高寒地区高速铁路路基冻深试验研究

根据自动监测的哈大高速铁路沿线不同区段大气温度和路基冻深数据,研究哈大高速铁路沿线路基冻深的发展变化特征。结果表明：路基的冻深发展过程可分为快速发展和双向融化2个阶段,最大路基冻深可达300cm;在路基冻深快速发展阶段,路基冻深的发展速率随着里程的增大而增大,全线路基冻深的发展速度在1.11~2.89cm·d-1之间;在双向融化阶段,深层融化线的上升速度约为1.36cm·d-1,而表层融化线的上升速度约为3.86cm·d-1;由于大气温度波动较大,很难直观反映其对路基冻深的影响,因此采用冻结指数分析大气温度对路基冻深的影响,冻结指数与路基冻深的关系可用对数函数拟合;与土壤最大冻深相比,路基最大冻深普遍偏大,这是由于在哈大高速铁路的路基冻深范围内所用非冻胀填料与天然土壤相比细颗粒少、含水率低、导热系数高所致,因此,在进行冻深计算时应充分考虑填料的热物特性。

时速200～250km高速铁路桥梁动力性能试验研究

基于近年来在我国开展的多条高速铁路桥梁动力性能试验研究,对设计速度200～250km/h的常用跨度简支梁桥以及连续梁桥的自振特性、刚度参数、梁体动力响应以及动车组通过桥梁时的安全性和平稳性试验结果进行系统总结和规律分析,研究结果表明:①高速铁路桥梁具有足够的竖、横向刚度,能够满足动车组200～250km/h高速运行要求;②现有高速铁路设计规范通过控制简支梁的竖向自振频率,避开了由移动荷载列对桥梁产生的竖向加载频率,有效控制了梁体竖向共振发生,但在特定车速下会产生超谐共振;③常用跨度混凝土简支梁横向自振频率与列车横向强振频率相差较远,不会产生横向共振现象;④在现有桥梁刚度条件下,连续等跨布置简支梁对高速动车组的运行安全性和平稳性没有影响。

高速铁路大跨度预应力混凝土连续梁动力性能试验研究

通过测试(48+3×80+48)m大跨度预应力混凝土连续梁的自振特性和试验货车、CRH2动车组以各种速度通过桥梁时的动力响应,结合理论计算分析,对大跨度连续梁动力性能进行分析和评价。结果表明:引起大跨度连续梁竖向振动的主要激振源是列车的移动荷载效应,竖向加载频率主要取决于列车速度和车长;列车荷载激励频率和大跨度预应力混凝土连续梁的某阶自振频率相吻合时,桥梁的振动响应出现峰值,各跨振动响应峰值与该阶自振频率对应的振型形状有关;实测梁体动力响应均符合相关规范要求,能够满足列车运行安全性和平稳性的要求。

高速铁路道岔技术体系及运营现状

道岔是高速铁路关键基础设施之一,我国铺设了CN(德国)、CZ(法国)和客专线(中国)3种技术系列的高速铁路道岔。截至目前,3种技术系列的道岔均经历了8年以上的运营实践,总体状态良好,满足高速行车需求。但运营中也暴露出道岔区车体异常晃动、轨道部件伤损频繁、钢轨快速磨耗等问题,影响道岔区动力学性能。对道岔区存在的问题进行总结分类,并阐述形成机理及应对措施,为相关研究提供借鉴。

我国高速铁路道岔尖轨廓形研究

对我国高速铁路道岔区钢轨运营现状进行总结分析,得出2种道岔区典型尖轨廓形。建立轮轨接触和动力学模型,分析尖轨廓形对应力分布特征和动力学性能的影响规律。分析结果表明:尖轨轨肩较低时将导致接触区域集中分布于非工作边侧,形成较高的应力水平,大幅增加产生接触伤损的风险,而采用设计廓形的尖轨应力水平较低,接触区域分布合理。尖轨廓形对道岔区动力学性能的影响较小,道岔区基本轨采用60N廓形可在一定程度上改善道岔区动力学性能。建议高速铁路道岔区尖轨、心轨机加工段廓形仍沿用现有尺寸参数,轨件非加工段采用60N廓形。

