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研究严寒地区高速铁路路基稳定性的长期监测

作者:2018-01-25 10:49:15阅读:文章来源:
 路基指的是按照路线位置和一定技术要求修筑的作为路面基础的带状构造物,是铁路和公路的基础,路基是用土或石料修筑而成的线形结构物。修筑在良好的地质、水文、气候条件下的路基。从材料上分,路基可分为土路基,石路基,土石路基三种。
  摘要:高速铁路路基稳定性监测是我国铁路建设工程施工中十分重要的阶段。因此,不断加强铁路施工建设,尤其是加大对严寒地区的高速铁路路基稳定性长期监测,不仅可以有效提我国高速铁路工程的质量,也对铁路施工的安全建设管理,提高铁路施工人员的安全防范意识有着直接的影响。本文重点针对我国严寒地区高速铁路路基稳定性的长期监测展开分析。
  关键词:严寒地区;路基;稳定性;监测;高速铁路
  一、我国严寒地区高速铁路路基稳定性的长期监测的重要性
  铁路运输是我国交通运输中的重要运输渠道,由于人流量大、相对安全,承载量高,因此,高速铁路安全运行不断受到重视。在我国严寒地区,由于高速铁路的地基稳定性容易受地质状况、气候条件、人为因素影响,所以加强高速铁路地基稳定性监测尤为重要。本文主要针对我国严寒地区高速铁路路基的具体特点确定长期的监测指标,为了能够保障严寒地区高速铁路安全运行,结合了我国东北地区哈大高铁路基监测技术,建立高速铁路长期稳定性监测系统,从而确保了参数模型设计的科学性和准确性。通过近三年的监测数据分析,对高速铁路路基稳定性指标进行了详细总结,实现了高速铁路路基稳定性参数变量自动化采集、数据自动化处理以及信号自动化传输。
  随着我国高速铁路建设水平的不断发展,高速铁路建设施工穿越严寒冻土地区的情况越来越多,车速也在不断提升,国内外对严寒地区高速铁路路基稳定性长期监测研究主要是针对严寒动冻土地区;以俄罗斯为例,在高铁线路施工建设时通过建立长期的地基稳定性监测系统,及时发现和观测高寒冻土地带铁路地基地质的发育状况和变化规律,并对高速铁路地基采取了安全保护措施。我国对高寒地区的铁路建设与监测研究从上世纪开始,主要针对青藏铁路的施工建设,检测的详细数据主要包含了路基的形变、路基地质的温度变化等。
  哈大高铁是世界上第一条投入运行的穿越严寒地区的高铁线路,此线路冻土属于季节性冻土。季节性冻土由于具有严格的监测标准,所以对高速铁地基稳定性监测研究必然具有更高的要求,基于此现状,本文重点对严寒地区高速铁路与非冻土地区高速铁路以及多年冻土地区的高速铁路路基稳定性差异进行分析,并结合现实数据确定检测具体指标,建立了一套高寒地区铁路路基多测点、多参量长期自动检测系统。
  二、严寒地区高速铁路路基稳定性的长期监测指标分析
  从地质状况来讲,非冻土与冻土地区的高铁是有差异的,由于在修建高铁路基过程中,会对高铁路基周边地区的热量平衡造成影响,一般情况,高铁路基周边区域或者路基以下地基都有浅薄的季节性冻土或路基处于恒温状态,所以,季节性冻土与多年冻土地区的高铁路基不同,在修建或监测方面更要注重高铁路基的季节性冻土层融、沉、胀、冻以及变形等状况。
  与一般的铁路路基相比,不论是在建设方面,还是在地基稳定性监测方面,都有很高的技术要求,由于高铁的线路长、施工量大、速度快等特点,监测具有更高的标准。此外,对路基的变形管控也非常严格,要求附加沉降变形预留范围5mm,施工之后可沉降范围值为15mm。因此,从具体的数据要求来看,高铁路基基面沉降变形可以准确反映高铁路基后期沉降的发展趋势,还可作为评价我国季节性冻土路基变形稳定性方面的重要指标。对冻土路基而言,地面湿度以及路基、基土中的温度等因素都是改变高铁路基融、沉与胀、冻的重要因素,能够准确反映和表现高铁路基变形场的变化情况和应力场的状态。
