客运专线路基施工技术 86页

客运专线路基设计施工关键技术岳祖润13931120937yuezr1898@yahoo.com.cn石家庄铁道学院n目录一、国内外高速铁路路基发展现状二、铁路客运专线路基基床结构设计三、客运专线路基施工工艺四、客运专线工后沉降控制五、客运专线路基加固六、客运专线桥涵过渡段n一、国内外高速铁路路基发展现状1.高速铁路路基的要求2.国外高速铁路路基3.国内客运专线的发展n1）基床的强度高、刚度大；2）地基沉降很小或没有沉降；3）路基刚度纵向平顺变化；4)良好的耐久性。1.高速铁路路基要求n高速铁路路基要求由于我国以往的铁路工程对路基的重视程度不够，使得近年来铁路路基出现的质量问题越来越明显，发生了许多安全事故，造成了严重的经济损失。n高速铁路路基要求随着秦沈客运专线的建设，人们对路基的研究和重视程度也在逐步提高，现在，路基在铁路工程中已明确被作为“土工结构物”来看待，路基工程的地位已得到明显提高。n1）、强度高刚度大一般铁路路基是以强度控制设计，而对于高速铁路，变形控制是路基工程设计的主要控制因素。因为在强度破坏前，可能已出现了不容许的过大变形。n1）、路基刚度的均匀性列车速度越高，要求路基的刚度越大，弹性变形越小。但刚度过大也会使列车振动加大，也不能平稳运行。路基刚度的不平顺则会给轨道造成动态不平顺，所以，要求路基在线路纵向做到刚度均匀、变化缓慢，不允许刚度突变。n2）、路基沉降变形主要包括三个方面：①列车行驶中路基面产生的弹性变形；②长期行车引起的基床累积下沉；③路基本体填土及地基的压缩下沉。n2）、沉降引起轨道几何平顺性高速铁路对轨道的平顺性提出了更高的要求，而路基是铁路线路工程的一个重要组成部分，是承受轨道结构重量和列车荷载的基础，它也是线路工程中最薄弱最不稳定的环节，路基几何尺寸的不平顺，自然会引起轨道的几何不平顺。n3）、轨道平顺性因此，高速铁路路基除应具备一般铁路路基的基本性能之外，还需要满足高速铁路轨道对基础提出的性能要求。不仅要求静态平顺，而且还要求动态条件下平顺。n4）、在列车运行及自然条件下的稳定性列车运营时路基不仅承受轨道结构和附属构筑物的静荷载，还要承受列车荷载的长期反复作用。同时，由于路基直接暴露在自然条件下，需要抵抗气温变化、雨雪作用、地震破坏等不良因素的影响。n4）、在列车运行及自然条件下的稳定性路基工程必须在这些条件的长期作用下，其强度不会降低、弹性不会改变、变形不会加大。真正做到长寿命，少维修。只有这样，才能高速行车，减少维修费用，并增加运行的安全性。n国外高速铁路路基构造要求强化路基基床严格控制路基填筑标准沉降控制加强路基的防排水措施，加强边坡和灾害的防护n国外高速铁路路基构造要求重要启示：在基床表面设置防水设施是十分必要的。国外高速铁路发展已经做过了漫长的道路，走过了很多弯路，积累了一些成熟的经验值得借鉴。强化基床表层防水是各国高速铁路的共同特点，只是采用的方式不一样。有的是路基面硬化层，兼有防水效果，如日本；有的是直接设置隔水层，如德国和法国。n3.我国客运专线的发展我国在九十年代的“八五”、“九五”时期，就对高速铁路展开了大规模研究。现行客运专线铁路路基的技术标准及主要参数，是在上述研究成果的基础上，吸收了国外高速铁路路基施工和建设的经验；在设计过程中借鉴、消化、吸收了国外铁路设计新方法和新标准；结合秦沈线的实际情况，并经有关部门多次组织国内专家的论证而最终确定的。n秦沈客运专线路基客运专线的主要特点：高速、舒适、安全、准时的运送旅客。这一特点需要高度平顺和稳定的轨下基础。路基设计和施工是关键。秦沈客运专线采取的技术措施：路基按结构物设计，严格选择路堤填料，提高路基填筑强度与密实度，控制路基工后沉降，重视路基的强度、刚度和过渡段的施工质量，严格控制施工工序和施工质量监测。