋喷桩之间的距离相等且距离范围均为0.4m～0.6m。

本发明的有益效果：

(1)本发明以施工旋喷桩产生的瞬间喷射压力为作用力进行纠偏，旋喷桩技术成熟，施工质量易于控制。

(2)本发明在施作第一排旋喷桩后，可根据实际工效确定旋喷桩施作的数量，再施作第二排旋喷桩、第三排旋喷桩等，操作灵活可控。

(3)本发明中，技术人员通过观测路基变形监测点、地基土变形监测点和孔隙水压力监测装置，可将纠偏过程中地基、路基面与轨道结构的应力或变形状态，及时反馈给施工人员，施工人员根据上述应力或变形状态调整旋喷桩施工技术参数，避免了纠偏过程中因旋喷桩压力过大对路基下软土地基加固桩基、路基面附属结构和轨道结构造成不利的影响，从而提高了纠偏的可控性。

本发明提出的纠偏方法通过对地基深部施加作用力，以地基带动路基本体产生移动，达到路基横向位移纠偏的目的。该方法以施工旋喷桩产生的瞬间喷射压力为作用力进行纠偏，旋喷桩技术成熟，施工质量易于控制。该方法能更好的适用于软土地区运营高速铁路无砟轨道路基纠偏，具有广阔的应用前景。

附图说明

图1为本发明的横断面结构示意图；

图2为本发明的平面结构示意图。

其中，1—桩基加固区、2—地基加固垫层、3—高速铁路路堤、4—第一软弱地层区、5—不对称荷载区、6—第二软弱地层区、7—旋喷桩、8—变形槽、9—硬质泡沫、10—应力释放孔、11—横向位移方向坡脚外侧测斜管、12—横向位移方向坡脚外侧孔隙水压力计、13—横向位移方向坡脚内侧孔隙水压力计、14—不对称荷载区测斜管、15—不对称荷载区孔隙水压力计、16—轨道板、17—钢轨、18—轨道板两侧水平位移监测点、19—钢轨水平位移监测点、20—轨道板中心水平位移监测点、21—接触网立柱基础、22—接触网立柱基础水平位移监测点。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明：

如图1和图2所示的用于软土地区高速铁路无砟轨道路基的纠偏方法，该方法所适用的环境结构为包括桩基加固区1、设置在桩基加固区1顶部的地基加固垫层2、设置在地基加固垫层2顶部的高速铁路路堤3、位于桩基加固区1一侧的第一软弱地层区4、位于第一软弱地层区4顶部的不对称荷载区5、位于桩基加固区1另一侧的第二软弱地层区6，所述不对称荷载区5位于地基加固垫层2及高速铁路路堤3的一侧，高速铁路路堤3的顶部设有轨道板16，所述轨道板16上均设有钢轨17。

该方法包括如下步骤：

步骤1：当高速铁路路堤3已经由位于高速铁路路堤3一侧的第一软弱地层区4向位于高速铁路路堤3另一侧的第二软弱地层区6方向发生横向位移时，在位于第一软弱地层区4顶部的不对称荷载区5内设置变形槽8，并在变形槽8内填塞既能防止变形槽8塌陷，又容许变形槽8变形的材料，该材料优选为硬质泡沫9，所述变形槽8的长度方向与不对称荷载区5的纵向方向一致；在变形槽8一侧与桩基加固区1一侧之间的不对称荷载区5内沿不对称荷载区5的纵向设置多个应力释放孔10，每个应力释放孔10的底部向下延伸，并贯穿第一软弱地层区4，在每个应力释放孔10内均填满中粗砂或碎石(用于防止应力释放孔10垮孔坍塌)；

