重载铁路路基荷载特征和路基动力响应分析

研究目的:近年来,重载铁路因其经济性较好在我国广泛建设,重载铁路路基基床承受重载列车动荷载作用较大,为了更好地分析重载铁路动荷载对路基病害诱发的影响,进一步优化重载铁路路基基床厚度结构设计,本文利用三维有限元对道砟厚度、基床表层厚度、基床表层模量、轴重等因素对重载铁路路基动应力特征和基床范围内动应力的传递分布影响进行仔细的研究。研究结论:通过数值计算和与既有重载铁路实测动应力比较分析得出以下结论:(1)路基中竖向动应力随着轴重、道床厚度、表层厚度和表层模量的变化规律为:路基基床中的竖向动应力随着轴重的增大而增大,随着道床厚度增大而减小,而基床表层模量和基床表层厚度对竖向动应力影响较小;(2)重载铁路30 t轴重相对于普通铁路23 t轴重增加约30%,而增加道床厚度可显著减小其动应力,50 cm较35 cm道床厚度各部位动应力减小约20%;(3)计算得出重载铁路路基动应力的合理数值模型和相关参数,为重载铁路路基基床厚度结构设计提供了合理的计算方法。     

高压旋喷桩施工对既有铁路路基变形影响研究

高压旋喷桩在湿软黄土地基加固时效果良好,施工方便,适用于黄土地区既有路基帮宽工程地基处理,但其施工过程中会产生挤土效应,影响既有线路的运营安全。以某在建高速铁路引入既有城际铁路工程为依托,结合挤土试验和实测数据,探究高压旋喷桩施工对既有铁路路基变形影响规律。结果表明,对于单桩挤土试验,高压旋喷桩挤土效应与桩周土体距桩心距离呈负相关变化,距离桩心越近,挤土效应越明显。高压旋喷桩沿竖向挤土效应与土层位置、土层压缩系数和湿密度等相关,沿桩深度方向周围土体侧向位移变化在埋深0～5 m范围最为显著。高压旋喷桩施工后,周围土体会出现回缩现象,现场测试各测斜孔回缩值在0～2 mm之间。多桩施工时,高压旋喷桩周围土体会产生位移累积效应,挤土试验中所选4根桩全部施工完成后,距桩心2 m位置处的测斜孔,其侧向位移在埋深0～2 m范围达8 mm以上。既有路基变形实测发现,应力释放孔和高压旋喷桩施工时可导致既有路基上拱或沉降,既有路基监测点最大累计上拱量5.95 mm,最大累计沉降量7.13 mm。通过采取在既有路基坡脚设置应力释放孔、高压旋喷桩由内向外施工并严格控制高压旋喷桩施工参数的措施,可保证既有线路基...     

重载铁路路基基床不同改良厚度的动力响应研究

重载列车荷载对路基基床的影响较为显著,为探究北方风沙地区选择水泥改良的粉细砂作为基床填料后路基体的变形及动力稳定性。通过动三轴试验对比分析了不同掺入率水泥改良土临界动应力大小及不同围压下回弹模量的变化规律,进一步结合FLAC3D建立三维动力仿真模型,重点探讨了列车激励荷载作用下路基基床换填不同厚度的5%水泥改良土时动应力、沉降变形、振动加速度的变化分布规律。结果表明:5%水泥改良土临界动应力、回弹模量较原状土提高幅度最大;路基体竖向动应力、位移、加速度峰值均随深度增加而逐渐减小;路基基床对动应力的扩散抑制作用较强,动荷载传递经基床后平均衰减约83.5%;路基沉降主要产生在中上部,且随基床底层改良厚度增加路基顶部最大竖向位移逐渐减小,最大减小约45.6%;此外,振动加速度传播经改良后的路基基床衰减幅度较明显,约为69.4%。     

含软弱夹层重载铁路路基水平旋喷桩加固效果分析

结合我国重载铁路含软弱夹层路基的病害特点,提出一种路基水平旋喷桩加固技术。利用ANSYS将不同轴重列车模拟为沿轨道移动的振动荷载,重点分析不同轴重重载列车通过路基病害区段加固前后基床结构的动应力与动变形。结果表明,加固后路基侧向应力也有所减小,整体路基结构受力有所改善。     

