季节冻土区铁路路基变形监测及冻害原因分析

根据京包铁路、包兰铁路路基在1月-6月期间的变形监测和路基土的级配试验,分析了季节冻土区铁路路基的冻胀变形情况及产生原因.分析结果表明,在内蒙古境内的季节冻土区铁路路基冻胀呈现整体性变形特点,但不同里程处的路基冻胀差异较大;在监测区段内,京包线路基最大冻胀率为5.2%,最小冻胀率为2.4%;包兰线路基最大冻胀率为4.2%,最小冻胀率为1.1%;路基的冻胀变形极不规则,严重破坏了路基的整体平顺度.京包线、包兰线路基填土的级配不良是引起路基冻害的首要原因;路基多年的冻害效果累积和基床土质不均导致冻胀变形不均匀发生.     

寒区路基冻害数据分析及整治方案

路基冻害是严寒地区普遍存在的病害,根本原因是路基不均匀冻胀,它在整个冬季及春季的变化,给工务线路维修及保养带来了巨大的工作量。据有关资料统计,冻害整治所耗费的人工及材料占北方铁路单位全年维修保养工作量的1/3。同时冻害的发生和变化具有突发性和不规律性,给行车安全带来极为不利的影响,尤其是曲线地段,如处理不及时,双股冻胀不均,形成反超高,必然会对行车造成危害。因此,本文结合中国铁路哈尔滨集团公司滨洲线线路维修及养护实例,对冻害的形成、发展、整修、分析进行研讨,从根源制定针对性整治方案。     

路基的填料冻胀分类及防冻层设置

我国冻土区铁路路基表层的冻胀病害严重,且没有相应的路基填料冻胀性分类标准。在分析路基的冻胀特性、影响路基冻胀的因素、路基冻害整治中存在的问题的基础上,借鉴国内外地基土的冻胀性分类,并结合铁路路基填料分类的特点、铁路线路冻胀限高和维修标准,提出铁路路基填料冻胀性分类方案,并建议在冻土区设置路基防冻层。路基填料冻胀性分类方案以各类土的细粒含量、冻前含水量和冻胀高度为指标,进行冻胀敏感性和冻胀等级两级分类。路基防冻层应用细粒含量<5%的砂类和细粒含量<15%的砾类、碎石类不冻胀土填筑,防冻层的厚度根据路基的标准冻深。列车的运行速度和载重量确定。     

路基阴阳坡冻胀对过渡段无砟轨道受力与变形的影响

铁路路基冻胀受阳光照射角度影响,存在冻胀幅值在线路横向分布不均匀现象,即阴阳坡效应。为研究路基阴阳坡冻胀对路桥过渡段无砟轨道受力与变形的影响,建立无砟轨道-路桥过渡段空间耦合模型,分析路桥过渡段阴阳坡效应比、冻胀幅值、冻胀波长与列车荷载等多种因素下轨道结构受力、层间离缝与钢轨不平顺等特征。研究结果表明：路基冻胀的阴阳坡效应对底座板应力分布及轨道几何不平顺影响较大。阴阳坡效应比从0增至1的过程中,底座板阴坡的应力增幅可达18.6%,钢轨垂向变形量相差可达1.94 mm;冻胀波长10 m,冻胀幅值从5 mm增至10、20 mm时,离缝量增幅可达2.26倍与1.87倍;冻胀幅值10 mm,冻胀波长从10 m增至20 m时,底座板应力减小73.37%,离缝量减小81.66%;路基冻胀导致车辆动力响应大幅增加,路基冻胀的阴阳坡效应导致车辆横向动力指标增大。     

严寒地区路基冻胀变形特征及过程分析

根据某客运专线GDK222+581.1~GDK222+681.1工点冻胀变形监测数据,分析该工点的冻胀变形特征及过程,研究得出该工点冻胀量主要发生在基床表层。并指出路基冻胀存在纵向及横向的随机性、不确定性和不均匀性,冻胀变形快速上升阶段与快速融沉阶段是冻胀变形最主要的两个阶段,也是造成路基本体不均匀冻胀后引起轨道几何形态指标超限,影响旅客乘坐舒适度,极端情况下危机行车安全的主要阶段。     

季节性冻土地区高速铁路无砟轨道路基冻胀的预防

围绕季节性冻土地区高速铁路无砟轨道路基冻胀预防问题,简述了无砟轨道的特性及冻害对无砟轨道的影响。分析了气候环境、地形条件、冻结深度、填料类别及含水率、水、积雪、路基类型、路堤高度等使路基产生冻胀的因素,并重点对线路选线、标准冻结深度综合修正、路基面高程、抗冻填料等进行了论述,提出了有待试验研究的问题。     

