高鐵知識丨路基工程對高鐵平穩(wěn)性起著什么作用？

大家可能都知道

我國的高鐵不僅運營里程和速度獨冠全球

而且以運行平穩(wěn)著稱

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當然，保證高鐵平穩(wěn)運行的原因可能很多

高鐵動車組制造技術先進

鋼軌打磨的平整

…

 

但是有一個至關重要的因素不能忽略

因為我們修的路就很平順??！

 

 

 

目前，鐵路工程最基本的形式有

 

橋梁工程

 

 

隧道工程

 

 

路基工程

 

 

我們今天就來說說

實現(xiàn)線路平順難度最大的

路基工程

是如何通過那些精妙嚴謹的設計

保障高鐵線路的平順

 

 

路基設計的標準精確到毫米

 

路基是一種土石結構，分為

 

 

填方路基（也稱路堤）

 

 

挖方路基（也稱路塹）

 

 

半填半挖路基（我沒有別稱）

 

你們所看到的高鐵可絕不是把軌道鋪在平地上那么簡單，這里面可有大學問。

 

首先，高鐵的地基必須要保證足夠的強度和剛度，所謂“基礎不牢，后患無窮”。路基結構采用優(yōu)質填料分層壓實，擁有牢固的基礎和通暢的排水，此外還要經受住天寒地凍和雨水沖刷等惡劣氣候的考驗。

 

高速鐵路列車運行速度可以達到或超過飛機起飛時的速度，路基作為高速鐵路列車運行的基礎，如果路基不平順就會引起軌道不平順，使列車產生劇烈振動和顛簸，影響列車高速、平穩(wěn)、安全運行。

 

中國高鐵最快運營速度350km/h，飛機起飛的時速一般為250-350km/h

 

其次，填筑后的路基就像任何建筑一樣都會下沉，軌道系統(tǒng)可調的高度有限，所以路基下沉量要控制在毫米級。

 

 

實際上，我國的高鐵的很多標準都精確到毫米級

 

再次，鐵路軌道分別由橋梁、隧道、路基來支撐，由于它們的結構不同，剛度和沉降規(guī)律也不同。為避免出現(xiàn)類似高速公路橋頭“跳車”現(xiàn)象，在他們連接處設置了過渡措施，控制鐵路的豎向差異沉降，尤其是無砟軌道路基差異沉降控制在5毫米內。

 

無砟軌道路基差異沉降

 

高速鐵路路基選料原來這么嚴格

 

高速鐵路路基是通過填筑或開挖形成的土石結構，路基填筑前或開挖后首先要經過復雜和嚴密的計算來判斷路基沉降和穩(wěn)定是否滿足要求，否則要進行地基處理,包括樁基、換填、強夯等措施。

 

路基分層填筑碾壓時，每一層壓實密度都要檢驗合格，再進行下一層施，以控制路基本身的變形。由于列車高速運行產生的振動對自上而下逐步減小，因此路基不同部位對填料的要求是不一樣的，路基表層對填料的要求最高，向下逐層降低。

 

高速鐵路路基每層的填筑材料對土石的質量、粒徑組成、石子大小、形狀、雜質含量等有特殊要求，需要經過嚴格的檢測，所以說并不是所有的土石都可以用來路基填筑。

 

路基的施工過程

 

來了大雨怎么辦，路基會被沖毀么？

 

高速鐵路路基為提高抵抗雨水沖刷等惡劣氣候的能力，保證路基邊坡穩(wěn)定，路基邊坡采用植物防護與工程防護相結合的措施，并輔以系統(tǒng)的排水設施。大家看到四四方方的格柵或者是拱形的混凝土砌筑都是為了保持路基結構的穩(wěn)定。

 

拱形骨架護坡

 

利用植物的根系固定住邊坡的土壤不僅可以使路基邊坡更加牢固，還使鐵路線形成一條綠色的走廊，更有利于人與自然和諧發(fā)展，滿目綠色也成為了車窗外一道獨特的風景。

 

路塹邊坡防護

 

高速鐵路路基遇到軟土怎么辦？ 

 

大江南北河道縱橫、溝塘遍布，很多地段存在淤泥和淤泥質軟土，像“嫩豆腐”一樣，幾乎沒有什么承載力，如何讓“嫩豆腐”撐得住“硬鐵軌”？如何使路基在短時間內下沉量趨于穩(wěn)定，讓列車跑起來？

 

這時就用到了一種獨特的地基處理技術——剛性樁。剛性樁在樁頂設置了一層鋼筋混凝土板或一張由碎石和土工織物組成的柔性網，就像埋在土里的一條板凳。

 

 

地基處理示意圖

不僅板凳腿起到支撐作用，板凳面也起作用，只是這“板凳”不止四條腿，有許多腿支撐，一條條板凳拼起來支撐路基。路基填筑完成后在其上堆載預壓，讓原本需要很長時間才能完成的下沉現(xiàn)象在短時間內發(fā)生。通過對下沉量進行觀測和評價，下沉趨于收斂后再鋪設軌道，既保證了“嫩豆腐”硬起來，后期又不會出現(xiàn)顯著下沉。

 

水泥粉煤灰碎石樁（CFG樁）  

溶洞上如何修建高速鐵路路基？

 

巖溶是一種自然現(xiàn)象，鬼斧神工的溶洞，惟妙惟肖的鐘乳石都是很美的自然景觀，廣泛分布在西南、華東、中南地區(qū)。但高鐵路基下面躲藏了溶洞，會對路基的根基穩(wěn)定造成影響。

 

溶洞

 

在巖溶發(fā)育地區(qū)，首先還是要通過地質勘察等手段判斷溶洞的位置，盡量繞避。但如果線路不得不通過時，就需要特殊的地基處理方法。

 

當溶洞較大或串狀時，可采用板凳式樁板結構進行處理，其由下部鋼筋混凝土樁基和上部的鋼筋混凝土板組成，通過承臺板將上部荷載傳到樁體，樁體把荷載傳遞到穩(wěn)固地層。

 

 

樁板結構

 

當溶洞較小時，可采用巖溶注漿的加固措施，即向溶洞里注入漿液填充，可避免溶洞頂板塌陷和變形，保證路基根基穩(wěn)定。

 

 

巖溶注漿法

 

寒冷地區(qū)如何修建高速鐵路路基？ 

 

我國東北地區(qū)冬季寒冷，水凝結成冰后體積會膨脹，冰融化后體積會收縮，凍融循環(huán)后土體強度會降低，因而在寒冷地區(qū)修筑高速鐵路需要解決路基的凍脹問題。

 

哈大高鐵路基成功實現(xiàn)在零下40℃穿越高緯度寒冷地區(qū)，預防路基凍脹的主要措施有：選擇防凍的填筑材料，提高路基本體防凍能力；做好路基表面防水和路基底部排水，避免因水出現(xiàn)凍融現(xiàn)象。

 

 

高鐵列車行駛在哈大高鐵路基上

好了，說了這么多

最后還是要感謝廣大路基專業(yè)工程師

嚴謹精心的勘測設計

腳踏實地的科研創(chuàng)新