严寒地区高速铁路路基稳定性长期监测研究

合集下载

高寒地区高速铁路路基防冻胀关键措施

高寒地区高速铁路路基防冻胀关键措施摘要：高寒地区路基冻胀易引起路基沉降变形，是高速铁路路基施工中的关键技术难题。

新建哈尔滨至齐齐哈尔铁路客运专线DK87+600-DK88+125段路基与既有滨州线之间原地面较高，原设计路基横向排水通道（护道土中的渗水土层）被封堵，地下水位埋深相对较低，为保证排水通道畅通，在哈齐与既有滨洲线间设置渗水盲沟，将路基本体中的水引入盲沟中，通过盲沟将水排到检查井中，最后将水通过渗水管井导入地下，减少了路基冻害，避免冻胀变形，有效的保证了铁路行车安全。

关键词：高寒地区铁路路基防冻胀碎石渗水盲沟2012年初，铁道部组织对在建高寒地区的盘营、沈丹、哈齐等无砟轨道客运专线路基冻胀方案进行了进一步检查论证。

鉴定中心、工管中心多次组织专项研讨和现场调查，并开展了2012-2013年度冬季路基冻胀变形监测和相关试验工作。

冻胀变形监测表明，哈齐客专变形大于4mm的路基地段占监测段落的20%，其中变形大于8mm 的路基地段占监测段落的 3.2%。

为了进一步减小路基冻胀变形，部分路基采用埋设渗水盲沟的防冻措施进行补强。

1 工程概况本段线路以填方通过，与既有线平行，位于既有线右侧约29.0m 处。

基底范围内为冲积平原。

地形平坦，地势开阔。

路基中心最大填高5.26m。

地层：粉质黏土，灰褐色，黄褐色，坚硬～硬塑，厚度1.9～11.9m，含少量铁锈斑点，偶见钙质结核，表层含植物根系，б0=110～170 kPa；黏土，黄褐色，灰黄色，含铁锰氧化物，坚硬～硬塑，厚度0～2.2 m，б0=170～200 kPa；粗砂，黄褐色，灰黄色，中密～密实，潮湿～饱和，主要成分为石英、长石，б0=430～550 kPa；砾砂，褐黄色，灰黄色，中密～密实，潮湿～饱和，主要成分为石英、长石，б0=430～550 kPa；中砂，褐黄色，密实，潮湿～饱和，主要成分为石英、长石，б0=300 kPa；泥岩，棕红色，灰白色，灰绿色，全风化，泥质结构，厚度状构造，岩芯呈土柱状，手掰易碎，б0=300 kPa。

高速铁路软土地基路基沉降稳定分析及工后沉降预测

高速铁路软土地基路基沉降稳定分析及工后沉降预测一、本文概述随着高速铁路的快速发展，其建设过程中的技术难题也日益凸显。

其中，软土地基引起的路基沉降问题尤为突出，不仅影响高速铁路的运营安全，还直接关系到工程的经济性和耐久性。

因此，对高速铁路软土地基路基沉降的稳定性进行分析，以及准确预测工后沉降，已成为高速铁路建设领域亟待解决的关键问题。

本文旨在深入探讨高速铁路软土地基路基沉降的稳定性分析方法和工后沉降预测技术。

文章首先回顾了国内外在相关领域的研究现状，分析了现有研究的不足之处，并指出了本文的研究目的和意义。

随后，文章详细阐述了软土地基的基本特性及其对高速铁路路基沉降的影响机制，介绍了常见的路基沉降稳定性分析方法，包括经验法、理论计算法和数值模拟法等。

在此基础上，文章提出了一种基于多因素耦合分析的软土地基路基沉降稳定性评估方法，并通过实例验证了该方法的可行性和有效性。

文章还深入研究了工后沉降预测技术，提出了一种基于时间序列分析和机器学习算法相结合的预测模型。

该模型能够综合考虑多种影响因素，实现对工后沉降的准确预测。

通过实际工程案例的应用，验证了该预测模型的准确性和实用性。

文章总结了高速铁路软土地基路基沉降稳定性分析及工后沉降预测的研究成果，指出了当前研究的局限性和未来研究方向，为高速铁路建设中的软土地基处理提供了有益的参考和借鉴。

二、软土地基路基沉降稳定分析在高速铁路建设中，软土地基的处理是一个重要且复杂的工程问题。

软土由于其高含水量、低强度、高压缩性和低透水性等特性，使得在其上建设的路基容易发生沉降变形，进而影响高速铁路的平稳运行。

因此，对软土地基路基的沉降稳定性进行分析，以及预测其工后沉降量，对于确保高速铁路的安全性和稳定性具有重要意义。

软土地基路基沉降稳定分析主要包括两个方面：一是分析路基在软土上的变形规律，二是评估路基的沉降稳定性。

变形规律分析主要是通过监测路基在施工和运营过程中的沉降变形数据，结合软土的工程特性，分析路基的变形特点和发展趋势。

《高速铁路路基工程施工质量验收标准》TB10751-2018

1.明确本标准适用于新建高速铁路路基工程施工质量的验收，补充了本标准未涉及的新技术、新工艺、新设备、新材料验收要求。

2.优化调整了施工质量验收单元单元划分，补充了站场路基填筑、工程材料、路堑坡体排水、防风沙设施、防雪害设施的验收单元，取消了混凝土工程的模板验收单元，调整了地基处理验收单元分类及划分；并规定了施工前施工单位结合工程特点制定分项工程和检验批的划分方案，由监理单位审批，建设单位备案的要求。

3.规定了隐蔽工程的检查验收要求以及隐蔽工程和关键工序施工影像资料的留存要求。

4.为确保材料进场质量，保证材料进场进行专业化检验和验收，并减少材料进场重复验收和资料归集的工作量，新增了工程材料一章，统一规定了路基工程所用填料、混凝土、砂浆注（喷）浆材料、土工合成材料、钢筋（钢料）和拉锚材料、石料、预制构件、其他材料的原材料制品和检验要求。

5.补充了CFG桩、螺杆（纹）等素混凝土桩和托梁、承载板的验收要求；明确了施工前和施工期间地址核对工作相关要求，补充完善了成桩、垫层、预压、岩溶及采空区注浆等地基处理的验收要求。

6.补充了按过渡段设计的短路基、提堑连接处、半挖半填路基的检验规定；明确了过渡段及锥体采用同种材料、不同填料填筑时的填层检验要求；完善了化学改良土混合材料的块料粒径技术条件和掺水泥级配碎石的使用时限技术条件。

7.补充了槽型挡土墙的验收要求，完善了锚杆、锚索注浆检验规定，取消了短卸荷板式挡土墙、锚定板挡土墙、沉井基础等高速铁路路基不使用支挡类型的验收要求。

8.补充了空心砖内客土植生防护、喷混植生、植生袋、生态袋、植被毯的质量验收内容，充分体现生态和环保理念；完善了一般地区、旱地地区、寒冷地区不同地区植被覆盖、成活的验收要求。

9.补充了孔窗式护墙（坡）、柔性防护网、拦石墙的验收要求；完善了边坡防护的防冻胀设施及措施的验收要求。

10.补充了纤维混凝土及混凝土防（隔）水层、轨道板与封闭层构造缝嵌缝等新型防（隔）水措施的验收要求；补充完善了吊沟消力池及挡水墙、盲（渗）沟、坡体仰斜孔及引水、排水管的验收要求，细化了地面排水工程系统化的一般规定。

多年冻土地区路基稳定性技术研究

目录一、研究的目的与意义 (1)1.1 面临形势与考验 (1)1.2 研究背景与意义 (1)二、研究内容与技术路线 (2)2.1 研究内容 (2)2.2 技术路线 (2)三、研究成果 (3)3.1 多年冻土地区路基病害及其原因 (3)3.2 气候地质地貌与路基稳定性的关系 (4)3.3 冻土路基温度场特征研究 (4)3.4 一般路基横断面结构研究 (5)3.5 调控地温的特殊结构路基研究 (6)3.6 冻土路基稳定性评价研究 (8)3.7 多年冻土地区路基设计与施工技术研究 (8)四、创新与突破 (9)五、人才培养 (9)六、问题与建议 (9)七、致谢 (10)一、研究的目的与意义1.1 面临形势与考验随着西部大开发战略的不断深入和东北振兴战略的推进，我国寒区道路工程建设正处于蓬勃发展的势头，青藏高速公路已经列入国家规划，青藏公路“十一·五”改建完善工程国家已批准建设，西藏高原以及东北地区的寒区道路建设都处于跨越式发展时期。

从已建成的交通基础设施包括公路、铁路、管道等运营效果看，多年冻土工程建设面临着许多新的问题。

尤其在高温冻土区，如何在解决冻土路基热稳定性的前提下，保持路基工程的长期稳定性，是目前冻土区道路工程研究的重要课题之一。

同时，多年冻土地区的路基变形问题，特别是高温多年冻土区的公路路基的热融下沉问题，是至今还未彻底解决的一大难题，而且以宽幅路面为特征的高等级公路，对路基的热扰动更为强烈，所引发的工程问题也将更为复杂。

