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在膨胀土地区,中铁二院实现高速铁路路基工程的“毫米级”变形控制

在膨胀土地区,中铁二院实现高速铁路路基工程的“毫米级”变形控制
2020-04-22 09:57:48 来源:光明日报

四川省科学技术奖励大会21日在成都隆重召开,中铁二院工程集团有限责任公司(简称中铁二院)主持完成的“膨胀土地区高速铁路路基关键技术研究”荣获四川省科技进步奖一等奖。

高速铁路是中国向世界展示的一张亮丽名片,截至目前,我国已有运营高铁2.9万公里,在建高铁2.6万公里,占世界高速铁路的三分之二以上,且运行速度最高。高速铁路路基工程的“毫米级”变形控制是保证高铁高速、平稳、安全运行的核心技术。与传统普速铁路不同,高速铁路路基变形控制标准为5~15mm,仅为传统铁路的5%~10%,要求极其严格。

膨胀土是一种特殊土,民间形象描述为“晴天一把刀,雨天一团糟”,膨胀土在我国四川、广西、云南等22个省区市分布广泛,具有吸水膨胀、失水收缩和反复胀缩变形、浸水承载力急剧衰减等特性,性质极不稳定,造成铁路、公路路基边坡坍塌、滑坡,基床翻浆冒泥,上拱和下沉,结构变形和开裂,工程危害极大。膨胀土在岩土工程界素有“癌症”之称。

遏制“癌症”的发生,保证高速铁路膨胀土路基工程沉降量不超过15mm(过渡段5mm),隆起变形不超过4mm,难度极大,被视为世界性工程技术难题。如果不解决膨胀土路基毫米级变形控制问题,路基将成为限制列车高速运行的瓶颈工程。

“膨胀土地区高速铁路路基关键技术研究”项目组经过十多年刻苦攻关,采取理论分析→数值模拟→模型试验→现场试验→工程应用的技术手段,对膨胀土路基的胀缩变形和沉降变形特性、变形计算理论与设计方法、基床结构及地基加固技术、防排水系统和边坡加固防护技术等进行了系统研究,突破了三方面的技术难题。

通过路基原型湿干试验,揭示了膨胀土地基胀缩作用引起路基基床变形规律,建立了综合考虑气候变化、应力传递、消能效应及水分迁移的群桩抗隆起计算理论及设计方法,构建了基于临界振动速度的膨胀土路基长期动力稳定评价方法,填补了膨胀土基床隆起变形设计计算及控制技术的空白。

建立了基于填土“消能”与“卸荷拱”效应的膨胀土路基胀缩变形计算方法。根据现场大量实测数据,确定了施工期地基沉降完成比例,提出了基于超固结特性的地基压缩层厚度确定方法和地基处理原则,完善了高速铁路膨胀土地基沉降计算理论,使得中-低填方路基工程可大幅节约工程投资。

发明了具有良好的抗裂、抗渗、抗疲劳等性能的膨胀土路堑基床水泥基防水抗裂材料,研发了装配式排水盲沟和减胀反滤排水层,实现了工厂化生产,装配式施工,效率提高50%以上,成本降低30%以上,建立了膨胀土地区高速铁路路基变形控制成套技术,实现了高速铁路路基毫米级变形控制。

项目成果已全面应用于成绵乐、上海至昆明、昆明至南宁、贵阳至南宁、郑州至万州,成都至贵阳、贵阳至广州、川南城际等10余条高速铁路建设,推动了高速铁路路基工程技术进步,也为成渝中线高铁、川藏铁路修建提供了技术储备。项目所依托的“西成高速铁路”获全球FIDIC杰出工程项目奖,“云桂高速铁路”获全球FIDIC优秀工程项目奖和中国土木工程詹天佑奖,另有十多个工程项目获省部级工程创优奖,奠定了我国在该领域的国际领先地位。

责任编辑:kj005

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