一种适用于采空区场地高速铁路路基形式及施工方法

技术领域

本发明涉及一种适用于采空区场地高速铁路路基形式及施工方法，属工程建设及检测技术领域。

背景技术

我国拥有丰富的地下资源，在过去几十年间因开采造成的地面塌陷面积不断扩大。随着经济的快速发展，近年来我国高速铁路网已逐渐形成“四纵四横”规模，凭借惊人的发展速度以及过硬的实力，我国高铁已赢得国际社会高度认可。但由于地下资源开采大省诸多采空区的存在，使得高速铁路的规划普及变得困难，严重滞后了我国交通事业的发展。而高铁动车机组对路基不均匀沉降又极为敏感，桥墩结构对沉降应变能力较差且成本相对较高，铁路运营过程中只能利用列车运行中短暂的天窗期进行纠偏，既保证生产又保障安全的要求难度极大。因此，找到一种适用于采空区场地高速铁路抗变形可纠偏路基形式迫在眉睫。

公开号为CN207582209U的实用新型专利，提供了一种高速铁路路基变形修复结构，其提出的技术方案中，仅仅提供出一种路基沉降监测方法，只通过压力盒数据变化对路基上拱情况进行拉伸，不能监测路基产生不均匀沉降情况，也难以保证路基抗变形效果，路基变形后不能采取纠偏措施补救

因此，找到一种适用于采空区场地高速铁路路基形式及施工方法，以克服当前现有设备存在的不足，满足实际工程作业的需要。

发明内容

本发明目的就在于克服上述不足，提供一种适用于采空区场地高速铁路路基形式及施工方法，该发明可以降低桩基桥墩的建设数量，减少路基建设成本造价，可以消除地基不均匀沉降造成的不良影响，具有一定的抗变形能力；并在采空区地基出现大的剩余沉降时，能够精确监测和判断形变量，并可实现对沉降形变量进行精确纠偏调节作业，此外另具有良好的防水蚀和消除动荷载产生的共振效应传递的能力，从而极大的提高了降低采空区桥梁设施建设及运行的安全性和可靠性。

为实现上述目的，本发明是通过以下技术方案来实现：

一种适用于采空区场地高速铁路路基形式，包括桥台、支撑座、悬浮车道、行车轨道、级配碎石垫层、蓄水槽、储液罐、增压泵、无机稳定盐溶液、沉降监测点、锚固槽及数据接收终端，桥台共两个位于采空区两侧外边缘位置处，其两桥台之间的采空区场地向下开挖承载基坑，承载基坑内设与承载基坑同轴分布的蓄水槽，蓄水槽与承载基坑底部间通过级配碎石垫层连接，悬浮车道位于两桥台之间，其下端面另嵌于承载基坑内，悬浮车道两端及侧表面分别通过支撑座与桥台上端面及承载基坑上端面连接，承载基坑及基坑内蓄水槽均包覆在悬浮车道外，且蓄水槽内设液面比悬浮车道下端面高至少5毫米的无机稳定盐溶液，蓄水槽内的无机稳定盐溶液另通过循环管路与储液罐连通，且循环管路上设至少一个增压泵，悬浮车道至少一条，悬浮车道上端面通过若干锚固槽与至少两条行车轨道连接，且行车轨道与悬浮车道轴线平行分布，沉降监测点、锚固槽沿行车轨道轴线方向均布，且沉降监测点、锚固槽间相互间隔分布，储液罐、增压泵、数据接收终端均与桥台连接，且数据接收终端分别与支撑座、增压泵、沉降监测点间电气连接。

进一步的，所述的支撑座包括定位垫块、承载台、自动水准平台、液压千斤顶柱、压力传感器，其中所述定位垫块下端面与若干液压千斤顶柱连接，各液压千斤顶柱环绕定位垫块轴线均布，且液压千斤顶柱下端面嵌于桥台及承载基坑上端面内，所述定位垫块上端面设自动水准平台，与自动水准平台同轴分布并通过自动水准平台与承载台连接，所述承载台包覆在定位垫块上端面外，且承载台下端面与自动水准平台上端面间通过压力传感器连接，所述自动水准平台、液压千斤顶柱、压力传感器均与数据接收终端电气连接。

进一步的，所述的自动水准平台上设至少一个位移传感器和至少一个角度传感器，所述位移传感器、角度传感器均与数据接收终端电气连接，所述承载台为棱台结构及球冠状结构中的任意一种，且所述承载台对应的悬浮车道下端面位置设与承载台同轴分布的定位槽，所述定位槽包覆在承载台外，与承载台同轴分布且定位槽深度不大于承载台高度的1/2。