近距离并行高铁路基长深基坑开挖变形研究

上海机场线一号风井及明挖区间深基坑长距离并行既有高速铁路,最大开挖深度25.5 m,基坑外边缘距高铁路基坡脚最近仅10.6 m。基于基坑变形、土体位移及既有高铁变形等实测数据,对比分析了在多种防护加固措施下基坑变形规律及对既有高铁变形控制效果。结果表明：(1)超厚地连墙对基坑变形控制效果有显著提升,1.5 m厚的地连墙水平变形最大值相较于1.2 m厚的地连墙最多可减小约38.2%;(2)过大的伺服钢支撑轴力会引起基坑外地表土体隆起,需合理设置;(3)超厚地连墙、隔离桩和超高压旋喷桩等防护加固措施对高铁路基可起到较好保护效果,有效保障高铁运营安全。     

客运专线路基动力特性的有限元分析

以路基一轨道耦合系统动力学理论为基础，在现有客运专线路基设计条件的基础上，运用ANSYS软件建立客运专线路基动力学有限元模型，对旅客列车运营条件下的路基动态响应进行了计算。结果表明，动应力随路基深度的增加而减小，在基床表层内衰减较快，在基床底层内衰减较慢；动应力沿路基面横向的分布是不均匀的，轨下位置最大，靠近轨枕端部次之，轨枕中间最小，总体上呈马鞍形分布；基床动位移和加速度的分布规律与动应力是相似的。计算结果为客运专线路基的动力设计提供一定的依据。     

大轴重双线铁路路基结构动力学分析

随着物资流动要求的提高,重载铁路因其良好的运输能力被社会所青睐,然而用地矛盾限制了线间距的大小,为分析不同线间距对大轴重作用下路基结构的动力响应,借助轨道-路基模型,研究不同轴重、线间距和基床弹性模量下,路基结构的荷载传递规律和动应力分布情况。结果表明:(1)双线铁路线路中心线处基床结构动应力沿深度方向先对数增长,后线性减小;(2)动应力峰值主要与线间距和轴重有关,峰值位置深度主要与线间距有关而与轴重无关;(3)线间距小于4.4 m时,线路中心线处路基本体动应力大于轨道中心线处,对于线间距小于4.4 m的路基结构设计时应考虑线路中心线处动应力值;(4)基床表层弹性模量的衰减作用较小。     

加筋水泥土桩在既有重载铁路路基加固中的应用研究

由于路基病害及运能提高等因素,部分既有重载铁路路基强度已无法满足当下运营需求,需要进行加固处理。为了不影响既有重载铁路的正常运营,提出用水平旋喷加筋水泥土桩加固既有重载铁路路基的加固措施。结合朔黄线某路基现场试验段,介绍该加固措施的施工机具、施工工艺、操作参数、施工质量控制措施及施工安全注意事项。通过现场试验,证实了采用水平旋喷加筋水泥土桩加固既有重载铁路路基是可行的,施工期间线路正常运营,施工便捷,加固效果好。     

路基基床动应力响应特征的数值模拟研究

以朔黄重载铁路为工程背景,运用ABAQUS软件建立车辆-轨道-路基相互作用有限元模型,分析重载列车运行下基床的动力响应特性,引入典型轨道谱分析轨道高低不平顺对基床动力响应的影响。结果表明:随着深度的增加,基床表面以下动应力横向分布由双峰型逐渐转变为单峰型;相邻车厢转向架通过时,基床表面处动应力存在明显的叠加效应;基床不同位置处动应力峰值基本随列车轴重的增加线性增大;既有重载铁路基床厚度设计标准(2.5m)尚难以适应运行轴重30t及以上重载列车;轨道高低不平顺使路基内动力响应加剧,不同位置处路基面动应力差异增大。根据三倍标准差原理,用正态分布函数估算重载列车和轨道高低不平顺共同作用下路基面处的最大动应力。研究结果可为重载铁路路基设计及既有线扩能改造提供参考。     

