1、我国高速铁路与路基工程技术发展07 级土木詹天佑班 张耀 20070218【摘要】：高速铁路是当今世界铁路高新技术的一项重大成就,是当今世界安全可靠的现代交通工具。它在许多国家得到迅猛发展,成为世界铁路的新潮流。高速铁路的出现已突破了传统铁路路基的设计理念，其设计理论、施工技术和检测手段等都有了很大发展，相关的技术标准不断提高，新技术也不断被应用于高速铁路路基中。【关键字】：高速铁路、路基工程、技术特点【正文】：高速铁路是指通过改造原有线路，使营运速率达到每小时 200 公里以上，或者专门修建新的高速新线，使营运速率达到每小时 250 公里以上的铁路系统。高速铁路是当今世界铁路高新技术的一项重
2、大成就,是当今世界安全可靠的现代交通工具。它在许多国家得到迅猛发展,成为世界铁路的新潮流。我国高速铁路的运输组织模式主要有以下 3 种类型：（1）高速客运专线。这种高速铁路建于客货运输都十分繁忙的通道上，一般沿既有线修建，设计速度达 350km/h。承担本线到发与跨线客流的输送任务，采用 300km/h 及以上的高速列车与 200250km/h 的跨线列车混合运行的运输组织模式。 （2）城际铁路。这种高速铁路建于两相邻大城市间，设计速度为 200250km/h。承担两城市间到发客流的输送任务，采用高密度、短编组、公交化的运输组织模式。 （3）快速客运通道。这种高速铁路建于客货运输潜在需求都十分
3、旺盛但还没有铁路的地区，设计速度为 200250km/h，承担吸引区内客货运输任务，采用200250km/h 的旅客列车与 120km/h 货物列车混合运行的运输组织模式。我国高速铁路的技术体系构建，主要应针对高速客运专线。高速铁路不仅仅是高速，它具有三点优势：一是高速铁路速度快、省时间，安全系数高，乘坐空间大，舒适又方便，价格又适宜，迎合了现代社会出行的需求，因而受到人们的青睐，成为世界各国振兴铁路的强大动力。二是高速铁路运输系统是铁路大面积吸纳现代高科技成果进行技术创新的产物。推动了铁路科学技术和装备登上一个崭新的台阶，增强了铁路的竞争力。三是高速铁路不仅运输能力特别大，有年运输量可达数亿
4、人次以上的优势，又有减少环境污染的优势，因而特别适宜于大运量的城市间、城市群和城郊的高频率运输。旅行时间的节约，旅行条件的改善，旅行费用的降低，再加上国际社会对人们赖以生存的地球环保意识的增强，使得高速铁路在世界范围内呈现出蓬勃发展的强劲势头。总之，发展高速铁路是科技进步的必然，是时代发展的需要。我国高速铁路以其高速、平稳、舒适的优良品质赢得了人民群众的广泛赞誉，有力促进了沿线区域经济发展，带动了相关产业升级，改善了人民群众生活。从旧时落后的铁路到如今的高速铁路，我国铁路的发展经历了几代人不懈的努力，从封建落后的清朝至今已有百余年的历史，旧时中国铁路发展缓慢，受到清政府封建势力的强烈发对。在那
5、个动荡的年代，帝国主义国家发动侵华战争，迫使清政府签订不平等条约，在中国掀起了筑路高潮，通过铁路对我国进行经济掠夺和军事侵略。旧时的中国铁路分布极不合理，多集中于东北地区和沿海地区，那时的铁路设备简陋、标准低下、机车数量少、部分地段无信号设备、未铺设道砟、塌方断道现象经常发生。新中国成立以后，铁路的建设有了很大的发展。不仅在路网建设和线路状况上有了很大的改善，同时在技术设备和运输效率上取得了极大地成就。20 世纪 80 年代初，在改革开放形势的推动下，我国经济走上了持续快速发展的道路，政府逐步加大了铁路的投资力度，一方面加强新线的建设，并且以客货运输大通道和西部铁路建设为重点；同时加强了既有线
6、技术的改造，以提速、扩能为重点。我国铁路建设走上了快速发展的新时期，同时为我国高速铁路的发展奠定了坚实的基础。春风吹拂神州大地，我国高速铁路引来了它的高速发展：2004 年 1 月，国务院常务会议讨论并原则通过历史上第一个中长期铁路网规划 ，绘就了超过 1.2 万公里“ 四纵四横”快速客运专线网。2004 年至 2005 年，我国从加拿大、日本、法国和德国引进技术，联合设计生产高速动车组。2007 年 4 月，全国铁路实施第六次大提速和新的列车运行图，同时，“和谐号” 动车组从此驶入了百姓的生活中。在高速铁路发展历史上，具有标志性意义的时刻就是 2008 年 8 月 1 日。它标志着我国第一条