这些都是寒区道路建设中急需解决的关键技术与难题。

同时，由于全球气候异常，受印度洋和孟加拉湾暖湿气流影响，青藏高原气候环境进入了一个相对湿润和气温转暖的时区，促使多年冻土退化趋势加剧。

随着西部大开发战略的实施，人类活动的影响在不断升级，全球气候转暖对多年冻土的影响正逐渐显现，路基下的冻土迅速退化。

据调查青藏公路高温、高含冰量多年冻土区路基失去稳定性而产生严重的热融沉陷及纵向裂缝等病害累计长度已达60多公里。

季节性冻土地区铁路路基冻害及其防治措施

季节性冻土地区铁路路基冻害及其防治措施摘要：在寒冷地区,在铁路路基中经常见到的一种问题就是冻害,特别是在北方区域的铁路路基只要到天气寒冷的时候就会出现冻害的情况,要紧的将对交通安全造成影响。

通常出现的是因为土壤特性的差异而导致的不平均,在道路上出现凹凸不平的形状各异冻包、双股异向冻起、单股侧向冻起等冻害状况,最后因为土壤融冻降低, 水份在土壤中从头分拨,导致路基翻浆冒泥、坡面塌陷、道碴陷槽以及路基沉没等路基问题,削弱了线路水平以及线路上部设备使用寿命,提高了许多的修理资金。

对于不同的冻害现象,经过认真探讨,运用完善的治理方法,保证交通的安全同行。

关键词：季节性冻土；路基冻害；措施引言我国国土辽阔，季节性冻土区占总面积的55%左右，而铁路路基遭受冻土区路基冻胀的破坏，严重威胁了铁路运营的安全。

无碴轨道在寒冷地区的高速铁路路基冻胀难题是一个世界性的问题，现阶段我国铁路行业没有丰富的经验可以借鉴，也没有精确的规范。

根据议事规则维护方式与沉降控制，高铁路基工后沉降要小于15mm，横向结构物交界处如路基、桥梁等工后沉降要小于5mm。

所以说高速铁路极为严格的管控路基变形，路基最大冻胀变形量要小于5mm，这极大的增加了设计和施工难度，同时要保证防冻技术对策的有效性。

1.季节性冻土地区铁路路基冻害部位分类（一）、表层冻害1、路基基床面平整度差，容易积水路基基床面凹凸不平，非常容易导致基床面出现积水的情况，由于基床表面有积水的浸入，土层含水量过大，超出了起始冻胀含水量，水分在表层中结冰，造成体积胀大，冻结锋面又有水分补充，水含量较冻前增加很多，导致发生冻害。

由路基机床面平整性差而造成的冻害，通常在50mm以内，基本在30-50mm之间。

道碴囊和道碴陷槽的深度决定了冻害的深度。

在我国东北一些铁路局管内，通常在路基机床30-50mm的深度范围内。

2、不是匀质特性的表层路基土体因为路堤自身的土质问题来路不一样,还有就是在进行填筑的时候压实的密实程度以及土层中厚与薄也是不一样的;路堑的土体因为是天然的,可是土的掩盖堆放层次以及厚度也完全不一样。

在严寒地区高铁路基冻胀产生的原因及整治措施分析

我们发现，渗沟设置能够很好的改善路堑基床的水分情况，缓解地下水位的影响，降低路基冻胀，这是一种非常有效的冻胀
异常，这在很大程度上都为安全行车造成影响。所以，分析路防治手段。基冻胀发生的因素，根据实际情况予以有效的整治措施，进而（４）在路基冻胀变化阶段，综合测检列车每两天对哈大高为严寒地区高铁的可靠运行给出参照。铁进行一遍全面的测检。综合检测列车根据相关规定，即对每１造成冻胀的主要因素小时２５０～３５０ｋｍ线路轨道动态质量容许偏差管理值指标予土中细粒土饱和度与水的饱和度还有冻胀，室外环境越凉以线路质量检测。冻胀量也随之增加。哈大高铁段共安放了４２个典型观测断面，遍布于全线１３相关文献显示，哈大客专路基冻胀主要出现于基床外层，个区间，其中包括哈大高速铁路沿线路基重点冻胀区域。全面外层也就是无砟轨道路基面下方的四毫米以内。相关规定指出，通过路基变形自动测检参数，统计计算路基冻胀形态变化、冻严寒地区路基基床外层范围中填料细颗粒含量不得超过百分之胀深度对轨道的影响，分析路基冻胀的发展状态。五。不过工程过程中无法有效控制细颗粒的饱和度。伴随细粒对综合测检列车全部一级与一级以上超限处所予以静态复饱和度的提高，土冻胀性敏感性也会随之提升。细粒饱和度低核，对相关晃车区域予以静态测检。为确保检测的精准性，按于５％的时候，含水比例对填料的冻胀无明显影响；在细粒含照作业环境依次使用电子水准设备、轨道几何状态测量设备以量超过５％的时候，含水比例的改变对士的冻胀程度有较大的及激光弦线等测量器予以全面测检。影响。哈大高铁段环境条件较差，且负温指数较大，其低温环３结论境在世界高速铁路也实属罕见。大连年平均气温为１１ ℃ ，哈通过哈大高速铁路路基维护案例，构建了检测列车、人工尔滨年平均气温为四摄氏度；大连的低温极值为．２２ ℃，哈尔添乘以及晃车仪检查与轨道静态复核相结合的检测机制，从根滨的低温极值为．４１ ℃；哈大段最大冻结指数为２１４４；大连的本了解了哈大高铁全线轨道变化情况，进而为冻胀的整治给出路基冻结深度为９３０ａｒｍ，扶余段的路基冻结深度为２１００ｍｍ。了参照。按照动态测检，结合自动检查，以遏制二级、控制一我国北方的降雨都集中于七、八月，雨水流进路基，造成级为基点，对于冻害上涨阶段、回落阶段的长短波高低超限采入冬前路基含水量高，在次年一月份降雪融化，造成冬季地面取有效的方法。对于季节性冻土路基冻胀融沉的特性，依附于冬病夏治的基本原则，通过预垫板作业与调低铁垫板等措施，积水进入到路基之中。有效的降低了维护工作量，从根本确保了高速铁路的可靠运行。２严寒地区高铁路基冻胀整治方法哈大段高速铁路迄今为止是全球第一条在严寒地区修建的参考文献高速铁路，而在哈大高铁开通之前，施工方就予以了封缝、保［１］邴慧，何平．土体冻结过程中的盐分迁移研究现状与进展温以及盖缝等冻胀整治手段，构建冻胀自动监测机制，研究冻［Ａ］．中国地质学会工程地质专业委员会２００６年学术年会暨“ 城胀变形的基本模式，评定整治情况，为整治方式的完善与线路市地质环境与工程 ” 学术研讨会论文集［ｃ】．２０１１，１５（３）：维护给出了参考。现阶段沈阳局通过动静态测检、人工添乘以３８１ — ３８６及地面检测等相关手段对冻胀区域予以检查，进而确保了动车［２］牛富俊，吴青柏，赖远明，孙志忠，冯文杰．青藏高原多组的可靠运行。年冻土退化及铁路路基工程热稳定性［Ａ】．中国地质学会工程（１）在保温方面，在已有纤维混凝土防水面、电缆槽盖板地质专业委员会２０１２年学术年会暨 “ 生态环境脆弱区工程地与路肩外层铺设六厘米厚的ＸＰＳ保温板，保温板顶端放置ＰＶ质 ”学术论坛论文集『Ｃ１．２０１２，１７（１）：１０５ — １０７真空膜保护膜，在此基础上新浇筑纤维混凝土防水涂料，同时［３】李国玉，李宁，牛富俊，喻文兵，石磊，毕贵权．高温冻要保证防水层顶端不低于百分之四的排水横坡。通过实际操作土区开放新型复合护坡路堤热稳定性研究［Ａ】．中国地质学会显示，路肩与线间特定的保温环境下，保温位置的保温效果显工程地质专业委员会２０１３年学术年会暨 “ 生态环境脆弱区工著，冻结深度明显降低，冻胀也随之降低，不过轨道构架位置程地质 ”学术论坛论文集【ｃ］．２０１３，１４（８）：８１２ — ８１５的冻胀并没有显著的改变，这也从侧面证实了局部保温手段对【４］刘升传，王连俊，丁桂伶．青藏铁路冻土斜坡路基稳定性于路基的冻胀存在局限性。研究［Ａ］．中国地质学会工程地质专业委员会２０１２年学术年会（２）在封缝方法上，用纤维混凝土根据线路长度方向每五暨 “ 生态环境脆弱区工程地质”学术论坛论文集【ｃ】．２０１２，１６米增加一道横向伸缩缝，和轨道板底座问也有纵向伸缩缝，利（２）：２９４．３００用密封胶予以封缝，避免地表水通过伸缩缝流入路基。［５］李天霄，付强，刘东．寒区冬季大田土壤入渗特性试验研轨道板底座和纤维混凝土防水层间伸缩缝通过防水钢片进究［Ａ】．寒区水科学及国际河流研究系列丛书２・寒区水循环及行盖缝。防水钢片均由不锈钢制作而成，不锈钢材的择取要侧冰工程研究一一第２届 “ 寒区水资源及其可持续利用”学术研重于抗老化性、耐久性、温度变化适应性，在封缝措施方法的讨会论文集［ｃ］．２０１４，１５（０７）：８２１－８２４．基础上通过盖缝手段完善了防堵效果。［６１王小军，蒋富强．青藏铁路清水河多年冻土试验段路基典通过实践显示，新的封缝手段对防止表水进入具有显著的型裂缝的解剖与分析［Ａ］．科技、工程与经济社会协调发展一一效果，不过需要对底座间缝隙予以全面的封堵，防止地表水流中国科协第五届青年学术年会论文集［ｃ】．２０１１，１８（９）：８５１ —

