新建高铁对紧邻运营铁路路基服役状态影响研究

【摘要】伴随高速铁路快速发展,出现越来越多的新老线并行情况,新建铁路施工往往导致紧邻运营路基变形过大而直接影响到紧邻运营铁路行车安全,故仅仅考虑路基稳定性分析不足以确保安全运营,为此,开展新建高铁对紧邻运营铁路路基服役状态研究。本文依托沪宁城际铁路科研项目,研究通过静动力现场测试、理论分析、有限元计算与轨检车资料分析等手段,在新老线紧邻位置设置试验段,开展施工扰动下紧邻运营路基变形应力与动力响应测试,从力学角度计算施工不同阶段运营路基内部变形与应力,数值分析施工扰动下运营路基服役状态与极限状态,依据测试与计算提出并实施工程应对措施,建立运营路基状态评估体系,研究主要取得了以下成果：(1)针对新建高铁施工对紧邻运营铁路路基扰动影响这一新的问题,提出一套静、动力相结合的运营路基安全监控方法。静力测试得到运营铁路路基最敏感指标——路基坡脚水平位移；动力测试获取路基振动加速度、振动位移等变化分布规律,分析列车类型、车速对路基的影响,实现了施工扰动下运营路基服役状态监测。(2)针对施工扰动下运营铁路路基不同区域应力变形等参量变化无法监测的问题,基于圆柱形孔扩张理论,考虑路基基坑开挖与地基沉桩,建立了计算邻近运营路基径向应力与位移的解析公式,并给出了群桩挤土效应叠加计算方法。计算结果与试验数据相互验证,实现对运营铁路路基内部变形预测,可为类似邻近工程建设提供理论支撑。(3)采用有限元模型计算分析施工三阶段(路基基坑开挖、成桩、路基填筑),得出开挖阶段运营路基最危险,并分析列车通过速度的影响；在此基础上,获取新建路基基坑长期浸水条件下运营路基稳定性变化规律,振动打桩对紧邻运营路基动力扰动影响；此外,数值分析获取了运营路基振动位移、振动加速度、侧向位移阈值,为测试与计算数据提供安全控制标准。完善了施工期间对运营铁路路基服役状态的监控与预警。(4)针对测试与计算发现的施工扰动导致运营路基存在变形超限与失稳的隐患,提出并在工程现场成功实施了地基处理设计变更和边坡防护措施。建议将原CFG桩改成浆固碎石桩与管桩,总结提出紧邻既有线静压预应力管桩施工工艺,该技术已申报成为部级工法。工程措施有效的确保了运营铁路行车安全。(5)针对运营铁路路基状态评估影响因素复杂、尚未有权威机构和研究报道建立路基状态评估体系的现状,基于灰色理论与神经网络原理,建立运营路基状态评估模型,模型以路基变形应力数据(测试试验)、TQI(轨检车分析)、稳定性(理论计算)为评价指标,采用灰色聚类法进行指标归一化处理,BP神经网络减小分配权重过程误差,实现多指标影响下运营路基状态评价。
【作者】左珅；
【导师】徐林荣；
【作者基本信息】中南大学，土木工程，2014，博士
【关键词】施工扰动；紧邻既有线；路基状态；静力与动力测试；理论计算；数值模拟；状态评估；

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