季节性冻土地区高速铁路设计施工技术

研究目的:为了使我国高速铁路适应各种严寒环境的建设和运营,本文在介绍季节冻土分布及工程特性基础上,回顾了我国季节冻土区高速铁路的发展现状,总结归纳了季节冻土区高速铁路路基冻胀控制技术以及轨道结构工程、接触网和动车组融雪除冰等其他控制技术的研究成果,并对其未来发展进行了展望。研究结论:(1)应尽量避免季节性冻土对工程结构的影响,从高铁的平稳、安全、舒适、耐久性方面考虑,以桥代路是有效的措施;(2)对高铁全生命周期健康状态进行全面监控,结合高铁结构变形规律,开展相关研究,确保高铁安全、高速、健康运营;(3)大力研发非接触式无损监测技术,避免监测仪器对高铁主体结构的影响,使监测结果及时为设计优化与养护维修提供重要依据;(4)不断认识、探索、积累和完善季节性冻土区高速铁路建造技术,同时加强对冻害原因与对策措施的系统分析、冻害机制与维护技术研究,建立季节冻土区高铁养护维修技术标准,逐渐使我国高铁适应各种严寒环境的建设和运营;(5)本研究结果对我国季节性冻土地区高速铁路的设计和施工技术有一定的指导意义。     

季节冻土区铁路路基冻胀研究进展

研究目的:冻胀问题是深季节冻土区高速铁路路基面变形控制难点之一。高速铁路对路基变形要求极高,特别是无砟轨道,冻胀变形更增加了其控制难度。鉴于加深高速铁路路基冻胀研究的必要性和紧迫性,本文系统总结近年来季节冻土区铁路路基冻胀的研究进展。研究结论:(1)季节冻土区铁路路基的防冻胀设计方法:德国、法国、日本等国都是通过冻结指数确定冻结深度,在冻结深度范围内填筑非冻胀填料,我国的不同之处在于采用标准冻深计算设计冻深;(2)季节性冻土冻胀形成机理包括水分迁移和成冰作用,冻胀发生三要素是:负温、细粒土和水,控制冻胀的措施主要为三类:保温、改良填料和改良水分,并分别总结介绍其研究成果及进展;(3)展望了未来的研究方向:加强现场监测和仿真分析;(4)本研究结论可为进一步研究高速铁路路基冻胀提供参考。     

季节性冻土地区高速铁路路基保温技术试验研究

合理的防冻胀基床结构是季节性冻土地区高速铁路防冻胀的关键。本文通过开展哈大高速铁路正线与线外现场足尺试验,对局部保温措施与全断面保温措施的有效性进行了研究。试验结果表明:路肩和线间局部保温措施只能减小保温部位的冻结深度和冻胀,不能抑制轨道结构处的冻胀,不适用于季节性冻土地区高速铁路防冻胀设计;全断面保温措施能够降低轨道结构处的冻结深度和冻胀,有较好的防冻胀效果,季节性冻土地区高速铁路路基可采用全断面保温基床结构进行防冻胀设计。     

严寒地区高速铁路路基稳定性长期监测研究

研究目的:为保证严寒地区高速铁路的安全运营,通过分析严寒地区高速铁路路基的特点确定监测指标,并结合哈大高铁路基开展相应的监测技术研究,建立路基稳定性长期监测系统,实现路基状态多参量一体化的自动采集、信号自动传输、数据自动分析处理。基于获取的三年监测数据,进行路基稳定性指标的初步分析。研究结论:(1)路基地温呈周期性波动,地温振幅随深度增加而减少。浅层存在季节冻结层,冷季时自地表向下单向冻结,暖季来临时双向融化;(2)不同深度处的水分出现了迁移和重分布;(3)在列车动荷载和冻融循环作用下,填土性质可能发生了变化,导致了冻胀和融沉压缩变形;(4)监测系统运行稳定,监测数据可充分反映路基的地温等指标的分布规律,从而为哈大高铁路基的病害整治和行车安全提供重要支撑。     

