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原文传递铁路路基基床非开挖旋喷加固机理及效果研究

论文题名：	铁路路基基床非开挖旋喷加固机理及效果研究
关键词：	高速铁路路基;病害处理;非开挖旋喷加固;旋喷参数;车-轨-路耦合动力学
摘要：	近年来，随着高速铁路运营里程的增加，既有线将被更多的投入到货物运输当中。相对于客运来说，货物运输列车的轴重更大，对路基基床的影响更加显著，但是目前在繁忙干线上缺乏合适的加固方法。针对既有线路基病害提出了铁路路基非开挖旋喷加固方法，该方法综合利用了非开挖导向成孔技术和孔内旋喷技术的优势，具有施工扰动小、加固距离长等特点，应用前景十分广阔。但是目前对该加固技术缺乏理论研究和可供参考的工程实例，加固施工过程对路基、轨道结构的影响尚不明确，加固体布置方式与加固效果也不清楚。因此，开展铁路路基非开挖旋喷加固方法的加固机理和加固效果研究具有重要意义。　　本文以既有铁路路基为研究对象，率先基于车—轨—路耦合动力学理论，采用有限元软件ABAQUS创建了列车—轨道—路基及加固体空间耦合动力分析模型，可对实际非开挖成孔和孔内旋喷过程进行分析模拟。首次对铁路路基基床浅层采用长距离纵向旋喷加固方法进行了探索研究，分析了施工过程对既有轨道结构的影响，探讨了合适的旋喷参数，同时还对旋喷桩不同布置形式下路基加固效果进行了讨论。主要研究工作和成果如下: 　　(1)创建了铁路基床非开挖旋喷数值仿真分析模型　　针对铁路路基非开挖旋喷加固新技术，利用有限元软件分别建立了路基非开挖导向成孔模型、基床孔内旋喷模型以及列车—轨道—路基及加固体空间耦合动力分析模型，利用“生死单元”技术和多孔介质的孔压边界理论实现了非开挖旋喷施工过程的模拟。通过试算方法确定了模型合理网格尺寸，并将数值仿真计算结果与现场测试值进行对比，验证了模型的准确性。　　(2)非开挖成孔机理研究　　通过建立钻进过程中基床内导向钻头力学分析模型，确定了决定钻进效率的关键参数，并根据铁路路基特点和现有钻机成孔能力设计了导向钻进轨迹。采用理论推导和数值仿真相结合的手段，分析了基床内导向孔孔壁稳定性和非开挖施工对既有轨道路基结构的影响。分析结果表明，导向孔成孔施工过程中路基面最大垂向位移为0.192mm，钢轨最大垂向位移没有超过0.01mm，所以在繁忙既有干线基床内成孔不会影响列车运行。　　(3)孔内旋喷机理研究　　阐述了路基浅层中孔内射流理论，研究了高压浆液破土机理和成桩效果。同时利用孔内旋喷模型对旋喷软化作用进行了分析，并探讨了铁路路基中合适的旋喷参数，计算结果显示，当喷浆压力小于20Mpa时，轨道结构静态安全指标与列车动态安全指标均未超限，建议路基浅层喷浆压力不应大于20Mpa。　　(4)水平旋喷桩加固效果分析　　基于水平地基梁理论和有限元动力分析模型，分析了铁路基床内水平桩体加固机理，研究了桩体不同布置形式下路基加固效果以及该加固方法对路基结构应力、变形和振动的影响规律。通过对非开挖旋喷加固效果研究发现，纵向旋喷桩可以有效控制路基面竖向位移，其中，在基床表层中加固效果明显，加固后路基面竖向动位移减少了41.2％。旋喷桩加固后会引起路基面动应力增大，但由于固结体强度较大，增加的动应力与材料强度比值减小，所以铁路路基结构受力有所改善。分析结果表明，非开挖旋喷加固方法可以满足繁忙干线既有铁路路基加固要求。
作者：	刘明宇
专业：	道路与铁道工程
导师：	肖宏
授予学位：	硕士
授予学位单位：	北京交通大学
学位年度：	2018
正文语种：	中文