用于软土地区运营高速铁路无砟轨道路基的纠偏结构

《用于软土地区运营高速铁路无砟轨道路基的纠偏结构》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结构。

2014年前，中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。

中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。2014年前尚未发现无需中断运营的、不破坏轨道结构且风险低的用于软土地区运营高速铁路无砟轨道路基纠偏的结构。

图1为《用于软土地区运营高速铁路无砟轨道路基的纠偏结构》的横断面结构示意图；

图2为《用于软土地区运营高速铁路无砟轨道路基的纠偏结构》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—第一排旋喷桩、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、23—第三排旋喷桩、24—第二排旋喷桩。

2020年7月14日，《用于软土地区运营高速铁路无砟轨道路基的纠偏结构》获得第二十一届中国专利奖优秀奖。 2100433B

如图1和图2所示的用于软土地区运营高速铁路无砟轨道路基的纠偏结构，它包括桩基加固区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，高速铁路路堤已向第二软弱地层区6方向发生横向位移，所述第二软弱地层区6内沿第二软弱地层区6的纵向（列车前进的方向）设置有第一排旋喷桩7，不对称荷载区5内设有变形槽8，变形槽8的长度方向与不对称荷载区5的纵向方向一致，变形槽8内填塞有既能防止变形槽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，变形槽8的一侧与桩基加固区1的一侧之间的不对称荷载区5内沿不对称荷载区5的纵向设有多个应力释放孔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，每个应力释放孔10内均填满中粗砂或碎石（中粗砂或碎石用于防止应力释放孔10垮孔坍塌）。

上述技术方案中，所述第一排旋喷桩7一侧与桩基加固区1另一侧之间的第二软弱地层区6内设置有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，所述桩基加固区1另一侧的边缘设置有多个横向位移方向坡脚内侧孔隙水压力计13。

上述技术方案中，所述多个横向位移方向坡脚外侧孔隙水压力计12沿第二软弱地层区6垂向方向及纵向方向均匀设置；所述多个横向位移方向坡脚内侧孔隙水压力计13沿桩基加固区1垂向方向及纵向方向均匀设置。

上述技术方案中，所述应力释放孔10一侧与桩基加固区1一侧之间的第一软弱地层区4内设置有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，所述多个不对称荷载区孔隙水压力计15沿第一软弱地层区4垂向方向及纵向方向均匀设置，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。

上述技术方案中，所述轨道板16的两侧均设置有轨道板两侧水平位移监测点18，所述钢轨17顶部设置有钢轨水平位移监测点19，所述轨道板16的中心线上设置有轨道板中心水平位移监测点20。

上述技术方案中，所述高速铁路路堤3顶部的两侧均设有接触网立柱基础21，所述接触网立柱基础21上设有接触网立柱基础水平位移监测点22。

上述技术方案中，所述相邻两个应力释放孔10的间距相等且间距范围均为2.0米～5.0米（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127毫米～148毫米。

上述技术方案中，所述变形槽8的宽度范围为0.3米～0.4米，所述变形槽8的深度不小于不对称荷载区4填土的高度。

上述技术方案中，所述第一排旋喷桩7一侧与横向位移方向坡脚外侧测斜管11之间的第二软弱地层区6上还设有第二排旋喷桩24和第三排旋喷桩23，所述第二排旋喷桩24和第三排旋喷桩23与第一排旋喷桩7平行。

上述技术方案中，所述第一排旋喷桩7中每个旋喷桩的桩径相等且桩径范围均为0.5米～0.7米，第一排旋喷桩7中相邻两个旋喷桩之间的距离相等且距离范围均为0.4米～0.6米。

上述技术方案中，利用施工第一排旋喷桩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，增强了旋喷桩产生的纠偏推力对高速铁路路基纠偏的作用效果。

上述技术方案中，在高速铁路路基纠偏施工完成后，将变形槽8用碎石加5%水泥封填密实。

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。

上述第一排旋喷桩7、第二排旋喷桩24和第三排旋喷桩23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7，再根据实际工效施作第二排旋喷桩24和第三排旋喷桩23。

上述技术方案中，所述变形槽8、应力释放孔10、第一排旋喷桩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。

《用于软土地区运营高速铁路无砟轨道路基的纠偏结构》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7，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7、第二排旋喷桩24和第三排旋喷桩23。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。

用于软土地区运营高速铁路无砟轨道路基的纠偏结构专利目的

《用于软土地区运营高速铁路无砟轨道路基的纠偏结构》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结构。

