高铁路基工程变形观测方案设计与实施毕业设计论文.doc
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1、辽宁工程技术大学毕业设计(论文)高铁路基工程变形观测方案设计与实施以哈大高铁四平段为例摘 要高速铁路要为列车的高速行驶提供一个高平顺性和高稳定性的轨下基础,而路基作为轨道结构的基础,必须在运营条件下将线路轨道的设计参数保持在要求的标准范围之内,这无疑就对高速铁路的沉降稳定提出了很高的要求。然而,长期以来“桥头跳车”现象一直困绕着人们,直接影响列车运营舒适度和安全,究其原因是路桥过渡段的刚性和柔性的差异沉降所致。因此,路基和过渡段的沉降稳定性以及沉降预测成了高速铁路路基设计和施工的关键。本文以哈大客运专线四平段为例,对高铁路基工程变形观测方案进行了详细设计,对哈大客运专线四平段沉降监测网的建立、
2、观测内容、观测方法、观测精度、观测频次等方面做了比较系统的论述,特别对路基以及过渡段的沉降观测和数据分析作了深入研究。关键词:哈大高铁;路基;过渡段;沉降观测;技术设计Design and implementation of high-speed railroadbed deformation observation schemesAbstractThe high-speed railroad must provide a high smoothness and high stability foundation under the axle for trains high speed tra
3、vel, while the roadbed takes the foundation of the track structure. We must keep the design parameter into demanded range under our operation Icondition, which raises much higher request for the settlement of high-speed railway. However, the phenomenon “Vehicles bumping in the end of bridge” has bee
4、n a tough concern for a long time, which directly influences the safety and comfortbility during train operation. The main reason is the deference between the rigidity and flexibility in the transition section. Therefore, the key task is road base, the settlement in the transition section as well as
5、 the settlement anticipation for high-speed base design and construction. Taking the Siping section of Harbin-Dalian line as an example, the article devise the change-observation program of high-speed base project into details, and it provides a systematic elaboration on establishment of the settlem
6、ent monitoring network, the observation content, the observation method, the observation precision and the observation frequency, specially, it gives the road base, the settlement observation and data analysis a detail and deep research.Key words: Harbin-Dalian high-speed railway; Roadbed; Transitio
7、n section; Settlement Observation; Technical designIII目 录摘要 Abstract 引言11 哈大客运专线四平段概述21.1 工程概况21.2 作业区自然状况21.2.1 地形、地貌21.2.2 工程地质及水文地质概况21.2.3 气象特征31.2.4 地震动参数31.2.5 地层岩性及地质构造31.3 国内外高速铁路发展现状41.4 沉降和变形观测的目的42 沉降观测的内容及要求52.1 沉降观测的内容52.1.1 路基52.1.2 过渡段52.2 沉降观测的控制要求53 观测点布置73.1 路堤和路堑观测断面和观测点的布置原则73.1.
