（道路与铁道工程专业论文）软土地区既有线提速路基技术条件的研究.pdf

f 1 j 济人学倾i j 学位论文 软十地区蚬彳】线提速路攮j 支术条件的研究 摘要 随着提速范围的扩大，列车速度的不断提高，路基出现的问题越来越 严重，在很多干线的提速改造中，路基加固已成为改造工程的关键项目。 目前我国尚未对既有线提速的路基技术条件进行系统研究。本文对软土地 区既有线提速路基的主要技术条件进行了研究，通过对我圈软土地区几条 干线的路基调查和试验研究，分析了路基动应力的分柿状况及动应力与速 度和轨道不平顺的关系，并通过有限元计算分析得出了提速条件下路基中 动应力的分布规律。最后结合国内外现有铁路路基设计标准和规范，对软 土地区提速路基的路基面宽度、路基基床、路桥过渡段及路基沉降控制等 主要技术条件提出建议，并认为采用轻型动力触探检测基床强度较为理 想，本文还讨论了提速路基的加固方法，为提速改造提供了参考和依据。 关键词 既有线列车提速软土路基技术条件 路基病害有限元路基加固 州济人学坝i 学位论文软十地区吼仃线提速路桀技术条件的埘究 a b s t r a c t t h ep r o b l e me x p o s e do nr a i l w a ys u b g r a d ei sf o u n dm o r ea n dm o r es e r i o u s w i t ht h ed e v e l o p m e n to fs p e e d - r a i s es c o p ea n dt h ei n c r e a s eo ft r a i ns p e e d ，a n d t h es u b g r a d ei m p r o v e m e n th a sb e c o m eak e yi t e mi ns o m em a i nl i n e s ，w h i c hw i l l p r o x 7 e dah i g h e r - s p e e ds e r v i c e h o w e v e r , t h er e s e a r c h e ri n o u rc o u n t r yh a s s l i g h t e dt h et e c h n i c a lc o n d i t i o no fs p e e d r a i s es u b g r a d e t h ea u t h o ra n a l y z e st h e m a i nt e c h n i c a lc o n d i t i o n so f s p e e d r a i s i n gs u b g r a d eo ne x i s t i n g - r a i l w a yo v e r s o f ts o i l a c c o r d i n gt ot h ei n v e s t i g a t i o na n dt e s to nm a i nl i n es u b g r a d e ，t h e d i s t r i b u t i o no fd y n a m i cs t r e s s ，t h er e l a t i o n s h i pb e t w e e ns t r e s sa n ds p e e d ，a n dt h e r e l a t i o n s h i p b e t w e e ns t r e s sa n dt r a c k i r r e g u l a r i t i e s a r e a n a l y z e d t h e d i s t r i b u t i o nl a w so fd 3 7 n a m i cs t r e s sw e r ea l s oo b t a i n e dt h r o u g hf i n i t ee l e m e n t m e t h o d r e f e r r i n gt ot h ec u r r e n tm a i nt e c h n i c a ls t a n d a r do fr a i l w a ys u b g r a d e ， t h em a i nt e c h n i c a lc o n d i t i o n so f s p e e d - r a i s i n gs u b g r a d eo ne x i s t i n g r a i i h 7 a y o v e rs o f ts o i li ss u g g e s t e d ，w h i c hi si ns u c ha r e a sa sw i d t ho fs u b g r a d e ，t h eb e do f s u b g r a d e ，t h et r a n s i t i o no fb r i d g ea n ds u b g r a d e ，t h es e t t l e m e n to fs u b g r a d e t h e t