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我国高速铁路多采用无碴轨道型式。无碴轨道与有碴轨道相比对路基沉降变形的要求更为严格。控制路基变形已成为高速铁路路基的最大特点。我国高速铁路的建设刚刚起步,京津客运专线和京沪铁路试验段是我国率先全线铺设无碴轨道并且开通运营的高速铁路和试验段,该工程的线路轨道设计参数,所采取的路基沉降控制措施和效果,对我国大规模建设客运专线有很强的借鉴作用。基于此,本文以京津和京沪客运专线工程试验段为依托作了以下研究工作并取得了相应的研究成果。
(1)依托采用CFG桩复合地基处理,按350km/h双线无碴轨道路基标准施工的京津、京沪高速铁路路基试验段,通过现场填筑试验,提出适应高速填料无碴轨道路基填筑施工的机具配置、施工工艺流程及过程质量控制方法。
(2)研究了无碴轨道路基压实质量检测指标动态变形模量(Evd)、变形模量(Ev2)、地基系数(K30)、孔隙率(n)在不同施工工艺情况下的适用性及相关对比关系,提出了解决含有大粒径(75~100mm)颗粒碎石类土的压实质量检测方法,研究结果为补充完善我国铁路土工试验检测方法提供了依据。
(3)跟踪研究CFG桩复合地基的施工过程,对不同施工工法的CFG桩施工工艺、关键施工技术参数、过程质量控制手段等进行了研究。
(4)介绍了高速铁路无碴轨道—路基结构形式,并对路基的沉降计算、预测和动力响应研究历史与现状进行了评述。
(5)以京津客运专线试验段实测的沉降量.时间数据为基础,分别采用二次曲线拟合法和灰色Verhulst模型对段内不同断面进行了沉降预测。预测方法在考虑列车和轨道两方面因素的基础上,完成了高速列车荷载的模拟和施加。
(6)在考虑桩土相互作用,扣件的弹性支承作用和路基土体材料本构模型的基础上建立了路基结构的三维实体有限元模型。并利用该模型分析了京津客运专线典型断面在自重荷载和列车荷载作用下路基各结构层的沉降变形特征和受力变化规律。
(7)利用建立的车辆—轨道—路基三维有限元模型分析了基床表层刚度、基床底层刚度、CFG桩弹性模量、桩体间距和列车速度对路基稳态沉降变形和动力响应的影响,对高速客运专线轨道路基设计参数进行评价。
本文的研究对完善我国高速铁路无碴轨道路基的施工工艺、质量监测、路基设计理论作出有益的探索,为后期大规模的客运专线建设提供借鉴,对该类研究工作具有重要的参考价值。