基于DS-InSAR的复杂山区铁路沿线形变监测研究

选用穿透性较好的长波段高分辨率卫星雷达数据,对渝怀铁路重庆彭水段沿线进行地表形变监测研究。试验在西南复杂山区低相干条件下,采用分布式散射体干涉测量技术(DS-InSAR)进行铁路沿线地表变形监测的应用效果。研究中采用了干涉目标点分析(IPTA)方法,综合使用雷达影像的频谱信息、后向散射信息和时相稳定性信息提取永久散射点(PS)和分布式散射点(DS),获取了试验研究区域地面形变时间序列。研究表明:采用PS+DS点的SqueeSAR方法,可以提取铁路沿线较高密度的监测点,表明时序InSAR监测技术,一定程度上可为运营铁路线路的安全性评价提供部分直接科学依据。     

咸阳西货场专用线路基袖阀管注浆加固与变形监测北大核心

为确保西安地铁一号线隧道安全可靠地下穿咸阳西货场专用线,对咸阳西货场路基进行了袖阀管注浆加固与变形监测,总结提出了铁路路基袖阀管注浆加固施工的测量定位、钻孔施工、灌注套壳料、拔出跟管、控制注浆等工序的关键技术参数,形成了一套用于铁路天窗点内路基预加固的施工工艺。距钻孔注浆位置不同距离、不同深度分别埋设了沉降变形自动化监测传感器。监测结果表明:沿水平方向上,注浆处出现了最大沉降,最大沉降点的平均沉降量为2.16 mm,随着距离的增加沉降不断减小,最大有效影响范围为6 m;沿垂直方向上,深度5 m处出现了最大沉降,最大沉降点的平均沉降为2.44 mm。研究结果可为后期西安地铁一号线隧道下穿徐兰高速铁路路基段提供施工参数。     

卫星遥测高原冻土路基沉降变形研究初探

研究目的:高原冻土的不稳定性使进行冻土区路基变形监测分析极其重要,但受限于高原严酷自然环境条件,当前利用地面现场测量来分析多年冻土路基变形的方法,开展工作极为困难。卫星雷达差分干涉(D-InSAR)技术是近年来出现的无需地面现场测量作业,能够获得大范围地表覆盖区域连续点、线、面沉降信息的一种全新地表变形监测分析方法。针对特殊困难环境下高原多年冻土区路基变形监测与分析问题,讨论利用卫星D-InSAR"空间遥测"多年冻土区路基表面沉降变形的必要性、可行性和应用研究价值及意义。研究结论:在青藏高原这种特殊困难的自然地理条件下,采用卫星D-InSAR进行多年冻土区路基变形分析,对改善劳动条件、提高监测效率、减少费用、最大限度地减少极其困难的地面人工测量工作量,能起到明显的积极作用,对于高原冻土区国家重要基础设施长期监测系统建设有重要工程现实意义;利用D-InSAR获得的独特路基地表变形信息,可实现从大范围连续点、线、面3种角度,分析高原冻土路基变形的时空特征和规律,有望从空间全局的分析角度获得冻土路基变形新发现或新知识,从而为冻土路基稳定性评价提供新的科学依据,也为更深入地研究冻土工程变形开拓新思路。     

桃坪隧道地表形变规律及灾害分析

研究目的:桃坪隧道自建成至今,病害不断,历经多次整治,始终未能根治,已成为制约侯月线运力的瓶颈,因此对该隧道区进行变形监测,对隧道病害诊断具有重要意义。本文以侯月线桃坪隧道为研究对象,采用合成孔径雷达干涉技术(PS-In SAR和SBAS-In SAR)对研究区2004年～2017年间的多源合成孔径雷达数据进行处理,得到该地区的地表变形信息,并结合物探成果,分析地表变形与隧道病害的关系。研究结论:(1)在2004年～2017年间,隧道周边地表发生了较大规模的沉降变形,沉降较大的区域主要集中在隧道入口、沟北村、土地庙以及隧道出口附近;(2)物探异常区与地表变形区吻合,隧道沿线沉降变形与采空区存在关联;(3)研究区域在2016年～2017年为匀速沉降;(4)本研究成果对分析隧道病害原因及隧道病害整治具有参考意义,也可为其他铁路病害的诊治提供经验。     