无碴轨道路基关键技术探讨——以遂渝线无碴轨道综合试验段为例

研究目的:为适应我国客运专线建设的需要,铁道部组织开展了遂渝线无碴轨道综合试验,铁道第二勘察设计院联合西南交通大学等单位承担了遂渝线无碴轨道线下工程关键技术研究。研究方法:主要研究内容包括:(1)无碴轨道路基基床动力学特性试验研究;(2)地基沉降控制技术试验研究,其中重点研究桩-网结构路基和桩-板结构路基;(3)红层泥岩填料填筑无碴轨道路基适应性研究;(4)无碴轨道线下基础刚度匹配技术研究。本文结合遂渝线无碴轨道综合实验段路基工程试验研究和设计施工,就如何有效控制地基沉降、线下基础纵向刚度匹配、合理使用非良质填料三个客运专线无碴轨道路基关键技术问题进行探讨。研究结论:提出桩-网结构路基、桩-板结构路基适用条件及设计方法,提出路基面支承刚度及其设计应用,提出合理使用非良质填料的建议意见,并对客运专线无碴轨道路基设计、施工的关键问题进行了讨论。     

微型注浆钢管桩在高铁站场软基加固中的应用研究

对新建鲁南高铁站场软土地基采用微型注浆钢管桩进行加固,探讨了软土地基微型注浆钢管桩加固方案及其施工技术;为评价站场软基微型注浆钢管桩加固效果,开展微型注浆钢管桩成桩施工过程中现场监测试验,通过埋设监测元件获得加固区邻近区域土体的变形分布与发展规律。结果表明在微型注浆钢管桩成桩过程中,地表纵向水平位移变化比较小,地表竖向位移无明显变化,产生的深层横向水平位移和纵向水平位移都较小;并且在成桩过程中,各测试断面的孔隙水压力随地下水位的下降而略有降低,没有出现明显的超孔隙水压力。这些结论证明采用微型注浆钢管桩加固站场软基是成功的,可以进一步推广使用。     

旋喷桩在重载铁路路基下沉病害整治中的应用

结合某重载铁路路基下沉病害整治工程,介绍斜打旋喷桩技术在既有路基下沉病害整治中的设计方案及施工质量控制措施,阐述旋喷桩加固机理,并采用瞬态瑞雷波法检测整治效果。从整治效果来看,斜打旋喷桩技术用于既有线路基下沉病害整治是可行的、有效的,采用瞬态瑞雷波法进行整治效果的快速检测与评价,其检测结果是合理可信的。     

某高速铁路路基帮宽段沉降控制方案研究

沉降控制一直是高速铁路路基设计施工考虑的重要部分,然而国内外对高速铁路路基帮宽段的沉降影响研究较少。依托实际工程,研究高速铁路无砟轨道帮宽后既有路基的沉降控制方案,运用有限元软件Midas GTS-NX模拟路基填筑普通填料和轻质混凝土情况下旋喷桩、钢管微型桩的加固效果。结合施工技术的合理性,最后确定该工程条件下"钢管微型桩+轻质混凝土"更为合适。同时,考虑到施工影响,建议在既有线旁施工过程中放慢压桩速度,对此段高铁实行限速处理及实时监测的措施以保证安全。     

长距离水平旋喷桩综合检验技术研究

厦深铁路梁山隧道DK96+495~DK96+540段穿越地层为L7深风化富水陡倾软弱构造,采用长距离水平旋喷桩进行加固,但目前对于长距离水平旋喷桩的成桩质量及加固效果的检验还没有确定的标准,在此背景下开展长距离水平旋喷桩的综合检验技术研究。研究中提出取芯检测为主,孔内成像为辅,钻孔取芯起主导作用,能够直观揭示检验部位的物质组成及存在状态,孔内成像孔直观反映旋喷加固体的水泥土连续性,并对取芯孔反映情况进行补充验证,以减少因取芯工艺问题对加固效果判示的影响。从检测的结果看,孔内成像与取芯检测相互验证的综合检验技术基本可全面反映长距离水平旋喷桩的成桩质量及加固效果,在目前没有规范可循的情况下,不失为一种较为可靠的检测方法。     

跨地裂缝带高铁路基动力响应及CFG桩地基加固优化研究

以大西客运专线为研究背景,基于动力有限元数值模拟和正交试验设计,研究了地下水位差异和不同地基条件下跨地裂缝带高铁路基的动力响应及CFG桩对地基加固效果的影响,结果表明:路基动应力和加速度响应在地裂缝带处出现较大波动,路堤中动应力沿深度方向衰减近50%,加速度衰减近70%;上、下盘地下水位差导致地基动应力和加速度幅值出现明显差异;CFG桩降低了路堤加速度和路基下部动应力,且动应力降低幅度要大于加速度;对于动应力,桩间距的影响最大,桩长次之,桩径最小;对于加速度,桩间距的影响最大,桩径次之,桩长最小;地基优化加固方案为:上盘桩间距1. 2 m,桩长8. 0 m,桩径0. 3 m;下盘桩间距1. 2 m,桩长16 m,桩径0. 6 m。研究结果可为跨地裂缝带高铁路基设计提供参考。     