道路路基施工与维护复习题(附参考答案)

道路路基施工与维护复习题（附参考答案）一、单选题（共40题，每题1分，共40分）1、旋喷桩适用于A、淤泥B、水泥C、石头D、砖正确答案：A2、实验坑的间隔通常是()米。

A、650B、450C、350D、500正确答案：D3、（）与立式渗井配合使用，排除具有多层含水层的复杂地层中的地下水A、截水渗沟B、边坡渗沟C、引水渗沟D、渗水隧洞正确答案：D4、下列那种方法不是石质路基施工方法A、马口纵向拉槽开挖法B、横向台阶全面开挖法C、两侧（或单侧）纵向台阶开挖法D、真空预压法正确答案：D5、下列哪一性质不是软土特征A、含水率高B、抗剪强度高C、透水性差D、孔隙大正确答案：B6、以下哪个不是路基填筑压实工艺施工阶段的内容。

A、碾压区段B、平整区段C、基底处理D、填筑区段正确答案：C7、强夯法夯锤采用（），重量符合夯实要求。

A、正方形B、圆形C、长方形D、梯形正确答案：B8、用于某种工程需要的土工材料称为A、灰土复合材料B、高压旋喷复合材料C、FG复合材料D、土工复合材料正确答案：D9、加筋土挡土墙单级高度不宜大于A、10mB、11mC、9mD、8m正确答案：A10、土方路堑的开挖要求弃土堆的边坡不应陡于A、1.1.25B、1.1.75C、1.1.5D、1.1.3正确答案：C11、锚杆灌浆时，注浆管宜与锚杆同时放入孔内，注浆管的端头到孔底的距离宜为A、120cmB、150cmC、100cmD、50cm正确答案：C12、（）是铁路局下属的专门负责铁路线路及相关设备保养与维修的组织机构A、车间B、班组C、工区D、工务段正确答案：D13、路基是一种裸露在大气中的线形结构物，其稳定性在很大程度上由当地（）所决定。

A、地理特点B、地质条件C、自然条件D、人为破坏正确答案：C14、盐渍土的主要化学成分是A、碳酸钙B、三氧化二硅C、二氧化硅D、氧化钙正确答案：C15、塑料排水板的形状有A、V型B、马鞍型C、螺旋型D、波浪形,口琴型等正确答案：D16、施工现场需要配备（）仪器控制水泥用量A、温度计B、密度计C、湿度计D、铁锹正确答案：B17、在基床表层采用土工合成材料进行补强的措施中，整治效果最理想的是A、土工格室B、土工格栅C、土工膜D、土工网正确答案：A18、强夯施工时不因夯坑（）而发生起锤困难A、过浅B、过深C、有水D、有沙正确答案：B19、当采用重力式挡土墙时，岩质路堑挡土墙高度不宜大于A、15mB、18mC、12mD、10m正确答案：C20、路基上部承受列车动力作用和水文气候变化影响较大的土层是A、路基面B、路肩C、基床D、路基本体正确答案：C21、滨河河滩路堤的路肩高程应高出设计水位加壅水高加波浪侵袭或斜水流局部冲高，加河床淤积影响高度，再加A、1米B、0.3米C、0.1米D、0.5米正确答案：D22、沉降观测断面的间距一般不应小于A、30mB、40mC、50mD、20m正确答案：C23、路肩的作用是方便A、养护维修作业B、信号作业；C、防护作业；D、焊接作业；正确答案：A24、应用最为广泛的锚杆挡土墙的结构形式是A、壁板式和板肋式B、柱板式和板肋式C、柱板式和壁板式D、板肋式和格构式正确答案：C25、线路是一种人工构造物，是通过设计和施工消耗大量的人力、（）和机械而完成的建筑产品。

高寒地区路基施工控制要点探讨

高寒地区路基施工控制要点探讨摘要：在分析路基冻胀及其影响因素的基础上，对高寒地区防治路基冻胀控制要点和路基施工过程中质量控制要点进行了具体的叙述，通过工程实例表明，本文所述确实实现了高寒地区路基变形控制的目标。

关键词：高寒地区冻胀机理路基施工控制要点面对我国已经运行的高铁线路不断的出现路基质量问题，已经给所有高铁建设者们敲响了警钟，新建兰新铁路第二双线地处在我国西北严寒地区，防止路基的周期性冻融破坏和沉降显得尤为重要。

本文以西宁至张掖段站前工程LXS-6标段的路基施工控制为例,来探讨一下高寒地区路基施工控制要点。

本标段起讫里程为DK275+182～DK328+819，共52.481km。

其中路基长度所占比例约为65.0%，位于大坂山和祁连山之间的冲积平原，海拔在2900～3300m之间。

每年在10月中下旬开始冻结，次年5月才全部融化，冬季寒冷漫长，属于典型的季节性冻土路基。

在这样的环境中路基工程的稳定性是列车高速、平稳、安全运行的最关键的因素之一，因此防止路基冻胀和沉降显得尤为重要，是高寒地区路基施工质量控制的重中之重。

1.路基冻胀机理及影响因素分析1.1 土体的冻结土体中的重力水和毛细水在0℃或稍低于0℃时就开始冻结，冻结之后这两种水分不再迁移；而结合水则以薄膜的形式存在于土体颗粒的表面，由于吸附的关系，结合水外层一般要到-1℃左右才开始冻结，内层甚至在-10℃也不会完全冻结。

所以当气温稍低于0℃时，重力水和毛细水先后冻结，而结合水仍不冻结。

使土体中土水势降低，结合水从水膜厚处向薄处移动，当含盐浓度不同时，由浓度高处向浓度低处移动。

水分的移动虽然缓慢，但是不断的补给，直至结合水冻结，这就造成冻结后水分的大量聚集，随着温度继续下降，这些水分的冻结体积膨胀就形成了土体的冻胀。

1.2路基冻胀形成机理路基冻胀是由于负温作用，路基表面开始冻结，未冻结的下层水分向冻结层聚集，逐步形成冰夹层。

随着路基下部和路基边坡里层的水分向路基中部聚集，冰夹层越来越厚，体积增大，使路基顶面拱胀不平，甚至产生裂缝。

《高速铁路路基工程施工质量验收标准》TB10751-2018

1.明确本标准适用于新建高速铁路路基工程施工质量的验收，补充了本标准未涉及的新技术、新工艺、新设备、新材料验收要求。

3.规定了隐蔽工程的检查验收要求以及隐蔽工程和关键工序施工影像资料的留存要求。

9.补充了孔窗式护墙（坡）、柔性防护网、拦石墙的验收要求；完善了边坡防护的防冻胀设施及措施的验收要求。

浅谈寒地铁路路基防冻胀施工技术

浅谈寒地铁路路基防冻胀施工技术1.前言随着我国经济的高速发展，在严寒地区进行的路基工程越来越多，标准也越来越高。

但随之而来伴随着的难点就是路基冻胀的处理，路基冻胀使路基产生纵向裂缝、沉降变形等多种病害，直接影响路基的使用寿命和稳定性，对行车安全造成隐患，特别是高速行驶的客运专线。

因此针对路基冻胀产生的原因，在施工过程中采取针对性的施工处理措施，保证路基的整体稳定性和使用寿命。

本文结合我公司哈大高铁路基施工的工程实例，总结了防止及减少高寒地区路基冻胀的一系列施工技术，为后续在高寒地区进行路基施工积累了相关的施工技术和施工经验。

2、工程实例新建铁路哈尔滨至大连客运专线自大连起，向东北与既有哈大铁路并行，纵穿辽宁、吉林、黑龙江三省，沿线属中温带亚湿润季风气候区，四季分明，春季干旱多大风，夏季湿润多降雨，秋季凉爽多早霜，冬季寒冷而漫长。

极端最低温度-39.9℃～-32.8℃。

第二项目经理部施工段里程为DK650+213.4～DK674+464.69，线路全长24.25km，位于吉林省内。

桥梁总长约18.487km，占标段总长度的76.24%；其中路基3段，总长约5.76km，占标段总长度的23.76%；路基地层主要有冻胀性粉黏土和弱膨胀性泥岩等，部分路基是以填、挖相间形式通过，工程对路基工后沉降有极其严格的标准。

3、路基产生冻胀病害原因分析根据以往在季节性冻土地区路基施工过程中，发现部分路基出现不同程度的翻浆、纵向裂缝、弯沉指标超标以及不均匀下沉变形等病害。

经过研究人员分析，发现主要病害在路基顶面100cm以下，土体有机质含量变低，但含水量较大，路基土胶结成松散颗粒，土体颗粒之间发现残余冰晶，经专家核实，属于季节性冻土造成的冻融现象。

为了解决路基冻融现象，我公司在2008年选取DK654+480～DK654+620段进行了路基填筑试验段研究，联系设计院以及相关专家采用新工艺新技术进行施工，按要求在以下几方面进行了调整。