e s tu s e st h e l i g h td y n a m i cc o n ep r o v e s t ob ee f f e c t i v e ，a n dt h ee f f e c t i v e i m p r o v e m e n tm e t h o d sa r ea l s oi n t r o d u c e d t h et h e s i si su s e f u lt ot h es u b g r a d e i m p r o v e m e n t k e y w o r d s e x i s t i n g r a i l w a y ，s p e e d - r a i s i n g ，s o f ts o i ls u b g r a d e ，t e c h n i c a lc o n d i t i o n ， s u b g r a d ed i s e a s e ，f i n i t ee l e m e n tm e t h o d ，t r e a t m e n t 声明 本人郑重声明：本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取 得的成果，撰写成硕士学位论文“筮丝匡既直线握建路基撞垄釜 鲑的盟究。除论文中已经注明引用内容外，对本文的研究做出重要 贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本论文中不包含 任何未加明确注明的其他个人或集体已经公开发表或未公开发表的 成果。 本声明的法律责任由本人承担。 学位论文作者签名： 屠，绎覆 j 纱牛年z 月罗曰 软十地区既自| 线摊速路是技术条件f l ：j4 q i ： j f i1 绪论 第一章绪论 1 1 背景及意义 提高列车速度，是当代世界铁路发展的大趋势。从1 8 2 5 年英国建成世界上 第一条铁路( 速度为2 4 k m h ) 至今1 7 8 年问，车速由2 4k m h 提高了十倍以上。 特别是2 0 世纪6 0 年代以来，发达国家依靠科技进步对既有线积极改造以提高行 车速度。目前，已有3 0 多个国家和地区的铁路客运时速达到1 4 0 k m 以上，表1 - 1 为世界一些主要国家既有线客货列车速度情况1 11 。 表1 1 一些主要国家既有线客货列下速度情况 列车速度 客车速度( k m h )货乍速度( k m h ) 国家 法国 1 2 0 2 0 0 8 0 1 4 0 德国 1 2 0 1 6 08 0 1 0 0 英国1 6 09 0 美国 1 2 7 1 9 0 8 9 1 2 0 其中日本、法国等国家，采用新的现代化技术，在某些新干线上，把车速提 高到2 5 0k m h 或3 0 0 k m h 以上，创造了火车速度的新记录，掘统计，世界上现 有时速2 0 0 k m 以上的高速铁路已超过4 4 0 0 k mt 2 1 。上述国家在修建高速新线的同 时，仍在大力改造既有线，以建立或扩大本国的或国际的快速( 含高速) 或高速 ( 含快速) 旅客列车系统，其中以既有线改造提速的发展更为迅速。据不完全统 计：1 9 6 3 年世界铁路最高速度在1 4 0 - - - 16 0 k m h 的营业线路总长约1 3 0 0 0 k m ，到 1 9 9 0 年仅法国一个国家，最高速度在1 6 0 k m h 及其以上的线路就达1 0 7 2 9 k m 。 我国1 8 7 6 年修建了第一条铁路，至今已有1 2 7 年的历史。新中国成立后， 铁路运输得到了大发展，客车和货车的行驶速度有一定的提高。但是，与发达国 家的相比，列车速度的差距十分明显，我国的客货列车速度仅为发达国家平均速 度的l 2 1 3 ，9 0 年代初中国列车最高速度也仅为1 2 0 k m h 。显然，这样的速 度是不能适应客货运输发展要求的，在与公路、航空等运输方式的市场竞争中也 没有多少优势可言 1 。为适应经济飞跃发展的需要，提高铁路运输的竞争能力， 既有线提速是必然之举。 我国铁路提速起步于9 0 年代初丌始的广深线准高速铁路建设h 1 ，在总结广 深线建设经验的基础上，1 9 9 5 年i o 月，沪宁线提速试验获得成功，并于1 9 9 6 软十地区既何线提速路堆技术条件的研究 1 绪论 年4 月丌行了最高速度1 4 0 k m h 的“先行号提速客车，在此之后，京秦、沈山、 沈大、郑武等繁忙干线的提速试验相继取得成功k 5 1 。在多次提速试验取得成功的 基础上，从1 9 9 7 年丌始，我国铁路已经进行了四次大规模的提速，提速早程达 1 3 0 0 0 k m ，提速网络覆盖全国主要地区，取得了很好的经济和社会效益1 6 1 。 现行的铁路主要技术政策明确提出了提高列车速度是铁路运输今后一段 时期发展的主要方向：“提高列车速度是提高铁路运输质量及技术发展的重点”， 要“继续实施提速战略，扩大提速范围”，“以客运为主的快速铁路旅客列车最高 速度2 0 0 k m h ，繁忙干线旅客列车最高速度1 4 0 - - - 1 6 0k m h ，其他线路旅客列车 最高速度1 2 0k m h 。