新建铁路对既有高铁附加沉降影响的分析方法研究

基于雄忻铁路保定东站临近既有京石高铁设计项目,综合采用数值仿真分析、理论分析、有限元分层总和法对既有京石高铁路基附加沉降变形开展系统研究。根据既有保定东站站台区既有京石高铁路基附加沉降对比分析结果,确定新建铁路对既有高铁附加沉降影响的基本规律和关键影响因素,提出大断面并站站场路基附加沉降评估的基本流程和关键参数确定方法,形成邻近既有高铁附加沉降评估的成套技术。分析结果表明:数值仿真技术由于当前采用的边界条件和本构模型限制,既有高铁路基仿真结果出现了局部隆起,同现场沉降监测结果并不相符;基于Boussinesq和实体Mindlin理论的分析方法可有效解决既有高铁沉降分析结果的局部隆起问题,但附加沉降影响范围相对较大;有限元分层总和法有效综合了数值仿真分析和理论分析方法的特点,更适宜于复杂工况下的既有高铁路基附加沉降量和沉降范围的评估。     

并线高速铁路路基隔离桩隔离效果的影响因素

以鲁南高速铁路曲阜东站联络线接轨工程为研究背景,利用ABAQUS软件建立有限元模型,分析并线高速铁路间的隔离桩桩长、桩径、桩间距、排数对既有路基附加沉降隔离效果的影响,提出并线高速铁路隔离桩关键设计参数确定方法。研究结果表明:隔离桩越长,对既有路基附加沉降控制效果越明显,且隔离桩桩长应大于新建铁路复合地基处理深度;隔离桩桩径与既有路基附加沉降控制效果呈正相关,但当桩径超过0.4 m时,桩径增加对隔离效果的提升效应相对减弱;隔离桩桩间距是影响隔离效果的关键因素,宜取3倍桩径;双排桩对既有路基附加沉降的控制效果与桩间距相关,桩间距相对较大(约为6倍桩径)时双排桩相较于单排桩能够显著提高隔离效果,但当桩间距较小(约为3倍桩径)时,双排桩隔离效果与单排桩基本相当。     

高速铁路中低压缩性土路基沉降计算与分析

高速铁路路基沉降计算与分析是路基设计及评估的重要环节。为准确计算高速铁路中低压缩性土路基沉降，从中低压缩性土的工程特性出发，基于考虑时间效应的压缩层厚度计算方法和分层连续加载下地基沉降计算理论，建立更适应于高铁路基荷载特征的高铁中低压缩性土路基沉降计算方法。利用吉珲铁路珲春试验工点得到的地基土物理和力学指标，计算路堤分级堆载条件下，不同埋深处上层硬塑粉质黏土和下层全风化泥质粉砂岩地基的时效变形规律。结果表明，在路基填筑过程中，基底附加应力计算方法获取的基底附加应力与实测值较为吻合。进一步对比理论与现场实测结果发现，截至第700天，地基总沉降的计算误差约2 mm;地基分层沉降的理论值与计算值误差在±5%以内，验证了计算方法的可靠性和准确性；针对考虑时间效应的压缩层厚度计算确定的地基压缩层厚度，其随路基填筑高度呈线性正相关。上述方法不仅为合理选择并优化高速铁路中低压缩性土的地基加固措施及方案提供了关键的技术支撑，也为精确计算和预测工后沉降提供了保障。     

既有铁路外侧堆土对路基沉降影响的估算

对于运营期间的高速铁路,在其路基外侧堆土等新增荷载也可能在路基处产生一定的附加应力,使路基产生沉降变形,进而引起轨道平顺性变差。通过对CFG桩复合地基中附加应力的分布特征和路基外侧新增荷载在荷载外部产生的附加应力分布特征的分析,提出外侧堆土对路基沉降的影响机理和沉降变形估算方法。     