7、具有完全自主知识产权的高速铁路 京津城际高铁的通车。我国高速铁路在工程建造技术、高速列车技术、列车控制技术、客站建设技术、系统集成技术、运营维护技术等方面不仅达到了世界先进水平，而且形成了具有自主知识产权的高速铁路成套技术体系。中国高速铁路正在为中国经济的再一次跨越式发展提供重要的支撑和保障。就在两年以后，公元 2010 年 2 月 6 日，世界首条修建在湿陷性黄土地区，时速 350公里的郑西高速铁路开通运营。能够在湿陷性黄土地区修建高速铁路，标志着我国高速铁路的发展又跨出了重要的一步。铁路路基作为保障高速铁路安全、高速、舒适平顺运行的前提条件，在高速铁路发展上扮演了重要的角色。铁路路基是轨道
8、的基础，是经过开挖或者填筑形成的土木建筑物，它的作用是满足轨道的铺设、承受轨道和列车产生的荷载，提供列车运营的必要条件。路基工程作为土木建筑物具有以下特点：1.材料复杂，路基主要由松散的土石材料构成，其力学性能有极大地不确定性。2.路基受环境影响大。路基处在各种复杂的变化着的自然条件下，时刻受到自然条件的侵蚀和破坏。3.路基同时受到轨道静荷载和列车动荷载的作用。因此，铁路路基的强度、刚度、稳定性以及在运营条件下使线路轨道参数须保持在允许的标准范围之内。因为它是确保列车高速、安全、舒适平顺运行的前提条件。高速铁路的出现已突破了传统铁路路基的设计理念，其设计理论、施工技术和检测手段等都有了很大发展
9、，相关的技术标准不断提高，新技术也不断被应用于高速铁路路基中。从铁路地基处理方法的发展来看，早期针对软土地基处理主要是解决路基通过软土地区的稳定性问题。由于以前铁路的速度和标准不高，允许有一定的沉降变形，软土地基处理主要采用排水固结、土工合成材料垫层的方法，解决软土路基填筑到“临界高度” 时的路基整体稳定问题。随着铁路速度标准的提高，发现排水固结虽然解决了路基稳定问题，但工期长沉降大。所以对于路桥、路涵等平顺及沉降要求严格的过渡区段，采用挤密桩、搅拌桩等复合地基的方法处理软基，可大大减少地基的沉降量。2005 年以来，随着客运专线的大量建设，时速 350 公里、无砟轨道结构的客运专线对路基工后
10、沉降提出了更高的要求，要求路基工后沉降值小于 15 毫米。这样采用常规软基处理的方法已无法满足高速化、平顺性的设计要求，则客运专线的软基处理采用 CFG 桩或混凝土打入桩的桩网、桩板结构等较强的地基处理形式。CFG 桩是由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂加水拌合形成的高粘结强度桩，通过在基础和桩顶之间设置一定厚度的褥垫层保护桩、土共同承担荷载，使桩、桩间土和褥垫层一起构成复合地基。桩端持力层宜选用承载力相对较高的土层。水泥粉煤灰碎石桩复合地基具有承载力提高幅度大，地基变形小等特点，并且具有较大的适用范围。适用于处理粘性上、粉土、砂土和已自重固结的素填土等地基。对于淤质泥土应按当地经验或通过现场试验
11、确定其适用性。就基础形式而言，既适用于条形基础、独立基础，又可用于箱形基础、筏形基础。而高速铁路在通过深厚软弱土层，当地基处理大于 30m，采用 CFG 桩不经济时，一般采用混凝土打入桩进行地基处理。对于津京城际、沪宁城际、京沪高速铁路，采用了大量的混凝土打入桩进行地基处理。打入桩地基处理地段一般采用桩板或桩筏的承力结构。打入桩一般采用预制钢筋混凝土管桩或方桩，根据地质条件、桩型和桩体承载力可采用锤击法、振动法或静压法打入。我们必须针对不同地质条件的地基土选用了合理的多种地基处理方法。对于浅层软弱地基采用了换填碾压处理、或换填砂垫层处理；对于深层软基的主要地段采用了袋装砂井、塑料排水板的排水固
12、结加预压的处理方法；对于工后沉降要求高的路桥、路涵过渡段，根据地质条件和经济对比，采用了挤密砂桩、挤密碎石桩、粉喷桩、搅拌桩、旋喷桩等复合地基处理方法；对于有地震液化的粉土或粉细砂层的地基段，采用了挤密砂桩的处理方法。2006 年 7 月 1 日，世 界 上 海 拔 最 高 的 铁 路 青 藏 铁 路 修 建 开 通 。 由 于 面 临 脆 弱的 生 态 、 高 寒 缺 氧 、 多 年 冻 土 和 狂 风 扰 乱 工 作 等 几 个 世 界 性 难 题 ， 在 建 设 过 程 中 创 造 出了 许 多 国 内 外 第 一 。青藏铁路成败的关键在路基工程，而路基工程的核心是冻土问题。青藏铁路首先