8、1 路堤73.1.2 路堑73.2 路堤和桥梁、涵洞过渡段观测断面和观测点的布置原则73.2.1 路桥过渡段73.2.2 路涵过渡段83.2.3 路堤与路堑过渡段8 3.2.4观测点布置汇总84 沉降变形观测网的建立10 4.1 沉降变形观测网的基本要求104.2 沉降变形观测网的建立方式104.3 水准基点与工作基点的布设与观测104.3.1 水准基点的布设104.3.2 工作基点的布设104.3.3 沉降变形观测网的观测114.4 沉降观测网的主要技术要求115 沉降观测方案设计135.1 路基沉降观测135.1.1 观测断面及观测点的设置原则135.1.2 观测断面及点的设置、元件布设1
9、35.1.3 沉降观测元件的选取、埋设135.1.4 监测方法及要求155.2 过渡段沉降观测165.3 作业方法与技术要求175.3.1 使用仪器175.3.2 人员组织175.3.3 技术要求175.3.4 作业方法18参考文献20附录A21附录B33III引言自1825年世界上第一条铁路诞生以来,世界各国重视铁路研究工作的专家、学者,始终在为提高列车的行车速度作不懈的努力。在我国铁路“十五计划”编制中已明确指出,要加强快速客运专线的建设,逐步建成以北京、上海、广州为中心,连接各省会城市和其它大型城市间铁路快速客运系统。高速铁路对轨道的平顺性提出了更高的要求,而路基是铁路线路工程的一个重要
10、组成部分,是承受轨道结构重量和列车荷载的基础,它也是线路工程中最薄弱最不稳定的环节,路基几何尺寸的不平顺,自然会引起轨道的几何不平顺,因此需要轨下基础有较高的稳定性和较小的永久变形,以确保列车高速、安全、平稳运行。从德、法、日三国针对我国高速铁路设计咨询结果来看,德、法强调控制路基的不均匀沉降,其追求沉降的目标是不均匀沉降为零。工后沉降的指标相对而言较为严格,如何确保路基沉降变形满足质量标准要求成为路基工程的重点课题。我国从很早开始对高速铁路基础关键技术进行了一系列的研究,在借鉴国外高速铁路大量理论、试验和建设实践的基础上,相继制定了相关设计暂行规定和设计指南,初步形成了具有中国特色的高速铁路
11、技术体系,建设世界一流水平的高速铁路。2005年1月5日,国务院批准了铁路中长期发展规划,从此拉开了高速铁路建设的序幕,我国将大规模建设世界一流的高速客运专线。铁道部的一份研究报告指出,发展无碴轨道视为我国高速铁路建设的一场深刻的技术变革。本设计是根据铁道部建设司2006年4月10日下发的关于尽快开展无碴轨道铺设条件评估技术指南编写工作的通知1的要求和客运专线无碴轨道铁路工程测量技术暂行规定2中对线下构筑物的变形测量提出的相关规定,借鉴国外高速铁路无碴轨道铺设条件的相关评估技术要求,进行编制的。1 哈大客运专线四平段概述1.1 工程概况哈大铁路客运专线被列为我国“十一五”期间东北地区铁路建设重
12、点工程,是我国中长期铁路网规划“四纵四横”客运专线网中“北京沈阳哈尔滨(大连)”客运专线的重要组成部分,全长约900公里。中铁十九局集团哈大客运专线管段位于吉林省四平市境内,为新建铁路哈尔滨至大连客运专线站前土建工程标DK579+140DK602+407.3段工程,线路全长23.2667km,其中桥梁长13.77807km,占59.22%,路基长9.48923 km,占40.78%。工程投资6.86亿元。路堤结构形式为级配碎石,中粗砂、AB组填料、改良土,地基采用CFG桩或水泥搅拌桩进行处理。沉降和变形观测里程起始于DK579+140,终止于DK602+407.3,其中包括八棵树大桥、三叉河大
13、桥、英城大桥、龙王庙大桥等10座大桥,DK597+224、DK597+713、DK598+250等10个涵洞和靠山屯八棵树路基、八棵树三岔河路基等10段路基。1.2 作业区自然状况1.2.1 地形、地貌本区段可分为三大地貌单元,即起点到DK579+333为属低山缓丘区,地势起伏较大,地势总体北高南低,北部有一陡坎,高差约13m;向北为微丘状剥蚀平原区。该段地势上形成中部高南北低,东西向较为平坦,地形纵向起伏较大;DK600+400DK602+407.3位于苏台河一、二级阶地,地势平坦、开阔,相对高差012.14m。1.2.2 工程地质及水文地质概况1)工程地质概况本区段地层主要为第四系全新统冲
14、积、残积粉质黏土层,厚115m,坚硬-硬塑,局部软塑。中更新统黏质黄土厚120m,硬塑,粉质黏土呈层状分布于黏质黄土层下部,厚度26m。底部为白垩系泥岩,风化层厚1030m。部分地段见第三系富峰山期玄武岩、石灰系大理岩。沿线存在季节性冻害问题,白垩系泥岩及泥岩夹砂岩,抗风化能力差、强度低、易崩解、属极软岩,具膨胀性。沿线露出的第四系中更新统黏质黄土、全新统残积粉质黏土都含有亲水性黏土矿物,具有弱-中等膨胀性。2)水文地质概况沿线地下水主要为第四系松散堆积层孔隙潜水,其补给来源主要为大气降水、河水、人工地表水垂直入渗。第四系孔隙潜水广泛分布于河流漫滩及阶地的砂砾石层中,漫滩及一级阶地地下水位较浅
15、,一般为110m ,二级阶地为520m;黄土台地地下水位差异较大,孔隙水附存于黏质黄土及砂砾石透镜体中,埋深320m ,局部可达30m以上。基岩裂隙水主要分布于剥蚀微丘地带,该地区岩层的构造裂隙及风化裂隙发育,为地下水的储存创造了条件,地下水主要受大气降水补给,一般埋藏深度大于10m,随季节变化明显,年水位变化幅度为25m。沿线部分地段地表水和地下水对混凝土结构具有侵蚀性,以硫酸侵蚀、二氧化碳侵蚀为主,环境作用等级一般为H1。1.2.3 气象特征本区段属于中温带亚湿润气候区,年平均气压995.9mb;年平均气温6.7,极端最高气温37.3,极端最低气温-34.6;年平均绝对湿度9.0mb,日最
