高速铁路运营期路基沉降监测与沉降验算平台开发

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1、高速铁路运营期路基沉降监测与沉降验算平台开发第1章绪1.1研究背景与意义高速铁路是当代科学技术成就的集中体现，已成为世界各国运输发展的共同趋势。日本与西欧各国幅员不大，民用航空、高速公路都比较发达，然而高速铁路却仍然取得了令人瞩目的成就，显示了其强大的生命力与竞争优势。我国疆域辽阔、人口众多，又处于全面建设小康社会进程中，更需要运力大、运费低的高速铁路。民用航空速度快，但能耗大、成本高、运力有限，适合中长途运输；高速公路机动灵活，适合短途运输；高速铁路运输能力大，运输成本低，不仅弥补了两者的局限性，并且更具有优

2、越性。建设高速铁路是我国改革开放建立社会主义市场经济的需要，是国民经济发展和人民生活水平提高的需要，也是强化和优化现代化综合运输体系的需要，为妥善解决大通道运力紧张和大城市间旅客运输开辟了新的途径。随着高速铁路建设迅速发展，特别是近年来国家投资的增加，高速铁路建设已进入了一个新的发展阶段。陆续投入运行的高速铁路标志着我国高速铁路运输事业和科学技术水平进入了一个薪新的时代。高速铁路建设的经验表明，路基的稳定性是高速铁路建设成败的关键，其中尤以沉降问题最为典型。沉降问题处理不好会给工程质量留下隐患，导致铁路在运营期

3、间出现路面沉陷，桥头跳车等现象，轻则影响正常使用，重则会发生事故，车毁人亡。因此，路基的沉降监测已成为铁路建设过程中的一个重要课题。高速铁路对下部基础的沉降量提出了严格的要求，《高速铁路设计规范》明确规定：路基工后沉降量不大于15mm。然而路基在服役期受ft周局频动荷载和强自然营力（水文、地质、自然灾害）等联合作用，加上路基本体及地基土体的散粒复层特性，使得路基工后沉降极易发生，尤其对于特殊地质段土质路基，沉降更为严重。高速铁路路基服役期沉降（尤其是不均勾沉降）对高速列车的舒适性和安全度构成巨大威胁，是世界各国

4、面临的最重要的技术难题之一。高速铁路行车必须达到安全、可靠、舒适的要求，要达到这样的要求，铁路各系统必须具备高品质和高可靠性，其中尤以铁路线路的稳定与平顺最为重要。铁路线路是由不同特点和不同性质的结构物组成，它们共同作用而形成平滑的线路。由于组成线路的结构物存在强度、刚度、变形、材料等方面的差异，必然会引起轨道的不平顺，因此，为了满足高速列车安全、舒适、平稳的运行要求，必须将其不平顺控制在一定范围内。目前，对高速铁路施工期沉降均进行了沉降测试与评估，而对路基运营期沉降的相关研究则较少。为了保障高速铁路长期运营安

5、全，应针对不同段路基的沉降发生规律和机理等关键基础问题进行研究，及时准确掌握高速铁路运营期间路基沉降情况，确保高速铁路列车安全平稳运行。本文主要从安全稳定性方面对成灌高铁运营期路基沉降进行监测分析，同时采用程序设计开发沉降验算平台实现对路基平顺性的评估，以确保路基的平稳性。这对高速铁路的运营安全来说具有重要意义。1.2研究现状1.2.1高速铁路沉降变形机理及计算铁路路基是轨道的基础，是经过开挖或填筑而形成的土工建筑物，其主要作用是满足轨道的铺设、承受轨道和列车产生的荷载、提供列车运营的必要条件。在纵断面上，路基

6、必须保证线路需要的高程；在平面上，路基与桥梁、隧道连接组成完整贯通的线路。路基的不平顺会导致轨道的不平顺，因此要求作为轨下基础的路基有较高的稳定性和较小的永久变形以确保列车高速、安全、平稳运行。铁路路基沉降变形主要包含列车行驶时路基面的弹性变形，运营阶段由行车引起的基床累积下沉，路基本体填土及地基的压密下沉三个方面。大量的调查⑴表明，路基沉降是由土性、压实度、饱和度、环境和外荷载等多方面因素综合作用的结果，但主要是由路基本身和地基的排水固结变形引起的。地基的沉降变形与地基土的性质和地基处理方法有关，而路基本体的

7、变形通常与填料的性质、填料含水量和压实系数有关，地基的沉降变形直接影响到路基的变形。路基面的弹性变形是指列车高速行驶中动荷载短暂作用产生的，主要发生在基床部位，尤其在基床的表层，并直接反映到轨面弹性变形之中。西南交通大学提出的线路-车辆竖向親合振动分析模型进行路基动力学分析⑴表明：路基的弹性变形是车轮-钢轨-道床-路基整个系统中各部分相互作用的结果。第2章路基运营期沉降监测方案研究2.1路基沉降机理路基的沉降由地基沉降和路堤沉降两部分组成，而这两部分的沉降机理则是完全不同的，地基属于承受荷载的天然承载体，地基土

8、属于原状土，受到应力、地下水位等诸多因素影响，而高填方路堤属于采用土体材料填筑碾压形成的构筑体，路堤土体属于重塑土，路堤土层自身既是下层土体的施力层又上层土体的受力层，这决定了路堤土体和地基土的不同变形机理2.1.1地基沉降特征地基沉降是土力学的主要研究课题之一，按其产生机理和发生的顺序地基沉降一般由三部分组成：①外加荷载施加后，由于剪切变形而产生的附加沉降量（瞬时沉降）S,，②排水固