中铁第一勘察设计院轨道交通领域主要科技创新成果

铁道学报第42卷中铁第一勘察设计院轨道交通领域主要科技创新成果中铁第一勘察设计院集团有限公司立足国家交通运输行业重大发展需求,依托重大项目积极开展重大难题技术攻关,取得了大批代表性科技成果,掌握了多项核心技术,支撑了我国轨道交通事业的持续发展㊂1秦岭特长隧道修建技术以我国当时最长铁路隧道西康铁路秦岭特长隧道(全长18456m)为依托,采用综合勘探技术开展大面积地质选线确定最优方案,首次在国内采用二台48.8m新型敞开式T B M施工,创造了在特硬岩中月掘进530m的最高成绩,提出了适合T B M施工圆形断面的直呼结构和衬砌模式;首次研究采用湿喷钢纤维混凝土作为隧道结构永久支护㊂成果获得2003年国家科技进步二等奖㊂2牵引供电自动化系统成套技术及应用项目首次提出了牵引供电系统自动操作ң故障隔离ң故障定位ң抢修辅助决策ң供电快速恢复的设计思想,建立了牵引供电自动化系统的结构体系,实现牵引供电系统运营控制与管理的自动化㊁信息化与智能化㊂研制了具有自主知识产权的融控制㊁保护㊁测量㊁测距于一体的牵引变电所安全监控及综合自动化系统㊂为我国铁路提供了先进的技术装备,实现了牵引供电自动化系统成套装备的国产化㊂成果获得2005年国家科技进步二等奖㊂3高原冻土铁路修建技术以青藏铁路为依托,成功解决了多年冻土㊁生态脆弱㊁高寒缺氧三大世界级难题,实现了设计思想的三大转变 ,即对冻土环境的认识从静态向动态转变,从采用被动保温措施向主动降温措施转变,从单一的工程措施向综合处理措施转变 ,铁路的建成及安全运营标志着我国高原冻土铁路修建技术达到世界领先水平㊂成果获得2008年国家科技进步特等奖㊂在2013年获得国际"菲迪克"百年工程项目优秀奖㊂4湿陷性黄土地区高速铁路修建关键技术针对郑西高速铁路湿陷性黄土等地质难题,研发了地基深部分层变形观测新方法和新装置,建立了湿陷性黄土地区高速铁路路基沉降控制技术体系,创建了湿陷性黄土地区高速铁路长段落超大断面隧道系统修建技术,提出了适合湿陷性黄土地区桥梁桩基础沉降计算的参数和方法,建成了国内外第一座以时速350k m通过列车为主的高架车站㊂成果填补了黄土地区高速铁路技术空白,完善了中国高速铁路理论体系㊂成果获得2013年国家科技进步二等奖㊂5高速铁路大断面黄土隧道建设成套技术及应用该项目以郑州至西安高速铁路大断面黄土隧道建设为依托,系统研究了黄土隧道设计理论㊁设计方法和施工技术,构建了大断面黄土隧道稳定控制技术体系,创建了大断面黄土隧道空间变形控制设计方法,创立了以三台阶七步开挖施工工法为核心的大断面黄土隧道施工新技术㊂研究成果在郑西高铁黄土隧道工程建设中全面应用,为全线的顺利建设和按期开通发挥了关键作用㊂成果获得2015年国家科技进步二等奖㊂6严寒季冻区高速铁路毫米级变形标准下路基平稳性控制技术及应用该项目紧密结合严寒季冻区复杂环境给高速铁路建设㊁运营及维护带来的重大挑战,发现了粗颗粒填料中细颗粒簇团结构,揭示了高速铁路路基冻胀机理;创新了路基防冻胀精细化设计方法,构建了结构与材料一体化的冻胀控制技术体系;创新了路基冻胀实时自动监测技术,提出了路基平稳性保持成套技术㊂成果应用于世界首条严寒季冻区高速铁路哈大高铁,为哈大高铁实现冬夏一张图运营提供了有力的技术支撑㊂成果获得2018年国家科技进步二等奖㊂7地下工程穿越高速铁路的精细化控制技术及应用该项目面向我国高速铁路大规模运营安全保障和城镇化建设的重大需求,解决了地下穿越高速铁路的关键技术难题㊂发明了列车不限速条件下地下穿越高速铁路的设计方法㊁精细化施工控制技术㊁智能感知型施工装置,实现了理论方法㊁控制技术㊁施工机械的重大技术突破,制订了国际上首部下穿高铁技术规程㊂推动我国地下工程领域整体技术水平的大幅提升㊂成果获得2018年国家技术发明二等奖㊂8长大深埋挤压性围岩铁路隧道设计施工关键技术及应用该项目依托兰武二线乌鞘岭㊁贵广铁路天平山等隧道工程,突破了多项技术难题,创立了挤压性围岩判别标准及变形潜势分级预测方法,创建了以全过程变形控制为核心的挤压性围岩隧道设计方法,构建了挤压性围岩隧道安全高效变形可控的施工技术体系㊂为我国铁路挤压性围岩隧道高安全性㊁高可靠性和大规模建设提供了技术支撑㊂成果获得2019年国家科技进步二等奖㊂041。

寒区铁路客运专线路基冻胀变形监测方法

寒区铁路客运专线路基冻胀变形监测方法马天驰【摘要】哈齐铁路客运专线是我国目前纬度最高的高速铁路，大部分路段位于湿地之上，冬季长，气温低，路基冻胀将直接影响高速铁路运行安全。

为确保哈齐客运专线安全运营，在建设期对路基进行同步冻胀变形监测。

采用水准测量的方法，通过秋、冬、春三季对典型路段路基进行监测，分析冻胀变形可能对铁路运营带来的影响，采取有效措施加以克服，确保运营安全。

%So far,Harbin-Qiqihar passenger dedicated line has been a high-speed railway building in the highest latitude area in China,most of which segments are located in wetlands.Due to the relatively longer winter and lower temperature,the safety of operation will be affected directly by the phenomenon of subgrade frost heaving.With the railway being constructed,the deformation monitoring in subgrade frost heaving has to be done in order to ensure the safety of operation.By means of leveling surveying,the subgrade of typical segment is monitored and measured in autumn,winter and spring.The possible negative effects on railway operation caused by subgrade frost heaving are studied,and the effective measures are taken to undo the adverse effect,sequentially ensuring the safety of wailway operation.【期刊名称】《黑龙江工程学院学报（自然科学版）》【年(卷),期】2015(000)003【总页数】3页(P22-24)【关键词】客运专线;路基冻胀;变形监测;水准测量【作者】马天驰【作者单位】黑龙江工程学院测绘工程学院，黑龙江哈尔滨 150050【正文语种】中文【中图分类】TU196+.1哈齐铁路客运专线是黑龙江省第一条开建的省内客运专线，是黑龙江省省会哈尔滨到黑龙江省第二大城市齐齐哈尔之间的高速铁路，是国家“十二五”规划的重点工程。

高铁动车组列车运行稳定性研究

高铁动车组列车运行稳定性研究随着科技的不断发展，高铁动车组列车已成为现代交通运输的重要组成部分。

高铁动车组列车的运行稳定性是保障列车安全和乘客舒适的关键因素。

因此，对于高铁动车组列车运行稳定性的研究具有重要的意义。

一、高铁动车组列车运行稳定性的定义与标准高铁动车组列车的运行稳定性是指在各种运行工况下，列车保持平稳、稳定的运行状态的能力。

这包括列车的集中度、牵引力、减速度、制动力、稳定性等因素的综合表现。

衡量高铁动车组列车运行稳定性的标准主要包括列车的横向加速度、垂直加速度、滚动倾斜度、侧倾率等指标。

这些指标的合理范围是确保列车运行平稳、乘客舒适、减少撞击风险的重要依据。

二、高铁动车组列车运行稳定性的影响因素高铁动车组列车运行稳定性受到多种因素的影响，主要包括轨道、车辆、道岔、线路环境等。

首先是轨道的影响。

因为动车组列车以高速行驶，轨道的质量和平整度对列车的运行稳定性有着重要影响。

其次是车辆的因素，包括列车的轮对布置、车体刚度、悬挂系统等。

这些因素会直接影响列车的动力学特性和稳定性。

另外，道岔的状态和线路环境的状况也会对列车的运行稳定性产生重要影响。

因此，确保高铁动车组列车运行稳定性的关键是对轨道、车辆、道岔和线路环境进行有效监测与维护。

三、高铁动车组列车运行稳定性的研究方法研究高铁动车组列车运行稳定性的方法主要包括理论分析、仿真模拟、试验研究等。

首先，通过理论分析可以深入剖析列车的运行特性和稳定性问题，并提出相应的改进方案。

其次，通过仿真模拟可以对列车的运行稳定性进行全面、精确的评估。

仿真模拟可以运用计算机技术和数值模型来模拟列车在不同工况下的运行状态，以验证和改进设计方案。

最后，试验研究是验证理论分析和仿真模拟结果的重要手段。

通过实际试验，可以获得实际列车在不同工况下的运行数据，从而进一步改进列车设计和运行参数。

四、高铁动车组列车运行稳定性的优化方法为了保证高铁动车组列车的运行稳定性，可以采取一系列优化方法。

高铁路基冻胀机理及防治措施研究

高铁路基冻胀机理及防治措施研究摘要：城市发展中，高铁成为城市范围内交通轨道运营的重要组成部分。

但在建设高铁项目时，由于高铁建设环境的特殊性，项目施工中的难度较大。

基于此，本文主要对高铁路基冻胀机理及防治措施进行研究，详情如下。

关键词：精密工程测量技术；高铁工程；建设应用引言高速铁路目前已经遍布全国，促进了我国交通运输行业快速发展。

这种高速度、高舒适性以及高安全性的交通运输工具，满足了大众的交通需求。

我国寒冷地区的路基施工中，冻胀与翻浆是常见的问题，也是普遍存在的问题，其主要体现在路基施工中，水泥混凝土的错缝现象、短板和沥青路面的开裂现象等。

寒冷地区出现这种路基施工问题主要原因是随着时间的推移，气温不断下降，当温度下降至零摄氏度以下时，路基缝隙中的水分会逐渐形成冰晶体，而在温度持续下降过程中，受到引力与压力差的影响，冰晶体附近的土粒又会在充分吸附薄膜水后开始在道路层中由下至上的移动。

