重载铁路路桥过渡段斜向旋喷桩加强效果研究

论文摘要

重载运输是铁路扩能提效的有效途径之一,其对解决长距离、大宗量货物运输问题效果显著。但大轴重、高密度行车的同时也对线路条件提出了更高的要求。路桥接头处由于结构物性质迥然导致其刚度和变形差异较大,严重影响重载铁路行车安全和经济效益,因此有必要对路桥过渡段合理加强。我国日益增长的运能需求及重载技术的飞速发展也加快了既有线扩能改建的步伐,对于既有铁路如何在不影响正常运营的前提下对路桥过渡段进行合理的加强成为其重载扩能改建的关键。斜向旋喷桩技术与既有的过渡段加强处理措施相比其优势不仅表现在施工不中断运营,对路基病害也具有一定的防控作用,是一种综合处理的过渡段加强措施。本文结合朔黄铁路扩能改建研究课题对斜向高压旋喷桩技术应用于加强路桥过渡段路基的效果进行了探索研究。基于朔黄铁路试验段实测数据运用ABAQUS有限元软件建立了有限元仿真分析模型,在综合考虑轮轨接触、桩土接触、群桩效应及边界条件等因素影响的基础上,计算分析了过渡段路基的沉降、静力变形及动力特性,总结了旋喷桩角度、密度及加强范围等布设参数与加强效果的影响关系：斜向旋喷桩与水平面的夹角在5°～15°时效果较好,可进一步抑制过渡段变形10%～20%；桩密度在1.5m-2m是合适的,继续加大桩密度,变形抑制能力的提升将非常有限,但随台后距离的增大适当调整桩密度有利于一级阶梯与二级阶梯变形的缓和。加强范围20m-25m较佳,对台后沉降阶梯状分解特征稳定明显。数据表明旋喷桩动力加强效果更加突出,行车时路基动位移在过渡段范围内明显趋缓,最大值衰减达20%,路基垂向加速度衰减程度在10%～40%,极大地改善了行车动力作用。采用斜向旋喷桩对过渡段路基加强不仅可提升其抑制变形和改善列车动力作用的能力还可改善路基病害提升其整体性能,具有对过渡段进行综合处理的作用。综合上述结论我们得出：利用旋喷桩对路桥过渡段进行加强是可行有效的。本论文的研究将对既有线在不中断运营前提下进行扩能改建提供有益参考。

论文目录

• 致谢
• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 重载铁路发展现状
• 1.2.1 国外重载铁路发展概况
• 1.2.2 国内重载铁路发展概况
• 1.3 重载铁路路桥过渡段
• 1.3.1 路桥过渡段问题
• 1.3.2 国内外路桥过渡段理论与实验研究现状
• 1.3.3 路桥过渡段加强处理措施
• 1.4 高压注浆技术
• 1.4.1 高压旋喷注浆技术
• 1.4.2 高压旋喷桩的应用
• 1.4.3 斜向旋喷桩的应用
• 1.5 本文研究内容及意义
• 第2章 既有重载铁路路桥过渡段问题研究
• 2.1 朔黄铁路概况
• 2.2 测试内容与结果分析
• 2.2.1 轨道结构参数测试
• 30测试'>2.2.2 路基地基系数K₃₀测试
• 2.2.3 地质雷达测试
• 2.2.4 动力触探
• 2.3 本章小结
• 第3章 斜向旋喷桩加强路桥过渡段沉降及变形研究
• 3.1 土体本构关系
• 3.2 土体弹塑性理论
• 3.3 有限元理论概述
• 3.4 ABAQUS有限元软件
• 3.5 模型的建立
• 3.5.1 过渡段模型及参数
• 3.5.2 轨道结构模型及参数
• 3.5.3 旋喷桩模型及参数
• 3.6 沉降计算分析
• 3.6.1 角度与沉降影响关系
• 3.6.2 加强范围与沉降影响关系
• 3.6.3 桩密度与沉降影响关系
• 3.7 静力作用下过渡段变形特性分析
• 3.7.1 角度与变形影响关系
• 3.7.2 变形随深度变化规律
• 3.7.3 加强范围与变形影响关系
• 3.8 本章结论
• 第4章 旋喷桩加强路桥过段动力效果分析
• 4.1 动力数值分析基本理论
• 4.1.1 运动方程的建立
• 4.1.2 运动方程数值算法
• 4.2 模型的建立
• 4.2.1 路桥过渡段结构模型
• 4.2.2 轮轨接触模型
• 4.2.3 车辆模型
• 4.3 动力响应分析
• 4.3.1 纵向动位移对比分析
• 4.3.2 加速度对比分析
• 4.4 本章结论
• 第5章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 作者简历
• 学位论文数据集