盾构下穿施工对高速铁路无砟轨道变形影响的解析算法及验证

为更准确地反映盾构施工扰动下高速铁路无砟轨道的变形,采用给出假定、公式推导、数值验证相结合的方法：(1)将路基-轨道的变形传递假定为3个阶段,即无变形阶段、沉降槽形成阶段、轨道下沉阶段,认为轨道结构最终是否发生脱空取决于路基沉降槽的大小;(2)基于假定,结合梁的挠曲线方程、弹性地基梁理论以及Peck公式推导相应的解析计算方法,并应用在典型地层条件中计算上部CRTSⅡ型纵连板式无砟轨道的最大沉降值;(3)建立相应的地层-路基-轨道三维数值模型,计算轨道最大沉降值,并与同工况下的解析计算结果进行比较。结果表明,相较于数值仿真结果,主体砂卵石、主体泥岩2种地层条件下轨道最大沉降值的解析计算结果误差分别为12%和5%,说明了假定的合理性和解析方法的可行性。     

有砟轨道与无砟轨道动刚度特性差异研究

轨道动刚度是不同激振频率的荷载作用下,轨道抵抗变形的能力,由于有砟轨道与无砟轨道两种轨道的组成差异造成两者间存在较大动刚度差异。随着行车速度的提高、中高频段激振荷载的增加,有砟轨道与无砟轨道间的动刚度差异逐渐增大,这对于行车平顺性与结构耐久性会造成较大影响,但目前缺乏轨道动刚度的相关研究。为研究有砟轨道与无砟轨道间的动刚度差异,根据两种轨道的结构特点,建立相应的ANSYS有限元模型,通过对比分析,得出两种轨道的轨道动刚度在中低频段存在较大差异,轨下动刚度在全频段存在较大差异。为保证有砟-无砟轨道过渡段的行车平稳性与结构耐久性,需要考虑两种轨道间的动刚度过渡设计。此外,轨道动刚度特性分析可以指导高速铁路高低不平顺控制,从而保证行车平顺性。     

适用于无砟轨道线路的梁式临时架空装置研究

针对我国高速铁路无砟轨道线路架空的需求,采用有限元法和车-桥动力耦合分析方法对适用于通行速度80 km·h-1的梁式临时架空装置进行设计和研究,并就该装置提出临时架空线路轨道静态几何不平顺容许偏差管理值.结果表明:梁式临时架空装置水平、高低和轨向变形设计指标限值分别为5.0,6.0和5.5 mm;所设计的架空装置具有较...     

盾构下穿施工变形条件下既有铁路行车限速标准研究

盾构下穿既有铁路施工过程中,受掘进卸载的影响,地层产生沉降变形并波及至地表轨道结构,严重威胁既有铁路的安全、舒适运行,而目前尚缺乏沉降条件下列车安全运行限速控制标准。基于Herze非线弹性接触理论,考虑车辆、轨道、道床和盾构引发的变形之间的相互作用关系,建立列车-轨轨-道床动力耦合模型,并通过Peck沉降曲线来模拟盾构施工造成的地表沉降和道床变形,进而分析轨道最大沉降值为0～25 mm时,列车以100～300 km/h的行驶速度(共计25个工况)通过沉降区线路时的安全性和舒适性指标变化规律,探讨不同沉降变形下的安全行车速度。研究结果表明：列车轮重减载率和竖向加速度随Peck沉降槽深度和行车速度的增大而增加,且以减载率为控制指标;基于轮重减载率的安全性评价指标,并考虑实际工程应用,以25 km/h为间隔,划定了不同沉降量对应的安全行车速度控制标准,为盾构下穿既有运营铁路路基管控运行时限速标准的制定提供直接依据。     

活动断裂带地区地铁新型轨道结构动力响应研究

断裂带是一种地区性的灾害地质,断层粘滑错动是地震造成跨断层隧道结构严重破坏的主要因素。乌鲁木齐九家湾断层组中的第3条断层与地铁1号线交角约71°,三向变形,预计百年垂直最大错位量约650 mm。目前国内外常用的整体道床结构设计最大调高量一般不超过60 mm,高低和水平调整量有限,无法适应1号线活动断层的变形量。对乌鲁木齐新型轨道结构进行研究,利用有限元软件ABAQUS建立车辆-轨道-隧道有限元模型,分析新型轨道结构的动力响应特性,基于仿真结果推荐新型固化道床弹性模量取值为500 MPa,可满足乌鲁木齐地铁1号线安全运营和乘客舒适性要求。     

高速铁路桥梁墩顶位移对CRTSⅡ型轨道几何状态的影响研究

建立了高速铁路桥梁及CRTSⅡ型板式无砟轨道结构的有限元模型,计算分析了不同墩顶位移计算工况下的轨道不平顺,并结合相关规范给出了桥梁下部结构的位移限值建议值。研究发现,桥墩横向位移对轨向不平顺影响较大,轨向不平顺极值与桥墩横向位移基本呈线性关系,桥墩横向位移限值建议为9 mm;桥墩垂向位移对高低不平顺影响较大,高低不平顺极值与桥墩垂向位移基本呈线性关系,桥墩垂向位移限值建议为12 mm;当桥墩发生双向位移时,会使得高低与轨向不平顺小幅度增加,故桥墩双向位移限值建议为7.2 mm。     