快运货物列车最高速度1 2 0k m h ，普通货物列车最高速度 9 0k m h ”。 我国滨海平原、河口三角洲、湖瓮地周围及山问谷地都广泛分布着不同沉积 类型的软土 1 ，软土天然强度低、压缩性高且透水性小8 1 ，在软土地基上修建 路基，若不加处理，往往会发生路基失稳或过量沉陷，导致路基病害的产生，继 而影响列车正常运行t 9 l 。在我国已建成的铁路中通过软土地区的线路是很多的， 如沪杭线、肖甬线、沪宁线、广深线、京九铁路孔九段、陇海线徐连段、三茂线 等，其中许多线路由于受施工质量、养护维修水平、列车荷载、气候诸因素的影 h 吼下沉、挤出等病害不断产生。随着提速范围的扩大及列车最高速度的不断提 高，软土地区提速路基暴露出来的问题越来越严重。 首先，提速后行车密度加大，维修作业时间相对减少，而提速对线路养护质 量的要求很高，工务部门难以应付困难局面，导致路基病害加剧，影响行车安全。 其次，速度提高使列车对路基产生的动应力增加，致使路基病害加重，引起 轨道状态恶化，造成线路的恶性循环，影响行车安全。 第三，列车平稳性指标和车体振动加速度已成为提速的重要评判标准，这要 求路基具有更高的强度和更好的均匀性，并保持良好状念。 而在我国，提速改造往往只限于处理路基病害点，对一般路段则不加处理。 在目前的条件下维持运营尚能应付，但只要负荷在提速条件下发生较大变化，病 害会明显增加，使得提速得不到保证。 因此，提速前应充分考虑提速对路基状况的影响，只有在路基质量确能保证 的前提下进行提速。而既有线路基能否满足提速的要求，需不需要进行适当的改 2 软十地区觊存线提速路长技术条件的研究 i 绪论 造，就成为当自，j 迫切需要解决的问题，在一些线路提速中，路基已成为提速的关 键因素。然而，迄今为止，铁路系统还没有提出一个具体的既有线提速路基技术 条件1 0 1 , 人们对提速路基的认识尚不统一，存在着理论研究、实测与试验不够 的现实情况，很有必要进行相应的试验与计算分析工作，以更好的发现和解决问 题。 1 2 国内外研究现状和发展动态 1 2 1 提速路基质量评估标准 路基是轨道结构的基础j i l l 不但要承受线路上部结构的重量，并且还要承 受列车荷载的重复作用，列车速度的提高对铁路路基尤其是路基基床提出了更高 的要求。在既有线提速时，人们最关心的问题就是路基在怎样的状念下才能保证 安全可靠，也就是既有线路基提速标准问题。 关于提速线路的标准和规范，由于各国的机车车辆构造、线路结构、客货列 车的牵引总重及其数量比与速度差，以及线路的年通过总重等因素的不同，因而 有所不同1 1 2 1 。国内外对不同线路等级、土质、环境条件下基床结构及技术要求 的研究表明”，基床结构需视不同的条件制订不同的技术标准以满足运行速度 提高的要求。如德国，对既有线的改造制定了详细的规划，并针对每一条线路进 行了各种提速措施的研究1 1 4 1 。随着列车速度的不断提高，近年来国外路基新的 技术标准有了明显的提高并增加了新的内容，主要表现在： ( 1 ) 规定了更详细的岩土分类，要求进行更详细的勘察试验，为设计、施工、 养护提供所必需的依据。 ( 2 )对轨道基础的路基基床部分，特别是基床表层的填料及强度规定了更高 的要求。 ( 3 ) 严格控制路堤填料的压实度。 ( 4 )对路堤填土的地基条件及处理措施提出新规定。 ( 5 ) 加强路基的排水系统并提出较高的标准。 ( 6 ) 加强边坡和灾害的防护。 我国的既有线，在不同时期修建，修建的方法、使用历史、基床土质及环境 因素变化较大，线路通行列车荷载条件也不尽相同。国内外研究资料表明，已运 软十地区蚬仃线提速路皋披术条件的 i j f 究 i 绪论 用一些时间的既有线路基与新建路基在同等条件下，土的力学性能有一定的差 别。既有线提速是否可套用新建铁路的标准，还需进一步研究，从一般观念上讲， 应比普通铁路高，但不可能比新建快速铁路高。 1 2 2 列车动荷载及其作用特征 列车作用于轨道结构的轮轨作用力主要有两部分组成，一部分是由车辆自重 构成的静载；另一部分是由列车在运行时产生的动荷载，它与铁路等级、机车车 辆运行特性( 机车车辆类型、轴重及运行速度) 、线路( 线路结构及状念、线路 平面及纵断面、线路平顺情况、钢轨类型、枕木类型及阳j 距、道碴种类、厚度) 、 行车密度等诸多因素有关。静载和动载对下部结构施加应力，静载的作用是明确 的，而动载作用比较复杂，一直是难以处理的问题。英国铁路技术中心多年来的 大量理论研究和试验工作表明l1 5 l 动荷载主要是由各种不平顺及轮周局部扁瘢 等造成的。 随着列车速度的提高，动荷载必然发生变化，而动载对路基工程稳定性的影 响因素是相当复杂的 1 6 1 。根据已有经验和量测数据，当时速超过1 6 0 k m 时，对 所用的土体必须考虑动荷载的影响。对于列车荷载的研究，理论方面主要侧重于 其定量化和分布传播规律的研究，以及应用弹性理论或有限元法来研究路基中的 应力及分布。 