嚴寒季凍區高速鐵路毫米級變形標准下路基平穩性控制技術及應用

發布時間:2020-12-09 【字體:

  

       毫米级变形控制是高速铁路安全运营的根本要求,在季节性冻土区修建高铁面临着冻土“不冻胀”控制难题,是继青藏铁路攻克多年冻土“不融化”保持技术难题之后又一个世界级挑战 。国内既有普速铁路冻胀变形为厘米级控制,日德等国高铁冻深普遍在1m 以內,針對凍深1m 以上的毫米級凍脹變形控制技術尚屬空白 。而我國嚴寒季凍區凍深普遍在1m 以上,且占國土面積1/3,是變形控制要求極高的高鐵建設“禁區” 。因此,要在我國嚴寒地區建設高鐵,亟待突破高鐵路基凍脹機理、變形控制、平穩性長期保持等系統性技術難題 。

  项目组在国家和有关部委支持下,历经十余年理论和技术创新,采用多尺度试验、多物理场分析、多源信息融合等方法,对高铁路基防冻胀材料、结构设计、运营维护等方面进行了系统研究,形成了自主知识产权的严寒季冻区高速铁路毫米级变形标准下路基平稳性控制关键技术及应用体系 。项目取得的科技創新成果如下:

  1.發現了粗粒土填料中細顆粒“簇團”結構,揭示了高鐵路基填料凍脹機理 。提出了基于機器視覺的簇團結構自動識別方法,分析了粗粒土填料微觀形態,確定了填料孔隙微觀分布特征,發現了簇團是粗粒土填料主要持水結構,其凍結膨脹是導致路基宏觀變形的主要原因 。在此基礎上,建立了簇團率與細顆粒含量的映射關系,提出了嚴寒季凍區高鐵路基填料細顆 ?刂葡拗,爲毫米級路基凍脹精准控制提供了理論支撐 。

  2. 創新提出了路基防凍脹精細化設計方法,構建了結構與材料一體化的凍脹控制技術體系 。提出了基于簇團率控制的路基防凍脹設計方法,制定了滲透性級配碎石和水泥改性級配碎石控制標准,研發了“防排疏滲”的路基防凍脹結構,提出了基于抗凍材料和雙向預應力的防凍脹無砟軌道結構,形成了路基和軌道一體的凍脹控制成套技術體系,實現了凍脹變形精准控制在5mm 以內 。

  3. 研發了多源數據融合的凍脹監測預警方法,提出了路基平穩性保持技術 。創新了地面實時自動監測和車載定期檢測技術,自主研發了車-地一體化多源數據融合的凍脹監測預警方法,首次提出了基于靜-動映射關系的無砟軌道路基凍脹管理標准,形成了靶向精准修複技術和線路長期適度平順的凍脹維護綜合技術體系,實現了嚴寒季凍區高鐵毫米級線路平穩性的可靠控制 。

  項目成果獲省部級特等獎1 項、一等獎3 項,發明專利11 項,實用新型專利及軟件著作權16 項,制修編標准12 項,發表論文156 篇,出版專著1 部;成功應用于哈大、盤營、蘭新等15 個高鐵項目8000 余公裏線路,突破了嚴寒季凍區高鐵建設與運營的禁區,尤其是哈大高鐵實現了冬季300km/h 運營,樹立了世界嚴寒地區高鐵建設運營新標杆 。

  該成果獲2018年度國家科學技術進步獎二等獎 。

                                

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