哈大高铁实现安全运营4周年

正2016年12月1日,哈大高铁开通运营整4年,实现人身、行车安全零事故,交上了一份满意的答卷。开通运营4年来,哈大高铁先后经历了冬季图、夏季图、冬夏一张图时期,逐步探索出克服季节性冻土影响、控制高铁冬季冻胀的办法,积累了有效应对恶劣天气的安全运营经验。哈大高铁上共配属CRH380B型高寒动车组列车141组。为有效提升高寒动车组列车的检修、运用质量,哈     

哈大高铁路基用掺水泥级配碎石冻胀特性试验研究

哈大高铁纵贯我国季节性冻土广泛分布的东北地区,该地区冬夏季温差大,冻胀问题突出,处理不当易造成路基和轨道变形,从而影响高铁的运营安全。哈大高铁路桥、路涵过渡段采用级配碎石掺水泥进行填筑,为了解级配碎石中细粒含量和水泥掺量对其冻胀特性的影响,对掺水泥级配碎石的冻胀特性进行了试验研究。结果表明:不掺水泥级配碎石冻胀率可达1.00%~1.65%,而5%以上水泥掺量级配碎石硬化后基本消除了细粒土冻胀敏感性,冻胀率0.2%;在50次冻融循环作用下,掺水泥级配碎石有被冻坏可能,表层冻裂但并未成粉状,冻胀率也没有显著增大。     

高速铁路路基粗颗粒填料冻胀特性研究

研究目的:在季节性冻土区修建高速铁路,路基冻胀变形控制是关键性难题,影响轨道的平顺性与列车运营的安全性。粗颗粒填料是国内外路基工程包括高速铁路防冻层广泛采用的填料,研究高速铁路路基粗颗粒填料冻胀特性对高速铁路路基的防冻胀,保证轨道的平顺性具有重要的意义。研究结论:通过室内和现场试验,开展了不同配比粗颗粒土的冻胀特性研究。试验结果表明:(1)粗颗粒填料在满足路基压实条件的前提下,可有效控制路基冻胀变形;(2)通过改进的室内冻胀试验,能够使试验中土样的均匀性和压实效果更接近现场工程的实际情况,从而使得试验结果更加可靠;(3)通过合理控制粗颗粒填料组分、级配、细颗粒含量等设计参数,可以达到较好的防冻胀效果;(4)本研究成果可应用于严寒地区高速铁路路基的防冻层,能够有效抑制路基冻胀,保证轨道的平顺性。     

客运专线路基工程的防冻胀处理措施

季节性冻土区路基冻胀和融沉使路基产生不均匀变形,是影响铁路运行速度和安全的重大隐患之一,解决路基冻胀问题是季节性冻土区路基设计的关键。结合哈大客运专线沈大段路基工程设计情况,对季节性冻土区客运专线路基工程防冻胀处理措施进行了说明。     

高寒地区水分场迁移对路基稳定性影响分析

研究目的:高寒地区修筑路基工程会形成次生不良病害现象,次生不良病害对铁路、公路路基等建筑物会造成各种危害。研究高寒地区不良冻土现象的形成机理和发育,对防治次生不良冻土的发生和发展,保证工程的稳定和安全有着非常重要的意义。本文通过对次生不良冻土现象中的热融滑坍和冻涨丘问题进行数值分析,并提出次生灾害的防治及工程保护措施。研究结论:对高寒地区次生不良灾害的形成机理及变化过程进行研究,得出如下结论:(1)考虑水分场迁移作用时,热融沟对路基横向不均匀变形的影响会加剧,从而形成路基纵向裂缝的病害,严重影响路基的稳定性;(2)水分场迁移的作用使温度场变化明显加剧,热融沟周围的变形加大,在水分场迁移影响下冻胀和融沉的反复作用会导致积水流入路基侧面,会威胁到路基稳定性及行车的安全,需要采取正确的工程措施进行治理;(3)本研究结论可为多年冻土地区的工程建设提供一定的理论依据,对防治次生不良冻土灾害具有参考意义。     