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。     

基于荷载传递理论的刚性桩复合地基沉降计算

研究目的:软土地区高速铁路路基地基处理一般采用刚性桩复合地基结构,但目前考虑桩土协同工作的刚性桩复合地基沉降计算方法仍存在不足。本文通过荷载传递理论描述桩与桩间土之间荷载转移规律,由最小二乘法拟合桩间土表面荷载引起的加固区附加应力抛物分布方程,尝试建立刚性桩加固区沉降计算模型,为刚性桩复合地基沉降变形验算及桩体平面设计提供理论依据。研究结论:(1)刚性桩加固区桩与桩间土之间存在荷载相互转移现象,桩侧同时分布正负摩阻力;(2)桩间土表面荷载引起的加固区附加应力为非线性分布,可采用五点最小二乘法拟合其抛物分布方程;(3)沉降模型关于京沪高铁试验段刚性桩复合地基沉降计算结果与实测值接近,计算偏差约15%;(4)Randolph理论关于桩侧和桩端刚度系数取值方法使桩土沉降差计算结果偏大,刚度系数取值的合理性需进一步研究总结。     

考虑地下水位下降的刚性桩复合地基沉降模型

研究目的:地下水位降低同区域性沉降直接相关,为研究区域沉降地区的高速铁路路基沉降控制问题,对地下水位降低情况下的刚性桩复合地基桩土作用发展变化规律展开研究就显得尤为重要。基于桩土荷载传递和桩侧土体极限抗剪强度理论,本文建立考虑地下水位降低影响的刚性桩复合地基沉降计算模型,根据沉降模型关于不同初始地下水位及不同深度地下水位降低情形的计算结果,确定地下水位降低引起的刚性桩复合地基沉降变形以及桩侧摩阻力分布特征。研究结论:(1)初始地下水位对桩土沉降变形的影响随地下水位深度的增加而减小,且总体处于较低水平;(2)地下水位降低幅度和水位线位置均影响桩土沉降变形,浅层地下水位变化将引起更严重的地基沉降变形;(3)地下水位降低引起桩土附加沉降的作用机理类似于大面积堆载,并将引起桩顶附近桩侧负摩阻力的增加;(4)本研究成果可为地下水开采诱发区域性地面沉降地区的刚性桩负荷地基设计提供参考,也可为高铁路基沉降控制提供可靠的设计计算依据。     

引入既有无砟高铁接轨段路基工程关键技术

研究目的:邻近既有高铁无砟轨道路基新建或扩建建(构)筑物,路基隔离防护措施研究相对薄弱,尤其是引入既有无砟高铁并轨段路基的处置措施及设计方法近乎空白。为研究引入既有无砟高铁接轨段路基工程设计关键技术,本文结合鲁南高速铁路的建设,开展鲁南高铁引入京沪高铁曲阜东站接轨段路基的临界距离、路基填料、地基处理及施工安全等分析。研究结论:(1)路基紧邻距离大于50 m时,新建铁路路基与既有无砟路基间可不采取隔离处置措施;(2)建议采用0.6 m厚级配碎石+0.6 m厚高强加筋轻质混凝土+一般轻质混凝土作为引入无砟轨道接轨段路基结构形式;(3)微型钢管桩、CFG桩、高压旋喷桩、换填轻质混凝土在控制既有无砟高铁路基附加沉降的效果上表现基本一致;(4)隔离桩可有效抑制既有无砟高铁路基面的附加沉降,隔离桩桩长越长,附加沉降控制效果越好,隔离桩间隔方式对附加沉降影响较小;(5)隔离桩同时开挖的桩数越多,既有无砟高铁路基受扰动程度明显增大,隔离桩同时开挖的桩数应控制在合理范围内;(6)该研究成果可为引入无砟高铁接轨段路基工程建设提供参考。     

新建铁路联络线对既有铁路路基扰动变形影响研究

铁路联络线引入既有运营线的扰动变形控制关键技术相对空白,亟需对该领域展开进一步研究.依托鲁南高铁曲阜东站联络线引入京沪线工程,开展管桩、微型桩及灌注桩挤土变形试验,研究群桩地基加固对邻近场地的扰动变形影响,进而为新建联络线地基加固设计提供依据;通过建立接轨段路基三维数值模型,研究新建联络线不同路基填料对既有路基的附加沉...     