步骤2：在已发生横向位移处的第二软弱地层区6内沿线路纵向(列车前进的方向)间隔施作旋喷桩7，利用施工旋喷桩7产生的瞬间喷射压力推动位于高速铁路路堤3底部的桩基加固区1由第二软弱地层区6向第一软弱地层区4方向位移，桩基加固区1带动位于桩基加固区1上方的地基加固垫层2及高速铁路路堤3同步移动，实现了对高速铁路路基的纠偏；上述变形槽8和应力释放孔10在高速铁路路基纠偏的过程中用于解除高速铁路路基纠偏过程中产生的阻力，并使超孔隙水压定向消散，增强了旋喷桩7产生的纠偏推力对高速铁路路基纠偏的作用效果；

步骤3：在高速铁路路基纠偏施工完成后，将变形槽8用凝固材料封填密实，该凝固材料优选碎石加5％水泥。

上述技术方案的步骤2中，所述旋喷桩7采用多台旋喷桩机器沿线路纵向同时成排施作，沿线路横向分批次施作多排旋喷桩(图1和图2中显示为三排旋喷桩)。

上述技术方案的步骤1和步骤2之间还包括步骤1.1：在旋喷桩7的安装位与桩基加固区1之间的第二软弱地层区6内设置横向位移方向坡脚外侧测斜管11及多个横向位移方向坡脚外侧孔隙水压力计12。

上述技术方案的步骤1.1中还包括在桩基加固区1朝旋喷桩7的边缘设置多个横向位移方向坡脚内侧孔隙水压力计13。

上述技术方案的步骤1.1中还包括在应力释放孔10与桩基加固区1之间的第一软弱地层区4内设置不对称荷载区测斜管14及多个不对称荷载区孔隙水压力计15，所述不对称荷载区测斜管14向上延伸并贯穿不对称荷载区5。

上述技术方案的步骤1.1中还包括在高速铁路路堤3上的轨道板16两侧均设置轨道板水平位移监测点18，在高速铁路路堤3上的钢轨17顶部设置钢轨水平位移监测点19，在轨道板16的中心线上设置轨道板中心水平位移监测点20；

上述技术方案中，所述步骤1.1中还包括在高速铁路路堤3的接触网立柱基础21上设置接触网立柱基础水平位移监测点22。

上述技术方案中，所述步骤1中相邻两个应力释放孔10的间距相等且间距范围均为2.0m～5.0m(根据高速铁路路堤3已发生横向位移的大小确定间距，位移大时间距小，位移小时间距大)，所述每个应力释放孔10的孔径相等且孔径范围均为127mm～148mm。

上述技术方案中，所述步骤1中所述变形槽8的宽度范围为0.3m～0.4m，所述变形槽8的深度不小于不对称荷载区5填土的高度。

上述技术方案中，所述步骤2中每个旋喷桩7的桩径相等且桩径范围均为0.5m～0.7m，每排旋喷桩7中相邻两个旋喷桩7之间的距离相等且距离范围均为0.4m～0.6m。

上述技术方案中，变形槽8和应力释放孔10均位于旋喷桩对侧的路基坡脚处。

上述技术方案中，变形槽8为抗力解除系统，应力释放孔10为应力释放系统，上述变形槽8和应力释放孔10用于解除路基纠偏产生的阻力，并使超孔隙水压定向消散，增强由旋喷桩构成的推力系统的作用效果。变形槽8采用地质钻机机械取芯结合人工开挖或专用开槽设备开槽形成，多个应力释放孔10采用地质钻机沿线路纵向一定间隔施作而成。