西南交通大学李军世7 等利用波动的可叠加性，采用了多组轮对用傅罩叶 级数形式表达列车荷载，视列车为无限长，将轮载分离成四种组合，每组轮荷即 为周期性周期移动荷载，其周期为车辆长度l 与速度v 之比，即 鼻：半艺p 彻扩l ，将各轮载的各级f o u r i e r 级数项荷载对线路振动的贡 l 三m 献叠加即得到总轮载下的反映。 梁波、蔡英8 1 认为高速铁路采用无缝线路时随机轨道几何不平顺是引起车 路系统各种动态响应的主要原因，列车荷载是通过钢轨传递到枕木再传递下去 的，完全可以用一简单的能够反映其周期特点的类似激振形式的力来表达。即用 一个激振力函数来模拟列车荷载，其中包括静荷载和由一系列正弦函数叠加而成 的动荷载，即用一高、中、低频相应的、反映不平顺、附加动荷载和轨面波效应 的激振力来模拟轮轨之间的相互作用，即列车荷载，其表达式为： 4 软十地区凯有线提速路堆技术条件的m 究 i 绪论 f ( ，) = p o + 尸ls i n l ，+ bs i n ( 0 2 t + 户3s i n 3 ， ( 1 - 1 ) 式中，p 。为车轮静载；p 。、p ? 、p ：分别为国外有关轨道几何不平顺控制条件 中某一典型矢高值的振动荷载。 在翟婉明车辆一轨道垂向耦合模型中9 2 ，直接将列车考虑为包括沉浮、 点头两个自由度的车体和包括一个沉浮自由度的轮对，中间由弹簧和阻尼器相连 接，以轨面不平顺为外部激励来参与计算，可以得到轮轨之问的作用力。 行驶中的列车动荷载通过钢轨作用在轨枕上，然后由道床传递至土路基中， 道床中的动应力实际上由轨枕与道床间的接触应力引起的。我国的轨枕设计一般 选取道床支承形式有三种：中间不支承、中间部分支承和全支承三种情况，不同 支承情况对应的有效支承长度l 不同。具体见图卜1 。 l il l 图卜1 道床支承情况 用近似方法计算道床竖向应力时，一般假设轨枕应力以扩散角巾按直线扩散 规律从道床顶面向下传递到路基面，不考虑相邻轨枕的影响，传递到路基面的压 应力达到基本分布均匀的要求。 图i 2 道床应力计算模型 在我国传统的铁路路基设计中，对列车荷载的考虑一直沿用的是换算荷载 软十地区凯自线提速路皋披术条件的研究 l 绪论 法，即铁路“中一活载”用一换算土柱高并按4 5 。扩散角计算路基中的荷载， 这是一种静态设计思路。在铁路路基设计规范眨中轨道和列车荷载换算土 柱高度及分布宽度是按铁路等级和道床结构来确定。 1 2 3 提速路基动应力及其强度 列车荷载作用下的路基动应力幅值除了与列车荷载及其作用特征相关外，还 与基础状态( 路基土质、刚度等) 因素有关，无法用简单的数学模型表达。为此， 国内外多采用实测与理论分析相结合的方法，有学者对基床表层动应力幅值与各 影响因素的关系进行了总结，提出了路基基床面设计动应力计算公式 2 2 1 ： 盯j = 0 2 6 x p ( 1 + a v ) ( k p a ) ( 1 2 ) 式中：p 为机车车辆的静轴重，k n ；口为速度系数。 据铁科院资料，动应力随速度提高而加大，每提高1 0 k m h ，路基面动应力 加大4 - - 6 k p a 。在这一方面，人们做过不同的尝试，在“九五”课题“路基动应 力与车速关系的研究中 中作了较详细的分析。 路基面动应力的实测与理论计算结果很多，但受机车车辆状态、轨道结构状 态及线路状态的影响极大，得到的结果也相差较大，很难用一准确值来表达。比 如对路基面静应力，有的认为是9 0 k p a 左右，有的认为是1 7 0 k p a 左右，甚至还 有的认为是2 0 0 k p a 或2 6 0 k p a 左右。其实这些都只是一个概念问题，但对这个问 题理解程度，显然决定了对提速路基的所有工程措施。 从根本上来说，与路基有关的应力概念只有两个，一是由运营列车作用在路 基上的动应力( 动强度) ，一是路基本身的静承载力( 静应力、静强度) 。这两个 值可以通过规范公式计算或现场检测取得。 路基在提速条件下强度稳定条件是1 2 3 1 q d q d ( 1 - 3 ) 式中： g ，一由运营列车产生的动应力； g d 】一一定条件下路基允许动强度。 路基允许动强度不易直接求出，一般通过静承载力乘以某一折减系数确定。 即所谓的动静比，它与路基填料、形状、压实度、线路养护条件、列车速度等有 很大的关系，其中路基填料是影响动静比的最大因素。经过数十年的运营，路基 6 软十地区既自线提速路桀技术条件的i i j f 究 i 绪论 早已稳定，列车提速后动应力变化不大，但应力频率却增加许多，也就是说土颗 粒受到受到扰动次数显著增加，如果土体颗粒较细，颗粒之间粘结能力较差，那 么其抵抗扰动能力就差，稳定性就差，动静比值就较小。目前在这一方面的看法 还不统一，需进一步研究，一般认为，这个系数在0 5 o 7 之间。 基床表层所受的荷载是列车长期作用的动应力，在其作用下，基床的破坏或 产生过大的变形不是短期发生的，而是长期发展的结果。因此，土体存在临界动 应力，临界动应力与土的种类、含水量、密实度、围压以及荷载作用的频率有关 1 2 4 1 ，围压增加，临界动应力增加；频率增加，临界动应力减小。随着列车速度 的提高，临界动应力减小1 2 5 1 。 动三轴和模型试验研究表明1 2 5 、2 7 1 ，如果动应力小于临界动应力，土体的塑 性累积变形会趋于稳定，否则，土的塑性变形不断累积、发展直到土体发生破坏。 