我国高速铁路桥梁动态测试技术的新进展

根据铁路桥梁测试技术实践经验,提出模块化、自动化、无线网络化、实时化是高速铁路桥梁动态测试技术的发展趋势。阐述集数据自动采集、远程无线传输和数据处理一体化的铁路桥梁动态测试系统,对其传感系统、采集系统、供电系统、远程控制系统、无线传输系统、数据后处理系统的作用、原理、精度、可靠性等方面进行分析。高速铁路桥梁动态测试技术能够满足高速铁路桥梁动态试验对精度、量程、灵敏度、频响特性、稳定性等测试要求。

高速铁路桩网复合地基低矮路基动静荷载传递特性研究

在某高速铁路低矮路基DK849+557和DK849+575断面(路基高度3.0m和3.2m)进行了路基填筑试验和现场原位1∶1动载模拟试验。路基填筑试验表明,静态填筑荷载应力基本符合半球形理论假设,桩间土应力实测值与计算结果较为一致。550万次模拟动载试验表明,整个过程中路基不同深度处静态应力、动态应力和动变形水平略有波动,土拱基本处于稳定状态;动应力在路基土拱中基本按照均质体进行传递;提出了路基面动荷载引起CFG桩桩网复合地基桩间土应力采用Boussinesq公式进行计算的方法。

高速铁路路基沥青混凝土防水封闭层技术综述

沥青混凝土防水封闭层作为一种新型高速铁路路基防水封闭层,近年来得到铁路工程界的广泛关注。本文简要介绍了沥青混凝土防水封闭层在国内外的研究与应用情况,总结了沥青混凝土防水封闭层的技术特点和优势。结合我国高速铁路特点及运维需求,提出了全断面式和自密实型2种沥青混凝土防水封闭层技术方案,并对其技术特点、适用范围、防水效果、技术性能等进行了综述。

高速铁路路基填料掏挖试验及装备研究

为解决高速铁路路基填料造成的路基病害问题,本文提出掏挖换填病害区段路基填料的解决方案。首先搭建高速铁路轨道及路基试验段;其次研发掏挖路基填料特种工程设备;最后进行高速铁路路基填料掏挖试验。试验结果表明:所研制的特种工程掏挖设备可以实现对病害区段路基填料掏挖换填的目的,从而解决由路基填料或其他原因造成的路基病害问题。

铁路桥梁路基隧道关键工序监控技术研究

研究目的:依托于铁路工程管理平台,开展对铁路桥梁预应力梁张拉质量、路基压实质量、隧道支护结构质量的自动监控技术研究,调研目前的监控方法存在的问题并提出解决问题的技术方案。采用当今先进和成熟的计算机开发技术和面向对象模块化设计思路,研究桥梁预应力自动张拉系统、路基连续压实检测系统、隧道衬砌混凝土灌注密实监测系统,以及相应的信息上传、展示平台,实现路桥隧关键工序的信息化施工控制与远程管理。研究结论:(1)研发桥梁预应力自动张拉系统,并通过了现场试验验证,验证结果表明该系统工作性能稳定,能实现张拉、静停、锚固阶段全过程自动平衡张拉,张拉两端不平衡力小于控制张拉力的1%,张拉力的控制精度在0.5%以内,张拉数据可远程传输至信息管理平台并实时展示;(2)研发路基连续压实检测系统,并通过了现场试验验证,验证结果表明该系统工作性能稳定可靠,能随压路机行驶自动检测整个路基面压实质量,检测结果可以在现场显示终端和网络平台上实时显示,其检测结果与常规压实指标相关系数大于0.7,满足相关技术规程要求;(3)提出了隧道衬砌混凝土灌注密实监测系统的技术方案与系统设计,该方案经论证是可行的;(4)这三个系统可应用于铁路施工质量控制及信息化领域。