n地基处理措施：路堤基底铺设渗水土或砂垫层；松软土层以塑料排水板、袋装砂井、砂桩、碎石桩处理，必要时，结合填土预压；软土层以粉喷桩、搅拌桩、或旋喷桩处理；液化地基以砂桩、碎石桩处理。客运专线路基n松软地基里程铺轨后第一年沉降速率（cm/year）铺轨后第二年沉降速率（cm/year）DK265+23000.018+2700.60.013+3450.30.025+3600.60.02+4000.60.025+4400.10.018+56000.008+6000.60.013+6400.40.005+6800.30.02秦沈客运专线路基n1999年8月16日正式开工。2002年12月31日全线建成。2003年1月1日全线联调和动车组试运行满足设计要求。全线总投资161.2亿元。综合指标3984万元/公里。秦沈客运专线工期及投资n为给时速300公里客运专线设计、施工和技术装备选型提供技术储备，选择了山海关至绥中北区间66.8公里综合试验段。最小曲线半径5500米，路基不同处理措施，不同类型的桥梁，沙河、狗河特大桥无碴轨道，接触网采用镁铜导线，下行线为全补偿简单链形悬挂，上行线为全补偿弹性链形悬挂。秦沈客运专线高速综合试验n2001年12月，采用“神州号”内燃动车组，2M+4T编组，试验最高速度210.7公里/小时。2002年9月，采用“先锋号”动力分散型动车组，4M+2T编组，试验最高速度292公里/小时。2002年11月-12月，采用“中华之星”动力集中型电动车组，2M+9T编组，试验最高速度305.9公里/小时；2M+3T编组，试验最高速度321.5公里。结论表明：中国铁路已进行了客运专线工程、运营实践，秦沈客运专线达到了预期目标。秦沈客运专线高速综合试验n一、基本情况重要奖项n特色研究方向隧道和地下工程施工新技术；新型桥梁施工监测关键技术；桥梁抢修与应急结构工程；地基变形与加固处理信息化技术；土工合成材料工程应用研究；地质超前预报与防灾减灾研究。n跟踪国家重点工程建设，参与重大项目的科学研究，是试验中心近年来的主攻方向n三项重点课题，累计经费150万利用二布一膜加固路基研究缓和曲线竖曲线合理选型24m箱梁振动特性研究秦沈客运专线n五项重点课题总经费460万青藏铁路冻土路基沉降变形预测试验研究青藏铁路多年冻土地区沼泽路基稳定性研究青藏铁路隧道施工机械性能及配套技术研究青藏铁路隧道施工通风技术及施工温度场研究青藏铁路轨道不平顺及养护工艺研究青藏铁路n发挥地域优势，积极拓展省内的合作领域n南水北调工程石家庄西明渠与引水隧洞比选研究南水北调大型渡槽架设施工技术研究南水北调两项重点课题总经费100余万元n省交通厅立项的“20米足尺折线先张梁力学性能试验”石家庄市第一座斜拉桥的计算机模拟力学分析和施工控制研究项目净化水项目省自然科学基金等项目面向河北n发挥铁路行业的专业特长，巩固在铁路建设中的骨干作用n2003年获得河北省科技进步一等奖改善施工环境加强劳动保护，有效地提高了隧道施工的安全性明显加快了施工进度通风管厂每年的经济效益过亿元长达隧道通风n2003年获得河北省科技进步二等奖。大大降低对繁忙干线运营的干扰，比传统方法节约70%的时间据北京铁路局的统计，为国家节省资金几千万元。铁路繁忙干线桥梁快速换架技术拼装式龙门吊；对梁、道碴和轨道整体拆装；操作空间大，占时少采用有轨和轮胎式运梁车互补运输多点同时作业。n加强与企业的横向联合。科研人员始终坚持面向企业、面向施工第一线，以解决生产中的实际问题为方向，使科研成果尽快转化为生产力。n拉西瓦黄河大桥钢管混凝土拱桥施工监控主拱肋最大吊装重量35t。结构复杂，技术难度大。试验对其进行全过程施工控制，并进行了有限元仿真预测。确保了施工安全和顺利高精度合拢拉西瓦水电站黄河大桥已于2003年10月通车运营。