用于软土地区运营高速铁路无砟轨道路基的纠偏结构技术方案

《用于软土地区运营高速铁路无砟轨道路基的纠偏结构》所设计的用于软土地区运营高速铁路无砟轨道路基的纠偏结构，它包括桩基加固区、设置在桩基加固区顶部的地基加固垫层、设置在地基加固垫层顶部的高速铁路路堤、位于桩基加固区一侧的第一软弱地层区、位于第一软弱地层区顶部的不对称荷载区、位于桩基加固区另一侧的第二软弱地层区，所述不对称荷载区位于地基加固垫层及高速铁路路堤的一侧，高速铁路路堤的顶部设有轨道板，所述轨道板上均设有钢轨，其特征在于：高速铁路路堤已向第二软弱地层区方向发生横向位移，所述第二软弱地层区内沿第二软弱地层区的纵向设置有第一排旋喷桩，不对称荷载区内设有变形槽，变形槽的长度方向与不对称荷载区的纵向方向一致，变形槽内填塞有既能防止变形槽塌陷，又容许变形槽变形的材料，变形槽的一侧与桩基加固区的一侧之间的不对称荷载区内沿不对称荷载区的纵向设有多个应力释放孔，每个应力释放孔的底部向下延伸，并贯穿第一软弱地层区，每个应力释放孔内均填满中粗砂或碎石。

所述第一排旋喷桩一侧与桩基加固区另一侧之间的第二软弱地层区内设置有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，所述桩基加固区另一侧的边缘设置有多个横向位移方向坡脚内侧孔隙水压力计。

所述多个横向位移方向坡脚外侧孔隙水压力计沿第二软弱地层区垂向方向及纵向方向均匀设置；所述多个横向位移方向坡脚内侧孔隙水压力计沿桩基加固区垂向方向及纵向方向均匀设置。

所述应力释放孔一侧与桩基加固区一侧之间的第一软弱地层区内设置有不对称荷载区测斜管及多个不对称荷载区孔隙水压力计，所述多个不对称荷载区孔隙水压力计沿第一软弱地层区垂向方向及纵向方向均匀设置，所述不对称荷载区测斜管向上延伸并贯穿不对称荷载区。

所述轨道板的两侧均设置有轨道板两侧水平位移监测点，所述钢轨顶部设置有钢轨水平位移监测点，所述轨道板的中心线上设置有轨道板中心水平位移监测点。

所述高速铁路路堤顶部的两侧均设有接触网立柱基础，所述接触网立柱基础上设有接触网立柱基础水平位移监测点。

所述相邻两个应力释放孔的间距相等且间距范围均为2.0米～5.0米，所述每个应力释放孔的孔径相等且孔径范围均为127毫米～148毫米。

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

所述第一排旋喷桩一侧与横向位移方向坡脚外侧测斜管之间的第二软弱地层区上还设有第二排旋喷桩和第三排旋喷桩，所述第二排旋喷桩和第三排旋喷桩与第一排旋喷桩平行。

所述第一排旋喷桩中每个旋喷桩的桩径相等且桩径范围均为0.5米～0.7米，第一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0.4米～0.6米。

用于软土地区运营高速铁路无砟轨道路基的纠偏结构有益效果

（1）《用于软土地区运营高速铁路无砟轨道路基的纠偏结构》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）《用于软土地区运营高速铁路无砟轨道路基的纠偏结构》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）《用于软土地区运营高速铁路无砟轨道路基的纠偏结构》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。

《用于软土地区运营高速铁路无砟轨道路基的纠偏结构》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。该结构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。该结构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。

1.一种用于软土地区运营高速铁路无砟轨道路基的纠偏结构，它包括桩基加固区（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），其特征在于：高速铁路路堤（3）已向第二软弱地层区（6）方向发生横向位移，所述第二软弱地层区（6）内沿第二软弱地层区（6）的纵向设置有第一排旋喷桩（7），不对称荷载区（5）内设有变形槽（8），变形槽（8）的长度方向与不对称荷载区（5）的纵向方向一致，变形槽（8）内填塞有既能防止变形槽（8）塌陷，又容许变形槽（8）变形的材料，变形槽（8）的一侧与桩基加固区（1）的一侧之间的不对称荷载区（5）内沿不对称荷载区（5）的纵向设有多个应力释放孔（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），每个应力释放孔（10）内均填满中粗砂或碎石。

2.根据权利要求1所述的用于软土地区运营高速铁路无砟轨道路基的纠偏结构，其特征在于：所述第一排旋喷桩（7）一侧与桩基加固区（1）另一侧之间的第二软弱地层区（6）内设置有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），所述桩基加固区（1）另一侧的边缘设置有多个横向位移方向坡脚内侧孔隙水压力计（13）。