16、大绝对湿度34.5mb,日最小绝对湿度3mb;年平均降水量632.7mm,年最大降水量778.3mm,年最小降水量448.1mm,年平均蒸发量1226.0mm,年最大蒸发量1392.0mm,平均风速2.8m/s(主导风向SW),最大定时风速20m/s(主导风向SW),年最大积雪深度22cm;最大冻结深度148cm。1.2.4 地震动参数据中华人民共和国国家标准GB18306-2001中国地震动参数区划图的划分、铁路工程抗震设计规范(GB50111-2006)的有关规定,结合本段工程地质与水文地质条件及工程设置的实际情况,本区段地震动峰值加速度值采用0.05g,相当于地震基本烈度六度,地震动反应
17、谱特征周期采用0.35s。1.2.5 地层岩性及地质构造1)地层岩性本区段自上而下地层为第四系全新统残积粉质黏土、白垩系下统泥岩夹砂岩。工程地质特性描述如下:第四系全新统:粉质黏土(Q4el),呈层状分布于地表,浅灰色灰黄色,硬塑为主,级普通土o=150KPa。白垩系下统:泥岩夹砂岩(K1Ms+Ss),泥岩为主,夹有薄层砂岩。泥岩紫红色,含少量砂砾,泥质结构,层理构造,可见结核,成岩较差,风化产物为土状。砂岩以灰色、紫红色为主,钙质胶结,成岩较差,风化产物为砂状,岩层走向NE,倾向WN,倾角小于5,o=200400KPa。泥岩具弱膨胀性。2)地质构造本区段构造单元属黑褶皱系,位于新华夏系第二隆
18、起带(张广岭隆起带)西缘与第二沉降带东部(松辽平原)两个一级构造单元的衔接复合部位,第三纪以来以下沉坳陷为主,但不同地区的沉降幅度具有明显的差异。1.3 国内外高速铁路发展现状自1925年世界上第一条铁路诞生以来,世界各国重视铁路研究工作的专家、学者始终在为提高列车的行车速度作不懈的努力。高速铁路的实际应用发源于日本,自1964年日本建成第一条高速铁路后,铁路焕发了新的生机,进入二十世纪90年代,世界上掀起了高速铁路建设热潮,日本、法国、德国、意大利、西班牙等多个国家相继发展了高速铁路。1964年10月1日,日本东海道新干线正式开通营业,全长515公里,高速列车运行速度达到210公里1小时。这
19、条专门用于客运的电气化、标准轨距的双线铁路,代表了当时世界第一流的铁路高速技术水平,并标志着世界高速铁路由试验阶段跨入了商业运营阶段。第一条高速铁路的问世,使一度被人们认为“夕阳产业”的铁路,出现了生机,显示出强大生命力,预示着“铁路第二个大时代”的来临。高速铁路发展是长期努力的结果,高速铁路技术不是一项过时和停滞的技术,而是在不断发展和创新。高速铁路集中反映了当代新型牵引动力、高性能轻型车辆、高质量线路、高速运行指标、高速运输组织和经营管理方面的技术进步,代表了铁路技术的最高成就,是当代技术进步的结晶。我国在国民经济和社会发展“九五”规划和2010年远景目标纲要中,给出了中国高速铁路发展战略
20、:坚持高起点、高标准,坚持可持续发展,坚持广泛吸收引进国际先进成熟技术与自主研发、创新相结合,博采众长,系统集成,走跨越式发展道路,形成具有中国特色的高速铁路技术体系,建设世界一流水平的高速铁路。2005年1月5日,国务院批准了铁路中长期发展规划,从此拉开了高速铁路建设的序幕。1.4 沉降和变形观测的目的客运专线无碴轨道对路基的工后沉降要求严格、标准高,设计中对土质路基基础和过渡段形式等均进行了沉降变形计算,采取了相应的设计措施。而影响沉降计算的因素较多,沉降计算的精度不足以控制无碴轨道工后沉降。施工期必须按设计要求进行系统的沉降变形动态观测。通过对沉降观测数据系统综合分析评估,验证或调整设计
21、措施,使路基达到规定的变形控制要求。分析、推算出最终沉降量和工后沉降,合理确定无碴轨道开始铺设时间,确保客运专线无碴轨道结构铺设质量。2 沉降观测的内容及要求2.1 沉降观测的内容2.1.1 路基1)路堤:根据不同的路基高度和地基条件,路基沉降观测的主要内容有:路基面的沉降观测;路基基底沉降观测;路基两侧路肩的沉降观测;路基两侧坡脚的沉降观测。2)路堑:根据不同的路基高度和地基条件,路基沉降观测的主要内容有:路基面的沉降观测;路基基底沉降观测;路基两侧路肩的沉降观测。2.1.2 过渡段根据过渡段的设计形式,沉降观测的主要内容有:路桥过渡段沉降观测;路堤与涵洞过渡段沉降观测;路堤与路堑过渡段沉降
22、观测。2.2 沉降观测的控制要求高速铁路路基作为无碴轨道结构的基础,对路基的沉降变形非常敏感,要求沉降控制在非常小的范围之内。工后沉降指的是路基上部关键部位竣工验收后整个构筑物体系所产生的沉降量,是路基沉降的主要控制对象。我国拟建的高速铁路无碴轨道在汲取国外沉降控制经验的基础上,围绕线路运营、结构允许变形,从路基竣工后扣件可调整的总沉降量,20m结构长度范围内的不均匀沉降、路基与桥涵之间差异沉降形成的错台,以及轨道结构单元之间形成的折角等多方面对路基变形都作出了严格规定,见表2-1。表2-1 高速铁路无碴轨道路基工后沉降控制标准Tab.2-1 High-speed railway track
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