深季节冻土区哈齐客专路基现场试验

鉴于哈尔滨—齐齐哈尔(哈齐)客专路基工后沉降不大于15 mm的要求,开展了路基现场试验。对路基中的温度、沉降变形、路基冻胀变形及路基本体的含水量变化情况进行监测。结果表明:线路所处地区,11月中旬开始冻结,来年1月下旬地表附近地温过程线开始上抬;冻结层直到4月中旬才全部处于正温,最大冻深约为2.4 m。经过现场监测,处于深季节冻土区的高铁路基在经历冻融循环后的沉降变形为20 mm左右。路基表面的最大冻胀量发生在地表温度处于-1~-2℃之间,在此地温值下,路基冻结层范围内易发生水分积聚现象,路堤冻胀较敏感,所以路基填料应严格保持为最优含水量,做好基床表层的防排水措施,避免路基病害的发生。     

基于地统计学方法的铁路路基压实均匀性评价

针对现行铁路路基压实均匀性评判体系中未考虑压实不合格区域的空间分布特征,结合沪昆高速铁路路基试验段的现场压实试验,研究采用地统计学中基于点密度的样方分析(QA)法和基于点距离的最近邻点指数(NNI)法,判断铁路路基压实不合格区域的空间分布特征。研究表明:当铁路路基的压实不合格区域呈分散分布时,QA法和NNI法均能做出准确的判断;当压实不合格区域呈集中分布时,QA法由于受压实区域样方划分方式的影响而会出现部分误判,但NNI法仍能做出准确判断;因此,在铁路路基压实均匀性评价中NNI法更适合用于铁路路基压实不合格区域空间分布特征的判断。     

黄土地区地铁盾构下穿铁路变形控制技术

研究目的:黄土地区某城市地铁2号线盾构施工下穿既有陇海铁路线是一个盾构施工中的I级风险源,为保证地铁盾构施工安全下穿陇海线路,开展了盾构施工穿越既有铁路的变形控制技术研究,以为盾构安全施工提供技术支撑。研究结论:(1)黄土地区地铁盾构下穿既有陇海线路的地表沉降规律:不采取控制措施盾构施工时,路基右线隧道轴线正上方的沉降量为20.48 mm,左线隧道轴线正上方的沉降量为12.85 mm,左右线隧道的轴线上的沉降量均超出了沉降允许值;采取严格控制土压力、盾构匀速通过、严格控制注浆量、减少盾构推进方向的改变等减小地铁盾构下穿既有铁路施工风险的措施盾构施工时,右线隧道轴线正上方的沉降量为5.44 mm,左线隧道轴线上方的沉降量为4.95 mm,均小于变形允许值。(2)FLAC计算预测的变形规律与实际值基本一致,地表和铁路路基的变形量在允许范围内;减小地铁盾构下穿既有铁路施工风险的措施合理有效。(3)该研究成果可应用于黄土地区地铁盾构下穿铁路施工变形控制。     

青藏线多年冻土区路基形变星载SAR差分干涉测量应用探讨

近年来,蓬勃发展的合成孔径雷达差分干涉测量(D-InSAR)对地观测技术为从空间进行地表形变测量和长期监测提供了可能。研究了差分干涉测量技术的形变测量原理、数据处理流程和误差影响因素,对比分析了D-InSAR技术与传统地面测量方法的优缺点。指出星载合成孔径雷达差分干涉测量技术应用于青藏线多年冻土区路基形变长期监测具有某些不可替代的独特优势,而且技术上可行。     

铁路路基沉降病害监测技术研究

研究目的:随着高速及重载铁路的发展,路基沉降已成为列车运营安全控制要素,大量路基病害均与此有关。本文通过铁路路基沉降病害特征、作用机理及沉降预测方法的研究,并对传统路基监测方法和三种新型路基沉降监测方法(车载探地雷达监测技术、合成孔径雷达干涉技术和分布式布里渊光纤传感技术)进行分析,为铁路路基沉降病害监测提供参考。研究结论:(1)铁路路基沉降主要来自路基本体和地基两个方面,是在多种因素共同作用下产生的;(2)沉降预测方法主要是基于已有的监测数据,并处于不断发展的过程中;(3)传统的监测方法已不满足高效、无损、实时的现代监测要求,新型监测方法基本满足要求,但仍存在一定的局限性;(4)在铁路路基沉降监测方面,有向分布式光纤传感监测技术发展的趋势。     