减缓高速铁路钢轨波磨的仿真分析

基于多体动力学软件NUCARS建立高速铁路车辆—轨道仿真模型,分析高速铁路车辆的簧下质量、一系悬挂垂向刚度和阻尼以及扣件的刚度和阻尼对高速铁路钢轨波磨磨耗指数的影响。结果表明:钢轨波磨磨耗指数随着簧下质量的增加而增加,高速铁路车辆一系悬挂垂向刚度和阻尼对钢轨磨耗指数的影响较小,但扣件的刚度和阻尼对钢轨波磨磨耗指数的影响非常显著,而且扣件阻尼越小,扣件刚度对钢轨波磨磨耗指数的影响越大,当扣件的阻尼由3kN·s·m-1增至9kN·s·m-1时,钢轨波磨磨耗指数急剧下降;因此,降低簧下质量和保持适当的扣件阻尼可有效延缓钢轨波磨的发展,控制线路纵向不平顺的形成。

高速铁路桩网结构加筋网垫受力计算方法

基于高速铁路桩网结构各单元间的协调工作机理,对加筋网垫承担的竖向静动荷载及其引起的加筋体拉力、边坡推力效应引起的加筋体拉力等计算方法进行研究。土拱效应引起的桩间土竖向应力采用球形拱假设计算,动荷载引起的竖向应力采用Boussinesq假设计算;加筋体拉力由竖向荷载和边坡推力效应两部分引起,对于竖向荷载引起的拉力采用悬索理论计算,并首次考虑加筋体初始挠度的影响;计算边坡推力效应时,不仅考虑路基边坡主动土压力的产生和平衡,还综合考虑基底摩擦的协同工作。加筋网垫受到的拉力全部由加筋体承担。作为主要加筋体材料的土工格栅加筋体的最低强度可取使用年限内发生失效应变时的强度,但应考虑工程施工和环境等因素的影响。

高速铁路曲线线路车线耦合系统动力学性能仿真分析

依据系统工程理论,建立高速铁路曲线线路车线耦合系统有限元模型,对曲线线路在高速行车条件下的耦合系统动力学性能进行仿真,研究时速300 km等级高速动车组作用下曲线线路安全与平稳性指标,曲线线路轨道结构各部分的振动响应、列车速度与曲线半径和超高的关系。结果表明:动车组以350 km.h-1的速度通过半径为5 500,7 000和9 000 m的曲线线路时,动车组的垂向和横向振动加速度以及平稳性能均满足舒适度要求,而且脱轨系数和轮轴横向力也能满足列车运行安全性要求;钢轨支点的横向力表现为过超高时内轨侧大、外轨侧小,欠超高时外轨侧大、内轨侧小;钢轨、轨枕的垂向和横向加速度随速度增加明显增大,而道床和路基的垂向加速度变化不大;钢轨和轨枕的横向动位移和动态轨距扩大量随速度的增加而增大;相同速度下,曲线半径小的轨道振动相对较大。

季节性冻土区高速铁路路基冻胀的井点降水整治数值分析

针对地下水较为发育的季节性冻土区高速铁路路堑地段易发生路基冻胀的情况,采用数值模拟方法,运用SEEP/W软件,进行路基冻胀的井点降水整治研究。结果表明：抽水量为1.5m^3·h^-1的小型水泵在埋深为5～7m的条件下,连续工作约1.3～1.4h可将其周围的水位降至泵底;井点降水整治中,水泵埋深取为6.7m较为合理;取水泵合理的埋深为6.7m时,为在入冬前将路堑中的地下水位降低到3.8m,需抽水25d;入冬后为确保水位在最大冻深3.0m以下,并同时考虑到节能,可采取间隔抽水方式,而暂停抽水后路堑中心地下水位从3.8m回升到3m需要7.5d（水泵最大间歇时间）,然后启动水泵再次将水位从3.0m降至3.8m的抽水时间需要6d。依据数值分析结果在试验段采用井点降水整治后,路基的最大冻胀量从2013年的11.6mm降至2014年的4.5mm,路基的冻胀整治效果较为显著,表明根据数值分析结果制定的井点降水整治方案是合理的。

