客运专线路基施工关键技术

1无碴轨道铺设条件评估技术铁科院铁建所张千里[e-mail]2无碴轨道铺设条件评估技术一、无碴轨道与线下工程沉降变形概述二、铺设条件评估的职责及要求三、路基沉降的评估四、桥涵变形的评估五、隧道变形的评估六、过渡段评估七、综合评估及资料整理3无碴轨道与线下工程沉降变形概述由于受调整能力的限制，无碴轨道对线下工程的沉降变形尤其是不均匀沉降变形的要求相当严格：墩台均匀沉降量≤20mm；相邻墩台沉降量之差≤5mm；路基工后沉降一般不应超过15mm；大于20m沉降比较均匀的路基≤30mm，并要符合圆顺的要求。路桥或路隧交界处的差异沉降不应大于5mm，过渡段沉降造成的路基与桥梁或隧道的折角不应大于1/1000。工后沉降变形或不均匀沉降变形过大是导致无碴轨道铺设失败的主要原因，沉降变形的控制是铺设无碴轨道的关键。无碴轨道铺设条件评估意义4由于沉降控制的要求已完全超出了处理方法的计算精度，因此，从概念上讲，规定的工后沉降已不再是最初设计的预留值，是一个允许出现的误差值。工后沉降实际上是零沉降控制基础上的允许偏差。零沉降控制无碴轨道与线下工程沉降变形概述5由于沉降计算是不够精确的，不足以控制无碴轨道的工后沉降变形。为保证精度和有效的控制，应进行系统的观测与分析评估。无碴轨道与线下工程沉降变形概述6无碴轨道铺设条件评估技术为顺利开展评估工作，铁道部建设司组织编写了《客运专线无碴轨道铺设条件评估技术指南》。《指南》包括总则、术语、职责及要求、路基、桥梁、隧道、过渡段及综合评估与资料整理8各个部分。在总则中明确了“无碴轨道铺设条件评估的重点应是线下工程的变形，评估应综合考虑沿线路方向各种结构物间的变形关系，成区段或全线实施。”7无碴轨道铺设条件评估技术总则中其他要求：无碴轨道线下工程的变形测量（包括变形监测网的建立、精度要求等）应符合《客运专线无碴轨道铁路工程测量技术暂行规定》的要求。无碴轨道铺设条件的评估数据必须采用先进、成熟、科学的检验检测手段取得，且必须真实可靠，全面反映工程实际状况。线下工程的勘察、设计和施工质量应满足相关规范和标准要求，勘察、设计和施工资料应完整齐全。线下工程的设计应与施工组织相结合。当施工组织发生变化时，设计上应采取必要的处理措施，确保线下工程满足无碴轨道铺设条件的要求。铺设无碴轨道前，线下工程的主体应全部完工，检验合格。未完成的附属工程不得影响无碴轨道的铺设。客运专线无碴轨道铺设条件的评估除参考本技术指南外，尚应符合国家现行有关强制性标准的规定。8无碴轨道铺设条件评估技术有关技术术语：无碴轨道：用整体混凝土结构代替传统有碴轨道中的轨枕和散粒体碎石道床的轨道结构。变形：线下结构由于荷载、环境等作用引起的随时间发生的位移。沉降：基础设施在竖直方向产生的变形，包括下沉和隆起，向下为“正”，向上为“负”。工后沉降：在铺轨工程完成以后，基础设施产生的沉降量。差异沉降：在铺轨工程完成以后，路桥或路隧等连接处的沉降差。折角：在铺轨工程完成以后，路基与桥梁或隧道间由于过渡段沉降造成的弯折角度。曲线回归法：根据沉降观测数据分析回归沉降与时间的关系曲线，预测最终沉降和工后沉降的方法。9路基工后沉降控制与评估在施工试验、观测和分析研究的基础上对6个区段进行了长期观测（2002～2005）沉降速率均逐渐渐缓，年沉降数值约1.5~10mm；一些地段的工后沉降超过了预测值；对于造成的长波不平顺，在满足线路竖曲线和圆顺要求时，对车辆动力学性能和舒适度没有影响；对于不能圆顺的区段，采用调高量为58mm的扣件进行处理。科隆～法兰克福工后沉降情况：10路基工后沉降控制与评估路基条件工后沉降允许值第1准则20－5＝15mm(膨胀性地基-10mm)第1a准则长度不小于20m沉降比较均匀15×2＝30mm第2准则满足竖曲线圆顺的要求R≥0.4V2（局限在路堤高度超过10m以及与桥的距离不低于5000m的情况，否则要经德国铁路公司总部的特许）60mm第3准则＞60mm不适合铺设无碴轨道第4准则刚性结构与路基连接处残余的沉降差5mm德国路基工后沉降控制值11路基工后沉降控制与评估德国路基工后沉降12铺设条件评估的职责及要求德国工后沉降评估的组织形式（取决于承包合同的内容）业主（德铁建设子公司）委托单独的咨询公司完成。