  三、严寒地区高速铁路路基稳定性长期监测系统的构建
  从数据分析来看,严寒地区高速铁路路基稳定性的长期监测系统的构建应该符合整体协调性、高温适应性、低功耗以及高精良、可靠性等要求,同时也要满足经济性要求。通过详细的数据监测和测评指标分析,构建了一套由现场监测中心测站和现场监测站构成的严寒地区高速铁路路基稳定性长期监测系统,这套长期监测系统能够自动检测和采集各种数据,通过无线网络自动将采集到的数据指令发送至监测中心,监测中心和现场监测站通过公网再将分析后的监测数据和控制指令传输给现场监测站。这套监测系统由七个不同的监测站集合而成,监测站全部使用Core control equipment ,CCE,即ARM9核心控制设备进行监测,这项设备在Windows CE环境之下运行,在每个监测站还设有传感系统、仪器保护箱、太阳能板、蓄电池以及RTT系列远程数据传输与采集智能终端设备等。从目前的应用状况来看,我国的传感系统在土体应力以及冻土温度还有地基含水量等监测技术方面已经相对成熟。
  四、严寒地区高速铁路路基稳定性的长期监测系统的监测分析
  该监测系统从数据分析结果以及实践过程来看,达到了监测预期效果,系统能够稳定运行。
  4.1 地温监测
  从严寒地区的地温监测数据看,该系统能够准确、科学反映严寒地区不同深度地层的地温变化情况,通过总结地温变化与地表深度变化规律发现,高铁路基地温的振幅随着深度的增加在逐渐减少,而且地温表现出周期性变化状态。因此得知,高铁路基地温状况受到外界环境的影响,随着高铁路基深度不断增加,外界环境的气温也在逐渐下降,并且浅层的季节性冻土由下而上逐层冻结,当外界环境气温升高时,地基土体开始融化,与单向冻结不同,融化顺序是呈双向融化状态,因此会对高铁路基的稳定性造成很大影响。
  4.2 含水量监测
  通过数据监测与分析可知,在高速铁路路基冰雪融化与冻结的循环期,含水量随着土体的冻结在逐渐减少,当路基冻土开始融化时,冻土路基内水分含量开始增多,并且上层水分含量由于受到地心引力
  作用的影响在逐渐下降。
  4.3 土体应力监测
  分析具体的路面环境可得知,不同路基的断面监测数据不同,路基填充物会受到外界温度周期性变化的影响以及地表水、高速列车荷载等因素的影响,高铁路基会随冰雪融化与冻结的周期循环作用,土体水分含量也会进行重组分布、重力迁移,此外,高铁路基的土体颗粒内部结构分布排列也会发生变化,地表强度也会随着水分的变化而变化。
  4.4 混凝土路基质量安全监测
  高速铁路路基稳定性监测除了对自然变化影响因素的监测外,还要对混凝土路基等人为施工因素进行监测,要仔细检查铁路路基壁岩的混凝土受喷面可能出现的危险情况,可采取高压风将混凝土喷射面的粉尘杂物吹干净,至于混凝土的配合比、具体的喷射方式以及验收方式都要有科学的控制和管理,此外还要对高铁路基管路和接头等重要施工装置进行全面检查,混凝土喷射喷头要安排专人进行保管,避免因管口堵塞导致喷头随意喷射而伤人,至于混凝土的配置以及具体的施工环境要求如下表2所示。
  五、结束语
  综上所述,不断加强我国严寒地区高速铁路路基稳定性的长期监测对交通安全运输有非常重大的意义,一方面为我国高速铁路路基稳定性研究提供了参考和借鉴的数据,为铁路路基整改以及保护提供了科学依据,另一方面,为保障我国铁路交通安全奠定了技术基础。

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