兰新高速铁路高寒区段路基冻害分析与整治

对兰新高速铁路浩门至民乐区间路基冻害情况进行了调查并开展了相关试验研究,分析路基冻胀原因并提出整治措施。路基冻害在路堤段数量最多,过渡段次之,路堑段最少。发生冻害的地段多是低矮路堤和零断面换填路基。冻害区段地表水、地下水丰富,部分区段水位较高,导致路基在冬季负温作用下发生冻胀。建议对边坡及护道表面加以封闭,并设置隔水墙、排水沟、渗水盲沟、蒸发池等控制路基水分,以治理路基冻害。     

季节性冻土区铁路客运专线路堑路基冻害成因分析及对策研究

以季节性冻土区哈大铁路客运专线路堑路基冻害为背景,通过原位挖探及室内试验,对石质路堑路基冻害成因及基岩冻胀主要影响因素进行了研究。结果表明:基床表层级配碎石各项物理指标符合非冻胀性填料要求,无明显冻胀;基岩冻胀是形成石质路堑路基冻害的主要原因;岩体渗透性、地下水、温度及工程条件等是基岩冻胀的主要影响因素。提出了设置地下降排水设施、增设防冻层和隔断层等工程对策防治路堑路基冻害。在今后铁路客运专线建设中,建议设计时在岩体等级确定、路基设计冻结深度选取方面应进行必要的修正;在渗水盲沟深度和防冻层厚度确定上应结合地下水位临界深度考虑加上最小距离d,建议岩石类d取0.4 m。     

高速铁路路基不均匀冻胀变形对轮轨系统的动力影响研究

基于车辆-轨道耦合动力学理论和有限元方法,开展高速铁路无砟轨道路基不均匀冻胀变形对高速轮轨系统的动力学影响研究,分析不同程度的路基不均匀冻胀变形对高速车辆-轨道耦合系统振动响应的影响规律。研究结果表明:路基的不均匀冻胀变形会加剧轮轨动态相互作用,对行车安全性和乘车舒适性产生不良影响,同时易引起较强的轨道结构振动,进而影响轨道结构的长期服役性能;随着路基不均匀冻胀变形波长的减小和冻胀变形幅值的增大,高速车辆-轨道耦合系统的垂向振动动力学指标均出现增大趋势,研究发现应重点关注波长20 m以内的路基不均匀冻胀变形及其幅值的增大;对于路基不均匀冻胀变形较严重地段,可通过适当降低车辆的运行速度,以有效降低轮轨系统的动态相互作用,从而减小路基不均匀冻胀变形对高速行车安全性的影响,但是,限速措施对于改善高速乘车舒适性的效果并不明显。     

哈大客运专线路基冻胀线路养护维修技术

哈大客运专线横贯东北三省,大连到大石桥段为山地干润季节冻土亚区,大石桥到公主岭段为辽河平原干润季节冻土亚区,公主岭到哈尔滨段为松嫩平原干润季节冻土亚区,沿线路基冬季产生不均匀冻胀,影响线路的平顺性。本文结合哈大客运专线路基冻胀规律,介绍现场线路养护维修技术、及各种作业资料的管理。     

青藏铁路西格段环青海湖季节性冻土区铁路路基冻害成因分析

青藏铁路西格段环青海湖路基的季节性冻胀和融沉,直接影响列车行驶的舒适度,严重时甚至会危及行车安全。以环青海湖段路基冻害为背景,通过选取典型冻害断面,进行原位挖探试验及室内试验,从土质、水分和温度三个方面分析了环湖段路基冻害成因和冻害机理。结果表明:环湖段路基冻害的主要原因是基床表层无良好的隔水层和排水设施,降雨入渗导致路基土体中的粉质黏土层含水率较大,当温度低于冻结温度时,土中水冻结,引起路基冻胀。     

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。     

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。     

兰新高铁粗颗粒土填料冻胀性试验研究

针对兰新高速铁路路基冻害防治,通过不同细颗粒含量、不同含水率下的4个取土场路基填料在封闭系统和开放系统下的冻胀试验,进行粗颗粒土填料的冻胀性研究。结果表明:含有细颗粒的粗颗粒填料在冻结时可能会发生冻胀,其冻胀率取决于填料中的细颗粒含量、冻结前的含水率及冻结过程中水分补给情况;封闭系统条件下,冻胀率随含水率及细颗粒含量的增加而增大,细颗粒含量在3.76%~21.46%,处于饱和状态时填料的冻胀率可达1.1%~2.2%,冬季发生冻结时所产生的冻胀量会超过高速铁路无砟轨道高低偏差管理值,造成路基冻害;开放系统条件下的冻胀率远大于封闭系统下,压实系数为0.93时冻胀率可达3.45%~4.7%。可见,控制填料中的细颗粒含量、做好防排水设施是高铁路基防冻害首要选择的措施。     