包括方案设计、测试和分析。（如汉诺威－柏林）。总承包商负责完成，业主独立审核。（如科隆－莱茵/美茵）。总承包商负责完成，业主独立审核，联邦铁路局（EBA）独立审核并批准。（纽伦堡－因戈斯达特）。13铺设条件评估的职责及要求（建设单位）建设单位负责无碴轨道铺设条件的评估工作，并组织勘察设计、施工、监理和咨询等单位实施。评估过程中各方应明确职责，密切配合，确保观测数据及评估结果的真实、可靠。建设单位的主要职责：1委托咨询单位或专业队伍进行无碴轨道铺设条件的评估工作。2根据设计要求及本指南的相关规定，制订变形观测及评估工作实施细则。3负责观测及评估人员的技术指导和培训。4对观测数据的真实、可靠性负责，并建立变形观测和评估数据库。5组织阶段评估工作，并及时将阶段评估结果提交勘察设计、施工、监理和咨询等单位；评估工作完成后，提交《无碴轨道铺设条件评估报告》。6检查、监督、协调、处理变形观测及评估工作中的有关问题。14铺设条件评估的职责及要求（勘察设计单位）勘察设计单位的主要职责：提交线路设计纵断面图、工程地质纵横断面图、设计图纸和说明书；线下工程变形观测断面、观测点布置等要求；变形计算报告，包括不同阶段的设计沉降值与时间的关系曲线等。对变形观测的设计要求进行技术交底。参与制订变形观测及评估工作实施细则。根据变形观测结果，对设计预测沉降进行实时修正，并将设计预测的结果提交建设单位。15铺设条件评估的职责及要求（施工单位）施工单位的主要职责：负责线下工程变形的观测。参与制订变形观测和评估工作实施细则。变形监测网的建立。根据建设、勘察设计等单位和本技术指南提出的相关要求，设置变形观测点，进行观测，并及时提交观测数据。负责观测设施的保护，确保施工过程中不受扰动或破坏。16铺设条件评估的职责及要求（监理单位）监理单位的主要职责：参与制订变形观测及评估工作实施细则。对重要环节进行旁站监理。监督、检查观测设施的保护，确保其不受施工或外界的扰动和破坏。对施工单位的观测数据及时签字确认。17铺设条件评估的职责及要求（委托的咨询单位或专业队伍）委托的咨询单位或专业队伍应全过程对变形进行平行观测，并将路基作为监测的重点。平行观测的数量，一般地段应不少于总测点的30％，对于地质复杂、沉降变化大以及过渡段等区段，平行观测的数量不应少于50%。18铺设条件评估的职责及要求参与观测的人员必须经过培训才能上岗。19路基沉降的评估4.1一般规定路基上铺设无碴轨道前，应对路基变形作系统的评估，确认路基的工后沉降和变形符合设计要求。路基填筑完成或施加预压荷载后应有不少于6个月的观测和调整期，观测数据不足以评估或工后沉降评估不能满足设计要求时，应延长观测期或采取必要的加速或控制沉降的措施。观测期内，路基沉降实测值超过设计值20%及以上时，应及时会同建设、勘察设计等单位查明原因，必要时进行地质复查，并根据实测结果调整计算参数，对设计预测沉降进行修正或采取沉降控制措施。评估时发现异常现象或对原始记录资料存在疑问，可进行必要的检查。20路基沉降的评估4.2观测点布置和观测频次路基沉降观测应以路基面沉降和地基沉降观测为主。路基沉降观测断面的设置及观测断面的观测内容应根据地形地质条件、地基处理方法、路堤高度、堆载预压等具体情况，结合沉降预测方法和工期要求具体确定观测方案。沉降观测可在线路两侧地基、路肩和线路中心设置观测桩、在地基和基床底层的顶面设置剖面沉降管，或在线路中心设置沉降板。沉降观测断面的间距一般不应大于50m，地势平坦、地基条件均匀良好的路堑、高度小于5m的路堤可放宽到100m；地形、地质条件变化较大地段应适当加密。