英国学者提出了按临界动应力控制路基的思想，其基本思路如下：把动荷载沿深 度的衰减曲线与路基土动强度随着深度的增加曲线叠加在同一张图上，它们的交 点表示所要求的基床表层深度，在此交点深度以上的范围，动应力大于土的临界 动应力，需要加固处理或换填优质填料，以提高临界动应力。 临界动应力是动强度的反映，通过不同围压试验，可以得到土的动强度指标。 由于动强度比静强度的要小，因此对于提速路基，虽然荷载满足静强度，但小应 力的多次重复作用可能导致动强度不足而破坏，或者发生大的累积变形。 同济大学的钟辉虹等曾对软土地区路基填土在往复荷载作用下的稳定性进 行了试验研究1 2 8 1 试验结果表明，塑性累积变形与路基土的饱和度有密切关系， 随着饱和度的增加，土的动强度显著降低，而累积塑性变形将迅速增长并产生塑 性流动，从而导致在雨季产生严重的线路不平顺而影响行车安全。 1 2 4 路基动力响应计算模型的发展 为了了解路基的应力应变情况，国内外的研究者也建立了一些数值计算模 型，如美国的g e o t r a c k 计算模型1 2 9 1 y 中国铁科院的的l j y x y 模型1 3 0 1 但是这 些模型只适用于低速车辆。 1 9 8 0 年，美国c h i n gs c h a n g 等人在b u r m i s t e r 弹性理论公式的基础上并 对以往的轨道模型作了总结，针对轨道的活载反应和永久变形问题提出了 g e o t r a c k 计算模型。这是一个三维多层模型，用来计算铁路轨道的弹性反应， 软十地区慨台线提速路皋技术条件的i i j f 究 l 绪论 它把轨道和它的基础作为一个整体来处理，用梁单元表示钢轨、轨道，对路基土 按垂直方向按半无限空间考虑，并用迭代法考虑了土类材料与应力水平有关的非 线性；但是轨道与道碴处于分离状念。这是一个仅考虑单轮轴或双轮轴的静念模 型，对于处于低速作用下的轨道反应是可行的，但是没有考虑高速列车引起的沿 线路方向及横向的振动扩散，列车的振动荷载也没有考虑。 1 9 8 8 年，我国铁道部科学研究院杨灿文、柴锦春提出了一个计算铁路路基 应力、应变的l j y x y 模型。它是准平面应变非线性弹性二维有限元模型，它把三 维系统分为两个二维系统处理，先进行纵向分析( 线路方向) ，然后以纵向分析 的结果作为输入值进行横向分析。该模型可考虑土类材料的非线性回弹特性及局 部破坏准则( 摩尔一库仑准则) ；另外，还可以计算铺设在道碴与路基土之问的 聚合物材料的工作特性，但是该模型还是只适用于静态分析。 1 9 9 4 年，西南交通大学李军世等建立了l u j i 模型e 3 1 1 该模型采用了波传 导单元及改进的薄膜单元，得到了能量传递边界，用粘弹性本构来模拟土在列车 动荷载下的工作特性，引入了复弹性模量e = e + i e ，并使用了复反应分析方 法求解。在此模型基础上编制的路基动力有限元程序，可以考虑车长、车速、转 向架中心距、轴重、列车动荷大小及频率、路基和地基强度等因素。该模型针对 性好、适应性较强，并在工程实践中得到了应用。 近年来，上述模型不断得到修改和完善，增加了更多的影响因素，使得程序 计算更加全面、更适用。 1 3 主要工作及研究思路 提速条件下，对路基影响的主要因素是应力及应力频率的变化，如何考虑路 基中列车产生的动应力、f 确测试及分析既有路基承载能力及状念、采取适当的 病害整治方案，是解决提速路基长期稳定的主要问题。 本文将在前四次铁路成功提速积累的相关经验及资料的基础上，采用调研、 现场测试、室内试验及数值模拟分析相结合的方法，对软土地区( 主要是长江中 下游地区) 既有线提速区段路基现状进行分析调查，选取典型点进行现场测试和 土的物理力学性质试验，并对提速条件下路基的动力响应进行计算和分析，探讨 软土地区既有线提速路基的技术条件，针对各种路基缺陷和病害提出加固对策。 8 软十地区蚬何线摊速路皋技术条件的研究l 绪论 主要研究内容： 一、调查提速i 矿后路基现状的变化情况，分析提速对路基的影响，寻找提速 区段各类路基病害产生的原因。 二、通过有限元计算，模拟分析不同列车速度情况下路皋的动力响应，以及 不同路基结构形式对动应力分布规律的影响。 三、通过现场动态测试、轻型动力触探试验及室内试验，进一步总结不同速 度情况下基床各参数与基床工作性能之间的关系，验证病害产生的影响因素。 四、结合国内外现有铁路路基设计标准和规范，对软土地区提速路基的路基 面宽度、路基基床、路桥过渡段、路基沉降控制以及加固方法等主要技术条件提 出建议，为提速改造提供参考和依掘。 1 4参考文献 1 华茂皑中国铁路提速之路北京：中国铁道出版社2 0 0 2 2 彳i 希玉，沈之介高迷铁路势在必行高新技术，2 0 0 0 ( 3 ) ：2 3 3 杨兰卿借鉴国外经验提高我国铁路既有线列午速度中国铁路，1 9 9 5 ( 1 2 ) ：1 4 1 8 4 j - “深线准高速铁路建设广深线建设指挥部，1 9 9 6 5 3 田长海等提迷线路列午速度密度重量北京：中国铁道出版社2 0 0 1 6 傅忐寰中国铁路提速。