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文档简介

客运专线路基 设计施工关键技术 岳祖润 石家庄铁道学院,目录,一、国内外高速铁路路基发展现状 二、铁路客运专线路基基床结构设计 三、客运专线路基施工工艺 四、客运专线工后沉降控制 五、客运专线路基加固 六、客运专线桥涵过渡段,一、国内外高速铁路路基发展现状 1.高速铁路路基的要求 2.国外高速铁路路基 3.国内客运专线的发展,1)基床的强度高、刚度大; 2)地基沉降很小或没有沉降; 3)路基刚度纵向平顺变化; 4)良好的耐久性。,1.高速铁路路基要求,高速铁路路基要求,由于我国以往的铁路工程对路基的重视程度不够,使得近年来铁路路基出现的质量问题越来越明显,发生了许多安全事故,造成了严重的经济损失。,高速铁路路基要求,随着秦沈客运专线的建设,人们对路基的研究和重视程度也在逐步提高,现在,路基在铁路工程中已明确被作为“土工结构物”来看待,路基工程的地位已得到明显提高。,1)、强度高刚度大,一般铁路路基是以强度控制设计,而对于高速铁路,变形控制是路基工程设计的主要控制因素。因为在强度破坏前,可能已出现了不容许的过大变形。,1)、路基刚度的均匀性,列车速度越高,要求路基的刚度越大,弹性变形越小。但刚度过大也会使列车振动加大,也不能平稳运行。路基刚度的不平顺则会给轨道造成动态不平顺,所以,要求路基在线路纵向做到刚度均匀、变化缓慢,不允许刚度突变。,2)、路基沉降变形主要包括三个方面:,列车行驶中路基面产生的弹性变形; 长期行车引起的基床累积下沉; 路基本体填土及地基的压缩下沉。,2)、沉降引起轨道几何平顺性,高速铁路对轨道的平顺性提出了更高的要求,而路基是铁路线路工程的一个重要组成部分,是承受轨道结构重量和列车荷载的基础,它也是线路工程中最薄弱最不稳定的环节,路基几何尺寸的不平顺,自然会引起轨道的几何不平顺。,3)、轨道平顺性,因此,高速铁路路基除应具备一般铁路路基的基本性能之外,还需要满足高速铁路轨道对基础提出的性能要求。不仅要求静态平顺,而且还要求动态条件下平顺。,4)、在列车运行及自然条件下的稳定性,列车运营时路基不仅承受轨道结构和附属构筑物的静荷载,还要承受列车荷载的长期反复作用。同时,由于路基直接暴露在自然条件下,需要抵抗气温变化、雨雪作用、地震破坏等不良因素的影响。,4)、在列车运行及自然条件下的稳定性,路基工程必须在这些条件的长期作用下,其强度不会降低、弹性不会改变、变形不会加大。真正做到长寿命,少维修。只有这样,才能高速行车,减少维修费用,并增加运行的安全性。,国外高速铁路路基构造要求,强化路基基床 严格控制路基填筑标准 沉降控制 加强路基的防排水措施,加强边坡和灾害的防护,国外高速铁路路基构造要求,重要启示:在基床表面设置防水设施是十分必要的。国外高速铁路发展已经做过了漫长的道路,走过了很多弯路,积累了一些成熟的经验值得借鉴。强化基床表层防水是各国高速铁路的共同特点,只是采用的方式不一样。有的是路基面硬化层,兼有防水效果,如日本;有的是直接设置隔水层,如德国和法国。,3.我国客运专线的发展,我国在九十年代的“八五”、“九五”时期,就对高速铁路展开了大规模研究。现行客运专线铁路路基的技术标准及主要参数,是在上述研究成果的基础上,吸收了国外高速铁路路基施工和建设的经验;在设计过程中借鉴、消化、吸收了国外铁路设计新方法和新标准;结合秦沈线的实际情况,并经有关部门多次组织国内专家的论证而最终确定的。,秦沈客运专线路基,客运专线的主要特点:高速、舒适、安全、准时的运送旅客。这一特点需要高度平顺和稳定的轨下基础。 路基设计和施工是关键。秦沈客运专线采取的技术措施:路基按结构物设计,严格选择路堤填料,提高路基填筑强度与密实度,控制路基工后沉降,重视路基的强度、刚度和过渡段的施工质量,严格控制施工工序和施工质量监测。