京津冀地区高速铁路沿线区域地表沉降监测及时序演化态势分析

为探测京津冀地区高速铁路沿线区域的不均匀沉降,利用基于合成孔径雷达干涉的干涉点目标时序分析技术,借助C波段SAR卫星序列在2015年11月至2018年3月间获取的51景降轨影像数据,提取研究区域的地表形变信息,结合地下水的动态变化及人类活动相关资料对沉降漏斗的演化态势进行归因性分析,并对该区域高速铁路沿线地表沉降监测及时序演化态势进行分析。结果表明:研究区域的年沉降速率为20~206mm·a^-1,漏斗中心最大累积沉降量达248mm,其中,区域内3条高铁沿线均存在明显的沉降,沉降速率均超过100mm·a^-1,最大值位于高铁路线的雄安县段,漏斗中心沉降速率达185mm·a^-1,累积沉降量为200mm;研究区域的整体沉降趋势稳定,沉降主要归因于人类活动,而高速铁路沿线的沉降与地下水开采密切相关。     

红层软岩地区高速铁路深路堑基底变形规律研究

挖方高边坡基底随时间持续上拱变形如果超出铁路路基设计规范的限值,会严重影响列车的舒适性和安全性。为研究西南地区泥岩夹砂岩挖方高边坡基底持续上拱变形机理,使用FLAC3D软件对挖方高边坡进行弹塑性和黏弹塑性数值计算,并尝试从软岩流变的角度分析挖方高边坡施工完后基底持续上拱变形的规律。研究结果表明:在不考虑流变的弹塑性分析中,挖方高边坡具有明显的边坡开挖效应(卸荷效应),竖向应力随着边坡开挖深度的增加而减小,导致竖向变形逐渐增大,应力变化越大竖向变形也越大;在流变分析中,由于开始阶段的岩体应力调整,基底下一定深度出现竖向压缩变形,随着应力稳定,发生持续上拱非线性变形,并在5年后达到稳定;在流变计算中,由于基底下剪应力与水平应力均有所大幅度增加,基底下各深度的竖向变形小于弹塑性计算的变形,采用泥岩流变计算模型能较好的模拟并解释依托工程案例中挖方路基持续上拱变形现象。     

季节冻土地区高速铁路路基设计

哈大和哈齐铁路是季节冻土地区高速铁路无砟轨道路基冻胀变形控制方面非常具有代表性的工程,本文通过对两个项目防冻胀设计措施、变形监测结果及相关研究成果的介绍,阐述了对路基防冻结构、防冻层厚度、防冻填料技术要求、路基冻胀变形发展规律等的认识:(1)混凝土基床是特殊条件下的路基防冻解决方案,一般应满足地下水位较高或常年积水且不具备降排水条件的低路堤地段;(2)季节冻土地区采用填料填筑的路基会发生冻胀变形,防冻层填料满足一定要求前提下,冻胀变形不会影响线路平顺性,可以保证高速铁路安全平稳运营;(3)冻胀变形小于4 mm的百分比随着时间的推移逐渐增加是东北地区各条高速铁路路基冻胀变形的共同特点,说明路基抗冻胀变形能力的稳定需要一定的时间;(4)反复出现的大的冻胀变形往往是填料细颗粒含量超标较多或者明显排水不畅的地段。施工期通过变形监测及时发现可能形成冻害的隐患并进行治理是非常重要的。     

吉珲客运专线路基冻胀变形及影响因素分析

随着我国在严寒地区高速铁路的发展,路基冻胀变形对高速铁路的影响凸显出来,针对路基冻胀变形规律及影响因素的研究尚不完善,根据吉珲客运专线路基冻胀变形监测数据,采用综合分析方法分析了本线路基冻胀变形的一些规律,并对冻胀变形影响因素进行分析。通过分析得出吉珲客运专线路基冻胀变形规律及基床表层变形所占比例的不同与产生原因的对应关系。     

高速铁路路基边坡纤维团粒喷播生态防护技术

针对高速铁路路基绿化工程高要求、少维护等特点,提出纤维团粒喷播技术,并详细阐述了其机理及特点.通过在京雄城际铁路路基边坡工程中的应用,归纳总结了该技术施工工艺流程:平整坡面→坡面覆土→铺设铁丝网→喷播基质→养护管理.喷播基质是利用喷播机械将性能优越的基质材料喷附至铁路路基坡面上的.工程应用表明该技术施工快,质量好,养护维修量小,经济性高.     