1 ：科的管理和探索，中国l ：程科学，2 0 0 2 ( 2 ) ：1 0 1 2 7 吴邦颖，张师德陈绪禄等。软十地基处理，北京：中国铁道出版社，1 9 9 5 8 杨广庆等高述铁路路基设计与施jl ，北京：中国铁道出版社，1 9 9 9 9 池淑兰，y l - i s 祥路基j i ：稃，北京：中国铁道山版社，2 0 0 1 1 0 3 韩白力既有线提速路基的对策研究，中国铁道科学，2 0 0 2 ，2 3 ( 2 ) ：5 3 5 8 1 1 干午生铁道线路j 1 ：科，上海：上海科技出版种，1 9 9 9 1 2 黄乃勇等国外铁路提高行下速度的实践和经验，国外信息，1 9 9 6 ( 1 ) ：3 0 3 5 1 3 铁科院研究报告不同线路等级、十质条f ，l ：卜基床结构及技术条件的研究，1 9 9 0 1 4 中国铁路提速考察团德国铁路既有线提速综合考察报告，1 9 9 7 1 5 j e k i n sh ，e ta 1 t h ee f f e c to ft r a c ka n dv e h i c l ep a r a m e t e r so nw h e e l r a i l v e r t i c a ld y n a m i cf o r c e s j r a i l w a ye n g n 1 9 7 4 3 ( i ) 1 6 谢世波等提速列车轮轨附加动荷载分析上海铁道人学学报，1 9 9 7 ，1 8 ( 1 ) ：4 2 4 6 1 7 李军世，李客钏高速铁路路基动力反应的有限元分析铁道学报，1 9 9 5 ，1 7 ( 1 ) 9 软十地区蚬仃线提速路壮技术条件的 j 究 i 绪论 1 8 梁波，蔡英不平顺条什。卜高速铁路路基的动力分析铁道学报，1 9 9 9 ，2 1 ( 2 ) 1 9 翟婉明，下辆一轨道耦合动力学北京：中国铁道出版社1 9 9 7 2 0 z h a iw a n m i n g t w oa i m p l ef a s ti n t e g r a t i o nm e t h o d sf o rl a r g e s c a l ed y n a m i c p r o b l e m si ne n g i n e e r i n g i n t e r n a t i o n a lj o u r n a lf o rn u m e r i c a lm e t h o d s i n e n g i n e e r i n g ，1 9 9 6 ，v 0 1 3 9 ，n o 2 4 2 1 铁路路基没计规范t b jl 0 0 0 1 q 9 中国铁道山版社1 9 9 9 2 2 周神根铁路路基设计动荷载研究，路基i ：样，1 9 9 6 ( 5 ) ，6 1 1 2 3 韩建文浅谈铁路提速与路基，路基i ：程，2 0 0 2 ( 2 ) ：1 - - 3 2 4 _ 千其吕高速铁路十术j l ：程，成都：悄南交通人学出版社，1 9 9 9 2 5 蔡英等重复加载卜路基十的临界动应力利永久变形初探，两南交通人学学报，1 9 9 6 ， ( 1 ) p 1 5 2 6 h e r a u s g e b e r a n w e n d u n gv o ni gm o d e l l v e r s u c h e na u fd a ss e t z u n g s v e r h a l t e n i m h i n t e r f n l l u n g s b e r e i c hy o nb r t 】c k e n w i d e r l a g e r n ( h e f t 7 ) ，1 9 9 9 2 7 日本铁道建设公团高速铁道路监路监没朴及扩施- ：制御技，街，1 9 9 8 2 8 钟辉虹等铁路粘十路基动力特性试验研究，两南交通人学学报，2 0 0 2 ，( 5 ) ，4 8 8 4 9 0 2 9 d l h e a t he t ，d e s i g no fc o n v e n t i o n a lr a il t r a c kf o u n d a t i o n ，p r o c i n s t c i v e n g ，n 0 5 1 ，f e b 1 9 7 2 3 0 杨灿文，柴锦春铁路路基应力、应变计算方法路基：i ：科，1 9 8 8 ( 3 ) 3 1 李军世高度铁路路基动虑力反应的有限元分析西南交通人学硕+ 论文1 9 9 4 5 l o 软卜地区觊柯线提速路基技术条件的研究 2 提速路牡运行脱状的调分析 第二章提速路基运行现状的调查分析 要对软土地区提速路基的技术条件进行研究，首先需对目前的提速路基的状 况特别是基床的状况有一个较为全面的了解。目前，我国普遍缺乏提速路基现状 的基本资料，为此，我们对软土路基的现状进行了调查和分析。 2 1 沪宁线、沪杭线提速路基状况的调查 沪宁线、沪杭线地处长江中下游软土地区，为全路客货运输最繁忙的干线之 二，在华东铁路网中起骨干作用，下面代表性的就这两条线提速前后路基状况的 变化情况进行调研，并分析提速对路基的影响以及各类路基病害产生的原因。 