高寒高速铁路列车运行调整方法研究

随着我国高速铁路网建设的逐步推进,近年来已先后开通哈大、盘营、哈齐3条时速300 km的高寒高铁。分析高寒高铁列车运行特点,剖析当前列车运行调整中存在的问题,结合哈大高寒高铁开通运营3年来调度指挥的经验积累和实践摸索,提出了符合高寒高铁特点的"按秒指挥"列车调整方法。通过完善列车运行图参数和动车组限速影响计算程序,使调度员能够准确掌握列车运行情况及时做出合理调整,确保高寒高铁列车运行安全,研究成果可为其他高寒高铁的开通运行提供参考。     

严寒地区客专路堤阴阳面地温及变形差异分析

基于对寒区哈(尔滨)齐(齐哈尔)铁路客运专线泰康试验段路堤的地温与变形监测资料分析,研究了严寒地区路堤阴阳面的地温和变形差异。测试和计算结果表明:(1)右侧(阴面)路肩和坡脚的最大冻深均大于左侧(阳面)相同位置;(2)地温大多数时间呈左高右低现象,同时阴、阳坡路基浅层相应深度处的温差不会随时间推移和埋深增大而完全消失,但阴、阳坡路基温差逐年减小并趋于恒定,且温差波动幅度随埋深逐渐减小;(3)基床表层阴、阳面各测点的冻胀起始时间一致,而阴面的融沉起始时间却比阳面晚一个月;当路堤浅层地温处于-2~0℃且冻结层上下同时发生融化时,路基冻胀显著,此时产生的冻胀量占总冻胀量的40%左右;(4)施工完成初期,路堤浅层和基底在阳面的累积沉降量较阴面大;距离坡脚越近,基底阴阳面沉降差异越明显,但该差异逐年减小。由此表明,即使有保温护道保护严寒地区冻土路基,经历多次冻融循环后,路基阴阳坡差异受外界气温影响仍然存在,但随时间推移逐渐趋于稳定。建议在严寒地区冻土路基的阳坡侧采取降低地温的措施,减小阴阳坡地温和变形差异,保持冻土路堤的整体稳定性。     

防冻胀护道型式对季冻区高铁路基冻结特征影响分析

基于哈大高铁典型断面的实测数据,运用非稳态相变温度场的数学模型及数值模拟的方法,采用有限元软件COMSOL Multiphysics对路基温度场进行了数值模拟,着重研究了不同型式防冻胀护道对季节性冻土区路基冻结特征的影响,分析了其对路基横向地温及横向冻深差异的消除效果。得出结论:增大防冻胀护道的高度可有效减少冷量从两侧侵入路基,能有效减小路基冻深;根据现有研究,建议在修建南北走向季节性冻土区高速铁路路基时采用阳坡侧较低,阴坡侧较高,且阴坡侧护道高度与路基齐平的非对称型式护道,以最大限度减小路基横向地温及横向冻深差异。     

寒区铁路隧道结构抗冻技术探讨

研究目的:受温度变化影响,寒区隧道衬砌结构易出现开裂、酥脆、剥落等病害。本文通过分析寒区隧道的环境作用,并通过调研我国寒区铁路隧道的结构冻害情况,归纳隧道结构的冻胀机理,提出寒区隧道结构的抗冻措施,探讨保温层在铁路隧道的适用性及设计方法、施工工艺,从而明确今后需要进一步研究的寒区隧道结构抗冻技术。研究结论:(1)寒区隧道衬砌结构冻害可分为特殊地层隧道围岩冻胀型冻害和结构缺陷型冻害,需采取相应措施进行控制;(2)负温差引起的温度应力作用,易导致寒区隧道衬砌开裂,需采取变形缝等构造措施;(3)季节性冻土区铁路隧道应慎用保温层;(4)本研究成果可为寒区隧道结构抗冻提供参考。     

大西高速铁路路基冻胀分析及整治措施

大同—西安高速铁路综合试验段部分路基冻胀变形特征明显,变形大,段落长。部分路段冻胀量最大达18 mm,冻结深度最大达88 cm。以大西高速铁路综合试验段为研究背景,针对纬度较低的季节性冻土地区路基冻胀问题,分析了冻胀成因,探究了冻胀的发展趋势,并提出了轨道封闭-基床表层排水-基床底层排水的综合整治方案。深入探讨了关键工艺,提出了高路堑段基床底层盲沟渗水和明洞过渡段隔离开槽顺接侧沟排水的整治措施,解决了低纬度季节性冻土地区高速铁路路基结构的冻胀问题。     

