高速鐵路無砟軌道路堤地基差異沉降傳遞規(guī)律及過渡段動力學試驗研究.pdf

1、高速鐵路路堤多采用優(yōu)質填料填筑并進行密實壓實。依據(jù)高速鐵路設計技術標準構建而成處于正常狀態(tài)的路堤型路基結構，長期使用過程中的沉降主要由地基引起。在地基土層變化較大處、不同地基處理措施連接處等路堤地基通常存在較大差異沉降，特別是路基與橋梁交界處的不連續(xù)，極易產生明顯的路基面不均勻變形，進而導致嚴重的軌道不平順問題。地基的差異沉降最終通過路堤反映到路基面，在路堤的傳遞擴散作用下，路基面的變形形態(tài)及不均勻的程度往往不同于地基面。
　　京

2、滬高速鐵路采用的CRTSⅡ型板式無砟軌道，為約束橋上縱連式無砟軌道結構因溫度變化引起的變位，在路橋連接處的路基一側設置了由摩擦板、過渡板和端刺等構成的長約60m的端刺結構縱向傳力錨固體系。端刺結構的設置改變了柔性路堤與剛性橋臺直接連接的傳統(tǒng)路橋過渡段基本形式。開展CRTSⅡ型板式無砟軌道路橋過渡段振動響應測試分析，掌握振動響應沿線路縱垂向的空間變化特征及與行車速度的關系，對改善端刺結構兩端與相鄰路橋結構間的縱向連續(xù)性有重要意義。

3、　　論文在綜合參考了國內外有關研究成果的基礎上，對高速鐵路路堤地基差異沉降傳遞規(guī)律及CRTSⅡ型板式無砟軌道路橋過渡段的動力學性能進行了試驗研究，主要開展了以下幾方面的工作:
　　1.路堤地基差異沉降傳遞規(guī)律的土工離心模型試驗研究
　　為研究路堤地基差異沉降在路堤中的傳遞擴散特性以及對路基面不均勻變形的影響規(guī)律，首先將路堤地基差異沉降簡化為錯臺式與漸變式兩種差異沉降模式。通過一套自行設計制造的能夠在離心機運轉狀態(tài)下，可控制地

4、基差異沉降大小的土工離心模型試驗實時精確控制設備，開展了路堤高度分別為3m、6m、9m及地基差異沉降漸變段長度分別為4m、8m、12m的6組土工離心模型試驗，重點研究了地基差異沉降引起的路基面不均勻變形沿線路縱向的分布特點。分析了路堤地基差異沉降量大小、路堤高度、地基差異沉降漸變段長度等對路基面不均勻變形的影響。結果表明:地基差異沉降引起的路基面不均勻變形沿線路縱向均呈“S”型分布特征;路基面不均勻變形的折角與地基差異沉降的幅值基本呈線

5、性關系;路基面不均勻變形的折角相同時，高路堤或在路堤底部設置漸變段均會增大地基差異沉降允許值;基于路基面不均勻變形的折角限值，提出了考慮上覆路堤高度及在路堤底部設置漸變段的地基差異沉降控制限值，對完善鐵路路基沉降變形控制的參數(shù)指標體系有重要意義。
　　2.路橋過渡段現(xiàn)場長期測試及沉降評估分析
　　結合京滬高速鐵路的建設，在高資東特大橋京臺和天津特大橋滬臺路橋過渡段，開展了基于傳感器網(wǎng)絡自動測試系統(tǒng)的現(xiàn)場原型長期測試試驗。利用

6、京滬高速鐵路JHTJ-5標段的沉降評估數(shù)據(jù)，選取了77個有代表性的路橋過渡段進行了橋臺及相鄰路基沉降變形數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析。測試分析結果表明:過渡段路堤地基及路基面的沉降變形較小，處于穩(wěn)定收斂狀態(tài)，滿足設計控制值要求，地基處理措施和路堤填筑技術發(fā)揮了明顯效果;路堤與橋臺間垂向差異沉降隨時間增長而逐漸增大，并較快趨于穩(wěn)定，延長路基放置時間有助于減小過渡段工后差異沉降;路堤填土含水量呈現(xiàn)夏季大冬季小的周期性變化現(xiàn)象，并表現(xiàn)出路基表層的含水量變化受

7、季節(jié)影響相對較大、隨深度的增加逐漸趨于穩(wěn)定的趨勢;橋臺的高度和橋臺樁基礎的深度對橋臺沉降影響不大，過渡段地基的沉降隨路堤高度及地基加固深度的增大而呈現(xiàn)出小幅增加的趨勢;路橋過渡段的沉降沿縱向從橋臺至路基逐漸增大，觀測期路基面縱坡的變化值為0.03‰～0.44‰，小于路橋過渡段對折角1‰的要求。
　　3.CRTSⅡ型板式無砟軌道路橋過渡段動力學測試分析
　　結合京滬高速鐵路先導段聯(lián)調聯(lián)試及綜合試驗，在濉河特大橋滬臺開展了93車

8、次高速運行條件下的路橋過渡段振動特性測試。獲得了最高速度達到424km/h的CRTSⅡ型板式無砟軌道路橋過渡段動力響應試驗數(shù)據(jù)。重點測試了CRTSⅡ型板式無砟軌道端刺結構兩端與相鄰路橋結構連接的關鍵部位振動位移、振動速度、振動加速度等振動響應，分析了振動響應沿線路縱垂向的空間變化特征及與行車速度的關系。測試結果表明:沿線路縱向的振動響應最大值出現(xiàn)在過渡板端與路基支承層交接處，并呈現(xiàn)出前者支承剛度小于后者的現(xiàn)象;垂向多層的線路結構振動響應

9、沿深度呈遞減趨勢，結構各層位水平向不連續(xù)引起的振動效應表現(xiàn)出與振動源距離成反比的關系，軌道板端經(jīng)縱聯(lián)后的振動特性有顯著改善;隨車速的提高，振動位移表現(xiàn)出線性增加、振動速度與振動加速度呈現(xiàn)出非線性加速增大的規(guī)律。
　　4.車輛荷載作用下無砟軌道路基力學響應的雙彈性地基模型分析方法
　　為研究車輛軸載通過無砟軌道系統(tǒng)傳遞到路基結構的荷載作用特性，引用Winkler彈簧地基上無限長梁模型和Hooke彈性地基的Boussinesq解

10、，運用迭代算法，以地基系數(shù)為控制條件，構建了應用Winkler彈簧地基和Hooke彈性地基計算雙塊式無砟軌道路基在車輛荷載作用下的力學響應分析方法（雙彈性地基模型分析法）。計算分析表明:車輛軸重對路基結構應力和變形的影響十分顯著，路基結構應力和變形隨軸重的增加呈線性增大;軌道剛度對路基面應力和變形影響顯著，隨軌道剛度的衰減，路基面承受的應力和變形均隨之增大，軌道板和支承層斷裂等極端情況時尤甚;增加支承層的寬度能顯著減小路基面的應力和變形