我国高速铁路建设规模不断扩大,在冻土地区修建高铁面临一些技术问题。本文深入分析高速铁路冻土路基施工的技术难点,系统阐述路基填料选择、填筑施工工艺和防护措施等质量控制要点。结合哈大高速铁路工程实例分析,详细介绍该工程在复杂冻土环境下采取的质量控制措施及其效果。实践表明,通过科学的质量控制体系,严格的施工过程管理,以及现代化监测手段的应用,能够有效保障冻土路基施工质量,确保高速铁路安全运营。
在推动西北地区经济发展过程中,高速铁路起到的作用至关重要。但是,因为环境、气候等因素的影响,西北地区大部分都属于季节性冻土区,高速铁路路基冻害问题相对严重,对高速铁路路基安全产生了较大的影响,高速铁路列车在行驶时,难以达到提速要求,导致高速铁路未能发挥应有的作用,对西北地区经济发展产生了一定的影响。因此加强高速铁路路基冻害特征分析,采用科学合理的方式,提高路基的稳定性势在必行。基于此,本文对西北地区季节性冻土区某高速铁路冻土区路基冻害主要类型、原因以及相应的解决措施进行了探讨。
针对西宁至成都高铁若尔盖湿地段路基工程,基于传热方程、水分迁移方程与力场平衡方程建立季节冻土区高铁路基冻胀的水热力耦合模型,对比分析普通路基和保温路基的温度、水分和位移特征差异。结果表明:保温层有效降低路基的冻胀量,同时减小左右路肩的冻胀量差;保温路基与普通路基的总含水量分布相似,由于保温层将冻结锋面完全阻止在保温层内,其冻深远小于普通路基。
季节性冻土区高速铁路采用混凝土基床控制路基冻胀变形,已取得了良好效果,但在季节性冻土区气候环境下还存在翘曲变形问题。结合工程实例,以混凝土基床路基为研究对象,开展混凝土基床变形控制试验研。结果表明:聚氨酯板具有减小混凝土基床冻结深度,抑制冻胀量的作用,其厚度越大防冻胀效果越好,但增加气凝胶保温毡厚度,不能明显减小混凝土基床的冻结深度和缩短冻结周期。
结合铁伊(铁力—伊春)高速铁路沿线岛状多年冻土的分布特征,通过室内试验研究了铁伊高速铁路沿线不同种类的岛状多年冻土在不同影响因素条件下的融沉特性,并根据不同种类的多年冻土融沉特性进行了工程措施分析。研究结果表明:岛状多年冻土的融沉系数随着含水率的增大而增大,随着干密度的增大而减小;岛状多年冻土的融化压缩系数在不同试验荷载作用下并非常数,而是随着荷载的增大而减小。对于融沉系数较大且埋深较浅的富冰或饱冰多年冻土采取挖除换填的工程措施;对于融沉系数较小的多冰或者少冰冻土,采用挖除换填+预融的工程措施;对于埋深较大的多年冻土采取桩基加固的工程措施。
为揭示深季节冻土区高速铁路抗冻胀基床结构的效果和稳定性,确保高速列车在冬季的安全运营,以我国深季节冻土区高速铁路典型抗冻胀基床结构为研究对象,通过现场试验和理论分析相结合的方法,研究深季节冻土区抗冻胀基床结构水热力学行为演变的内在机理,分析深季节冻土区高铁路基工程温度场非对称的一般特征,讨论影响寒区路基工程阴阳坡效应的关键因素。研究结果表明:1)季节冻融层和非冻结层的地温和横向温差随时间推移均呈现正弦规律变化。2)当基床表层和底层温度接近0℃时,对应土层内的未冻水含量迅速减小或增加。3)冻胀主要发生在冻结初期和冻融交替期。同时,融沉的结束时间滞后于冻结层的消失时间。4)不同深度处阴阳肩的温差在全年均大于0℃,影响寒区路基工程阴阳坡效应的主要因素是线路走向和主风向。综上所述,建议深季节冻土区的高速列车在冻结初期和冻融交替期减速行驶。同时,为减弱路基阴阳坡效应引起的横向非均匀变形,路基两侧应采取非对称设计的原则。
为确保深季节冻土湿地地区高速铁路的安全平稳运营,新建哈尔滨至齐齐哈尔客运专线采用无砟轨道设计,且该线路穿越国家扎龙湿地自然保护区。由于其保护区水量丰富,冬季严寒漫长,路基冻胀融沉病害的发生频次较高。因此,本文结合哈齐客运专线HQTJ-5标抗冻胀路基填料的施工,研究影响路基冻胀大小的主要因素及抗冻胀填料的施工关键技术,以期确保深季节冻土湿地地区路基的冻融变形和工后沉降满足施工要求,为未来寒区高速铁路的高效安全建设提供技术指导。
总结了季节冻土区铁路路基的冻胀特点,分析了影响冻胀的主要因素,如土质、土中的含水量和温度,基于前人的研究成果,总结了路基防冻胀的措施,包括设置保温层、改良填料特性和控制水分条件。上述研究成果为避免季节性冻土区高速铁路路基冻胀病害的发生提供了重要的指导作用。
文中分析了我国季节冻土区高铁路基冻胀机理及规律,现有高铁路基冻胀危害以及防冻害措施,并提出未来研究面临的主要问题。
为了研究在列车荷载作用下季节性冻土区桥墩和周围不同场地的振动特性,选取哈大高速铁路沿线桥墩及周围场地进行现场振动测试,利用经验模态分解(empirical mode decomposition,EMD)法和相关性分析方法对测试数据进行了滤波处理,并从时域和频域对振动信号进行分析。建立桥墩-桩基-周围场地有限元模型分析了桥墩右侧堆积填土的弹性模量和几何参数变化对振动传播的影响。研究结果表明:在列车荷载作用下桥墩与周围场地的振动特性明显不同,场地对振动有放大作用;桥墩和周围场地的振动频率集中在10~80 Hz,主频在35 Hz左右,这与列车轴重作用的频率一致;桥墩右侧堆积填土使其两侧的振动传播特性不同,堆积填土侧的振动加速度峰值大于未填土侧,堆积填土的弹性模量和几何参数变化使得地面不同位置的振动强度明显不同。