青藏铁路风火山隧道设计难点探讨

研究目的：青藏铁路风火山隧道处于高海拔、高寒及冻土的特殊环境中，这使得隧道的设计面临着许多特殊的问题，如冻融圈的控制、冻胀力的作用、防排水设计等问题，解决以上问题是风火山隧道成功修建的关键。 研究结论：文章通过对风火山隧道主要技术问题的分析，探讨在高寒、高海拔及冻土地区隧道设计的思路和方法，为今后类似工程的修建提供借鉴。多年冻土隧道的主要设计思路是围绕着“保护冻土”的要求采取了隧道隔热保温技术、复合防冻胀技术及综合防排水设施，有效控制冻融圈的范围，消除产生冻胀和冻害的根源。     

哈尔滨至大连高速铁路设计创新及关键技术回顾

对哈尔滨至大连高速铁路的设计创新及关键技术进行回顾总结,系统阐述在路基防冻胀技术、大跨度桥梁结构设计、接触网融冰技术、道岔融冰除雪等方面的研究创新及成功应用,以哈大高速铁路设计为依托,形成完整的、系统的高纬度严寒地区修建高速铁路的修建技术。     

寒区高速铁路路基冻胀数值模型及防冻胀措施

寒区高速铁路路基的冻胀融沉直接影响列车的高速、安全和平稳运行。基于非饱和土渗流和热传导理论,将冻土水分场和温度场耦合,建立冻土的水热耦合微分方程;基于土体冻胀为各向同性的体积膨胀并且与材料的热膨胀现象相似,建立路基的冻胀模型;由水热耦合微分方程计算含冰量,再通过水动力冻胀模型计算路基的冻胀变形。数值计算与实测的路基冻胀变形规律基本吻合,均在路基达到最大冻结深度且冻结层开始双向融化时产生冻胀峰值,验证了数值模型的有效性;运用建立的数值模型分别计算保温板路基、保温板+沥青混凝土路基和保温板+沥青混凝土路面+碎石路基在最强冻胀效应时刻的冻胀变形,保温板+沥青混凝土路面+碎石路基的冻胀变形最小(最大值为1.3mm),保温板路基的冻胀变形最大(最大值为3.2mm)。建议在寒区高速铁路采用保温板+沥青混凝土路面+碎石路基的结构以尽量减小路基的冻胀变形。     

气态水诱发高速铁路路基冻胀的潜在机理研究

针对我国严寒地区高速铁路路基中冻胀不敏感性粗颗粒填料大范围冻胀的现象,基于所提出的非饱和冻土水热耦合模型,阐述了气态水迁移成冰作用诱发非饱和路基冻胀的机理。结果表明:不考虑气态水迁移成冰作用时,产生的冻胀量几乎为0,而考虑气态水迁移成冰作用时,产生18.4 mm的冻胀,与实测值大致相同,且冻胀量与实测曲线吻合较好,冻结深度与哈大高速铁路路基四平段的实测值曲线吻合也较好,说明本文机理能够较好地解释上述冻胀现象发生的原因;与其他三种不同冻胀诱发机理的对比分析表明,严寒地区高速铁路路基冻胀是路基细粒含量、降水、地下水位等多种因素共同作用的结果,占据主导作用的因素需视具体工程情况判定。     

哈尔滨至大连高速铁路已完成开通运营前的各项准备工作，于12月1日正式开通运营

哈尔滨至大连高速铁路是我国“四纵四横”快速铁路网京哈高铁的重要组成部分,是世界上第一条投入运营的新建高寒地区长大高速铁路,营业里程921krn,设计时速350kin。哈大高铁纵贯辽宁、吉林、黑龙江三省,全线设23个车站。     

高寒天气对铁路轨旁设备的影响及防护

高寒地区冬季铁路沿途降雪天气极为常见,易出现由于温差变化而使积雪成冰掉落击打地面信号设备造成其损坏的情况。介绍了高寒天气对哈大高速铁路轨旁设备的影响和防护经验,为其他高寒铁路提供借鉴。