下穿运营线路的黄土塬盾构隧道的施工风险与对策

以位于黄土塬区的引汉济渭二期工程南干线引水隧洞为依托,探讨分析了黄土塬地区盾构引水隧洞下穿高速公路路基段和运营线路造成的地层扰动影响,在此基础上提出加强注浆、地层预加固、控制盾构土仓压力及出土量等措施以减少地层不均匀沉降的施工风险;针对盾构掘进穿越黄土塬区地层时,由于地下水位高,砂土渗透性强导致掘进困难,每环掘进漏泥多,清理时间长,盾尾涌水及螺旋出土机喷涌现象频繁发生的问题,研究了盾构喷涌的形成机理,据此制定了渣土改良、盾构掘进参数优化等防喷涌的施工对策;形成了针对黄土塬区盾构法引水隧洞下穿运营线路的施工风险分析与对策,为现场作业和相似工程提供施工指导。     

考虑轴力作用下盾构下穿引起既有隧道变形解析解

为研究盾构下穿对上覆既有隧道变形的影响,首先,采用修正Loganathan公式求解盾构开挖引起既有隧道轴线处的土体自由位移;其次,把土体自由位移转化成附加应力施加在既有隧道上,将既有隧道简化成无限长Euler-Bernoulli梁搁置在Kerr地基模型上,引入隧道轴力的二阶效应,根据既有隧道两端自由的约束条件提出盾构下穿引起既有隧道受力变形解析解。研究结果表明：与既有文献实测数据验证对比,本文所提方法计算结果与实测较为符合;与本文方法退化解析比较,本文方法预测结果更具有优越性。参数分析得到如下结论：地层损失率增大,既有隧道位移及其内力呈线性增大趋势;随着隧道开挖轴线埋深增加,既有隧道位移和内力均会大幅度减小;随着下穿隧道开挖直径增大,上覆既有隧道变形及其内力显著增大。     

无砟轨道温度梯度荷载对列车-路基上板式无砟轨道系统动力特性的影响

在吸收国内外研究成果的基础上,建立能够考虑无砟轨道—路基系统各部件间接触状态非线性的列车-路基上板式无砟轨道三维有限元耦合动力学模型,并对建立的三维有限元耦合动力学模型进行相应验证。运用建立的耦合动力学模型,对列车在路基上板式无砟轨道线路上高速行驶时,在列车荷载和无砟轨道温度梯度荷载共同作用下,列车-路基上板式无砟轨道耦合系统动力特性进行研究。研究结果表明:无砟轨道温度梯度荷载对列车-路基上板式无砟轨道耦合动力学系统轮轨力特性影响很小,但对无砟轨道各部件动力特性有显著影响,在进行无砟轨道各部件动力特性研究时,有必要考虑无砟轨道温度梯度荷载的不利影响;对于Ⅱ型板式无砟轨道,无砟轨道温度梯度荷载对列车-路基上板式无砟轨道耦合动力学系统动力特性影响与裂缝间距有很大关系,裂缝间距越小,其影响越小。     

新建隧道下穿施工引起既有铁路轨道变形的理论计算模型

新建隧道下穿施工将引起上覆既有铁路轨道产生不平顺,导致列车振动加剧,进而降低旅客乘车舒适性。为此,提出新建隧道下穿施工引起铁路钢轨变形的理论计算模型。首先,采用高斯分布公式预测新建隧道施工引起铁路路基顶面沉降;然后,将轨道视为无拉力弹性地基上的梁,推导路基沉降引起轨道挠曲变形计算式。通过与室内模型试验结果和现场监测数据比较,对提出的理论模型进行验证。探讨铁路线路与新建隧道间的水平夹角、钢轨抗弯刚度、路基顶面沉降槽宽度系数对钢轨挠曲变形的影响规律。该计算条件下,当路基沉降槽宽度系数小于2 m,新建隧道垂直下穿施工将导致上方有砟铁路轨枕产生局部空吊现象;增大钢轨抗弯刚度,可以减小钢轨挠曲变形幅值;增大铁路线路与隧道之间水平夹角,可以减小钢轨挠曲变形波长;增大路基沉降槽宽度系数,轨道挠曲变形幅值逐渐减小,并且波长逐渐增大。     

高速铁路无砟轨道监测技术

总结我国高速铁路无砟轨道结构形式,分析运营过程中可能存在无砟轨道上拱、梁端凸台或底座开裂、扣件失效、砂浆层离缝、轨道结构开裂、线下基础沉降等问题,提出采用电阻应变片式、振弦式、光纤光栅、电涡流非接触式、无线传输、远程监控、预警机制等测试和监控方法以及道岔区板式无砟轨道综合监测、桥上42号道岔区及临时端刺区受力和变形监测、隧道内CRTS I型减振型板式无砟轨道减振测试、CRTSⅡ型板式无砟轨道温度及变形监测等应用实例。并探讨采用高清摄像头图像识别、利用红外热成像、利用光纤的振动和声学传感等新技术在无砟轨道安全监控中应用。     