我国铁路沥青混凝土技术研究进展

全断面铺筑沥青混凝土是铁路路基防排水技术的重大举措。文章介绍了沥青混凝土的主要性能特点及其在国内外铁路工程中的应用情况,从力学适用性、防水抗渗性和界面安全性3个方面阐述了铁路基床表层铺筑沥青混凝土的关键技术和研究进展,提出了铁路全断面铺筑沥青混凝土机械化施工的合理化建议。

高速铁路季节性冻土路基冻胀时空分布规律试验

采用冻胀自动监测、水准观测和轨道动态检测相结合的路基冻胀综合监测体系,对我国季节性冻土地区第1条高速铁路——哈大高铁的路基冻胀进行长期监测,研究其时空特征以及线路平顺性与冻胀发展过程的关系。结果表明:哈大高铁路基的冻融发展变化过程主要表现为初始波动、快速冻胀、稳定冻胀和融化回落4个阶段,其中的快速冻胀和融化回落阶段对线路平顺性的影响最大,是线路维护的重难阶段;哈大高铁路基的冻胀主要发生在基床浅层,是路基防冻胀设计的重点,监测点中冻胀比达到0.9时冻深不超过110cm的占90%,因此可以将冻深110cm作为划分基床浅层冻胀的界限值;哈大高铁路基的冻胀整体上呈逐年改善的趋势。

运营铁路隧道基底结构快速补强技术研究

由于设计施工不当、地下水、列车动荷载作用等原因,常致隧道底部结构出现病害。运营隧道基底病害的表现形式为下沉、翻浆冒泥、及整体道床开裂等,这些病害会危及行车安全。目前隧道基底病害的整治方式无法在短时间内提高基底结构强度,维修施工影响列车运营。采用高强发泡树脂作为材料,以高压注浆的方式对隧道基底进行加固,可将基底填充密实,并在较短时间内提高隧道基底结构承载力,有效减少对运营的影响。

基于不同环境条件下功能要求的高速铁路路基结构优化设计

在总结我国高速铁路建设经验的基础上,通过对严寒地区、干旱地区、多雨地区及山区路基结构进行现场调研与资料分析,结合理论分析和室内试验论证,开展了不同环境条件下路基结构设计优化研究。提出了包括安全性、使用性、建造与修复性、抗灾性等功能要求的路基功能设计理念,在此基础上优化了不同环境条件下的路基结构,具有理论意义和实用价值。

铁路路基护筒支撑旋喷纵向加固技术研究

针对目前既有铁路路基加固的缺点,综合高压旋喷技术和水平定向钻进技术的优点,提出沿线路纵向且不干扰行车的既有铁路路基加固技术。采用护筒支撑同步跟进的方式对路基进行旋喷加固,能够避免高压泥浆对道砟和基床表层的破坏,从而达到路基浅部加固的目的。通过定向钻进技术,准确跨越路基病害区段,对病害区进行精准加固。详细叙述了该加固技术的设计方法以及加固工艺。现场试验表明加固效果良好。

高速重载有砟轨道路基动变形特性的数值分析

运用ABAQUS有限元软件建立有砟轨道—路基系统三维动态有限元模型,分析高速和重载列车荷载作用下的路基空间动应力、路基面横纵向动变形和剪应变特性。基于现场条件,选择砟脚内30cm和砟脚处作为路肩横向和纵向的动变形分析参考点,研究动变形引起的路肩倾斜角度随列车速度、道砟厚度、表层厚度和表层模量变化的规律。结果表明,路肩横向和纵向倾斜角随车速增大而增大,随道砟厚度、基床表层厚度和表层模量的增大而减小,基床表层和底层的最大剪应变较为接近,最大剪应变与路肩最大倾角大致呈线性关系。