在移动的过程中还会受到未冻区域水源的供应，导致水源也开始运动，在冻界限促进聚冰区的形成。

这样一来，就会导致路面出现冻裂与隆起的现象，最终形成冻胀。

当寒冷地区进入3月份后，温度又会不断上升，路面开始解冻，但是其内部的水分不能有效排除，导致土基的强度逐渐变弱，最终在过往车辆特别是重车荷载的作用下出现翻浆的现象。

1路基冻胀影响因素回填土的压实度同样也是土体冻胀的影响因素之一。

土体压实度又称夯实度,是土或其他筑路材料压实后的干密度与标准最大干密度的比值。

它表示的是回填料压实后的密实状态以及土的其他物理特性,是控制路基填料压实质量的标准之一。

改变填料的压实度并不会影响其含水率,但是土颗粒间排列越紧密,其孔隙率就会相应越小。

当填料中含水量相同时,压实度小的土体,其孔隙率就相对较大,水分就更容易通过结构内的毛细孔道发生土层区域间的运动,当土体温度达到冻结温度时,水分会通过毛细孔道由高温区域向低温区迁移,结构内部的自由水向冻结面聚集,土颗粒间的孔隙被充满后不断膨胀,导致土体体积增大,从而引起路基冻胀的发生。

多年冻土区高等级公路路基“锅盖效应”监测、重现及防控研究

多年冻土区高等级公路路基“锅盖效应”监测、重现及防控研究多年冻土区高等级公路路基“锅盖效应”监测、重现及防控研究随着经济的快速发展和交通运输的需求增加，多年冻土区的高等级公路建设成为了重要的基础设施工程。

然而，由于多年冻土的特殊性质，高等级公路路基在此地区面临着一系列的问题和挑战。

其中一个重要的问题是“锅盖效应”，即路面下的多年冻土在车辆行驶过程中会因为温度和压力的变化而发生断裂，导致路基沉降和地表塌陷。

为了解决和避免此类问题的发生，监测、重现和防控措施的研究变得至关重要。

首先，对多年冻土区高等级公路路基的“锅盖效应”进行监测是预防问题发生的首要步骤。

通过采集大量的实地数据和监测指标，可以及时发现并记录路基沉降和地表塌陷的情况。

常用的监测方法包括测量路面位移、水平仰角和垂直变形等，以及地下温度和压力的变化。

通过建立完善的监测系统，可以实时了解路基的状况，有助于及早发现问题并采取措施进行修复。

其次，通过研究和重现“锅盖效应”，可以更好地理解其机理并制定相应的防控策略。

通过模拟车辆行驶的过程和路基材料的特性，可以模拟出多年冻土区高等级公路路基中的“锅盖效应”。

通过观察和实验数据的分析，可以发现多年冻土在不同温度和压力下的断裂特性。

此外，还可以通过模拟不同路况和施工质量的实验，来探究“锅盖效应”发生的原因和条件。

这些重现实验可以为后续的防控研究提供重要的数据和指导意见。

最后，为了防止和控制多年冻土区高等级公路路基的“锅盖效应”，需要制定科学有效的防控措施。

首先，应根据监测数据和重现实验的结果，对高等级公路路基的设计和施工进行优化和改进。

例如，在路基的设计中考虑多年冻土的状况和特性，并采取适当的加固措施。

其次，应加强路基的养护和维修工作，及时修复出现的裂缝和沉降。

此外，还应加强科学研究，开发和应用新的防控技术和材料，以提高路基的抗冻能力和承载力。

综上所述，多年冻土区高等级公路路基“锅盖效应”的监测、重现及防控研究对于公路建设的可持续发展至关重要。

《2024年寒区路基热负荷时序特性及区域统计分析》范文

《寒区路基热负荷时序特性及区域统计分析》篇一一、引言寒区，由于地理位置与气候的特殊条件，对于其交通建设与维护构成了特别的挑战。

尤其针对路基，因温差变化引发的热负荷问题对于交通运行和基础设施的安全性尤为重要。

本篇论文主要探讨了寒区路基热负荷的时序特性及其在区域内的统计分析。

通过对此进行深入研究，我们能更好地了解并预防由于气候导致的潜在问题。

二、寒区路基热负荷时序特性寒区路基的热负荷时序特性主要由两部分组成：外部环境的影响和内部路基的物理性质。

外部环境主要指的是气候因素，如温度、湿度、降水等；而内部因素则涉及到路基的材料组成和结构特点。

首先，外部环境的影响表现在寒区气温变化大，季节温差明显。

在冬季，由于低温的持续影响，路基会因温度下降而收缩；在夏季，随着温度的升高，路基又会因热胀而发生变形。

这种反复的热胀冷缩过程会对路基的稳定性产生严重影响。

其次，内部路基的物理性质也会影响其热负荷特性。

如材料的导热性、热膨胀系数等都会对路基的热负荷产生影响。

例如，导热性好的材料可以更快地将热量传导到深层土壤中，减少热量对路基的影响。

此外，我们还应考虑时间因素对热负荷的影响。

在一天之内，由于太阳辐射的影响，路基表面会受到强烈的热冲击。

在长时间内，这种热冲击会累积并影响路基的稳定性。

因此，对热负荷时序特性的研究需要考虑到时间因素的作用。

三、区域统计分析为了更好地理解寒区路基热负荷的特性，我们需要进行区域统计分析。

这主要包括对不同地区的气候数据、地质数据以及交通数据的收集和分析。

首先，我们需要收集各地区的气候数据，包括温度、湿度、风速、降水等。

这些数据可以帮助我们了解各地区的气候特点，从而预测可能对路基产生影响的因素。

其次，地质数据也是重要的参考依据。

包括土壤类型、地下水位、地质构造等都会影响路基的稳定性。

对这些数据进行统计分析，可以更好地了解各地区的地质条件。

最后，交通数据也是不可忽视的一部分。

不同地区的交通流量、车辆类型等都会对路基产生不同的压力。

严寒地区高速铁路路基冻深试验研究的开题报告

严寒地区高速铁路路基冻深试验研究的开题报告一、研究背景随着我国高铁网的日益完善，高速铁路在我国交通运输中的地位越来越重要。

然而，在严寒地区铁路建设中，路基冻深问题是长期困扰工程师和技术人员的一大难题。

路基冻深是指地下水或者土壤中的水分在受到一定程度的冻结作用后，所形成的不同深度的冻结土层。

在严寒地区，路基的冻深问题尤其严重，不仅会影响高速铁路的运行稳定性和安全性，还会对其寿命产生极大的影响。

因此，研究严寒地区高速铁路路基冻深试验是非常必要的。

通过试验收集路基冻结状况、路基变形和高速铁路运行数据等信息，以深入了解严寒地区高速铁路路基冻深问题，为改善工程建设提供科学依据。

二、研究目的和意义本研究的目的是开展严寒地区高速铁路路基冻深试验研究，借助现代科技手段对路基冻结状况、路基变形和高速铁路运行数据进行分析，以便更好地对严寒地区高速铁路建设进行技术探索和改进，提高工程的可负荷能力和运行的安全稳定性；同时，也将为严寒地区的铁路建设提供参考和帮助，促进我国高速铁路建设的发展，提高铁路网的运行效率和质量。

三、研究内容和方法本研究的主要内容包括：采取冬季施工方式，通过在路基不同深度埋设测温探头、测深探头和变形测量仪等设备，对路基冻结状况、路基变形和高速铁路运行数据进行实时监测和分析。

主要的研究方法包括：现场试验、数值模拟和实验仿真分析。

四、研究计划和预期成果本研究计划分为初步准备、试验方案设计、试验施工、数据分析等多个阶段，计划持续时间为2年。

预期成果包括：研究出严寒地区高速铁路路基冻深试验的技术方案和规范；收集路基冻结状况、路基变形和高速铁路运行数据等信息，形成一批实用性强的数据；分析严寒地区高速铁路路基冻深问题成因和规律，为严寒地区高速铁路建设和运行提供技术参考和支持。

五、总结本研究旨在解决严寒地区高速铁路路基冻深问题，为我国高速铁路建设提供科学依据和实际支持，推动高铁建设的健康发展。

虽然本研究存在着一系列挑战和难点，如保证试验设备在恶劣环境下的正常运行，实时监视和记录数据等，但我们相信本研究将为严寒地区铁路建设和高速铁路的稳定运行提供重要的科技支持和推动。