13、面临多年冻土分布、多年冻土融区分布、多年冻土年平均地温分区、高含冰量冻土的分布等重大冻土工程地质问题，因为它涉及了勘测重点和设计原则的制定，直接关系到青藏铁路路基稳定和投资。另一个极为重要的核心问题是青藏铁路地下冰空间分布问题。地下冰是影响冻土路基稳定的最为重要的影响之一，是产生冻融灾害或者不良冻土现象的根本问题。地下冰最为集中分布在多年冻土上限附近，修筑路堤后引起多年冻土上限变化，其结果就会造成地下冰融化，导致路基产生融化下沉破坏。由于地下冰受多因素控制，在空间上的形成不均匀的和不同的含冰状态。在路基稳定性方面，还必须同时面临冻融灾害问题，即不良冻土现象。这些与冻融过程有关的不良地质现象，当
14、它们威胁到铁路安全运营和工程稳定性时，就演变为一种工程灾害。这种工程灾害主要与地下冰、冻融过程和冻土温度有关。我们必须针对具体情况给出其防治措施。铁路的修建将导致路基下冻土上限、年平均地温、地下冰等发生变化，并诱发冻融灾害的形成和发展，引起冻土路基发生冻融破坏。特别是在敏感性地表，修筑铁路会诱发冻土环境产生极大变化，威胁铁路路基的稳定性，影响青藏铁路的安全运营。全球气候变化背景又给铁路修筑带来了极大的困难。因此，为了保证青藏铁路的安全运营，必须进行青藏铁路沿线路基冻融病害防治对策与技术研究。多年冻土地区的路基设计原则是根据冻土类型及年平均地温采用保护、一般保护和一般路基的设计原则。保护是指采取
15、有效工程措施保护多年冻土的生存条件，维持其原有的稳定状态，一般保护是采取工程措施，控制多年冻土融化速率，即允许其有一定程度的融化，但必须控制在可接受的范围内。目前，我国高速铁路地基处理中还存在着一些技术问题，我国幅员辽阔，地质条件复杂，各客运专线遇到的地基处理问题各不相同。但由于工期紧任务重，对于设计、施工和建设单位来说，没有时间和精力进行前期的试验研究工作，地基处理的设计一般是简单化、保守化、经验化。有些地区可能是地基处理过强，存在保守浪费现象；有些地区由于对复杂地质的认识有限，看似地基处理较强，但还出现了失稳破坏的现象。这些问题主要有：（1）地基处理大量采用 CFG 桩，存在简单化、经验化
16、、万能化的现象，对其适用条件没有进行深入研究。现场出现掉桩头、断桩、串桩、充盈系数偏大、局部断桩等情况。 （2）对深厚及流塑状软土的地基处理简单化、经验化，一般采用 CFG 桩和预制混凝土打入桩。现场还出现使加固区以外建筑物外挤、隆起的现象，影响建筑物的使用安全。 （3）地基处理只考虑了路基荷载的影响，还应考虑运营过程中，路基附近一定影响距离内水塘、基坑等开挖对路基安稳定的影响。 （4）地基处理深层检测技术有局限性，实际施工质量的过程控制尤为关键。但施工队伍的技术水平是有差别的，所以设计上可能会加大安全系数，对于间距减小、桩径和桩长的加大，势必又会给施工增加技术难度。纵观我国高速铁路与路基工程
17、的发展，我国高速铁路的技术体系还处于发育期，还需要不断调整与完善。但技术体系的特点已比较清晰：博采众长，采用引进与自主开发相结合，立足技术创新，实现技术跨越的技术路线。构建“满足高速度、高密度、大运量、长距离、高舒适性及多种运输组织形式需求，兼容不同速度等级的列车，配备多种编组形式的动力分散型动车组，采用与无砟轨道相适应的高标准、少维修的基础设施，建立智能化调度系统、列车自动控制系统和信息化的运营管理系统，高度重视环境保护，追求高安全性、高可靠性和低运营成本，既容纳国际先进技术，又具有中国特点”的高速铁路技术体系。现代社会须要有一个与其现代化生涯相适应的现代化交通系统，要形成一个与都市发展布局高度和谐的综合交通格式。今后，高速铁路的发展将和其他交通方法同构建高效力的综合交通系统，进一步改造运营体制，使外部效益体现在高速铁路的内部效益，放宽准入市场，高速铁路行业将在我国的经济发展进程中，将更好地施展作用。【参考文献】1.铁道工程 易思蓉 中国铁道出版社 2009.92.高速铁路路基技术 杨广庆 石家庄铁道学院 2004.123.土力学 刘成宇 西南交通大学 2006.24.论我国高速铁路技术体系 何邦模 中国铁道科学研究院 2008.2
