列车提速条件下兰新铁路路基沉降规律研究

作     者：张文月 

作者单位：内蒙古科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：于景飞

授予年度：2019年

学科分类：08[工学] 0814[工学-土木工程] 082301[工学-道路与铁道工程] 0823[工学-交通运输工程] 

主      题：列车提速 振动响应 分层总和法 路基沉降 高压旋喷桩 

摘      要：随着我国铁路运输的迅速发展,列车的运行速度大幅度提升,为人民带来了便捷,但是既有线铁路路基的设计标准较低,无法满足列车提速的要求,长时间运行会导致路基产生沉降现象。因此,研究列车提速条件下路基的振动反应以及预测路基的长期沉降规律是十分必要的。本文以兰新铁路乌鲁木齐至奎屯段线路的路基工程为依托,通过现场资料了解到列车提速后动荷载增加,导致路基的承载力不足是路基沉降发生的主要原因。基于该路基工程,运用数值模拟的方法计算列车提速条件下路基的振动反应和沉降值,再利用理论计算的方法预测路基的长期沉降值,针对该路基工程提出合理的治理措施。研究内容及结论如下:(1)参阅国内外关于路基振动响应、长期沉降及斜向高压旋喷桩治理路基的研究成果,介绍相关理论,并以兰新铁路乌鲁木齐至奎屯段为工程背景,分析铁路路基沉降的基本情况,得出列车提速是导致路基沉降的主要因素。(2)通过MIDAS/GTS/NX建立了基床-路基-地基的三维有限元模型,模拟移动列车荷载作用,利用有限元动力求解方法进行数值计算。得到了路基表面的动位移时程曲线,以及动位移和动应力沿深度方向的衰减规律,得出当列车速度为120km/h时动位移值超过规范要求。(3)根据分层总和法计算列车荷载作用下路基使用十年的沉降值,再将不同速度下的列车移动荷载转化为静荷载,利用数值模拟计算路基沉降值。通过对比分析发现,数值模拟的最大沉降值为39.42mm,略大于理论计算的最大沉降值37.85mm,模拟结果更接近于实际监测沉降值40mm。(4)针对兰新铁路路基沉降现象,利用高压旋喷桩加固治理,通过对九种工况的对比分析,得出旋喷桩的最优设计参数为:竖向倾斜角度为60o,桩的长度为8m,桩的间距为2m。采用该方案治理后,在不同列车速度下,路基的动位移值比原来减少了127%,路基的沉降值相比于原来减小了158%,治理效果显著,可以满足列车提速到140km/h的要求。