,地基处理措施: 路堤基底铺设渗水土或砂垫层; 松软土层以塑料排水板、袋装砂井、砂桩、碎石桩处理,必要时,结合填土预压; 软土层以粉喷桩、搅拌桩、或旋喷桩处理; 液化地基以砂桩、碎石桩处理。,客运专线路基,秦沈客运专线路基,1999年8月16日正式开工。 2002年12月31日全线建成。 2003年1月1日全线联调和动车组试运 行满足设计要求。 全线总投资161.2亿元。 综合指标3984万元/公里。,秦沈客运专线工期及投资,为给时速300公里客运专线设计、施工和技术装备选型提供技术储备,选择了山海关至绥中北区间66.8公里综合试验段。最小曲线半径5500米,路基不同处理措施,不同类型的桥梁,沙河、狗河特大桥无碴轨道,接触网采用镁铜导线,下行线为全补偿简单链形悬挂,上行线为全补偿弹性链形悬挂。,秦沈客运专线高速综合试验,2001年12月,采用“神州号”内燃动车组,2M+4T编组,试验最高速度210.7公里/小时。 2002年9月,采用“先锋号”动力分散型动车组,4M+2T编组,试验最高速度292公里/小时。 2002年11月-12月,采用“中华之星”动力集中型电动车组,2M+9T编组,试验最高速度305.9公里/小时;2M+3T编组,试验最高速度321.5公里。 结论表明:中国铁路已进行了客运专线工程、运营实践,秦沈客运专线达到了预期目标。,秦沈客运专线高速综合试验,一、基本情况,重要奖项,特色研究方向,隧道和地下工程施工新技术; 新型桥梁施工监测关键技术; 桥梁抢修与应急结构工程; 地基变形与加固处理信息化技术; 土工合成材料工程应用研究; 地质超前预报与防灾减灾研究。,跟踪国家重点工程建设,参与重大项目的科学研究,是试验中心近年来的主攻方向,三项重点课题,累计经费150万 利用二布一膜加固路基研究 缓和曲线竖曲线合理选型 24m箱梁振动特性研究,秦沈客运专线,五项重点课题总经费460万 青藏铁路冻土路基沉降变形预测试验研究 青藏铁路多年冻土地区沼泽路基稳定性研究 青藏铁路隧道施工机械性能及配套技术研究 青藏铁路隧道施工通风技术及施工温度场研究 青藏铁路轨道不平顺及养护工艺研究,青藏铁路,发挥地域优势,积极拓展省内的合作领域,南水北调工程石家庄西明渠与引水隧洞比选研究 南水北调大型渡槽架设施工技术研究,南水北调,两项重点课题总经费100余万元,省交通厅立项的“20米足尺折线先张梁力学性能试验” 石家庄市第一座斜拉桥的计算机模拟力学分析和施工控制研究项目 净化水项目 省自然科学基金等项目,面向河北,发挥铁路行业的专业特长,巩固在铁路建设中的骨干作用,2003年获得河北省科技进步一等奖 改善施工环境 加强劳动保护, 有效地提高了隧道施工的安全性 明显加快了施工进度 通风管厂每年的经济效益过亿元,长达隧道通风,2003年获得河北省科技进步二等奖。 大大降低对繁忙干线运营的干扰,比传统方法节约70%的时间 据北京铁路局的统计,为国家节省资金几千万元。,铁路繁忙干线桥梁快速换架技术,拼装式龙门吊; 对梁、道碴和轨道整体拆装; 操作空间大,占时少 采用有轨和轮胎式运梁车互补运输 多点同时作业。,加强与企业的横向联合。科研人员始终坚持面向企业、面向施工第一线,以解决生产中的实际问题为方向,使科研成果尽快转化为生产力。,拉西瓦黄河大桥钢管混凝土拱桥施工监控,主拱肋最大吊装重量35t。结构复杂,技术难度大。 试验对其进行全过程施工控制,并进行了有限元仿真预测。 确保了施工安全和顺利高精度合拢,拉西瓦水电站黄河大桥已于2003年10月通车运营。 主桥为上承式钢管混凝土拱桥,主跨净跨132m。,兰州市小西湖黄河大桥施工监控,双向六车道。一次张拉到位。 主梁的施工采用悬臂灌注法, 施工难度大,要求合拢精度高。 开发出专用的软件用于施工控制。,预应力混凝土双塔单索面部分斜拉桥,桥长300m。 使该桥于2003年9月以高精度顺利竣工。,实力雄厚的专业能力,调整专业 室所合并 健全规章,集中式和分布式两用高分辨率地震仪,面波速度剖面 地震反射剖面,地质雷达检测衬砌中钢筋分布图,二、铁路客运专线路基基床结构设计原理,1、动力测试试验成 2、基床设计方法,测试目的与内容,通过测试路基在高速列车作用下的动力反应,检验两种不同填料的路基动力特性。