2 1 1 运营特征及既有设备概况 沪宁线西起南京站，东至上海站，全长约3 0 6k m 。于1 9 0 5 年4 月1 9 0 8 年 7 月建成单线，全线复线于1 9 8 0 年1 2 月贯通，此后又陆续进行设备更新、扩能 和技术改造，1 9 9 5 , - - , 1 9 9 9 年全线提速改造。经过提速改造，部分区段旅客列车 最高运行速度达到1 6 0 k m h 。 沪杭线起自上海站，终至杭州站，运营里程全长2 0 1 6 2 k m 。始建于1 9 0 6 年， 复线于1 9 8 9 年1 1 月正式运营，沪杭线从2 0 0 1 年开始提速，接下来还将进一步 提速。从近几年的发展趋势看，客运量增长明显加快，目前，通过能力利用率已 经接近8 0 ，虽然略有富余，已经不能满足客货运量和质量上的更高的要求。 从上海铁路局运输处得到的提速前后两条线路客货运量及其逐年变化情况 如表2 - 1 所示，运行速度、牵引重量、机车类型如表2 2 所示，轨道概况见表 2 3 。 表2 1沪宁、沪杭线历年运行图客货列车对数表 线 区段 1 9 9 7 危1 9 9 8 年1 9 9 9 年2 0 0 0 芷2 0 0 1 正2 0 0 2 危 别 客货客货客货客货客货客货 沪南京东一常州东 4 75 45 25 35 25 35 74 75 84 76 14 7 。j ：常州口4 75 55 3 4 4 5 34 45 83 85 8 3 86 】3 8 线 常州一卜海 5 25 55 74 45 84 46 23 86 33 86 83 8 沪 i ：海一崭兴东3 l3 04 2 3 04 33 04 63 0 4 5 2 74 72 7 杭 嘉兴u3 13 04 23 04 33 04 63 04 52 74 72 7 线 嘉兴一杭州东 3 23 04 33 04 4 3 0 4 73 04 62 74 82 7 软十- 地区既仃线提速路基技术条件的研究2 提速路壮运行现状的讲j 盘分析 表2 2 沪j 。、沪杭线提速| 又：段运行速度，牵引重麓，机下类型 线 区段运行速度( k m h ) 机下类耻 牵引重量( 吨) 名客货 沪 南京一栖霞山 1 1 0d f 8 b ， 宁 栖霞山一龙潭 1 4 0 d f 4 ，d f l ld f 8 b 舣机5 3 0 0 、5 0 0 0 ，单 线 龙潭一上海西 1 6 0 机4 0 0 0 沪 上海一上海两 12 0 杭 上海两一马王潭 1 4 0d f 4 ， d f 4 。d f l ld f 4 马王潭一临平 1 5 0 3 5 0 0 线 临平一杭州i 1 2 0 表2 - 3 沪宁、沪杭线轨道概况 线别钢轨型号轨枕类型道床厚度m道碴等级碴肩宽度m 6 0 k g m ，6 9 型为主， 沪宁线 0 4 o 6 二级 无缝线路另有i i 型、i i i s i j 6 0 k g m ， 多为i i 型枕， 沪杭线 o 5 0 8 m 二级0 3 - 0 4 无缝线路部分为6 9 型 2 1 2 沿线自然特征 ( 1 ) 沪宁线 南京至丹阳段为低山丘陵区，地势起伏，其问发育有长江及其支流一、二级 阶地，一级阶地及高级阶地坳谷局部分布淤泥质土。丹阳至上海段为长江三角洲 平原区，地势平坦丌阔，河渠纵横，水塘密布，地表水长年不桔，地面高程2 打 6 m ，由西向东微倾。地表均为第四系地层覆盖，系江河、湖泊、海相沉积形成， 为粘土、砂粘土央粉细砂层，其中丹阳至昆山段零星、断续分布淤泥质土，厚2 1 7 m ；昆山至上海段广泛分布淤泥质土，最大厚度达3 8 m 。软土强度低、压缩性 高，地基需加固处理。 ( 2 ) 沪杭线 沪杭线：地处江南，主要为湖沼积平原和海湖积平原，地形平坦、丌阔，江 河纵横，水网密集。主要岩性为一般粘性土、淤泥质粘性土、砂类土。沿线软土 分布广泛，且厚度大，一般5 一- - 1 2 m ，表层硬壳厚2 0 - - 3 o m 。地表水系属黄浦江 水系和钱塘江水系。 沪宁、沪杭两线地理位置上相近，经过地区属亚热带湿润气候区，气候温暖 湿润，四季交替分明，雨水充沛，年平均降雨量1 0 0 0 m m 1 2 0 0 m m 。 1 2 软十地区既囱线提速路皋技术条件的研究 2 提速路綦运行现状的训企分析 2 1 3 既有路基工程概况 ( 1 ) 沪宁线 沪宁线在长江以南，处于雨水丰富地区，多为路堤，靠南京附近k 2 1 4 k 3 0 3 堤堑相问，填方高度o 1 2 o m ，挖方高度0 1 3 o m 。k o 一- - k 2 t 4 m 段均为路堤，填 高一般o 3 o m ，局部4 0 - - 5 o m 。该段线路路基现状较差，填土为砂粘土及粘 土，粘性大，塑性指数偏高，液限大于3 0 ，具超固结性，弱膨胀性，遇水崩解， 有些地段就地取土，土质更差，属于易产生翻浆冒泥的土质，特别是雨季，路基 易产生病害。 ( 2 ) 沪杭线 沪杭线路基累计长度约占线路全长的9 7 8 ，路基绝大部分以路堤通过， 路堤高度除部分桥头路堤达4 - - - 7 m ，一般在1 - - - 3 m 左右。既有线修建时均为两侧 取土，经翻晒晾干后直接填筑，仅在增二线时基床表层填筑了0 6 m 渗水土。