主桥为上承式钢管混凝土拱桥，主跨净跨132m。n兰州市小西湖黄河大桥施工监控双向六车道。一次张拉到位。主梁的施工采用悬臂灌注法，施工难度大，要求合拢精度高。开发出专用的软件用于施工控制。预应力混凝土双塔单索面部分斜拉桥，桥长300m。使该桥于2003年9月以高精度顺利竣工。n实力雄厚的专业能力※调整专业※室所合并※健全规章岩土与结构实验中心结构工程实验室地下工程实验室土工实验室建筑材料实验室道路实验室水利学实验室工程地质实验室测量实验室国防交通研究所抢修教研室结构工程研究所结构设计教研室地下工程研究所地下工程系防灾减灾研究所工程地质系桥梁工程研究所桥梁工程系图1岩土与结构实验中心机构设置n集中式和分布式两用高分辨率地震仪n面波速度剖面地震反射剖面n地质雷达检测衬砌中钢筋分布图n二、铁路客运专线路基基床结构设计原理1、动力测试试验成2、基床设计方法n测试目的与内容通过测试路基在高速列车作用下的动力反应，检验两种不同填料的路基动力特性。包括基床稳定性、动刚度及其对列车竖向加速度的影响。评价C类土填筑高速铁路路基的可行性。主要测试内容为：□测试列车运行条件下基床的动应力、动变形、动刚度、竖向加速度；□测试列车运行条件下二布一膜的动应力和动变形特性。n压力盒动力标定土压力盒的选型与标定。根据详细调研，选择了注油式和柱塞式土压力盒，进行了室内扫频标定。标定表明上述两种土压力盒在要求的频带内的频响特性优良，均能够满足路基振动测试的要求土压力盒频响标定设备n压力盒动力标定土压力盒的选型与标定。根据详细调研，选择了注油式和柱塞式土压力盒，进行了室内扫频标定。标定表明上述两种土压力盒在要求的频带内的频响特性优良，均能够满足路基振动测试的要求土压力盒频响标定曲线n拾振器和位移计标定加速度拾振器的作用是测试路基面上的加速度和相对动位移。为了检验拾振器性能，对其进行了室内频响标定和现场预演。室内频响标定选择不同频率和振幅，在专用振动台上进行加速度计室内标定装置n现场预演现场预演的目的是模拟现场测试，检验测试仪器的工作状态、外部干扰、熟悉现场测试操作，确保现场测试的可靠度。室外预演在铁道学院校园外西侧京广线上进行。n传感器布置与测试根据测试目的要求，三个断面布设土压力盒29个；加速度拾振器18个；位移计2个；二布一膜应变片20个。n测试布置4、加速度拾振器布置。主要布置在路基面，横断面方向的位置有：外碴脚、外轨下、线路中心、内轨下和内碴脚。用于测试路基面在列车作用下的竖向加速度、速度和动位移。加速度计n测试布置5、路基面动位移测试位移计布置。在路基面钻孔，在钻孔中设置固定基准桩，桩外设置护管，在固定基准桩上安装电阻应变式位移计，测试外轨下路基面的位移，用于动刚度计算固定基准桩及其一阶振型n二布一膜动变形测试分析时速249公里列车作用下的二布一膜动应变n路基面动位移测试分析图10时速200公里通过时的路基面动位移时程n动应力测试分析图11时速201公里时路基面动应力时程曲线n动应力测试分析路基面动应力均值及其冲击系数动应力均值静压力均值冲击系数均值先锋号58.9中华之星49.6421.18奥星63.447.41.33n表1路基动应力(kPa)序号工况土压力盒埋设位置DK274+800断面DK274+920断面DK275+000断面车头车尾车头车尾车头车尾92002年12月05日9时35分，中华之星+4节车厢，下行线下行,车速为212km/h1路基面上里碴脚33.97/65.23/59.88/2路基面上线路中线7.42/42.96/16.47/3路基面上外碴脚15.16/83.95/58.88/4基床表层底面里碴脚16.37/////5基床表层底面内轨下17.46/////6基床表层底面外轨下13.78/////7基床表层底面外碴脚5.45/////102002年12月