3.根据权利要求2所述的用于软土地区运营高速铁路无砟轨道路基的纠偏结构，其特征在于：所述多个横向位移方向坡脚外侧孔隙水压力计（12）沿第二软弱地层区（6）垂向方向及纵向方向均匀设置；所述多个横向位移方向坡脚内侧孔隙水压力计（13）沿桩基加固区（1）垂向方向及纵向方向均匀设置。

4.根据权利要求2所述的用于软土地区运营高速铁路无砟轨道路基的纠偏结构，其特征在于：所述应力释放孔（10）一侧与桩基加固区（1）一侧之间的第一软弱地层区（4）内设置有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），所述多个不对称荷载区孔隙水压力计（15）沿第一软弱地层区（4）垂向方向及纵向方向均匀设置，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）。

5.根据权利要求1所述的用于软土地区运营高速铁路无砟轨道路基的纠偏结构，其特征在于：所述轨道板（16）的两侧均设置有轨道板两侧水平位移监测点（18），所述钢轨（17）顶部设置有钢轨水平位移监测点（19），所述轨道板（16）的中心线上设置有轨道板中心水平位移监测点（20）。

6.根据权利要求5所述的用于软土地区运营高速铁路无砟轨道路基的纠偏结构，其特征在于：所述高速铁路路堤（3）顶部的两侧均设有接触网立柱基础（21），所述接触网立柱基础（21）上设有接触网立柱基础水平位移监测点（22）。

7.根据权利要求1所述的用于软土地区运营高速铁路无砟轨道路基的纠偏结构，其特征在于：所述相邻两个应力释放孔（10）的间距相等且间距范围均为2.0米～5.0米，所述每个应力释放孔（10）的孔径相等且孔径范围均为127毫米～148毫米。

8.根据权利要求1所述的用于软土地区运营高速铁路无砟轨道路基的纠偏结构，其特征在于：所述变形槽（8）的宽度范围为0.3米～0.4米，所述变形槽（8）的深度不小于不对称荷载区（4）填土的高度。

9.根据权利要求2所述的用于软土地区运营高速铁路无砟轨道路基的纠偏结构，其特征在于：所述第一排旋喷桩（7）一侧与横向位移方向坡脚外侧测斜管（11）之间的第二软弱地层区（6）上还设有第二排旋喷桩（24）和第三排旋喷桩（23），所述第二排旋喷桩（24）和第三排旋喷桩（23）与第一排旋喷桩（7）平行。

10.根据权利要求1所述的用于软土地区运营高速铁路无砟轨道路基的纠偏结构，其特征在于：所述第一排旋喷桩（7）中每个旋喷桩的桩径相等且桩径范围均为0.5米～0.7米，第一排旋喷桩（7）中相邻两个旋喷桩之间的距离相等且距离范围均为0.4米～0.6米。

纠偏机整体与组成

1、纠偏控制器器---张力控制器---步进电机---磁粉制动器---电眼---机架。

纠偏机系统与组成

1、纠偏控制系统---动力系统---光电眼系统---机架系统

——应用于钢铁、瓦楞纸、纺织、印刷、标签、贴标、造纸、塑料薄膜、建筑材料、线缆、橡胶、轮胎等行业的卷材生产制造技术。

卷材纠偏是指制造商所生产的卷材在喷涂。所以，这个过程称之为纠偏。

现代意义的纠偏涉及极广，在包装，印刷，标签，建筑材料，纸浆，生活用纸，塑料，成衣，线缆，金属加工，无纺布，瓦楞纸加工等行业都是必不可少的。一个典型的纠偏系统包括纠偏控制器，纠偏感应器，纠偏框架及驱动器。

目前国内纠偏行业状况： 高端市场主要为国外所垄断，但国内也不乏制造者，此行业的行程标示中国工业包装的进步和突破，达到节能环保的理念。据不完全统计，使用纠偏系统可节约材料百分之十到百分之二十左右。节能减排，工业纠偏功不可没。

1.纠偏钱应对纠偏工程的沉降、倾斜、开裂、结构、地基基础、周围环境、地质、水文等情况进行详细调查定制周密的纠偏方案。

2.应结合原始资料，配合补充勘查、补测，搞清地基基础和上部结构的实际情况和状态，分析、查清偏斜原因。

3.进行纠偏设计时，应充分考虑地基土的剩余变形，以及因纠偏致使不同形式的基础和周围建筑基础对沉降的影响。

4.被纠偏建筑应具有一定的整体刚度，若刚度不能满足纠偏要求，应先进行临时加固。