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原文传递既有线提速基床与道床相互影响的研究

论文题名：	既有线提速基床与道床相互影响的研究
关键词：	基床;道床;过渡段;有线提速;路基评估;铁路路基
摘要：	随着列车速度不断提高，既有线轨道结构暴露出的问题越来越严重。主要表现为轨道与路基结构在列车重复载荷作用下产生不均匀的残余变形，导致轨道与路基结构的几何形位、尺寸不断发生变化，产生各种不平顺。不平顺的产生除了与基床的强度、密实度有关外，还与道床和基床的刚度指标关系密切。轨道与路基结构的强度、刚度等指标与其平顺性存在着辨证统一的关系，因此本文研究目的就是通过系统研究得出既有线提速基床与道床相互影响的内在关系。本文主要研究方法有理论分析、室内模型试验、数值计算分析以及现场普查与测试等。首先从理论上对道床与基床的动态特性做了分析研究，提出既有线提速路基面临的相关问题。其次，通过室内动载模型试验，研究不同刚度(密度)基床下，轨道与路基结构的动应力、动变形、模量、刚度等随载荷次数的变化规律及发展过程。然后，通过数值模拟计算掌握了轨道与路基结构动应力、动位移的分布特点及规律。最后，针对不同形式基础结构对道床的影响，综合参考国内外资料的基础上进行了现场调查与实测，提出了线路全面普查与局部勘察相结合的质量评估系统。主要工作及结论如下： 1、重复荷载作用下基床与道床相互影响的室内动载模型试验研究针对既，有线提速改造中遇到的道床与基床参数的合理匹配问题，以室内动载模型试验研究为依托，配制6组不同密实度的土样，对轨道与路基结构进行了动应力、弹性变形、塑性变形、反应模量等项目的测试，并通过不同压实系数下模型试验测试结果的对比分析，得出了基床、道床弹塑性变形以及反应模量的变化趋势，探讨了轨道与路基结构地基系数、压实系数以及动静刚度等参数之间的发展规律，提出了基床对道床影响的临界值，即：基床压实度为0.93时，基床临界动刚度值为75MPa/m，基床临界动弹性变形为1.5mm，道床的临界动刚度值为11kN/mm。对基床与道床参数匹配及相互动力作用的规律研究，为既有线提速改造设计具有重要指导意义。 2、轨道与路基结构动态数值模拟研究，根据模型试验结果，采用反分析法确定轨道与路基结构的材料参数，对模型结构以及原形结构进行动态数值模拟研究。模型试验的数值模拟结果与模型试验得出的测试值吻合较好，且模型模拟结果与原形模拟结果总体变形规律有较好的一致性，从而说明采用该模型对轨道与路基结构进行仿真计算结果比较可靠，反演参数合理。因此，可通过数值模拟研究来掌握轨道结构的应力及变形整体分布规律，弥补模型试验以及现场原位测试只能了解局部点状信息的缺憾，也可为进一步进行模型试验的方案选择与参数设置起指导作用，同时可对未来运营工况下的应力及位移做出合理的预测。 3、轨道与路基结构质量调查与评估系统的研究，由轨道与路基结构的隐蔽性以及其运营状态影响因素的复杂性决定了仅靠几组室内模型试验以及数值模拟计算难以准确地把握既有线基床与道床相互影响的本质与机理，也不能得出应用于原形轨道与路基结构的真正合理可靠的临界参数值。为了把模型试验与数值模拟的研究结果与现场轨道与路基结构的实际情况相结合起来，本文提出了一种新的思路即轨道与路基结构质量调查与评估系统。基本原理是利用TIC数据与雷达探测结果对轨道与路基结构的几何状态进行统计评判，据此将路基按区段分类，然后针对每一种区段的路基进行现场详勘，得到各类型路基的评价参数。最后通过大量长期的测试数据积累，分析各种运营状况下，基床各参数与工作性能的关系，确定在目前行车状况下基床正常工作时对应参数的临界控制值，可作为其他条件相似的线路提速到该运营速度时的养护标准参考依据，以优化既有线提速路基改造设计，也可作为路基提速的评估标准。 4、不同结构形式基础与道床相互影响的研究，通过调查统计发现，轨道质量指数和轨道不平顺谱可反映不同路基地段轨道不平顺状态，可以作为不同结构形式基础区段不平顺评价的依据。对秦沈线、京秦线、遂渝线三条线路的一般路基区段、路桥过渡段、路隧过渡段、桥隧过渡段、堤堑过渡段以及不同填料区段的TQI值与PSD进行分析，认为秦沈线的整体轨道质量要优于遂渝线，遂渝线优于京秦线；认为路桥结合处设置过渡段以及基床表层设置级配碎石与不设置过渡段以及不设置级配碎石相比，轨道质量状态明显提高；认为路桥、堤堑、路隧、桥隧等过渡段的轨道质量状态与动态特性比一般路基、桥梁及隧道都要差。通过京秦线的现场调查与测试，认为RSP-CEIS全面普查能够反应轨道与路基结构的质量状态。
作者：	马伟斌
专业：	岩土工程
导师：	史存林
授予学位：	博士
授予学位单位：	铁道科学研究院
学位年度：	2006
正文语种：	中文