高速铁路路基帮填沉降变形控制及监测技术应用探讨

高速铁路路基帮填将引起既有线附加沉降变形,为研究帮填路基有效可行的沉降变形控制技术及运营高速铁路安全监控技术,结合某新建客运专线引入既有高铁站,与运营高速铁路并站设置引起既有线路基帮填的工程实例,探讨帮填路基地基采用管桩桩筏结构加固及采用泡沫轻质土代替常规土质填料作为控制路基沉降变形措施的适用性,通过数值计算评估既有线附加沉降量为1.75~3.42 mm,验证设计方案是可行的;探讨自动化监测技术应用于运营高速铁路沉降变形监测,并建立预警及多方联动机制以确保运营安全是必要的、可行的。目前实测路基沉降量为1.73~2.44 mm,实测值略低于评估值且沉降较为均匀。     

智能化毛细渗灌节水技术在京张高铁路堤边坡绿化中的应用

绿色生态铁路的设计理念对铁路路堤边坡绿化提出了更高的要求,由于铁路路堤边坡呈带状分散分布,对于气候条件恶劣或少雨地区,带来了后期的浇灌养护困难问题。渗灌节水技术可以较好解决交通线路沿线的绿化浇灌问题,但淤堵问题是传统渗灌节水技术推广应用中的一个难题。以京张高铁路堤边坡绿化工程为试验段,提出一套基于毛细透排水带为渗灌材料的智能化毛细渗灌节水技术。试验结果表明,以毛细透排水带作为毛细渗灌材料解决了渗灌淤堵问题,具有很好的节水效应;智能化毛细渗灌节水技术实现了自动监测、自动灌溉及远程智能化管理,解决了铁路边坡绿化浇灌养护问题,效果良好。     

非埋式桩板结构路基水平承载试验研究

非埋式桩板结构广泛应用于我国高速铁路的建设工程中,尤其是山区陡坡段,但对该结构的水平承载特性缺乏相应的研究。以杭黄高铁陡坡段非埋式桩板结构路基为原型,通过水平承载模型试验,研究结构内力弯矩、土压力分布形式,分析结构变形规律以及路基破坏形式。研究表明:当非埋式桩板结构路基承受水平荷载时,结构内力变化以桩基为主,并且随着水平荷载的增加,桩基弯矩呈基本不变至稳步增长最后剧烈增大的趋势;结构变形以水平位移为主,最大水平位移达7.25 mm,承载板发生内高外低的翘曲变形;当水平荷载达到一定时,路基边坡发生浅层破坏与局部压溃破坏,桩板结构的桩基于桩顶处与滑动面附近产生裂缝。试验过程中,桩板结构整体稳定性良好,但在水平荷载超过一定范围时结构变形过大,因此在水平推力较大的地段应谨慎选用非埋式桩板结构路基。     

铁路路基本体结构极限状态设计方法研究

极限状态设计方法是工程结构设计方法发展的必然趋势,它基于概率统计论以可靠指标β和失效概率Ff,考虑计算参数的均值同时也考虑了各参数的概率分布特征,不同于以往以容许应力为基础的安全系数设计方法。针对铁路路基本体的结构特点,从概率统计的原理出发,对铁路路基极限状态设计方法进行综合性分析研究,提出以基床表层变形控制的铁路路基基床极限状态设计方法和以瑞典条分法为功能函数铁路路基边坡极限状态设计方法,并利用分离函数建立铁路路基边坡实用设计表达式。     

墩台基坑开挖过程中列车动载对路堤的动变形分析

大量新建桥梁桥墩基坑工程位于铁路路基保护范围以内,使得铁路不可避免地受到基坑开挖的影响,既有铁路的列车动载加剧这种不良影响。在基坑开挖过程中,为了确保邻近铁路的安全,以孙渡特大桥上跨丰洛铁路桥墩施工为背景,通过建立三维有限元数值模型,分析在客车和货车不同速度下邻近既有线的基坑开挖过程中路堤的动变形规律:随着基坑不断向下开挖,路基中心处的竖向动位移和水平向动位移均增大,且水平动位移增长率大于竖向动位移增长率。60 km/h客车和40 km/h货车动荷载下路基中心的竖向最大动位移分别为3.32 mm和3.42 mm,其他情况均大于3.5 mm。最后基于铁路路基动变形3.5 mm的控制标准,提出在基坑开挖过程中客车限速60 km/h和货车限速40 km/h的控制措施可行。     

川南城际高速铁路路基变形监测设计探讨

在高速铁路的建设及运营管理过程中,路基的安全保障及健康状态的监测非常值得关注。路基变形对高速铁路的行车安全影响大,常规的监测模式不能满足高速铁路运营安全的要求。本文针对川南地区特定的水文地质条件和铁路路基周边复杂的建设影响因素,在铁路设计阶段,对路基变形监测进行了系统地设计,重点探讨了采空区、弱膨胀性红层泥岩区、受既有铁路交叉影响地段等高速铁路路基安全监控系统的设计,可为类似工程建设提供技术参考。