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高铁知识丨路基工程对高铁平稳性起着什么作用?

来源人民铁道 作者日月明 发布日期2022-11-18 点击量63

大家可能都知道

我国的高铁不仅运营里程和速度独冠全球

而且以运行平稳著称

↓↓↓

 

 

当然,保证高铁平稳运行的原因可能很多

高铁动车组制造技术先进

钢轨打磨的平整

 

但是有一个至关重要的因素不能忽略

因为我们修的路就很平顺啊!

 

 

 

目前,铁路工程最基本的形式有

 

桥梁工程

 

 

隧道工程

 

 

路基工程

 

 

我们今天就来说说

实现线路平顺难度最大的

路基工程

是如何通过那些精妙严谨的设计

保障高铁线路的平顺

 

 

路基设计的标准精确到毫米

 

路基是一种土石结构,分为

 

 

填方路基(也称路堤)

 

 

挖方路基(也称路堑)

 

 

半填半挖路基(我没有别称)

 

你们所看到的高铁可绝不是把轨道铺在平地上那么简单,这里面可有大学问。

 

首先,高铁的地基必须要保证足够的强度和刚度,所谓“基础不牢,后患无穷”。路基结构采用优质填料分层压实,拥有牢固的基础和通畅的排水,此外还要经受住天寒地冻和雨水冲刷等恶劣气候的考验。

 

高速铁路列车运行速度可以达到或超过飞机起飞时的速度,路基作为高速铁路列车运行的基础,如果路基不平顺就会引起轨道不平顺,使列车产生剧烈振动和颠簸,影响列车高速、平稳、安全运行。

 

中国高铁最快运营速度350km/h,飞机起飞的时速一般为250-350km/h

 

其次,填筑后的路基就像任何建筑一样都会下沉,轨道系统可调的高度有限,所以路基下沉量要控制在毫米级。

 

 

实际上,我国的高铁的很多标准都精确到毫米级

 

再次,铁路轨道分别由桥梁、隧道、路基来支撑,由于它们的结构不同,刚度和沉降规律也不同。为避免出现类似高速公路桥头“跳车”现象,在他们连接处设置了过渡措施,控制铁路的竖向差异沉降,尤其是无砟轨道路基差异沉降控制在5毫米内。

 

无砟轨道路基差异沉降

 

高速铁路路基选料原来这么严格

 

高速铁路路基是通过填筑或开挖形成的土石结构,路基填筑前或开挖后首先要经过复杂和严密的计算来判断路基沉降和稳定是否满足要求,否则要进行地基处理,包括桩基、换填、强夯等措施。

 

路基分层填筑碾压时,每一层压实密度都要检验合格,再进行下一层施,以控制路基本身的变形。由于列车高速运行产生的振动对自上而下逐步减小,因此路基不同部位对填料的要求是不一样的,路基表层对填料的要求最高,向下逐层降低。

 

高速铁路路基每层的填筑材料对土石的质量、粒径组成、石子大小、形状、杂质含量等有特殊要求,需要经过严格的检测,所以说并不是所有的土石都可以用来路基填筑。

 

路基的施工过程

 

来了大雨怎么办,路基会被冲毁么?

 

高速铁路路基为提高抵抗雨水冲刷等恶劣气候的能力,保证路基边坡稳定,路基边坡采用植物防护与工程防护相结合的措施,并辅以系统的排水设施。大家看到四四方方的格栅或者是拱形的混凝土砌筑都是为了保持路基结构的稳定。

 

拱形骨架护坡

 

利用植物的根系固定住边坡的土壤不仅可以使路基边坡更加牢固,还使铁路线形成一条绿色的走廊,更有利于人与自然和谐发展,满目绿色也成为了车窗外一道独特的风景。

 

路堑边坡防护

 

高速铁路路基遇到软土怎么办? 

 

大江南北河道纵横、沟塘遍布,很多地段存在淤泥和淤泥质软土,像“嫩豆腐”一样,几乎没有什么承载力,如何让“嫩豆腐”撑得住“硬铁轨”?如何使路基在短时间内下沉量趋于稳定,让列车跑起来?

 

这时就用到了一种独特的地基处理技术——刚性桩。刚性桩在桩顶设置了一层钢筋混凝土板或一张由碎石和土工织物组成的柔性网,就像埋在土里的一条板凳。

 

 

地基处理示意图

不仅板凳腿起到支撑作用,板凳面也起作用,只是这“板凳”不止四条腿,有许多腿支撑,一条条板凳拼起来支撑路基。路基填筑完成后在其上堆载预压,让原本需要很长时间才能完成的下沉现象在短时间内发生。通过对下沉量进行观测和评价,下沉趋于收敛后再铺设轨道,既保证了“嫩豆腐”硬起来,后期又不会出现显著下沉。

 

水泥粉煤灰碎石桩(CFG桩)  

溶洞上如何修建高速铁路路基?

 

岩溶是一种自然现象,鬼斧神工的溶洞,惟妙惟肖的钟乳石都是很美的自然景观,广泛分布在西南、华东、中南地区。但高铁路基下面躲藏了溶洞,会对路基的根基稳定造成影响。

 

溶洞

 

在岩溶发育地区,首先还是要通过地质勘察等手段判断溶洞的位置,尽量绕避。但如果线路不得不通过时,就需要特殊的地基处理方法。

 

当溶洞较大或串状时,可采用板凳式桩板结构进行处理,其由下部钢筋混凝土桩基和上部的钢筋混凝土板组成,通过承台板将上部荷载传到桩体,桩体把荷载传递到稳固地层。

 

 

桩板结构

 

当溶洞较小时,可采用岩溶注浆的加固措施,即向溶洞里注入浆液填充,可避免溶洞顶板塌陷和变形,保证路基根基稳定。

 

 

岩溶注浆法

 

寒冷地区如何修建高速铁路路基? 

 

我国东北地区冬季寒冷,水凝结成冰后体积会膨胀,冰融化后体积会收缩,冻融循环后土体强度会降低,因而在寒冷地区修筑高速铁路需要解决路基的冻胀问题。

 

哈大高铁路基成功实现在零下40℃穿越高纬度寒冷地区,预防路基冻胀的主要措施有:选择防冻的填筑材料,提高路基本体防冻能力;做好路基表面防水和路基底部排水,避免因水出现冻融现象。

 

 

高铁列车行驶在哈大高铁路基上

好了,说了这么多

最后还是要感谢广大路基专业工程师

严谨精心的勘测设计

脚踏实地的科研创新 

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