重載鐵路路基濕化動(dòng)力性能試驗(yàn)研究

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1、重載鐵路路基濕化動(dòng)力性能試驗(yàn)研究第一章緒論1.1引言隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，能量需求日益增大，對(duì)于鐵路運(yùn)輸能力的要求不斷提升，從而促進(jìn)了重載鐵路的蓬勃發(fā)展。在國(guó)際上，從上個(gè)世紀(jì)60年代，美國(guó)、加拿大、巴西、南非和澳大利亞等一些礦石、煤炭等貨物運(yùn)輸量很大的國(guó)家重載鐵路發(fā)展迅速。1986年國(guó)際鐵路重載運(yùn)輸會(huì)議在加拿大召開(kāi)，會(huì)議中對(duì)于重載鐵路在經(jīng)濟(jì)建設(shè)中的作用給予了充分的肯定。會(huì)議上確定了重載鐵路的標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定：重載鐵路列車重量最少不得小于5000t。1994年6月召開(kāi)的國(guó)際重載會(huì)議對(duì)于重載鐵路的定義進(jìn)行了補(bǔ)充，規(guī)定重載鐵路還需滿足一下條件：在長(zhǎng)度不小于150km的線路段上年運(yùn)量達(dá)到2000000t或者

2、正常開(kāi)行或準(zhǔn)備開(kāi)行的列車軸重不小于25t。自1985年以來(lái)，我國(guó)重載鐵路也有了很大的發(fā)展，我國(guó)現(xiàn)運(yùn)行和正在修筑的重載鐵路中代表性的線路有大秦線、朔黃線、中南重載鐵路和張?zhí)畦F路等。2007年我國(guó)重載運(yùn)輸就實(shí)現(xiàn)3109t的年運(yùn)量，我國(guó)現(xiàn)運(yùn)行的C80軸重達(dá)25t，其延米重量達(dá)7t，單車最重達(dá)20000t。圖1-1為我國(guó)大秦線重載鐵路年運(yùn)量發(fā)展趨勢(shì)。.1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀路基病害的產(chǎn)生和發(fā)展，水是最重要因素之一。僅有產(chǎn)生路基病害的土質(zhì)、巖性因素，若沒(méi)有足夠的水的影響和作用，路基病害是不會(huì)發(fā)生的。我國(guó)既有線重載鐵路常年在反復(fù)動(dòng)荷載及雨水沖刷下路基病害大量出現(xiàn)，如路基下沉、翻漿冒泥、外擠變形、道砟囊和凍

3、害等路基病害。國(guó)內(nèi)外對(duì)于重載鐵路路基病害的研究主要集中在病害機(jī)理上，但取得的成果并不顯著。研究還需進(jìn)一步進(jìn)行。對(duì)于在水的作用下的重載鐵路路基病害的研究還可以借鑒國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)于普通鐵路及高速客運(yùn)專線的病害研究。KatayamaM[1]曾對(duì)日本東海新干線道床板結(jié)路基病害進(jìn)行了研究，認(rèn)為：道砟板結(jié)是由于道砟小碎塊填充了道砟空隙，在水的作用下小顆粒的膠結(jié)作用和干燥的道砟壓成密實(shí)道砟板結(jié)塊。并在此基礎(chǔ)上討論了整治道砟惡化的措施。ZarembskiA.M[2]認(rèn)為路基病害的原因可歸于三種，分別為：列車的動(dòng)荷載、軌道和列車的重力靜載及水因素的影響。不同原因引起的路基病害不同。周錫九[3]曾對(duì)鐵路基床產(chǎn)生的

4、各種病害及病害產(chǎn)生機(jī)理進(jìn)行了研究，按照病害發(fā)生的部位將路基病害進(jìn)行分類。綜合分析了引起路基病害各種因素，影響因素包括：路基填土的性質(zhì)、上部荷載狀況、水的作用和氣候條件等。楊新安[4]通過(guò)對(duì)地質(zhì)雷達(dá)圖像的判別，提出翻漿通道的概念，揭示了路基翻漿冒泥沿路基線路縱向和深度方向的分布規(guī)律。楊新安[5]通過(guò)采用輕便動(dòng)力觸探和室內(nèi)土工試驗(yàn)的方法，對(duì)于曲線鐵路路基下沉病害進(jìn)行了檢查和分析，分析表明：路基下沉病害的發(fā)生、發(fā)展是土質(zhì)條件、長(zhǎng)大道砟陷槽和連續(xù)強(qiáng)降雨共同作用的結(jié)果。劉林生[6]曾通過(guò)地質(zhì)條件等分析了武九鐵路路基病害的成因，路基病害主要有：翻漿、基床下沉及外擠變形等，其原因主要是土質(zhì)不良、排水不暢、

5、列車振動(dòng)等，針對(duì)不同的病害采用換填中粗砂、加設(shè)機(jī)密樁和鋪設(shè)土工合成材料等措施，收到了良好的效果。劉瀚強(qiáng)[7]對(duì)于鐵路道床的翻漿冒泥病害進(jìn)行了研究及提出了一些整治措施，將翻漿冒泥病害成因從三個(gè)方面進(jìn)行了分析。路基土質(zhì)是形成翻漿冒泥的內(nèi)因，動(dòng)荷載的沖擊作用是路基翻漿冒泥的外因，水是翻漿冒泥的誘發(fā)因素。指出在降雨較多或地下水位較淺的地區(qū)，若地表排水設(shè)施不良，致使基床土含水率提高，破壞土體在固態(tài)狀態(tài)下的物理力學(xué)性質(zhì)，促使了病害的產(chǎn)生和發(fā)展。并且提出攔截地下水、疏干地下水、降低地下水和封閉地下水等措施防治路基翻漿冒泥。..第二章大軸重條件下重載鐵路路基現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)態(tài)測(cè)試試驗(yàn)2.1朔黃鐵路概況朔黃鐵路西起山西

6、省神馳南站，與神朔鐵路連接，東至河北省黃驊港，總線長(zhǎng)600km。設(shè)計(jì)為國(guó)家I級(jí)干線，雙線電氣化鐵路，限制坡度千分之十二，機(jī)車為SS4,到發(fā)線有效長(zhǎng)1050m，重載鐵路，設(shè)計(jì)年運(yùn)量為6800000t。朔黃鐵路沿線設(shè)有神馳南站、寧武西、龍宮、北大牛、原平南站、西柏坡、靈壽、安國(guó)、河間、滄州西和黃驊港站等四十多個(gè)車站。鋼軌類型為75kg特重型鋼軌。曲線段最小半徑一般為800m，局部困難地段曲線段最小半徑不小于400m。神木北至黃驊港、神木北至朔州方向?yàn)橹剀?，朔州到神木北、黃驊港到神木北為輕車。目前運(yùn)行列車類型為C64K、C70A和C80。其軸重分別為21t、23t和25t。即將運(yùn)行的C96其軸重為

7、30t。朔黃鐵路路基根據(jù)基床土的性質(zhì)情況，將路基面做成平面或設(shè)置路拱，非滲透土路基設(shè)置三角形的路拱，單線路拱高為0.15m，雙線路基路拱高0.2m，底寬與路基面等寬；巖石和滲水土路基做成平面。該段為西煤東運(yùn)的主線路之一，隨著運(yùn)量不斷增大，路基內(nèi)部應(yīng)力水平、分布狀態(tài)等發(fā)生了很大的變化，加之地質(zhì)氣候條件以及施工水平等因素，導(dǎo)致了多種路基病害的發(fā)生。據(jù)2008年朔黃線統(tǒng)計(jì)資料：道砟陷槽892處、翻漿冒泥達(dá)882處、