高速铁路隧道无砟轨道上拱整治技术研究

近年来,我国交通建设迅猛发展,复杂艰险山区铁路隧道工程规模庞大,为降低维修养护成本,满足高速铁路运营安全及乘客舒适度的需要,隧道内采用大量的无砟轨道结构,但仰拱施工仍然延续以前的施工生产模式,时有隧底积水、虚砟、欠挖等施工质量缺陷,导致无砟轨道结构开裂、上拱、下沉等病害,严重影响列车运营安全。依托某运营高速铁路隧道,为解决无砟轨道结构上拱的病害,采用现场调查、物探及钻探验证的方法,查明仰拱及填充厚度不足、隧底积水是导致病害段轨道几何位移的主要原因;根据病害段实际情况,采取限速45 km/h、锚杆加固隧道边墙、切断钢轨及道床板(保留支承层)后,设置短轨并利用两端既有的道床板支承层及仰拱填充架设钢垫梁,分段拆换仰拱、填充及支承层,分段现浇道床板,恢复轨道结构,实现隧底病害的彻底整治。     

高速铁路大跨度桥梁温度作用下轨道静态平顺性能分析

以南广铁路主跨450 m的西江特大桥为工程背景,结合工务部门的轨道实测高程数据,对西江桥的轨面静态不平顺进行分析。结果表明,较大的温度变形并不是造成轨道静态尺寸不达标的原因,只要在轨道精调阶段摸清桥面温度变形特点,控制好轨道调整精度,就可以满足轨道高低偏差管理值要求。     

高速铁路无砟轨道线路动静态检测数据均值差异性研究

均值管理是评价线路平顺性状态的重要指标。高速铁路无砟轨道高平顺性、高稳定性的特点决定了均值管理具有更为重要的意义。通过对比分析杭长、宁安客运专线和合福高速铁路的轨道几何动静态检测数据,发现在线路状态较好的情况下,无砟轨道动静态检测数据均值差异很小,尤其是轨向、轨距不平顺。轨道平顺性状态、结构形式及初始状态是影响无砟轨道动静态差异的重要因素。因此在建设阶段应注重无砟轨道精调质量的提升;在运营阶段应结合不同轨道型式自身的结构特点对无砟轨道进行动静态管理。     

高速列车与桥上板式轨道动力学仿真分析

运用轮轨关系,建立高速列车—板式轨道—桥梁系统空间耦合动力学模型。运用列车—线路—桥梁动力学仿真通用软件TTBSIM,分析高速列车以不同速度通过桥梁时,机车车辆、板式轨道及桥梁的动力特性。结果表明,桥上板式轨道能够保证行车的安全性、舒适性和桥梁结构的安全性。     

高速铁路无碴轨道设计关键技术

简述国外高速铁路无碴轨道发展概况,论述我国无碴轨道选型及关键技术。对我国高速铁路前期选用的三种结构型式无碴轨道(长枕埋入式、板式和弹性支承块式)进行室内实尺模型铺设及各项性能试验,对前两种结构型式进行桥上和隧道内试铺及现场试验。结果表明：无碴轨道具有线路稳定性、刚度均匀性和耐久性好、平顺性高、显著减少线路维修工作量等特点。无碴轨道结构设计的关键在于强度、横向稳定性、刚度均匀性、减振性和耐久性。为确保无碴轨道线路长期正常运营,必须严格控制桥梁及基础的变形、确保隧道基底稳固与合理设置线桥过渡段。     

运营高速铁路路基无砟轨道抬升注浆材料性能研究

为保证运营线高速铁路路基段沉降无砟轨道抬升用高聚物注浆材料的性能满足工程要求,并确保其不会对环境造成污染,通过系统的疲劳性、耐久性以及浸水后有害离子测试试验对无砟轨道抬升用高聚物注浆材料的抗疲劳性能、耐化学侵蚀、耐老化性等耐久性能和环保性能开展系统研究,并进行工程应用效果验证。研究结果表明:高聚物注浆材料在疲劳荷载作用下残余变形小,具有良好的尺寸稳定性;耐化学侵蚀性和耐老化性优良,强度保持率70%以上,环保性能好,高聚物注浆材料长期埋入地下时不会对环境造成影响;工程实体取样验证表明高聚物注浆材料耐久性能与环保性能均满足设计要求,有效保持了抬升后无砟轨道结构的稳定性。     

某高速铁路隧道无砟轨道上拱处治技术

高速铁路隧道内多铺设无砟轨道,隧道基底受水压影响大,造成的轨道上拱,具有突发、后果严重、整治困难等特性。为更好地研究并解决隧道轨道上拱现象,结合典型轨道上拱案例,通过现场调查、钻孔查验及数值模拟计算等多种方法相结合,系统分析产生原因,得到水压力作用是导致轨道上拱的最大原因。针对现场实际研究情况,提出隧底抗拔锚杆注浆锚固+轨道板钻孔植筋加固的综合整治方案,并提出预防性技术,为类似工程病害处置提供参考。