包括基床稳定性、动刚度及其对列车竖向加速度的影响。评价C类土填筑高速铁路路基的可行性。主要测试内容为: 测试列车运行条件下基床的动应力、动变形、动刚度、竖向加速度; 测试列车运行条件下二布一膜的动应力和动变形特性。,压力盒动力标定,土压力盒的选型与标定。根据详细调研,选择了注油式和柱塞式土压力盒,进行了室内扫频标定。 标定表明上述两种土压力盒在要求的频带内的频响特性优良,均能够满足路基振动测试的要求,土压力盒频响标定设备,压力盒动力标定,土压力盒的选型与标定。根据详细调研,选择了注油式和柱塞式土压力盒,进行了室内扫频标定。 标定表明上述两种土压力盒在要求的频带内的频响特性优良,均能够满足路基振动测试的要求,土压力盒频响标定曲线,拾振器和位移计标定,加速度拾振器的作用是测试路基面上的加速度和相对动位移。为了检验拾振器性能,对其进行了室内频响标定和现场预演。室内频响标定选择不同频率和振幅,在专用振动台上进行,加速度计室内标定装置,现场预演,现场预演的目的是模拟现场测试,检验测试仪器的工作状态、外部干扰、熟悉现场测试操作,确保现场测试的可靠度。室外预演在铁道学院校园外西侧京广线上进行。,传感器布置与测试,根据测试目的要求,三个断面布设土压力盒29个;加速度拾振器18个;位移计2个;二布一膜应变片20个。,测试布置,4、加速度拾振器布置。主要布置在路基面,横断面方向的位置有:外碴脚、外轨下、线路中心、内轨下和内碴脚。用于测试路基面在列车作用下的竖向加速度、速度和动位移。,测试布置,5、路基面动位移测试位移计布置。在路基面钻孔,在钻孔中设置固定基准桩,桩外设置护管,在固定基准桩上安装电阻应变式位移计,测试外轨下路基面的位移,用于动刚度计算,固定基准桩及其一阶振型,二布一膜动变形测试分析,时速249公里列车作用下的二布一膜动应变,路基面动位移测试分析,图10 时速200公里通过时的路基面动位移时程,动应力测试分析,图11 时速201公里时路基面动应力时程曲线,动应力测试分析,动应力特性,经过对所有测试结果的统计,路基面动应力最大值为84kPa,小于暂规提出的基床表层设计值93kPa。,测试成果,路基面的动位移在0.2mm-0.3mm附近。实测的路基最大动应力低于暂规中提出的设计参考值。3.5mm。,测试成果,7.5中华之星牵引奥星行驶时,B类土路基面加速度一般在7-13m/s2之间,C类土路基面加速度一般在4-11m/s2之间;B类土路基面加速度一般大于C类土路基面加速度。奥星牵引中华之星行驶时,奥星所引起的路基面加速度较大,一般在4-28m/s2之间,为中华之星的2-3倍。,测试成果,7.6 试验点的卓越振动频率: B类土路堤约为3.5Hz;C类土路堤约为5.9Hz。由此可见,不同填料的路堤,动力性能差别较大。列车的激励频率如果与卓越频率接近或重合,会引起路基共振。,列车动应力与轴重的关系,列车动变形与车速的关系,动应力沿深度的衰减,2、基床设计方法,路堤试验段实测基床动应力与轴重和行车速度之间存在以下关系: =2.4P(1+8.3x10-5v)。 =2.6P 准静态(车速5kmh)时。 然后根据应力分布和沉降要求确定基床厚度。,三、客运专线路基施工工艺,1、路基构造 2、规范演变 3、路基填筑工艺试验 4、路基填筑工艺流程及技术要点 5、Evd试验检测简介,1、路基构造,2、规范演变,补充了检测标准 增设了强化层 提高了填料规格 完善了过渡段形式 提高了工后沉降要求,3、填筑试验,3、填筑试验,3、填筑试验,关于击实标准的思考,击实仪器的改进 大于40mm粒径的击实方法),4、填土施工工艺流程,表层级配碎石制备,表层级配碎石填筑施工,场拌施工,路拌施工,5、Evd试验检测简介,四、客运

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