浅谈严寒地区高铁路基施工技术

浅谈严寒地区高铁路基施工技术摘要：这几年，随着我国经济的高速发展，高铁建设项目越来越多，很多城市都已经覆盖了高铁，这给我国城市间交通带来很大的便利，缩短了城市间的距离。

但是由于我国幅员辽阔，北方到了冬天，气温特别的低，这对于高铁基地施工的要求非常的高，因此，如何提高严寒地区高铁路基施工技术，是很多施工单位所面临的重要课题，因此，本篇文章将结合实际的严寒地区高铁路基施工情况，详细介绍一下如何提高路基施工技术，从而为后续此课题的研究者提供更多的理论基础。

关键词：严寒地区；高铁路基；施工技术一、路基冻害的产生铁路路基冻害主要表现为冻胀不均匀、解冻路基和基床破坏（灌浆、开裂），导致列车表面不平整、减速或容易倾覆。

根据冻害的成因可分为深冻害和表面冷害，其中深冻害是由于浅层地下水埋深、毛细管作用引起的含水量增加、水冻填料层膨胀不均匀造成的，引起路基裂缝、温升、融化冻层、路基压实度达不到要求，形成弹簧、泵送等现象；地表冻害主要是由于填料组及其施工含水量、地表排水tr每层填料填筑完毕，路基压实，两侧排水系统跟踪施工质量。

二、施工防控措施（一）调整路基结构。

对于地下水资源丰富、地下水位高的粉质粘土地区，采用非冻胀土进行填筑，采用CFG桩+混凝土筏板整体进行封堵处理，以避免地下水上移引起路基冻结。

对于地下水位低的地区，采用30cm桩帽和50cm砾石垫层进行破碎隔离，同时为上部路基的地表水入渗提供了方便，保证了上部路基含水量不大，上部路基的上部路基含水量不大。