新建跨线桥对高铁路基的附加影响及处治技术

通过三维有限差分数值模拟,分析新建公路跨线桥对既有高速铁路路基产生的附加影响(附加沉降和附加水平位移),并对抑制这些附加影响采取的处治技术及对附加影响起主要作用的因素进行研究.结果表明:数值模拟所得的附加沉降量与用0.025法确定压缩层厚度的理论公式计算的结果比较吻合;桥基荷载使路基下地基浅层产生趋向桥墩而地基深部产生远离桥墩的水平位移,处治的深度应大于附加水平位移的中性点;在桥基与路基之间的适当位置采用小直径钢管排桩加桩顶联系梁进行隔离处理时,当桩排数超过3或处理长度大于60 m后,对路基附加影响的抑制效果不再明显,但桩长深度的增加可以有效地抑制对路基的附加影响.     

浅层地下水开采对高速铁路工程的影响及对策

研究目的：研究掌握浅层地下水开采引起的地面沉降特征及其对高速铁路工程的影响,提出针对性的防治对策与工程措施,供高速铁路勘测、设计及施工参考。研究方法：结合华北平原地面沉降情况,建立浅层地下水开采引起地面沉降的固结沉降模型。研制离心场中地基抽水的模拟和测量系统,进行了离心模型试验,测量抽水过程中粉土地基孔隙水压力和沉降的变化及分布规律,并对比分析了对不同型式桥梁的影响。研究结果：对浅层地下水开采引起的地面沉降机理进行初步分析,基于离心模型试验结果探讨了浅层抽水引起地基沉降的过程和特征,评价了地基不均匀沉降对特殊桥梁形式的影响,并提出了针对性的防治措施和对策。研究结论：浅层地下水开采造成的不均匀沉降对高速铁路工程的影响较大,需通过控制线路附近地下水开采、采取适宜的工程结构措施加以防治。     

高速铁路桥梁桥下新建公路工程的安全性分析

新建公路工程下穿既有高速铁路桥梁工程时,公路施工和运营期间的恒载和活载作用会引起既有高速铁路桥梁基础的土层发生竖向和侧向变形,土层变形产生的附加应力引起既有高速铁路桥梁基础产生垂直沉降和水平位移,当上述变形超过规范要求时应重新确定下穿方案。结合某新建高速公路下穿已建成的大西高速铁路桥梁工程,从桥梁承载力、垂直沉降和水平位移等方面分析新建下穿工程引起的土层变形对大西高速铁路桥梁的安全影响,该新建公路工程以路堤占压铁路桥墩承台下穿大西高速铁路时,铁路桥墩桩基础的承载力和沉降均超出规范要求,新建公路工程实施时改为以公路桥的形式下穿大西高速铁路。     

高铁沿线地下水位动态变化引发的成层弱透水层固结研究

采用Laplace变换和传递矩阵法推导高铁沿线地下水位动态变化引发的成层弱透水层固结变形的解析解,通过与ABAQUS数值计算结果对比验证解析解的正确性。利用解析解对某高速铁路沿线成层弱透水层的固结性状进行研究,计算地下水位动态变化下土层的固结变形量、变形速率和超静孔隙水压力随时间的变化,并分析土层压缩模量和渗透系数对土层固结变形的影响。研究结果表明:随着地下水位降低,土层中孔隙水压力逐渐降低,土层固结变形量和变形速率逐渐增加;当地下水位保持稳定后,土层固结变形速率逐渐降低,但土层仍持续较长时间的固结过程;土层压缩模量越大,土层系统总沉降量和沉降速率越小;土层渗透系数越大,土层总沉降量越大,水位稳定后土层系统完成固结的时间越短。     

软土地区临近运营高铁路基建筑基坑防护方案研究

高速铁路运营速度快、轨道平顺性要求高;对于临近运营高铁路基的基坑开挖,尤其在软土地区,合理的基坑防护可以有效降低基坑开挖对高速铁路路基的影响,具有重要的现实意义。结合某城市工程实际,研究某高速铁路附近锚桩防护方案基坑开挖对高速铁路路基的影响。分别采用ABAQUD软件进行数值模拟和对各施工阶段进行现场监测,对比分析锚桩防护方案基坑开挖引起的高速铁路的附加沉降量与横向水平位移。结果表明,高速铁路的附加沉降量与横向水平位移符合规范要求,锚桩防护方案切实可行,数值模拟结果与实测数据对应较好,可以较好的反映高速铁路的位移情况。     

