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原文传递严寒地区高速铁路路基冻胀特性和工程对策

论文题名：	严寒地区高速铁路路基冻胀特性和工程对策
关键词：	严寒地区;高速铁路;路基冻胀;无砟轨道;CA砂浆
摘要：	我国幅员辽阔，不少地区都处于高纬度高寒地带，在这些地区修建大型基础设施时，往往需要考虑到气候对基础设施建设以及后续的维护产生的影响。严寒地区显著特征就是冬季严寒，夏季温度相对较高，夏冬两季温差显著，由此也带来了高速铁路路基沉降不均匀等现象。在冬季时期，高速铁路路基极易出现不同程度的冻胀问题。这些问题可能引发路基的变形和失稳，从而影响我国高速铁路在严寒地区的通行安全。为此，本文通过查阅国内外文献资料，了解国际上不同国家对高速列车轨道变形的允许范围，对国内的铁路路基工后变形要求的发展变化过程作了简要论述，发现在高速铁路的建设当中，对路基变形的要求变得越来越严格，可见国家和社会对于高铁建设安全性的重视，凸显了高速铁路路基冻胀问题防治的必要性。　　为了深入研究高纬度严寒地区高速铁路路基冻胀特性，本文以我国北方高纬度严寒地区哈大客专大连段DK58+789-DK130+931段路基为研究对象，对线路所在处的地形、地层分布、气象特征等自然条件进行了分析，并结合路基结构形式、土体冻胀因素对路基冻胀的原因进行了探究，得出低温、土中水分冻结以及荷载是土体冻胀的关键因素，并分析了上述因素的具体影响方式及在何种条件下引发路基冻害。　　其次，利用数值模拟的办法对路基冻胀变形和轨道结构变形的互相作用和影响展开了研究，将路基冻胀的变形和无砟轨道结构的变形耦合起来，对在两者共同影响下轨道几何不平顺的问题进行了综合分析。在具体的数据分析当中，利用有限元分析软件ABAQUS，将根据前期调研所收集的数据，建立了路基冻胀的变形和无砟轨道结构变形相互耦合的计算机仿真模型。从静力学角度构建“路基冻胀变形传递至无砟轨道结构”，研究路基冻胀对高速无砟轨道不平顺的关联关系，针对无砟轨道的结构模型，分别从钢轨及扣件、CRTSI型板式无砟轨道模型、模型长度及边界条件出发，对建立有效模拟路基冻胀下的静力学模型进行探索。　　同时根据哈大高铁公司及沈阳铁路局高铁工务段提供的“第六期冻害监测工作日志”记录的有关数据信息，绘制出路基冻胀变形曲线，对冻胀该路段冻胀变形的波形作了分析。在此基础上，从动力学角度构建“无砟轨道结构受冻胀变形与高速列车相互耦合”模型，研究路基冻胀对高速列车行车动力响应及进行动力评估。此外，还构建了包括高速列车模型、轮轨接触模型动力学模型。并依据沈阳铁路局在哈大线现场所进行车辆动态的部分检测数据，与本文建立模型的计算结果进行对比分析，结果表明本文的分析模型是可靠的，可用于进一步的理论分析。　　再次，从路基冻胀融沉原理出发，对造成高速铁路路基冻胀的原因进行定量分析，对温度、土体性质、土中水分等在严寒地区的性质特征进行研究，分析高速铁路路基冻胀的机理，评估影响土冻胀量因素并罗列出评价土体冻胀的相关指标。另一方面从现场实测路基变形场特性出发，以DK219+850筏板结构路基为实测对象，绘制出路基沿横断面沉降分布图，过渡段路基基底横向沉降随时间变化图等，着重分析了高速铁路路基冻胀引发的路基两侧变形情况以及变形随时间变化呈现出的变化规律。　　最后，鉴于哈大高速铁路沿线部分路段具有含地下水位较高、水量丰富，在冬季路基土冻结过程中易产生较大的冻胀变形的特点，进行了开敞条件下细圆砾土路基填料冻胀试验，通过改变试验的土样温度、细粒土含量、水分流入量等变量，探究冻胀土变形随时间变化分布情况和补水条件对填料冻胀的影响，掌握开敞条件下路基土的冻胀规律，并进行了总结分析，提出对高速铁路在严寒气候条件下可能出现的变形破坏等情况的预防对策。包括全线采用防开裂的双向预应力CRTSI型板式无砟轨道，研制的CA砂浆满足严寒地区技术要求，克服了轨道结构的薄弱环节;在接触网设融冰设施，防灾系统设风雪灾害监控子系统，高速列车经过的道岔设融雪装置，保证运营安全性;在路基设计、施工中除合理选择无砟轨道结构型式、采用以桩网结构为主的地基稳定性工程措施以外，围绕路基冻胀的温度、土质和水三要素，采用了封排结合的防冻胀原则，加强了路基防冻胀措施，采取了针对性的路基防冻胀措施消除或减小路基冻胀变形。　　随着我国高速铁路建设事业的不断推进，未来我国将会建设更多长里程的高速铁路，越来越多高速铁路将穿越我国的青海、西藏、新疆、东北等严寒地区。由严寒而导致的路基冻胀问题一直以来都是高速铁路建设工作的巨大阻碍，本文的研究及相关结论的得出，对高速铁路在严寒地区的建设工作具有重要的参考意义，有助于我国在高速铁路建设中有效治理高速铁路路基冻胀问题。
作者：	高菲
专业：	建筑与土木工程
导师：	孙三祥;欧阳辉来
授予学位：	硕士
授予学位单位：	兰州交通大学
学位年度：	2018
正文语种：	中文