05日10时34分，奥星+4节车厢+中华之星，下行线上行,车速约为200km/h1路基面上里碴脚42.0734.5389.7679.5965.5952.512路基面上线路中线11.549.5553.9547.1017.8715.133路基面上外碴脚25.8919.48116.63106.5463.5558.884基床表层底面里碴脚21.0517.44////5基床表层底面内轨下22.4918.65////6基床表层底面外轨下20.9617.16////7基床表层底面外碴脚9.047.30////n序号工况车速km/h传感器埋设位置DK274+800DK274+920DK275+000位移计891拾振器（位移档）位移计891拾振器（位移档）891拾振器（位移档）外轨下0.2360.1440.2290.2370.2359中华之星+4节车厢,绥中北→沈阳212内轨下/0.034///线路中///0.251/外轨下0.1680.140.245无信号0.17110奥星+4节车厢+中华之星，沈阳→绥中北200内轨下/////线路中///0.242/外轨下0.1350.1200.190无信号0.21111中华之星+4节车厢,绥中北→沈阳237内轨下/0.027///线路中///0.260/外轨下0.1960.1650.2900.2300.18113奥星+4节车厢+中华之星，沈阳→绥中北200内轨下/0.04///线路中///0.226/外轨下0.1620.1290.190无信号0.219n动应力特性经过对所有测试结果的统计，路基面动应力最大值为84kPa，小于暂规提出的基床表层设计值93kPa。n测试成果路基面的动位移在0.2mm-0.3mm附近。实测的路基最大动应力低于《暂规》中提出的设计参考值。3.5mm。n测试成果7.5中华之星牵引奥星行驶时，B类土路基面加速度一般在7-13m/s2之间，C类土路基面加速度一般在4-11m/s2之间；B类土路基面加速度一般大于C类土路基面加速度。奥星牵引中华之星行驶时，奥星所引起的路基面加速度较大，一般在4-28m/s2之间，为中华之星的2-3倍。n测试成果7.6试验点的卓越振动频率：B类土路堤约为3.5Hz；C类土路堤约为5.9Hz。由此可见，不同填料的路堤，动力性能差别较大。列车的激励频率如果与卓越频率接近或重合，会引起路基共振。n列车动应力与轴重的关系n列车动变形与车速的关系n动应力沿深度的衰减n2、基床设计方法路堤试验段实测基床动应力与轴重和行车速度之间存在以下关系：σ=2.4P(1+8.3x10-5v)。σ=2.6P准静态(车速5km／h)时。然后根据应力分布和沉降要求确定基床厚度。n三、客运专线路基施工工艺1、路基构造2、规范演变3、路基填筑工艺试验4、路基填筑工艺流程及技术要点5、Evd试验检测简介n1、路基构造n2、规范演变补充了检测标准增设了强化层提高了填料规格完善了过渡段形式提高了工后沉降要求n3、填筑试验n3、填筑试验n3、填筑试验n关于击实标准的思考击实仪器的改进大于40mm粒径的击实方法）n4、填土施工工艺流程n表层级配碎石制备n表层级配碎石填筑施工n场拌施工n路拌施工n5、Evd试验检测简介n四、客运专线工后沉降控制1、设计计算2、地基处理措施3、沉降观测与沉降预测方法4、沉降控制动态设计n1设计计算n2地基处理措施浅层处理深层处理复合地基n3沉降观测与沉降预测沉降观测沉降预测n沉降预测n沉降预测工后沉降预测采用双曲线法。沉降与时间的关系可表示为：变换为直线形式：根据式（5）变换测试数据，得到一组直线。则1/b即为最终沉降量。见图4-12。根据最终沉降量和图4-11中的竣工沉降量，就可求出预测工后沉降值。n沉降预测n信息化施工技术图4-13n五、客运专线路基加固n六、客运专线桥涵过渡段