填 料主要为c 、d 组粉粘土、粘土，其塑性指数i ， 1 2 ，液限w | ， 3 2 ；土质不良， 很多段落路堤基本顺地爬，排水不畅，土体含水量高，具中高压缩性，基床土质 不符合规范要求。 沪杭线在复线建设过程中，地基没有进行很好的处理，加之抢工期，路基的 填料和填筑质量没有得到很好的控制。据相关勘测资料，路基填土的干密度 1 5 1 1 1 5 9 7 9 c 一，含水量1 8 7 - - - 2 2 0 ，压实系数0 8 0 0 - - 0 8 7 2 ，压实度 不高；基本承载力1 0 0 - - l l o k p a ，轻型动力触探n 。值1 5 4 1 7 6 击3 0 c m ，瑞雷 波速v r 均不超过1 2 0 m s ，且部分地段土v r 4 0 8 39 82 4 4 k 1 4 0 + 7 1 01 21 5 4 0 8 69 52 0 4 k 1 4 0 + 7 2 01 41 6 4 09 29 82 2 0 k 1 4 0 + 7 4 0l o2 5 4 0 8 01 2 04 3 6 k 1 4 0 + 7 6 01 62 5 4 0 9 81 2 03 0 0 k 1 4 0 + 7 8 01 3 2 5 4 08 91 2 02 6 8 k 1 4 0 + 8 0 0 4 06 4 l l o1 8 8 k 1 4 0 + 8 2 0 4 06 41l o2 4 4 k 1 4 0 + 8 4 0 4 06 4 1 0 7 1 9 6 1 6 软十地区觊囱线提速路毕投术条f ， 的州究 2 捉速路牡运行现状的谢分析 续表 k 1 4 0 + 8 6 0 4 04 8 1 0 1 2 1 2 k 1 4 0 + 8 8 0 4 06 41 0 72 3 6 k 1 4 0 + 9 0 01 6 4 0 4 09 82 4 42 6 8 k 1 4 0 + 9 2 0 1 8 4 0 4 01 0 42 0 42 5 2 k 1 4 0 + 9 4 0l 12 2 4 08 31 1 43 0 0 k 1 4 0 + 9 6 01 42 2 4 09 21 1 42 2 8 k 1 4 0 + 9 8 0 1 32 2 4 08 91 1 42 2 0 k 1 4 1 + 2 2 0 2 l 4 0 4 01 1 21 8 03 4 0 k 1 4 1 + 2 4 0 4 01 l o2 2 82 5 2 k 1 4 1 + 2 8 01 4 2 2 4 09 21 1 42 9 2 k 1 4 l + 3 0 011 4 0 4 08 31 8 8 4 2 8 k 1 4 1 + 3 2 01 4 4 0 4 09 22 1 2 3 6 4 k 1 4 l + 3 4 0 1 4 4 0 4 09 22 0 43 5 6 k 1 4 1 + 3 6 01 4 4 0 4 0 9 22 1 23 1 6 k 1 4 1 + 3 8 0 1 0 4 0 4 08 02 4 42 9 2 k 1 4 1 + 4 0 01 7 4 0 4 01 0 11 8 8 3 2 4 k 1 4 1 + 4 1 5 4 03 21 1 03 3 2 k 1 4 1 + 4 3 31 71 7 4 01 0 l 1 0 13 6 4 k 1 4 1 + 4 4 51 71 71 91 0 11 0 11 0 7 k 1 4 1 + 4 5 51 0 4 0 4 0 8 01 8 03 0 0 k 1 4 1 + 4 8 01 91 9 4 01 0 71 0 72 4 4 可见，既使路基土的值为2 1 击，承载力达到11 2 k p a ，路基仍然出现了严 重的下沉外挤及翻浆冒泥病害，说明对于列车运行速度1 6 0 k m h 、道床厚度0 6 m 的地段，土的n 值应大于2 1 击。 ( 2 ) 沪杭线 2 0 0 1 年沪杭线提速改造时，曾对部分地段路基表层的填土密实度进行实测， 软十地区既f f 线提速u 各是披术条件f l , j d l o l2 提速路头运行现状的训金分析 结果见表2 - 9 ，此时的压实系数为0 7 4 - - 0 9 1 。路基改造时，在对原路基表层换 填0 6 m 渗水土的前提下，采用进行适当超挖、山皮土封底、设4 横向排水坡。 在4 横向排水坡的山皮土的基础上再进行填筑0 6 m 的渗水土处理。处理后，地 基系数检测结果见表2 1 0 。从近几年新增病害可以看出，这些地段路基基床 没有出现病害，说明该地段的值可以满足列车速度1 4 0 k m h 的要求。处理后 最小的k ，值为1 1 1 m p a m 。 表2 - 9 处理前路基十的密实度 里群k 6 l + 4 8 0k 6 1 + 5 8 0k 6 l + 7 8 0k 6 1 + 8 8 0 k 6 l + 9 8 0 k 6 2 + 0 8 0 实测k h 0 7 9o 8 1 o 8 1o 7 4o 7 70 8 1 里程k 6 2 - 1 8 0k 6 9 + 8 8 0k t o + 1 0 0k 7 0 + 2 8 0 k 7 0 + 4 8 0 k 7 0 + 8