成渝高铁内江北站路基上拱病害及整治措施

为了满足对路基平顺性和稳定性的要求，高速铁路通常采用无砟轨道结构形式。成渝高铁是目前我国西南地区已建成运营的设计标准最高、速度最快的高速铁路，是成渝双城经济圈城际铁路网的主骨架，增强成渝地区与华中、华东地区的交流。内江北站路基上拱破坏了成渝高铁的无砟轨道结构，严重影响了高铁运营安全。1、工程概况1.1

上拱病害的发展2015年至2019年底，成渝高铁内江北站东西两端路基因地质原因发生连续上拱，根据成渝高铁运营维管单位的检测结果：内江北站K152+600~K152+956（以下简称A段），累计最大上拱变形值为75 mm（K152+790处）；内江北站K153+580~K153+872（以下简称B段），累计最大上拱变形值为40 mm（K153+670处）。根据自动监测结果，目前内江北站病害路基上拱变形尚未稳定，但上拱速率总体呈下降趋势，上拱速率较监测期期初下降约50 %。其中，A段上拱最大点在K152+790，上拱速率由2016年每月1.23 mm下降至2019年每月0.63 mm，近两年监测点的平均总变形速率为0.42 mm。B段上拱最大点出现在K153+670.268，上拱速率2016年每月1.01 mm降至2019年每月0.63mm。K153+690.268，I道测上拱速率由2016年的0.70 mm降至2019年的0.36 mm，呈下降趋势。1.2

病害路基段地质情况内江北站位于丘陵地貌区，地表相对高差45~70 m，自然陡坎较多，虽经日晒雨淋，山坡稳定性一般较好，膨胀岩野外地貌特征不明显，泥岩自由膨胀率和膨胀力指标较低，饱和吸水率指标相对较高，仅局部达弱膨胀岩判定标准，具有一定的膨胀性，不属于典型的膨胀岩。基岩为侏罗系（J）泥岩夹砂岩，俗称“川中红层”，属软岩～极软岩，全风化带（W4）厚0~4 m，岩体风化呈土状及粉砂角砾状，手捏易碎；强风化带（W3）厚3~10 m，节理裂隙发育，质较软；以下为弱风化带（W2），质稍硬。内江北站属于深路堑地段，其中A段路堑中心最大挖深47.8 m，B段路堑中心最大挖深40.0 m。代表性断面如图1、图2所示。图1A段深挖方地段横断图2B段深挖方地段横断2、原因分析2.1

上拱原因鉴于内江北站路基上拱破坏了成渝高铁的无砟轨道结构，严重影响了高铁的安全运营，建设单位多次组织设计、监测等单位会同路局维管部门，对上拱地段的病害路基进行勘察、监测，研究基底红层泥岩的特性。引起上拱的主要原因是红层泥岩的膨胀性，它具有时效性特征，在低应力作用下即表现出显著的流变性，在水、水汽和应力耦合作用下，蠕变变形的时效性特征尤其明显。同时根据敬洪武关于川中红层水理特性及对无砟轨道变形影响机制的分析，成渝高铁和川南城际等铁路项目深路堑开挖卸荷施工后基底水平应力显著增大，地下水环境随之改变，基底红层软岩出现长期蠕变导致路基上拱变形的情况。其次，是2 m以内的路基表层回填层膨胀引起的上拱，该部分上拱变形量较小。2.2

上拱变形与基础深度关系路基上拱的主要原因是基底红层软岩的长期蠕变变形，通过埋设观测设备，观测不同深度的岩层蠕变情况，判定上拱变形与基础埋深的关系。A段选择最大上拱变形值（75 mm）所在位置附近DK152+790为观测断面，B段选择最大上拱变形值（40 mm）所在位置附近DK153+670为观测断面。通过监测数据和数值模拟分析结果，A段变形岩层位于0~20 m范围内，其中0~10 m约占总变形量的71 %，10~15 m约占总变形量的19 %，15~20 m约占总变形量的10 %。通过监测数据和数值模拟分析结果，B段变形岩层位于0~15 m范围内，其中0~10 m约占总变形量的90 %，10~15 m约占总变形量的10 %。3、上拱变形发展趋势预测鉴于当前影响上拱病害段地基的外部因素已全部消除，病害路基上拱尚未结束但将趋于稳定。预测病害路基上拱的上限值是制定整治措施的关键因素。根据内江北站地质勘察资料，结合各区段地层结构建立数值模型，开展流变作用下的地基长期变形分析，判断上拱趋势。3.1