进一步的，所述的悬浮车道两端对应桥台上设搭接槽，悬浮车道两端嵌于搭接槽内，并通过支撑座与搭接槽槽底连接，且所述悬浮车道上端面与桥台上端面平齐分布，悬浮车道两端与搭接槽侧壁间通过橡胶垫块连接，且所述搭接槽长度为桥台上端面长度的1/2—3/4。

进一步的，所述的悬浮车道下端面与蓄水槽底部另通过若干橡胶垫块连接，所述橡胶垫块沿悬浮车道轴线方向均布，且沿悬浮车道轴向方向相邻两个橡胶垫块间间距为30—60米。

进一步的，所述的悬浮车道包括若干悬浮钢箱及连接扣，所述悬浮钢箱间通过连接扣连接，并分布在同一直线方向分布，且悬浮车道轴向截面呈等腰梯形结构，横端面呈圆弧结构，所述悬浮钢箱包括底板龙骨、肋板、悬浮车道甲板、纵桁架，其中所述悬浮车道甲板为横断面呈矩形的板状结构，所述底板龙骨为横断面呈圆弧状的槽状结构，底板龙骨上端面与悬浮车道甲板下端面连接并同轴分布，悬浮车道甲板与底板龙骨间构成浮力腔，且各悬浮钢箱的浮力腔相互连通，所述肋板和纵桁架均嵌于浮力腔内，其中所述肋板为与底板龙骨同轴分布的圆弧结构并与底板龙骨槽底连接，各肋板间通过至少两条纵桁架连接，且所述纵桁架与悬浮车道轴线平行分布并与底板龙骨连接，

进一步的，所述的级配碎石垫层厚度为20~30cm，蓄水槽的无机稳定盐溶液液面上设厚度不小于3毫米的石油蜡防护层。

进一步的，所述的蓄水槽表面设防水层。

一种适用于采空区场地高速铁路路基形式的施工方法，包括如下步骤：

S1，建设桥台，根据煤矿采空区建（构）筑物地基处理技术规范（GB 51180-2016）甲级设计等级标准，对地基进行处理后，地基进行处理后，在规划线路的采空区沉降影响范围外选定首尾桥台位置，并采用重力式桥墩结构及工艺进行施工建设，并在桥台预留搭接槽，同时在搭接槽槽底设支撑座，同时在桥台位置设置储液罐、增压泵及数据接收终端；

S2，基坑及蓄水槽建设，在进行S1步骤施工时，同步根据采空区长度范围进行承载基坑建设，完成承载基坑开挖后在承载基坑建设底部平铺级配碎石垫，并对级配碎石垫表面进行平整达到施工设计要求，然后在级配碎石垫上方进行混凝土施工建设蓄水槽，并在蓄水槽槽底铺设防水层，在蓄水槽上端面预设支撑座；

S3，悬浮车道，在进行S1步骤施工时，同步进行悬浮车道的悬浮钢箱建设，备用；

S4，悬浮车道建设施工，完成S3步骤后，先对蓄水槽进行注入无机稳定盐溶液至一定高度，然后吊运悬浮车道装置到钢筋混凝土蓄水槽中，通过液体泵送系统调整悬浮车道装置标高，通过锚固装置将悬浮车道装置进行固定；然后在无机稳定盐溶液面上倒入石蜡油层，填充悬浮车道装置与蓄水槽间的水面空隙，每隔10—50间距在悬浮车道装置与蓄水槽间填充橡胶垫板，增加横向约束，悬浮车道装置安装锚固完成后在首尾搭接承台段进行加固段连接；

S5，纠偏作业，完成S4步骤后，通过装置监测点沉降监测数据，判断出采空区场地范围内出现沉降后，先将悬浮车道装置与蓄水槽间的橡胶垫块抽出，然后解除首尾承台过渡加强段的锚固体系，再解除正常段悬浮车道与锚固装置间的连接，再次通过液体泵送系统调整标高，然后在路基两侧分段、对称、同步、依次与锚固装置进行连接悬浮车道和锚固装置进行连接，对首尾承台加强段进行连接，放置橡胶垫板，完成纠偏过程。

