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《西南交通大学》 2007年
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高速铁路无碴轨道桩网结构路基研究

肖宏  
【摘要】: 高速铁路是当代科学技术成就的集中体现,是铁路现代化的重要标志,以其快速、可靠、舒适、经济等特点,赢得了良好的经济和社会效益。随着我国既有线提速及客运专线的兴建,对线路的稳定性和平顺性要求越来越高,与此同时由于行车密度的加大,传统有碴轨道的养护维修变得更为困难。而无碴轨道具有整体性强、稳定性好,坚固耐用,轨道变形小,且变形累积缓慢等优点,在国外高速铁路上获得了广泛应用。但我国尚未进行过成区段铺设无碴轨道的试验,土质路基上成段铺设无碴轨道技术尚属空白,为适应我国客运专线建设的需要,必须开展无碴轨道铁路路基工程技术试验研究,特别是土质路基无碴轨道铁路路基工程关键技术的研究。 无碴轨道线路状态的调整只能通过扣件系统进行,因此在土质路基上修建无碴轨道,对下部基础的残余变形、路基填土的压密下沉、路基面的弯折变形与差异沉降要求更为严格。而路基工程受岩土体材料本身特性的限制,工后沉降难以避免。因此,为了满足无碴轨道对不均匀沉降和累积沉降的严格要求,需确保用于路基填料的土为良质土的同时,对地基处理和路基填筑工艺也有更加严格的要求,导致建筑成本大幅度的增加。在我国,高速铁路建设规模大、线路长,区域地质条件复杂,优质填料缺乏,整条线路都使用优质填料,无论从成本上还是优质填料的来源上都存在着很大困难;此外,换填所产生的废土对生态环境也产生很大的影响。基于以上多种考虑,使得选用合适的地基加固措施成了建设高速铁路最为关键的因素之一。 20世纪70年代,桩网结构路基产生于日本,作为一种软土地基的加固方案,具有竖向沉降变形小、变形稳定时间短、施工质量易控的突出优点在高等级道路软土地基区的加固工程方面受到青睐。桩网结构路基在国内起步较晚,属于比较新的一种工法。少数人对其进行了有限的研究,得出了有益的结果,但并未形成系统,理论严重滞后于实践。 论文以遂渝线无碴轨道综合试验段为工程背景,对桩网结构加固松软土地基开展了系统的研究。研究方法主要包括设计计算理论探讨、离心模型试验(2组)、大比例动态模型试验(1组)、现场行车试验(低路堤1处)、数值仿真分析、现场长期测试试验(高低路堤各1处)。研究内容主要为桩网结构路基加筋垫层的成拱机理、桩与网的应力应变、桩网结构路基的累积沉降及工后沉降、桩网结构路基在低矮路堤情况在列车动荷载作用下的动态响应规律。主要成果如下: (1)对桩网结构路基的概念、组成、作用机理、适用范围等进行了深入阐述,分析了桩网结构路基柔性拱与复合地基垫层的区别。基于静力学平衡状态,在一定的假设条件下推导了柔性拱区下部加筋垫层中的土工格栅拉力计算公式,并对影响因素进行了探讨。结合遂渝线无碴轨道综合试验段工程实践,应用日本计算方法和抛物线计算方法对桩网结构路基的土工格栅拉力进行了计算,结果显示两种方法计算出的结果出入较大,分析表明应用推导的抛物线计算方法计算的结果较为合理。 (2)应用FLAC3D数值分析软件V3.0版本,基于高低2种路堤,8种不同的桩间距,对桩网结构路基的分层填筑和列车的运营在国内外首次进行了仿真模拟,分析表明桩间距对桩网结构路基的沉降、桩及网的受力、土拱的形成影响敏感,桩间距大时,累积沉降大、桩及网的受力也大、土拱难以形成。从控制沉降方面考虑,提出遂渝线土质路基无碴轨道综合试验段桩网结构路基以2.0m桩间距为最佳桩间距。 (3)对应遂渝线无碴轨道综合试验段桩网结构路基DK134+820高路堤断面,采用几何相似比例C_L=80,进行了两组桩间距不同的离心模型试验,一组桩间距为3.0m,另一组桩间距为2.0m,对桩网结构路基的桩土相互作用及沉降特性进行了研究,结果表明桩网结构路基能满足无碴轨道对沉降的要求。桩间距由2.0m变到3.0m时,沉降有一定幅度的增加。两组试验均表明按沉降控制设计的桩网结构路基,承载力有较大储备。 (4)对应遂渝线无碴轨道综合试验段桩网结构路基DK134+820高路堤断面,基于因次分析法推导的相似理论在国内首次对桩网结构路基做了室内大比例动态模型试验,模型几何相似比例C_L=13,研究高路堤情况下桩网结构路基的加固机理,测试分析桩及网的应力应变,柔性拱的成拱效应,以及桩网结构路基的累积沉降变形,研究表明桩网结构路基累积沉降值及工后沉降值较小,能满足无碴轨道的要求;桩网结构路基中的网具有荷载分担作用,桩起竖向增强作用;桩的承载力由桩侧摩阻力与桩端支承力共同贡献,当地基中存在软土层时,桩侧有产生负摩阻力的趋势,中性点位于软土层下部交界面处。 (5)结合遂渝线土质路基无碴轨道综合试验段桩网结构路基工程实践,针对高低两种路堤进行了长期测试,并在低路堤进行了现场行车试验,结果表明经桩网结构处理后的路基工后沉降量非常有限,完全能满足土质路基上修建无碴轨道的要求。动态测试分析表明,列车轴重对无碴轨道路基的动应力影响明显,对加速度响应有一定影响。无论是动车组还是货物列车,其速度对路堤的动响应影响均有限。动应力与加速度在经3m高的路堤衰减后,对桩网结构路基下部的加筋垫层已基本无影响。 (6)对各研究方法取得的研究成果进行对比分析,并在此基础上,对桩网结构路基的设计计算方法进行了总结。此外,对路堤高度小于土拱高度的桩网结构路基情况进行了相应的探讨,提出了桩网结构路基的路堤填土最小高度合理化的界限,应大于土拱高度f,以确保结构的安全稳定。
【学位授予单位】:西南交通大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:U213.244

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【引证文献】
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【参考文献】
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【共引文献】
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7 徐晗;汪明元;黄斌;杨洪;;土工格栅加筋膨胀土渠坡数值模拟研究[A];第九届全国岩土力学数值分析与解析方法讨论会论文集[C];2007年
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10 俞建霖;朱普遍;刘红岩;龚晓南;;基础刚度对刚性桩复合地基性状的影响分析[A];第九届全国岩土力学数值分析与解析方法讨论会论文集[C];2007年
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【同被引文献】
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【二级引证文献】
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5 马缤辉;土工格室+碎石桩双向增强复合地基承载特性及沉降计算研究[D];湖南大学;2012年
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中国硕士学位论文全文数据库 前2条
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2 卢坤林;被动桩桩间距的合理确定方法的研究和对无限条分法的探讨[D];西安建筑科技大学;2005年
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2 瞿剑钧,华勇清,李林福;土工格栅加筋垫层在航道驳岸软基处理中的应用[J];水运工程;2000年04期
3 徐少曼,洪昌华;考虑加筋垫层的堤坝下软基稳定分析法[J];土木工程学报;2000年04期
4 张宪彬,何晖宇;龙大一级公路的软基处理[J];交通科技;2004年04期
5 施有志;;加筋垫层应用浅析[J];低温建筑技术;2006年02期
6 刘水;李文娟;苏嵌森;;土工合成材料加筋垫层的设计及应用初探[J];河南水利;2002年04期
7 林晓玲,周连明,吴建东,魏瞿霖;土工织物加筋垫层的应用研究[J];岩土力学;2000年03期
8 郭力群,马时冬;土工格栅加筋垫层用于处理特殊地基[J];岩土工程技术;2005年03期
9 罗龙昌;;浅论土工织物加筋垫层在软基工程中的应用[J];四川建材;2007年03期
10 魏永幸;薛新华;;桩-网结构路基沉降计算方法探讨[J];铁道工程学报;2010年10期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
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2 王国荣;赵品;;提高铁路运输速度 发展高速铁路 适应国民经济的大发展[A];全面建设小康社会:中国科技工作者的历史责任——中国科协2003年学术年会论文集(上)[C];2003年