上述技术方案中，钢轨水平位移监测点19、轨道板两侧水平位移监测点18、轨道板中心水平位移监测点20、接触网立柱基础水平位移监测点22构成路基变形监测系统；横向位移方向坡脚外侧测斜管11和不对称荷载区测斜管14构成地基土变形监测系统；横向位移方向坡脚外侧孔隙水压力计12、横向位移方向坡脚内侧孔隙水压力计13和不对称荷载区孔隙水压力计15构成孔隙水压力监测系统；上述路基变形监测系统、地基土变形监测系统和孔隙水压力监测系统组成监测系统，监测系统用于监测纠偏过程中软土地基、路基面及轨道结构的应力或变形状态，反馈并及时调整旋喷桩施工技术参数，防止地基土体、路基面或轨道结构变形过大，导致路基下软土地基桩基加固区、路基面附属结构和轨道结构受到破坏，从而确保纠偏有序可控进行，并使纠偏满足设计要求。其中，地基土变形监测系统采用测斜管，设置于路基两侧坡脚，用于监测纠偏过程中路基两侧地基土体的变形；孔隙水压力监测系统采用孔隙水压力计，用于监测纠偏过程中地基内部孔隙水压力；路基变形监测系统由一系列水平位移监测点组成，用于监测纠偏过程中路基面与轨道结构的变形状态。

上述三排旋喷桩7构成推力系统，上述旋喷桩施工产生的瞬间喷射压力引起软土地基产生超孔隙水压，超孔隙水压消散过程中带动地基土体蠕变，由土体蠕变引起既有软土加固桩基与垫层结构产生定向横向变形，进而带动路基本体与上部轨道结构整体位移。施工过程中先施作第一排旋喷桩，再根据实际工效施作第二排旋喷桩和第三排旋喷桩。

上述技术方案中，所述变形槽8、应力释放孔10、排旋喷桩7、横向位移方向坡脚外侧测斜管11、不对称荷载区测斜管14、横向位移方向坡脚外侧孔隙水压力计12、横向位移方向坡脚内侧孔隙水压力计13、不对称荷载区孔隙水压力计15均位于路基坡脚处。

上述横向位移方向坡脚外侧孔隙水压力计12、横向位移方向坡脚内侧孔隙水压力计13、不对称荷载区孔隙水压力计15用于监测由旋喷桩施工带来的超孔隙水压力，通过监测上述孔隙水压力计保证施加在桩基加固区1上的压力在桩基加固区1能承受的正常范围内。

本发明的施工过程为：

(1)采用地质钻机在不对称荷载区5内施作变形槽8及应力释放孔10，解除路基纠偏产生的阻力；

(2)按上述描述的对应安装处，安装路基变形监测系统、地基土变形监测系统和孔隙水压力监测系统；

(3)在发生横向位移方向的第二软弱地层区6内(路基坡脚)施作第一排旋喷桩，利用施工旋喷桩产生的瞬间喷射压力对路基进行纠偏。纠偏过程中，对路基变形监测系统、地基土变形监测系统和孔隙水压力监测系统进行观测，根据实际工效采用多台旋喷桩机器沿线路纵向同时施作，横向分批次施作第一排旋喷桩、第二排旋喷桩和第三排旋喷桩，纠偏过程中，根据路基变形监测系统、地基土变形监测系统和孔隙水压力监测系统的监测结果动态调整施工参数；监测出现异常时应立即停止施工，分析原因及时调整设计方案，当轨道板两侧水平位移监测点18、钢轨水平位移监测点19、轨道板中心水平位移监测点20达到纠偏设计要求时，停止施工，即完成软土地区运营高速铁路无砟轨道路基的纠偏。

本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (10)

1.一种用于软土地区高速铁路无砟轨道路基的纠偏方法，其特征在于，它包括如下步骤：

步骤1：当高速铁路路堤(3)已经由位于高速铁路路堤(3)一侧的第一软弱地层区(4)向位于高速铁路路堤(3)另一侧的第二软弱地层区(6)方向发生横向位移时，在位于第一软弱地层区(4)顶部的不对称荷载区(5)内设置变形槽(8)，并在变形槽(8)内填塞既能防止变形槽(8)塌陷，又容许变形槽(8)变形的材料，所述变形槽(8)的长度方向与不对称荷载区(5)的纵向方向一致；在变形槽(8)一侧与桩基加固区(1)一侧之间的不对称荷载区(5)内沿不对称荷载区(5)的纵向设置多个应力释放孔(10)，每个应力释放孔(10)的底部向下延伸，并贯穿第一软弱地层区(4)，在每个应力释放孔(10)内均填满中粗砂或碎石；