既有线提速路基动应力分析

通过对既有线提速区段路基的调研和试验,得出结论,动应力与轴重、速度及线路平顺性有关。列车提速时,轴重增加和轨道不平顺对路基动应力影响最大。路基面动应力在横向呈马鞍分布,动应力沿深度方向衰减较快。采用当量折算和Boussinesq公式推算出的提速后路基动应力与实测值接近。在既有线提速改造中,重点应消除路基病害,提高基床特别是基床表层的强度和稳定性。     

重载铁路隧道基底病害微型桩加固技术研究

结合我国重载铁路隧道基底病害特点,提出了一种隧道基底微型桩加固技术。同时,利用大型有限元软件ANSYS建立隧道基底微型桩加固分析模型,采用30 t列车动压应力实测值模拟重载列车竖向动荷载,着重分析了30 t重载列车通过隧道基底病害区段时微型桩的加固效果,结合某隧道现场测试与混凝土检测结果以及新旧混凝土结合面强度统计分析结果,提出了基底采用微型桩加固基底混凝土厚度要求,为今后采用该法进行基底加固提供借鉴。     

挤密桩处理湿陷性黄土路基的效果研究

黄土由于其湿陷性的特殊性质,导致铁路路基出现不均匀沉降,从而影响铁路安全。本文依托湿陷性黄土路基工程背景,建立三维数值模型,对挤密桩处理湿陷性黄土路基效果进行研究。结果表明:挤密桩桩径对挤密水平范围有显著影响,挤密影响范围可分为充分挤密区、有效挤密区和挤密影响区。桩周土体竖向位移随距桩边距离的增大先迅速增大随后逐渐减小直至为0,在距离桩边约0.7~1.0 D处,竖向位移达到峰值;竖向位移随深度增加而逐渐减小,当深度约为2 m(0.4倍桩长)时土体几乎无竖向位移,随后竖向位移继续增大。一定范围内增大挤密桩直径能显著扩大挤密影响区。依据分析结果得出依托工程最经济、合理的挤密桩直径为0.4 m;根据现场监测数据,路堤施工完毕后路基整体累计沉降量不超过5 mm,满足规范要求,说明灰土挤密桩处理湿陷性黄土路基效果良好。     

采动区CFG桩加固铁路地基工程实例分析

铁路穿越不良地基时,要采取一些特殊的工程措施加以解决,以满足铁路运行要求.本文针对采动区铁路地基加固问题,对采用高压旋喷桩和水泥粉煤灰碎石桩(CFG桩)加固方案进行对比,分析CFG桩加固采动区铁路路基的优越性,为类似地基加固提供借鉴.研究结论:以某煤矿铁路专用线为例,在稳定性分析的基础上,得出了软土路堤的极限高度;在不满足路堤采动下沉加高的要求下,采用CFG桩对地基进行处理.通过复合地基承载力的理论验算和沉降量的有限元分析,以及与高压旋喷桩加固方案的对比,验证了CFG桩加固软弱地基的可行性和安全性;在软弱地基加固中,加固方案完全相同的情况下,CFG桩更具优越性;根据规范和相关文献,提出了CFG桩加固设计要求;CFG桩推广使用,对于发展废物利用、节约成本,保护环境具有积极作用.     

高铁路基运营期沉降超限治理措施及效果评估

高铁路基运营期沉降超限治理具有"时空"限制严、治理措施难、治理费用高等特点,且可能影响线下结构耐久性和列车正常运行等问题,是高速铁路运营维护中必须考虑的重大问题。为解决高铁路基运营期沉降超限治理的问题,结合现场测试及理论分析的方法,提出集成工程治理的措施。(1)路基两侧:旋喷隔离桩加固;(2)路基坡脚处:设置应力释放孔;(3)路基底部:花管注浆加固;(4)辅助措施:更换垫块+抬高扣件。研究成果应用于沪宁(上海—南京)城际铁路工程实例中,结合治理前后的沉降测试数据和TQI值,验证了该集成治理措施控制效果较好,能够为类似工程实践提供参考。