兰新高速铁路高寒区涵洞及涵路过渡段冻害原因分析

通过调查兰州至乌鲁木齐高速铁路浩门—大梁区间线路冻害情况,水文地质、工程地质及气象条件,分析涵洞及涵路过渡段冻害产生的原因,并提出冻害整治措施。研究结果表明:兰新高速铁路浩门—大梁区间位于深季节冻土区,冻害多发生于低路堤、浅路堑、零断面换填路基、涵洞及涵路过渡段,且涵洞和涵路过渡段冻胀量较大;发生冻害涵洞为下沉式小型涵;路基和涵路过渡段基床底层及以下部位多为细颗粒含量较多的B组粗颗粒填料,填料含水率约13. 4%～15. 0%,属于弱敏感～敏感性冻胀填料。可采取设置渗水盲沟、入冬前封堵涵洞出入口等措施防治冻胀。对于冻害严重的涵洞及涵路过渡段可在涵洞内壁铺设保温材料,涵路过渡段中设置纵向疏干排水孔、两侧设置保温护道。     

季节性冻土区铁路路基冻胀变形特性研究

沈丹客专穿越我国东北地区季节性冻土区,为减小路基冻胀和融沉造成的不均匀变形,设计时采用了换填路基材料、改善基床结构、设置防冻胀层、加强地表水与地下水排泄等路基防冻胀措施。通过对沈丹客专三个完整冻融周期(2012～2015年)人工观测和自动监测数据的综合分析,研究路基冻胀变形发生、发展和变化的规律。结果表明:沈丹客专路基冻胀变形的发展变化过程可划分为冻胀初始波动、冻胀快速发展、低速稳定持续发展、融沉波动、融沉稳定5个发展阶段。宜在建设期补强防冻胀设计,以更好地控制路基冻胀。     

寒区铁路路基微型盾构置换方法及防冻胀效果

针对寒区铁路路基冻胀整治难题,以我国一寒区铁路路桥过渡段冻害整治工点为依托,介绍了一种可在运营条件下实施的路基微型盾构置换方法。基于数值计算软件建立了环境-路基-盾构置换层-地基的多层结构水热力耦合模型,采用数值计算方法分析路基内部水分场、温度场、冻胀变形场的影响机理及演化规律,验证了盾构置换层所起冷屏障层、水分阻滞层、零冻胀填料夹层等预期效应。综合现场测试和计算结果分析,论证了微型盾构置换方法用于路基冻害整治的有效性与实用性。     

东北地区客运专线冻胀融沉规律试验研究

路基的冻害严重影响高速铁路的正常运行,正确把握路基冻融规律成为了一个亟待解决的课题。介绍了某客运专线铁路现场试验的研究方法及内容,根据试验监测数据,总结了铁路路基冻胀、融沉及冻胀深度随气温变化的一般规律。     

采用钻孔埋管注盐法预防路基冻害

针对京原线涞源地区的气候和地质条件,分析路基产生冻害的原因,结合实际提出采用钻孔埋管注盐法预防路基冻害,介绍具体的施工方法,比较与原有方案的经济效益差异。通过钻孔埋管注盐法的应用,该地区冻害基本得到解决,轨道几何尺寸均无超限。     

基于动力分析的CRTSⅢ板式无砟轨道路基冻胀控制标准研究

哈大高速铁路的冬季运营经验表明,严寒地区高速铁路路基冻胀问题比较普遍。路基冻胀引起的轨道静、动态不平顺影响高速列车运行平稳性,有必要制定高速铁路路基冻胀控制标准。本文应用有限元方法建立车辆-轨道-路基冻胀分析模型,分析路基冻胀作用下CRTSⅢ型板式无砟轨道变形规律及车辆-轨道结构的动力响应特征。计算结果表明:冻胀主要影响列车垂向动力学性能;随着冻胀量的增加,车辆运营平稳性明显下降,其中波长较短冻胀的影响更剧烈;当冻胀达到10m波长、15mm冻胀量时,底座板动态拉应力超出其抗拉强度。基于动力学分析结果绘制冻胀控制标准临界曲线,对路基不均匀冻胀进行划分。