步骤2：在已发生横向位移处的第二软弱地层区(6)内沿线路纵向间隔施作旋喷桩(7)，利用施工旋喷桩(7)产生的瞬间喷射压力推动位于高速铁路路堤(3)底部的桩基加固区(1)由第二软弱地层区(6)向第一软弱地层区(4)方向位移，桩基加固区(1)带动位于桩基加固区(1)上方的地基加固垫层(2)及高速铁路路堤(3)同步移动，实现了对高速铁路路基的纠偏；

步骤3：在高速铁路路基纠偏施工完成后，将变形槽(8)用凝固材料封填密实。

2.根据权利要求1所述的用于软土地区高速铁路无砟轨道路基的纠偏方法，其特征在于：在步骤2中，所述旋喷桩(7)采用多台旋喷桩机器沿线路纵向同时成排施作，沿线路横向分批次施作多排旋喷桩。

3.根据权利要求1或2所述的用于软土地区高速铁路无砟轨道路基的纠偏方法，其特征在于：所述步骤1和步骤2之间还包括步骤1.1：在旋喷桩(7)的安装位与桩基加固区(1)之间的第二软弱地层区(6)内设置横向位移方向坡脚外侧测斜管(11)及多个横向位移方向坡脚外侧孔隙水压力计(12)。

4.根据权利要求3所述的用于软土地区高速铁路无砟轨道路基的纠偏方法，其特征在于：所述步骤1.1中还包括在桩基加固区(1)朝旋喷桩(7)的边缘设置多个横向位移方向坡脚内侧孔隙水压力计(13)。

5.根据权利要求3所述的用于软土地区高速铁路无砟轨道路基的纠偏方法，其特征在于：所述步骤1.1中还包括在应力释放孔(10)与桩基加固区(1)之间的第一软弱地层区(4)内设置不对称荷载区测斜管(14)及多个不对称荷载区孔隙水压力计(15)，所述不对称荷载区测斜管(14)向上延伸并贯穿不对称荷载区(5)。

6.根据权利要求3所述的用于软土地区高速铁路无砟轨道路基的纠偏方法，其特征在于：所述步骤1.1中还包括在高速铁路路堤(3)上的轨道板(16)两侧均设置轨道板水平位移监测点(18)，在高速铁路路堤(3)上的钢轨(17)顶部设置钢轨水平位移监测点(19)，在轨道板(16)的中心线上设置轨道板中心水平位移监测点(20)。

7.根据权利要求3所述的用于软土地区高速铁路无砟轨道路基的纠偏方法，其特征在于：所述步骤1.1中还包括在高速铁路路堤(3)的接触网立柱基础(21)上设置接触网立柱基础水平位移监测点(22)。

8.根据权利要求1或2所述的用于软土地区高速铁路无砟轨道路基的纠偏方法，其特征在于：所述步骤1中相邻两个应力释放孔(10)的间距相等且间距范围均为2.0m～5.0m，所述每个应力释放孔(10)的孔径相等且孔径范围均为127mm～148mm。

9.根据权利要求1或2所述的用于软土地区高速铁路无砟轨道路基的纠偏方法，其特征在于：所述步骤1中所述变形槽(8)的宽度范围为0.3m～0.4m，所述变形槽(8)的深度不小于不对称荷载区(5)填土的高度。

10.根据权利要求2所述的用于软土地区高速铁路无砟轨道路基的纠偏方法，其特征在于：所述步骤2中每个旋喷桩(7)的桩径相等且桩径范围均为0.5m～0.7m，每排旋喷桩(7)中相邻两个旋喷桩(7)之间的距离相等且距离范围均为0.4m～0.6m。