筏板顶部必须设置横向斜坡，以避免冻结。

（二）桥台施工基坑开挖，地下水位高，桥台基坑易发生水下沉。

为了避免上部地下水的深层冻胀，在基坑支护中采用不少于2m厚的C25混凝土回填，并在混凝土顶部埋设横向排水管进行排水。

部分涵洞主要用于连接现存地下水丰富的电缆涵洞，施工中地下室容易形成冻结层。

在砾石垫层施工前，采用混凝土封底隔绝地下水上涌，避免形成涵洞及过渡段的深冻损伤。

寒区铁路站场路基服役性能评价与分析

寒区铁路站场路基服役性能评价与分析宋宏芳;王天亮;岳祖润;严晗【摘要】Based on the analysis of station subgrade of Qinghai-Tibet railway Naqu logistics center,12 factors that have great influences on service performance are adopted as the evaluation indexes from 5 aspects,which are frozen soil type,temperature,hydrology,geology,and engineering conditions,and a service performance evaluation system of railway yard subgrade in cold regions is established.Reliability theory is introduced on the basis of considering the relationship between affecting factors,and a fuzzy comprehensive evaluation method of railway yard subgrade is set up by adopting analytic hierarchy process and fuzzy mathematics theory.The service performances of subgrade in heaped cargo area,station area and road area are evaluated,and the service performances of station subgrade after 10 years are predicted with this method.The results show that the subgrade in heaped cargo area has a good service performance and gets a good score due to the condition of no-load.The subgrade in station area gets a relative good score and meets the requirements of service performance.The subgrade in road area gets a poor score,which is consistent with the situation of in-situ serious diseases.The service performance of subgrade in heaped cargo area gets worse caused by full cargo condition,but the service performances of subgrade in station area and road area get better due to maintenance after 10 freeze-thaw cycles.The effective maintenance measures areprerequisites to ensure the service performance in railway yard subgrade.%通过对青藏铁路那曲物流中心站场路基的分析,从冻土类型、温度、水文、地质及工程条件5个方面选取了12项对路基服役性影响较大的因素作为评价指标,建立了冻土区铁路站场路基服役性能评价体系.在充分考虑各影响因素间关系的基础上引入可靠度理论,结合层次分析法和模糊数学理论建立车站站区路基服役性能的模糊综合评价模型.利用此方法对货物堆载区、车站站区和道路区进行评价,并对铁路站场路基10年后的服役性能进行预测.结果表明:受到堆载区空载的影响,货物堆载区评价得分高,服役性能好;车站站区评价得分较高,服役性能满足要求;道路区的评价得分低,服役性能差,符合现场道路病害严重的情况;经历10次冻融循环后,由于大宗货物堆载的原因,堆载区服役性能降低,经养护维修后,车站站区和道路区服役性能提高,说明有效的养护和维修措施是保证站场路基服役性能正常发挥的前提条件.【期刊名称】《北京交通大学学报》【年(卷),期】2017(041)001【总页数】8页(P20-27)【关键词】站场路基;服役性能;季节性冻土区;模糊综合评判法;可靠度【作者】宋宏芳;王天亮;岳祖润;严晗【作者单位】北京交通大学土木建筑工程学院,北京100044;石家庄铁道大学土木工程学院,石家庄050043;石家庄铁道大学土木工程学院,石家庄050043;石家庄铁道大学道路与铁道工程安全保障省部共建教育部重点实验室,石家庄050043;石家庄铁道大学土木工程学院,石家庄050043;石家庄铁道大学道路与铁道工程安全保障省部共建教育部重点实验室,石家庄050043;中铁建工集团西北分公司,西安710119【正文语种】中文【中图分类】U213.1近年来,我国在严寒地区开展了大规模的铁路、公路、输油管道等线性(线路)工程及铁路站场、机场等区域性工程的建设,类似工程的建设必然会引起寒区土体温度和水分的重分布,进而导致冻胀、融沉及强度降低等问题的出现,严重影响工程服役性能的正常发挥[1].服役性能在军事、医学和机械等领域的研究和应用较早,在工程领域的研究则相对较晚[2].在工程构筑物服役性能的研究方面,高英力等[3]等采用微观试验研究了高致密性混凝土的抗渗、抗锈蚀、抗腐蚀和抗冻的性能;Okashan等[4]利用模拟计算手段预测了桥梁的生命周期并评估其服役性能;Shenton等[5]通过采用自动监测系统对桥梁进行长期监测来研究桥梁的服役性能;孙晓燕等[6]通过服役桥梁构件试验和模型试验对比,提出超载运营的服役桥梁构建裂缝宽度影响系数,为评估服役桥梁的剩余承载力和耐久性提供理论依据;Wang等[7]对机场道路进行评估和预测,提出利于服役性能的维修标准和计划;Ferreira等[8]分析了环境对路基服役性能的影响,并对路基的长期变形进行了预测;陈嵘等[9]通过三维弹性轮轨接触模型的计算,得到了不同工况下的轮轨接触应力,根据结果对重载道岔服役性能提出了优化方案;Zuraski[10]对钢桥疲劳寿命进行了预测;Neely等[11]通过材料试验研究了一种用于桥梁的新型聚合纤维材料,在经历15个月的运营期后桥梁的刚度和最大弯矩未发生明显变化.上述研究中,服役性能的研究大多针对桥梁、隧道和房屋建筑等混凝土构筑物,而针对铁路站场、机场、码头和货场等大型场地类的土工地基基础服役性能的研究则相对较少.因此,研究寒区铁路站场路基的服役性能,提升其服役性能,对区域性工程构筑物的设计、施工、养护与维修具有十分重要的工程意义.系统可靠度理论可对影响因素众多的多年冻土地区路基体系进行可靠度判定,以确保体系的可靠性[12].许多学者采用多层次模糊综合评判法对岩溶地区、软弱易滑岩层地区及冻土区的路基稳定性进行评估分析[12-15],但对路基长期服役性能预测的文献相对较少.因此,结合系统可靠度与多层次模糊综合评判法对铁路站场路基服役性能及寿命进行评价与预测具有可行性.本文作者以青藏铁路那曲物流中心站场路基为研究对象,采用多层次模糊综合评判分析法,并引入系统可靠度的概念,深入研究和分析了影响因素难以量化和不确定性成分较多的寒区铁路站场路基的服役性能,为寒区铁路站场路基服役性能的评价提供必要的技术支撑.使用模糊集合建立模糊综合评判模型,根据评价体系中多个评价指标的隶属等级对体系进行综合评判,不仅可以充分考虑研究对象的层次性、评价指标的复杂性、评价标准及影响因素的模糊性,还可以发挥相关专家的研究经验,达到评价结果客观,符合实际情况的目的.模糊综合评判法关键的步骤之一就是全面考虑研究对象的相关影响因素,建立完善与合理的评价指标体系.那曲物流中心位于青藏高原海拔4.5 km处,具备产品加工、储存、贸易与配送等诸多现代化物流功能,场区内设有综合物流区与散堆装物流区,并配以生产加工区和生活区等,包括铁路路基、货物堆放区及道路区等多种工程结构类型,使站场所受荷载条件复杂,且种类较多.基于模糊综合评判法可对不同条件下路基服役性能进行评价的特点,建立站场整体评价体系,后按车站站区、货物堆放区和道路区等将站场整体划分,并对各区进行评价与预测.同时作为世界上海拔最高的物流中心,那曲物流中心受严寒环境及海拔条件的影响较为突出.物流中心所处地为深季节性冻土区,冻结深度最大达到2.81 m;气温最低-41.2℃,年平均地温-1.3～2.0℃;场地内地下水水位较高;土体冻胀特性较强,受冻融循环作用的影响较为明显;场地内车辆荷载等对路基性能影响较大.对影响物流中心路基稳定性能的上述因素进行分析,确定冻结深度、冻融循环次数、荷载情况、地温、土质类别、地下水和地表水情况及工程措施等严重影响深季节性冻土区铁路站场路基服役性能的因素.分析这些重要影响因素并分解、聚类与分类,再结合有关专家、施工人员及养护人员的意见,应用系统工程学中的层次分析法建立冻土区铁路站场路基服役性能评价指标体系.该体系由二级子系统构成,具体以深季节冻土区铁路站场路基服役性能为研究预期目标的目标层,冻土类型、温度、水文条件、地质条件和工程条件5个一级影响因素为影响研究目标实现的准则层(一级子系统),冻结深度、冻融次数、地温和气温等12项二级影响因素为隶属于准则层的因素层(二级子系统),如图1所示.传统的层次分析法结合模糊数学理论进行评价时,所建立的评价指标体系并未考虑各影响因素相互间的关联,仅通过逻辑关系进行运算,导致结果在特定的条件下出现与实际严重不符的情况,可信度不高.为了避免模糊综合评判法的弊端,充分考虑层次分析法所建立的评价体系各因素间的串、并联关系,将系统安全可靠度概念引入层次分析法结合模糊数学理论的评判方法中,以改善传统方法可信度较低等问题.评价体系的可靠度可通过各影响因素的评价集,以及评价集中各评价等级的隶属度计算得出.2.1 评价集影响评价对象的各因素组成的集合即为影响因素集.冻土区铁路站场路基服役性能评价体系中,准则层各因素Bk(k=1,2,…,5)隶属于目标层的因素集合记为Y={B1,B2,…,B5},因素层元素Cki(i =1,2,…,n,n为相对于各准则层元素的因素个数)隶属于准则层Bk的因素集合记为Yk={Ck1,Ck2,…,Ckn},集合Y和Yk便构成了冻土区铁路站场路基服役性能评价体系的影响因素集.各评价因素对评价对象可能做出的评价结果的集合则是评价体系的评价集.冻土区铁路站场路基服役性能评价体系的评价集是根据现场监测、室内试验及数值分析等研究结果[16-17],并结合研究冻土地区的多位学者的经验及讨论,确定评价集为E={e1,e2,e3,e4,e5}={很差,较差,中等,良好,优质},对该评价集E进行量化,最终得到E={20,40,60, 80,100}.2.2 隶属度对于评价体系中任一元素Cki,均有数lkim∈(0,1)与元素对应,那么lkim可作为元素Cki对评价对象的隶属度.文中隶属于准则层元素Bk因素层元素Cki,对准则层中第k个因素产生影响,并使得评价结果为评价集中第m个结果的可能性,即为隶属度离散型指标的隶属度根据已有的分级、专家意见并结合工程实际综合确定.较为直观和简单的方法可利用等级转换实现,首先要将评价指标根据描述情况划分为5个转换等级,然后根据专家给定的转换等级与隶属度关系表进行取值.根据车站站区所处地的冻土环境、工程条件及荷载类型等,将冻土区铁路站场路基服役性能评价体系中因素层评价指标与转换等级的关系及转换等级对应的隶属度取值分别列于表1和表2.根据等级转换,得到车站站区因素层中隶属于准则层元素Bk的各因素对评价集E中各评价结果的相应隶属度,如表3所示.2.3 可靠度冻土区铁路站场路基服役性能评价体系(图1)的可靠度可由一级子系统可靠度得到,而任一个一级子系统中第k个基本元素的可靠度可通过相应的二级子系统的可靠度计算.隶属于每个准则层元素Bk的因素层元素Cki为并联关系,将每个准则层Bk 作为一个整体计算子系统的可靠度,再将每个子系统作为独立单元按照串联关系进行整个系统可靠度的计算,如图2所示.每个子系统的可靠度可根据隶属度lkim(m=1, 2,…,5)与量化评价集E={20,40,60,80,100}进行加权求和后的百分比进行计算.准则层5个元素,即各个二级子系统按照并联方式计算的可靠度分别为Ψs1=0.84,Ψs2=0.87,Ψs3=0.80,Ψs4=0.94,Ψs5=0.96,将上述5个子系统的可靠度按照串联计算,得到整体评价体系的可靠度Ψs=0.53.根据模糊综合评价的前提,当系统可靠度通过计算满足Ψs＞0.50的条件时,或经过对有关因素处理后达到Ψs ＞0.50,那么系统可靠,可进一步运用多级模糊综合评判法评价体系的服役性及安全性.因此,冻土区铁路站场车站站区服役性能满足模糊综合评判方法对可靠度的要求,可继续进行模糊综合评价.层次分析方法在所建立的层次结构模型(图1)基础上,构造各级影响因素的判断矩阵并对判断矩阵进行一致性检验,最后得到权重向量,以达到定性和定量对系统进行分析的目的.3.1 判断矩阵同一级分析模型中,层次分析法通过Saaty[18]给出的9个重要性等级及其赋值来表达两两因素间的重要程度等级,如表4所示.当重要程度介于上述两个相邻评价尺度之间时,量化值取中间值2、4、6和8.据表4的比例标度,考虑准则层的判断矩阵,通过对隶属于准则层Bk的因素层元素Ck1,Ck2,…,Ckn进行分析,考虑Ck1, Ck2,…,Ckn对于Bk的两两重要性,并用Cij(i=1, 2,…,n;j=1,2,…,n)表示因素层元素Cki与Ckj两者的比例标度,构成Bk的判断矩阵由此分析二级模糊综合评价体系中因素层元素对准则层元素的两两重要性影响,得到准则层元素Bk的判断矩阵为同样,以隶属于目标层A的准则层元素Bij(i= 1,2,…,k;j=1,2,…,k)表示准则层因素Bk的比例标度值,得到目标层A的判断矩阵为针对一级评价体系,分析准则层元素对目标层元素的两两重要性,得到3.2 一致性检验判断矩阵的一致性检验需要对一致性指标CI进行计算:式中λmax为判断矩阵的最大特征根.