本发明可以降低桩基桥墩的建设数量，减少路基建设成本造价，同时一方面可以消除地基不均匀沉降造成的不良影响，具有一定的抗变形能力，同时可对列车动荷载产生的振动波进行能量吸收，降低采空区地基出现“活化”的可能性，另一方面可对采空区场地剩余变形具有良好的调节能力，具有较强的针对性，同时具有良好的防水蚀和消除动荷载产生的共振效应传递的能力，从而极大的提高了降低采空区高速铁路列车运行的安全性和可靠性；同时在运行过程中对形变量检测精度高，并可实现持续检测，从而进一步的提高了对高速铁路列车运行时路基状态监控及调整的及时性和精确性。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明横断面局部结构示意图；

图3为支撑座结构示意图；

图4为本发明具体施工工艺流程图。

具体实施方式

如图1—3所示，一种适用于采空区场地高速铁路路基形式，包括桥台1、支撑座2、悬浮车道3、行车轨道4、级配碎石垫层5、蓄水槽6、储液罐7、增压泵8、无机稳定盐溶液9、沉降监测点10、锚固槽11及数据接收终端12，桥台1共两个位于采空区两侧外边缘位置处，其两桥台1之间的采空区场地向下开挖承载基坑13，承载基坑13内设与承载基坑13同轴分布的蓄水槽6，蓄水槽6与承载基坑13底部间通过级配碎石垫层5连接，悬浮车道3位于两桥台1之间，其下端面另嵌于承载基坑13内，悬浮车道3两端及侧表面分别通过支撑座2与桥台1上端面及承载基坑13上端面连接，承载基坑13及基坑内蓄水槽6均包覆在悬浮车道3外，且蓄水槽6内设液面比悬浮车道3下端面高至少5毫米的无机稳定盐溶液9，蓄水槽6内的无机稳定盐溶液9另通过循环管路14与储液罐7连通，且循环管路14上设至少一个增压泵8，悬浮车道3至少一条，悬浮车道3上端面通过若干锚固槽11与至少两条行车轨道4连接，且行车轨道4与悬浮车道3轴线平行分布，沉降监测点10、锚固槽11沿行车轨道4轴线方向均布，且沉降监测点10、锚固槽11间相互间隔分布，储液罐6、增压泵8、数据接收终端12均与桥台1连接，且数据接收终端12分别与支撑座2、增压泵8、沉降监测点10间电气连接。

本实施例中，所述的支撑座2包括定位垫块21、承载台22、自动水准平台23、液压千斤顶柱24、压力传感器25，其中所述定位垫块21下端面与若干液压千斤顶柱24连接，各液压千斤顶柱24环绕定位垫块21轴线均布，且液压千斤顶柱24下端面嵌于桥台1及承载基坑13上端面内，所述定位垫块21上端面设自动水准平台23，与自动水准平台23同轴分布并通过自动水准平台23与承载台22连接，所述承载台22包覆在定位垫块21上端面外，且承载台22下端面与自动水准平台23上端面间通过压力传感器25连接，所述自动水准平台23、液压千斤顶柱24、压力传感器25均与数据接收终端12电气连接。

进一步优化的，所述的自动水准平台23上设至少一个位移传感器26和至少一个角度传感器27，所述位移传感器26、角度传感器27均与数据接收终端12电气连接，所述承载台22为棱台结构及球冠状结构中的任意一种，且所述承载台22对应的悬浮车道3下端面位置设与承载台22同轴分布的定位槽28，所述定位槽28包覆在承载台22外，与承载台22同轴分布且定位槽28深度不大于承载台22高度的1/2。

本实施例中，所述的悬浮车道3两端对应桥台1上设搭接槽15，悬浮车道3两端嵌于搭接槽15内，并通过支撑座2与搭接槽15槽底连接，且所述悬浮车道3上端面与桥台1上端面平齐分布，悬浮车道3两端与搭接槽15侧壁间通过橡胶垫块16连接，且所述搭接槽15长度为桥台1上端面长度的1/2—3/4。

此外，所述的悬浮车道3下端面与蓄水槽6底部另通过若干橡胶垫块16连接，所述橡胶垫块16沿悬浮车道3轴线方向均布，且沿悬浮车道3轴向方向相邻两个橡胶垫块16间间距为30—60米。