沉降观测装置应埋设稳定（参照附录A），观测期间应对观测装置采取有效的保护措施。沉降水准的测量精度为±1mm，读数取位至0.1mm；剖面沉降的测量精度为8mm/30m。路基沉降观测的频次不低于表4.2.7的规定。当环境条件发生变化或数据异常时应及时观测。21路基沉降的评估4.2观测点布置和观测频次观测内容断面布置观测断面间隔适用条件路基面沉降路基两侧路肩或路基中心设置沉降观测点。100m1.地势平坦、地基条件良好；2.路堑或高度小于5m的路堤。路基面沉降与地基沉降1.路基两侧路肩或地基设置沉降观测点；2.代表性断面在地基和基床表层底面位置设置剖面沉降管。（如说明图4.2.1－1）50m其它路基（复杂条件下需要加密）路基面沉降与地基沉降1.路基两侧路肩或地基设置沉降观测点；2.沿线路方向斜向对角线布置剖面沉降管。（如说明图4.2.1－2）紧靠桥台设1断面、10m、30m处各设一个断面。过渡段注：对于不堆载预压的路基或观测期较短或拟采用修正对数或修正双曲线法进行沉降预测的路基，地基沉降的观测是非常必要的。22路基沉降的评估4.2观测点布置和观测频次观测阶段观测频次填筑或堆载一般1次/天沉降量突变2～3次/天两次填筑间隔时间较长1次/3天堆载预压或路基施工完毕第1个月1次/周第2、3个月1次/2周3个月以后1次/月无碴轨道铺设后第1个月1次/2周第2、3个月1次/月3～12个月1次/3月23路基工后沉降控制与评估德国咨询方建议24路基工后沉降控制与评估德国咨询方建议25路基工后沉降控制与评估德国咨询方建议26路基工后沉降控制与评估德国咨询方建议27路基工后沉降控制与评估德国咨询方建议28路基工后沉降控制与评估德国咨询方建议293031路基面沉降观测点可参照附录图－1埋设。附录图－1路基面沉降观测点设置参考图32路基沉降的评估4.3评估方法和判定标准评估工作应根据下列资料综合分析：路基沉降观测资料。路基地段的线路设计纵断面图、工程地质纵横断面图、设计图纸和说明书、沉降计算报告（包括不同阶段的设计沉降值与时间的关系曲线）等相关设计资料。施工过程、施工核查以及填料、级配、地基和压实检验情况等施工资料。施工质量控制过程和抽检情况等监理资料。33路基沉降的评估4.3评估方法和判定标准路基沉降预测应采用曲线回归法，并满足以下要求：根据路基填筑完成或堆载预压后不少于3个月的实际观测数据作多种曲线的回归分析，确定沉降变形的趋势，曲线回归的相关系数不应低于0.92。沉降预测的可靠性应经过验证，间隔不少于3个月的两次预测最终沉降的差值不应大于8mm。路基填筑完成或堆载预压后，最终的沉降预测时间应满足下列条件：S(t)/S(t=∞)≥75%式中：S(t)：预测时的沉降观测值；S(t=∞)：预测的最终沉降值。34路基沉降的评估用实测值推算最终沉降的方法35路基沉降的评估4.3评估方法和判定标准设计预测总沉降量与通过实测资料预测的总沉降量之差值不宜大于10mm。路基沉降的评估应结合路基各观测断面以及相邻桥（涵）隧的沉降预测情况进行，预测的路基工后沉降值不应大于15mm。36桥涵变形的评估5.1一般规定无碴轨道铺设前，应对桥涵变形作系统的评估，确认桥涵基础沉降和梁体长期变形等符合设计要求。桥涵主体工程完工后，沉降观测期一般应不少于6个月；岩石地基等良好地质区段的桥梁，沉降观测期应不少于2个月。观测数据不足或工后沉降评估不能满足设计要求时，应适当延长观测期。观测期内，基础沉降实测值超过设计值20％及以上时，应及时会同建设、勘察设计等单位查明原因，必要时进行地质复查，并根据实测结果调整计算参数，对设计预测沉降进行修正或采取沉降控制措施。评估时发现异常现象或对原始记录资料存在疑问，可进行必要的检查。37桥涵变形的评估5.2观测点布置和观测频次桥梁变形观测应以墩台基础的沉降和预应力混凝土梁的徐变变形为主，涵洞除应进行自身的