基坑开挖对运营高铁路基变形影响因素分析

以软土地区某邻近运营高铁路基的基坑工程为例,采用数值分析方法,建立包含基坑及高铁路基在内的三维分析模型,研究降水方案、坑底加固、围护结构插入比以及基坑距路基坡脚距离这4个因素对高铁路基变形的影响。结果表明:与一次性降水相比,分层降水所造成的路基最大沉降和水平位移分别减小3.8%和5.2%;坑底加固对路基沉降的影响较小,但对路基水平位移影响相对较大;围护结构插入比存在一个最佳值,超过该值后继续增加插入比对减小路基变形作用不大;路基最大变形的峰值点出现在基坑距路基坡脚距离为10~15 m处。研究成果可为基坑支护设计和施工及邻近高铁的运营提供参考。     

土质路基板式无砟轨道基床动力特性研究

无砟轨道技术在高速铁路发展中得到越来越多的应用,在使用温克勒(Winkler)模型对土质路基无砟轨道进行分析时,路基中动应力的分布规律和基床反力系数的取值是决定线路结构设计成败的关键因素。以遂渝线无砟轨道铁路为背景,通过室内大比例动力模型试验,研究了循环荷载下路基基床动态参数的分布特征。考虑到工程实用性,对板式无砟轨道基础板底面的动应力进行必要的简化,联合Odemark理论和弹性理论来计算路基动应力,所得计算值和实测值很接近。在动应力分布已知的前提下,将路基各土层假设为一维压缩模型,并确定合理的有限压缩层厚度,探讨将多土层体系转换为等效Winkler地基模型的方法,得到不同工况下路基的基床反力系数,经与实测值相比较,证实了此计算方法是有效的。     

真空联合堆载预压处理高速铁路软土地基效果检验

研究目的:在软土地基上修建高速铁路时,由于高速铁路的工后沉降要求严格,不进行软土地基处理往往不能满足高速铁路工后沉降的控制要求.软土地基处理的方法较多,不同处理方法的适用范围、处理费用、处理效果、工期是不同的.如何经济合理地进行高速铁路软土地基处理,是高速铁路建设中面临的重大课题,通过本研究,拟找到一种适合高速铁路软土地基处理的方法.研究结论:采用真空联合堆载预压处理高速铁路软土地基具有经济性好、工期较短、充分利用路堤荷载等优点,适合在铁路软土地基处理中推广应用.采用该方法处理后,土体的物理力学指标得到了明显的改善,加固效果明显.应注意真空联合堆载预压对周围土体的影响,防止因侧向位移而开裂以及产生附加的不均匀沉降.由于真空预压工艺较复杂,选择合理的设计和施工参数是至关重要的.     

高速铁路强夯地基沉降的离心模型试验研究

为准确掌握中等压缩性土地基在路堤荷载下的沉降变形规律,应用TLJ-2型土工离心试验机模拟强夯加固地基,研究高速铁路中等压缩性土地基的附加应力和分层沉降特征。通过与现场填筑试验对比,分析离心模型试验预测原型地基分层沉降的精度,提出沉降修正系数取值范围,为今后中等压缩性土地基加固技术优化提供借鉴。结果表明:路基基底中心应力比路肩下大,符合柔性基底应力分布形式;附加应力随地基深度增加而减小,强夯影响深度内附加应力衰减较快,而影响范围以下衰减减缓;铺轨运营550d后,地基工后沉降逐渐趋于稳定,工后沉降值远小于施工阶段地基的总沉降;离心模型试验预测地基单位分层压缩量的精度较高,而对于不同施工阶段离心模型试验预测地基沉降的精度存在差异,沉降修正系数的引入能够较为真实地反映现场地基沉降特性。