重点说明的，所述的悬浮车道3包括若干悬浮钢箱31及连接扣32，所述悬浮钢箱31间通过连接扣32连接，并分布在同一直线方向分布，且悬浮车道3轴向截面呈等腰梯形结构，横端面呈圆弧结构，所述悬浮钢箱31包括底板龙骨311、肋板312、悬浮车道甲板313、纵桁架314，其中所述悬浮车道甲板313为横断面呈矩形的板状结构，所述底板龙骨311为横断面呈圆弧状的槽状结构，底板龙骨311上端面与悬浮车道甲板313下端面连接并同轴分布，悬浮车道甲板313与底板龙骨311间构成浮力腔315，且各悬浮钢箱31的浮力腔315相互连通，所述肋板312和纵桁架314均嵌于浮力腔315内，其中所述肋板312为与底板龙骨311同轴分布的圆弧结构并与底板龙骨311槽底连接，各肋板312间通过至少两条纵桁架314连接，且所述纵桁架314与悬浮车道3轴线平行分布并与底板龙骨311连接，

本实施例中，所述的级配碎石垫层5厚度为20~30cm，蓄水槽6的无机稳定盐溶液9液面上设厚度不小于3毫米的石油蜡防护层17。

本实施例中，所述的蓄水槽6表面设防水层18。

一种适用于采空区场地高速铁路路基形式的施工方法，包括如下步骤：

S1，建设桥台，根据煤矿采空区建（构）筑物地基处理技术规范（GB 51180-2016）甲级设计等级标准，对地基进行处理后，地基进行处理后，在规划线路的采空区沉降影响范围外选定首尾桥台位置，并采用重力式桥墩结构及工艺进行施工建设，并在桥台预留搭接槽，同时在搭接槽槽底设支撑座，同时在桥台位置设置储液罐、增压泵及数据接收终端；

S2，基坑及蓄水槽建设，在进行S1步骤施工时，同步根据采空区长度范围进行承载基坑建设，完成承载基坑开挖后在承载基坑建设底部平铺级配碎石垫，并对级配碎石垫表面进行平整达到施工设计要求，然后在级配碎石垫上方进行混凝土施工建设蓄水槽，并在蓄水槽槽底铺设防水层，在蓄水槽上端面预设支撑座；

S3，悬浮车道，在进行S1步骤施工时，同步进行悬浮车道的悬浮钢箱建设，备用；

S4，悬浮车道建设施工，完成S3步骤后，先对蓄水槽进行注入无机稳定盐溶液至一定高度，然后吊运悬浮车道装置到钢筋混凝土蓄水槽中，通过液体泵送系统调整悬浮车道装置标高，通过锚固装置将悬浮车道装置进行固定；然后在无机稳定盐溶液面上倒入石蜡油层，填充悬浮车道装置与蓄水槽间的水面空隙，每隔10—50间距在悬浮车道装置与蓄水槽间填充橡胶垫板，增加横向约束，悬浮车道装置安装锚固完成后在首尾搭接承台段进行加固段连接；

S5，纠偏作业，完成S4步骤后，通过装置监测点沉降监测数据，判断出采空区场地范围内出现沉降后，先将悬浮车道装置与蓄水槽间的橡胶垫块抽出，然后解除首尾承台过渡加强段的锚固体系，再解除正常段悬浮车道与锚固装置间的连接，再次通过液体泵送系统调整标高，然后在路基两侧分段、对称、同步、依次与锚固装置进行连接悬浮车道和锚固装置进行连接，对首尾承台加强段进行连接，放置橡胶垫板，完成纠偏过程。

本发明在进行蓄水槽施工时，首先铺设钢板底模板，然后进行绑扎底板钢筋浇筑抗渗混凝土施工，并在混凝土施工完成养护后铺设防水卷材，完成密封即可，同时在进行在蓄水槽两侧上预埋有可调高度锚固装置，可以通过调节高程及角度实现与悬浮车道装置的水平对接。

本发明可以降低桩基桥墩的建设数量，减少路基建设成本造价，同时一方面可以消除地基不均匀沉降造成的不良影响，具有一定的抗变形能力，同时可对列车动荷载产生的振动波进行能量吸收，降低采空区地基出现“活化”的可能性，另一方面可对采空区场地剩余变形具有良好的调节能力，具有较强的针对性，同时具有良好的防水蚀和消除动荷载产生的共振效应传递的能力，从而极大的提高了降低采空区高速铁路列车运行的安全性和可靠性；同时在运行过程中对形变量检测精度高，并可实现持续检测，从而进一步的提高了对高速铁路列车运行时路基状态监控及调整的及时性和精确性。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。