考虑到判断矩阵一致性可能受到随机性影响而产生偏离,为检验判断矩阵的一致性效果,可将一致性指标CI与平均随机一致性指标RI(表5)进行对比,利用检验系数CR进行评判:当CR＜0.1时,判断矩阵的一致性效果较好,可判定判断矩阵是合理的;否则,判断矩阵一致性较差,需要重新对不合理的判断矩阵进行调整.通过对目标层及准则层的判断矩阵进行最大特征根的计算,得到车站站区目标层A 判断矩阵的最大特征根λmax与准则层元素Bk判断矩阵的最大特征根λmax1、λmax2、λmax3、λmax4和λmax5,如表6所示.根据上述方法,计算得到判断矩阵的检验系数CR均小于0.1,因此,确定判断矩阵为合理矩阵.3.3 元素权重向量集为了对车站站区服役性能进行规律性的研究,需要利用数学方法对判断矩阵进行层次排序,从中提炼出对决策有用的科学信息.以因素层Cki对准则层Bk的判断矩阵为例,结合根法利用判断矩阵Pk求因素层元素Ck1,Ck2,…,Ckn的权重向量.若表6中准则层Bk的判断矩阵Pk的最大特征根λmaxk所对应的特征向量为ωk,则有判断矩阵Pk为正定互反矩阵,其最大特征根λmaxk及特征向量ωk存在且唯一,则有按行正规化式(6)计算所得的特征向量ωk,即为准则层Bk下因素层Ck1,Ck2,…,Ckn的权重向量.隶属于准则层Bk下的因素层元素的权重向量集记为Γk,而用同种方法计算得到的隶属于目标层A下的准则层元素的权重向量集则记为Γ.根据式(5)和式(6)计算车站站区服役性能评价体系中因素层的权重向量集,得到计算准则层元素的权重向量集,得到4.1 二级模糊综合评价模型冻土地区铁路站场路基服役性能评价体系的评价集E的因素个数为5,那么,隶属于准则层元素Bk的因素层中元素Cki评价矩阵记为Lki= [lki1lki2lki3lki4lki5],则准则层Bk中元素的评价矩阵为Lk=(lkim)n×5,其中行数n为隶属于准则层Bk的元素个数,列数为评价集E的因素个数.对于二级模糊综合评价模型,可通过对元素权重向量集Γk与评价矩阵Lk进行广义的模糊运算,得到准则层Bk的模糊评价模型:对车站站区的二级模糊综合评判模型进行上述运算,得到准则层Bk的模糊评价模型为4.2 一级模糊综合评价模型一级模糊综合评价矩阵F为将一级模糊综合评价矩阵F与元素权重向量集Γ进行广义模糊运算,得到一级模糊综合评价模型为按照一级模糊综合评价模型的计算方法,进行加权评价处理,得到车站站区的一级模糊综合评价模型结果4.3 评价结果的处理处理模糊综合评价模型的常用方法有最大隶属度法和加权平均法.最大隶属度法是将模糊综合评价模型结果中最大的vi值所对应的评价集E中量化分作为评价结果的最终分值.这种方法可以集中体现评价集中达到某个结果的最大可能性,但受到条件限制与系统时效性的影响,易造成评价结果的不合理.加权平均法是将模糊综合评价模型结果V作为权数,与量化评价集E加权求和计算系统评价得分.该方法较全面地对影响评价体系的所有因素进行了考虑,与实际情况较为符合,对最终评价结果的影响较小.通过分析模糊综合评价模型的处理方法,选取加权平均法对车站站区进行评价结果处理.根据评价集E与一级模糊综合评价模型结果V加权平均得到车站站区评价系统得分为61.20分.综合考虑车站站区服役性能的影响因素,结合评价得分可以看出,车站站区的服役性能中等偏良好.5.1 货物堆载区服役性能评价对物流中心货物堆载区进行服役性能评价时,需考虑货物堆载区的荷载情况,即准则层元素B5下因素层元素C51荷载条件对工程条件的隶属度发生变化.货物堆载区当前为空载状态,对工程条件的影响偏好,对应于表1的转换等级A,利用转换等级与隶属度的关系(表2),可得到L51=[0.0 0.1 0.5 0.2 0.2].根据系统可靠度计算方法,得到货物堆载区评价体系的可靠度为0.511,满足模糊综合评价方法的要求.由于荷载状态的变化,元素C51荷载条件与准则层B5下其它影响因素的相对重要程度发生变化,准则层B5的判断矩阵变化为针对货物堆载区的服役性能准则层元素进行两两重要程度判定,得目标层判断矩阵为对准则层B5及目标层A的权重向量集进行计算,分别为根据一级模糊综合评价模型的计算方法,对结果进行加权平均处理,得到一级模糊综合评价结果为V=[0.050 0.144 0.528 0.178 0.100],其评价体系得分为62.68分. 根据评价得分可以看出,由于货物堆载区设计超前,还未出现设计荷载,因此其服役性能评价得分较高.5.2 道路区服役性能评价对道路区进行评价,得到道路区一级模糊综合评价结果为V=[0.077 0.363 0.373 0.160 0.027],其评价系统得分为53.94分.现场道路区由于车辆密集度大,重型车辆多,因此产生的裂纹、开裂和沉陷等病害较多,通过模糊综合评价法对道路区的评价可以看出,较低的评分与现场实际情况相符.5.3 10年后路基服役性能评价冻土区铁路站场路基的服役性能是一个随时间变化的动态过程,与冻土区工程服役性能有直接关系的时间因素就是冻融循环次数.通过对站场路基进行现场监测、室内试验和数值分析等研究[16-17],得到土体融沉系数在经历5次冻融循环后达到稳定,土体强度在经历15次冻融循环后达到稳定.因此,对路基10年后的服役状态进行评价有重要意义.采用基于可靠度的模糊综合评判法评价10年之后站场路基服役性能,考虑堆载区处于满载状态,并对车站站区和道路区采取加固与维护措施.按照冻土区铁路站场路基服役性能的模糊综合评判方法对10年后车站站区、货物堆载区及道路区服役性能进行模糊综合评判,得到车站站区一级模糊综合评价模型计算结果为V=[0.050 0.121 0.440 0.209 0.180],评价系统得分为66.96分;货物堆载区一级模糊综合评价模型计算结果为V= [0.210 0.224 0.212 0.222 0.132],评价系统得分为56.84分;道路区一级模糊综合评价模型计算结果为V=[0.069 0.327 0.293 0.1780.133 ],评价系统得分为59.58分.综合分析10年后路基服役性能的评价结果,土体在经历10次冻融循环作用后逐渐趋于稳定状态,受环境影响减弱;在车站站区和道路区采取一定的维护与加固措施使各区评价得分较10年前提高;货物堆载区按照满载状态考虑,加剧了区域土体冻胀融沉现象,导致10年后堆载区服役性能有所降低.通过对现有研究进行分析,结合影响站场路基服役性能的相关因素,在建立评价体系的基础上,利用基于可靠度理论的模糊综合评判法对站场路基服役性能进行评价和评分,得到以下结论.1)基于可靠度的模糊综合评判法对路基服役性能的评价是一种行之有效的方法.在对那曲物流中心铁路站场路基服役性能进行综合评价时,充分考虑了影响服役性能的各因素之间的相互关系,不仅定性的对站场路基服役性能进行评价,还给出了定量的评价结果.2)建立了以冻土区铁路站场路基服役性能为目标层,冻土类型等5个影响因素为准则层,冻结深度等12个二级影响因素为因素层的评价指标体系,确定了评价体系的评价集,通过结合各因素的隶属度计算得到了评价体系的可靠度.3)对比货物堆载区、车站站区和道路区的评价结果可知,货物堆载区评分较高,与堆载区的空载情况有关;站区评分稍低;道路区评分最低,主要受到车辆重荷及密度较大影响,且与现场道路病害严重情况相符.4)对10年后那曲物流中心路基服役性能进行预测和评价,结果显示:货物堆载区按照满载状态进行评价,致使评价结果得分较低,服役性能降低;采用加固和维护措施后的车站站区及道路区综合评价得分较高,即有效的维护与保养是站场路基服役性能正常发挥的重要条件.【相关文献】[1]叶阳升,王仲锦,程爱君,等.路基的填料冻胀分类及防冻层设置[J].中国铁道科学,2007,28(1):1-6. YE Yangsheng,WANG Zhongjin,CHENG Aijun,et al.Frost heave classification of railway subgrade filling material and the design of anti-freezing layer[J].China Railway Science,2007,28(1):1-6.(in Chinese)[2]杨瑞成,丁旭,陈奎.材料科学与材料世界[M].北京:化学工业出版社,2005:48-50.YANG Ruicheng,DING Xu,CHEN Kui.Materials science and materialsworld[M].Beijing:Chemical Industry Press,2005:48-50.(in Chinese)[3]高英力,马保国,王信刚,等.钢筋保护层混凝土细观界面过渡区优化及耐久性[J].土木建筑与环境工程, 2009,31(4):19-24.GAO Yingli,MA Baoguo,WANG Xingang,et al.Durability and meso interfacial transition zone optimization of reinforced concrete cover[J].Journal ofCivil,Architectural&Environmental Engineering,2009,31(4): 19-24.(in Chinese)[4]OKASHAN M,FRANGOPOL D M.Advanced modeling for efficient computation of life-cycle performance prediction and service-life estimation of bridges[J]. Journal ofComputing in Civil Engineering,2010,24 (6):548-556.[5]SHENTON I H W,CHAJES M J,JOHNSON W L. Continuous in-service monitoring of an FRP bridge for long-term performance evaluation[C]//Structures Congress.Washington D C,2001:1-2.[6]孙晓燕,黄承奎,赵国藩,等.基于动态可靠度和经济优化相结合的服役桥梁维修加固风险决策[J].工程力学, 2004,21(5):5-10.SUN Xiaoyan,HUANG Chengkui,ZHAO Guofan,et al.Risk-ranking decision of repair and strengthening of existing bridges based on time-dependent reliability and economical optimization[J].Engineering Mechanics, 2004,21(5):5-10.(in Chinese)[7]WANG Guanhu,CAI Liangcai,SHAO Bin,et prehensive evaluation model of grey fixed weight clustering for airport pavement service performance[C]// Second International Conference on Transportation Engineering.Chengdu,China,2009:984-989. [8]FERREIRA T M,TEIXEIRA P F.Rail track performance with different subballast solutions:traffic and environmental effects on subgrade service life[J].Journal of Transportation Engineering,2012,138(12):1541-1550.[9]陈嵘,王平,李成辉.75kg/m钢轨12号重载道岔服役性能优化分析[J].铁道科学与工程学报,2011,8(6): 7-11.CHEN Rong,WANG Ping,LI Chenghui.Optimization of service performance of No.12 heavy haul railway tumout with 75 kg/m rail[J].Journal of Railway Science andEngineering,2011,8(6):7-11.(in Chinese)[10]ZURASKI P D.Service performance of steel bridge compared to fatigue-life predictions[J].Journal of Structural Engineering,1993,119(10):3056-3068.[11]NEELY W D,COUSINS T E,LESKO J J.Evaluation of in-service performance of Tom’s creek bridge fiberreinforced polymer superstructure[J].Journal of Performance of Constructed Facilities,2004,18(3):147 -158.[12]马立峰,刘建坤,牛富俊.基于可靠度的多年冻土区路基稳定性评价及应用分析[J].工程地质学报,2009, 17(4):522-527.MA Lifeng,LIU Jiankun,NIU Fujun.Reliability based AHP-FUZZY synthetic evaluation system for stability of roadbeds in permafrost regions[J].Journal of EngineeringGeology,2009,17(4):522-527.(in Chinese)[13]程晔,赵明华,曹文贵.路基下岩溶稳定性评价的模糊多层次多属性决策方法研究[J].岩土力学,2007,28 (9):1914-1918.CHENG Ye,ZHAO Minghua,CAO Wengui.Fuzzy multiple hierarchy multiple attribute decision making in stability evaluation of karst of roadbed[J].Rock and Soil Mechanics,2007,28(9):1914-1918.(in Chinese)[14]张永杰,曹文贵,赵明华,等.岩溶区公路路基稳定性的区间模糊评判分析方法[J].岩土工程学报,2011, 33(1):38-44.。