高速鐵路軟土路基小變形控制理論與技術(shù)

主要完成人：1周順華，2孫紅林，3王炳龍，4宮全美，5狄宏規(guī)，6陳尚勇，7唐宏華，8王長丹，9何超，10劉喆，11付龍龍，12周青爽，13陳東巨，14顧湘生，15楊龍才，16劉楊，17霍建勛，18王衛(wèi)國，19趙旭偉，20王士振，21雷文，22李逸濤，23姚琦鈺，24田志堯，25劉建國，26廖超，27郭慧吉，28金鈺寅，29馬文杰，30宋福貴，31吳挺，32張佳偉，33夏杰，34于正，35代寧，36李暉，37王月明

主要完成單位：1同濟(jì)大學(xué)，2中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，3中鐵二十四局集團(tuán)有限公司，4中鐵上海設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司

推薦單位：同濟(jì)大學(xué)

軟土具有強(qiáng)度低靈敏性高的特點(diǎn)。軟土路基在靜載作用下沉降量大、歷時(shí)長，在動(dòng)載作用下振幅大、易失穩(wěn)，而高鐵對(duì)路基變形控制的要求極為嚴(yán)格。我國軟土地區(qū)高鐵建設(shè)和沿線開發(fā)建設(shè)需求量均很大，加之鄰近施工容易誘發(fā)線路變形，高鐵的網(wǎng)絡(luò)化建設(shè)和運(yùn)營必須攻克軟土路基的“長期沉降、服役變形和偶發(fā)變形”三大控制難題。為此，項(xiàng)目組通過原鐵道部組織的聯(lián)合攻關(guān)，歷時(shí)20余年，創(chuàng)新了高鐵軟土路基小變形控制理論和應(yīng)用技術(shù)，取得了“長期沉降可控、服役變形可防和偶發(fā)變形可修”的系統(tǒng)性成果。

一、主要科技創(chuàng)新

（1）提出了高速鐵路軟土路基小變形控制計(jì)算理論，突破了制約沉降控制的關(guān)鍵理論瓶頸。率先研發(fā)了樁網(wǎng)結(jié)構(gòu)路基土拱可視化實(shí)驗(yàn)儀器，揭示了路基土拱的演化規(guī)律，建立了樁土荷載分擔(dān)的精細(xì)化算法；研制了樁土接觸界面高頻剪切儀，提出了樁土界面力學(xué)模型，修正了地基附加應(yīng)力算法，建立了樁網(wǎng)結(jié)構(gòu)路基沉降高精度預(yù)測(cè)方法；提出了軟土路基的分類控制設(shè)計(jì)技術(shù)，解決了國際上軟土層最厚（32米）的無砟軌道路基設(shè)計(jì)難題，廣泛應(yīng)用于我國高鐵軟土路基設(shè)計(jì)。

（2）創(chuàng)建了高鐵軟土路基主動(dòng)安全保護(hù)技術(shù)和智能防護(hù)模式，解決了鄰近鐵路施工路基變形防控難題。建立了結(jié)構(gòu)性軟土的高度非線性快速求解方法，提出了高鐵沿線開發(fā)施工的分區(qū)阻隔控制設(shè)計(jì)方法和自適應(yīng)補(bǔ)償與調(diào)控技術(shù)，有效控制了施工變形；研發(fā)了基于BIM+GIS+物聯(lián)網(wǎng)的智慧型軟土路基變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了路基變位的實(shí)時(shí)監(jiān)控；解決了上海機(jī)場(chǎng)線深大基坑開挖與滬杭高鐵路基近距離并行的施工難題，路基最大水平位移3.2毫米，最大沉降1.5毫米，首創(chuàng)了路基變位的智能防護(hù)模式。

（3）研發(fā)了高鐵營業(yè)線軟土路基變形修復(fù)技術(shù)，攻克了高鐵不停運(yùn)的路基變形維修難題。建立了結(jié)構(gòu)性軟土的滲濾-擠密-劈裂耦合方程，開發(fā)了路基注漿法變形修復(fù)的數(shù)值計(jì)算方法；研發(fā)了高鐵運(yùn)營線路基復(fù)位施工裝置，發(fā)明了高鐵運(yùn)行狀態(tài)下路基三分區(qū)注漿抬升和釋放-擠壓聯(lián)合法水平變形修復(fù)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了在列車通行量達(dá)120對(duì)/日的繁忙高鐵運(yùn)營線上進(jìn)行路基變形修復(fù)，路基最大整體抬升11毫米，整體最大水平糾偏67毫米，為國際首創(chuàng)，引領(lǐng)了路基養(yǎng)護(hù)維修技術(shù)的發(fā)展。

二、項(xiàng)目評(píng)價(jià)

項(xiàng)目突破了軟土路基毫米級(jí)沉降控制的關(guān)鍵理論瓶頸，建立了沉降和變形修復(fù)的高精度計(jì)算理論，為軟土路基變形的可控、可防和可修提供了科學(xué)依據(jù)。

三、效益及成果

成果推廣應(yīng)用于京滬、滬昆、福廈等10余條高鐵線路的軟土路基工程，開創(chuàng)了高鐵軟土路基建設(shè)和維養(yǎng)的技術(shù)新模式。近三年累積新增產(chǎn)值63.83億元，經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、環(huán)境效益顯著。項(xiàng)目獲發(fā)明專利37項(xiàng)、工法4項(xiàng)、軟件著作權(quán)4項(xiàng)、實(shí)用新型專利30項(xiàng)，出版專著4部，主/參編國家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)6部，發(fā)表論文102篇，其中SCI 34篇、EI 47篇。

來源：中國鐵道學(xué)會(huì)