A段变形发展趋势预测选取A段K152+790深挖路堑建立数值模型，预测最大上拱变形量129 mm，达到最大上拱变形时间约6年，持续变形时间约14年。3.2

B段变形发展趋势预测选取B段K153+670深挖路堑建立数值模型，预测最大上拱变形量57 mm，达到最大上拱变形时间约9年。综上所述，A段预计上拱变形上限值为129 mm，后期将要上拱54 mm；B段预计上拱变形上限值为57 mm，后期将要上拱17 mm。4、常用的降道整治措施根据其他高铁线路各种上拱病害整治的措施和办法，结合成渝高铁内江北站路基上拱原因，可以初步考虑以下4种方案：（1）线路拟合与扣件调整措施。内江北站路基上拱变形绝对值很大，且处于继续发展阶段，同时扣件调整措施调整余量有限。当前铁路维管单位已经用完了扣件调整余量，所以通过线路拟合与扣件调整结合的方式无法根治内江北站路基上拱问题。（2）轨枕打磨措施。轨枕打磨将破坏既有轨道结构，存在较大安全隐患，且调整量绝对数量有限，无法解决后期路基继续上拱变形问题，不可实施。（3）绳锯切割措施。受施工场地限制，绳锯切割措施实施难度较大、施工进度较慢，存在较大的工期风险。尤其是在B段道岔区，卡锯现象不能避免，工期得不到保证。同时绳锯切割将破坏既有轨道结构，不利于运营安全，不可实施。（4）拆除重建措施。拆除重建措施既可彻底解决内江北站路基已经上拱的问题，不伤损轨道结构、无运营风险，又可根据内江北站路基上拱趋势地段预测结果，预留一定的调整量以适应今后上拱变形的情况。但是，整治施工需要运营单位配合，停运内江北站整治范围的相关股道。5、上拱病害整治5.1

整治原则（1）上拱变形值大于4 mm且开挖深度大于10 m的路基地段，对路基基础部分进行整治。（2）上拱变形值小于4 mm且开挖深度小于10 m的路基地段，不整治路基基础部分，降低基床表层标高后恢复无砟轨道，利用线路拟合和扣件调整措施进行降道调整。5.2

整治措施内江北站AB两段上拱路基，采取上行线便线过渡（内江北站利用7/8道运行），采用小跨度刚构悬臂板结构对上拱路基基础进行整治，后重建无砟轨道恢复轨道标高，整治后对整治区间进行监测，为整治效果评估提供依据。（1）新建便线，开通7/8道，中断内江北站站内病害区域正线（1、2道）及到发线（3、4道）线路，封闭AB段。（2）拆除既有无砟轨道和路基基床表层（A，B组填料和级配碎石掺水泥）。（3）施作小跨度刚构悬臂板结构，如图3所示。图3内江北站悬臂板结构典型断面示意1）悬臂板板底至基床脱空15 cm，预留路基基础上拱空间。2）刚构悬臂板结构板底以下7 m范围墩柱采用挖孔桩开挖，柱高7 m，柱身直径1.0 m，柱周填塞0.15 m厚沥青，该部分基础上拱变形不影响悬臂板结构。3）7 m以下的桩基础，采用直径1.3 m的挖孔桩，根据路基上拱变形的预测，按桩所在岩体所占总上拱量的比例计算，A段后期上拱量较大，预计为23 mm，该部分后期上拱，可通过无砟轨道板预留20 mm的上拱量来解决。4）悬臂板之间及悬臂板与防护结构之间设置2 cm的断缝，断缝按沉降缝处理。5）重建无砟轨道床板，预留20 mm后期上拱量；铺设长轨，通过WJ—8扣件调整。6）重建区域轨道与两端既有轨道的衔接，通过线路拟合和增减扣件调高垫板进行顺坡调整，确保高铁轨道的平顺性和稳定性。6、整治后的效果监测根据高速铁路特殊病害整治施工的有关规定，病害整治施工完成后，需对整治区段进行监测，6个月监测期满后形成整治效果评估报告。具体检测方案如下：6.1

轨道监测对内江北站上拱病害整治区段及前后500 m范围轨道每月进行2次人工精测。6.2

路基监测对内江北站上拱病害整治区段在整治起点、整治区间、整治终点以及两端延伸部分的路基面、底座板、轨道板上布置沉降监测点传感器进行实时在线自动监测，通过北斗卫星系统传输运营期路基段变形数据。7

结束语成渝客专和川南城际铁路深路堑卸载施工，地下水及应力发生改变，基底红层软岩在水、水汽和应力耦合作用下出现的长期蠕变变形是导致内江北站路基上拱变形主要原因。根据红层软岩的特性，采用小跨度钢构悬臂板结构措施对上拱路基基