3 金守华;;客运专线建设管理中若干问题的思考[A];客运专线工程技术学术研讨会论文集(下)[C];2008年
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7 常春伟;刘嘉武;鲍存坤;陈幼平;;高速铁路车——线——桥系统动力分析模型研究[A];第七届全国结构工程学术会议论文集(第Ⅲ卷)[C];1998年
8 智建国;吴章忠;刘岩军;;包钢生产高速铁路用钢轨的工艺和装备[A];科技、工程与经济社会协调发展——中国科协第五届青年学术年会论文集[C];2004年
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10 卢敏;;基于4C理论的高速铁路客运营销策略及其实施措施[A];铁道科学技术新进展——铁道科学研究院五十五周年论文集[C];2005年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 曹炳坤;世界高速铁路一瞥[N];联合时报;2002年
2 本报驻沪记者 沈颖;世界高速铁路概况[N];南方周末;2003年
3 记者 习少颖通讯员 曹锋;武广高速铁路技术难点全攻克[N];湖北日报;2007年
4 记者 矫阳;我今年将开工建设4100公里高速铁路[N];科技日报;2008年
5 廖景标;钦州将投入500亿元构建大交通[N];广西日报;2008年
6 通讯员 陈平军 记者 杨倩;石家庄火车北站广场开始升级改造[N];河北日报;2009年
7 本报记者 刘仁;中国高速铁路专利申请近千件[N];中国知识产权报;2010年
8 周怀立 李文峰;武广高速铁路株潭段开工[N];湖南日报;2006年
9 本报记者 焦红霞;我国高速铁路发展对世界影响深远[N];中国改革报;2010年
10 社科院金融所研究员 易宪容;我们如何应对高风险时代?[N];华夏时报;2011年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
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2 牛建东;高速铁路桩—网复合地基性状及设计方法研究[D];中南大学;2006年
3 张嘉敏;高速铁路能力计算与评估之理论与方法研究[D];北京交通大学;2012年
4 李献民;高速铁路加筋过渡段静动力特性数值分析及试验研究[D];中南大学;2004年
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6 陈令坤;地震作用下高速铁路列车—无砟轨道—桥梁系统动力响应及走行安全研究[D];中南大学;2012年
7 高仕斌;高速铁路牵引供电系统新型保护原理研究[D];西南交通大学;2004年
8 张旭;高速铁路与民航客运竞争及协同发展研究[D];大连海事大学;2012年
9 刘万明;我国高速铁路客运专线主要技术经济问题研究[D];西南交通大学;2002年
10 罗强;高速铁路路桥过渡段动力学特性分析及工程试验研究[D];西南交通大学;2003年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
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2 祁彪;地面沉降对京沪高速铁路(北京—济南段)影响分析[D];西南交通大学;2009年
3 刘振江;高速铁路CFG桩—网复合结构的桩土应力分析[D];西南交通大学;2009年
4 刘京辉;中国高速铁路道岔产品招标与技术引进研究[D];对外经济贸易大学;2007年
5 李昂;高速铁路与城市轨道交通衔接换乘问题研究[D];北京交通大学;2011年
6 丁丽娜;高速铁路供电系统保护配置[D];西南交通大学;2005年
7 娄奇鹤;高速铁路综合调度电力子系统仿真研究[D];西南交通大学;2005年
8 林青;水泥稳定级配碎石基床结构的动力特性分析[D];西南交通大学;2006年
9 卢芳;高速铁路技术创新扩散效益研究[D];北京交通大学;2008年
10 欧阳院平;高速铁路大断面黄土隧道施工数值模拟[D];西南交通大学;2006年
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