20年磨一剑 铁四院攻克高速铁路软土路基难题
(资料图片仅供参考)
湖北日报讯(通讯员张启山、董跃龙、李立)4月12日获悉,中国铁道学会公布2022年度科学技术奖获奖项目,铁四院作为主要完成单位完成的《高速铁路软土路基小变形控制理论与技术》获得特等奖。
高速铁路对路基沉降要求极为严苛,“毫米级”工后沉降控制是高速列车安全、平稳运行的前提条件。而软土含水率高、孔隙比大,软土地基极易发生长期、持续的大变形,为高铁建设带来巨大挑战。
该项目创新了高铁软土路基小变形控制理论和应用技术,取得了“长期沉降可控、服役变形可防和偶发变形可修”的系统性成果。
据铁四院副总工程师孙红林介绍,我国沿海软土地区人口规模约7亿,高速铁路与周边开发需求量大,以服务人民出行、促进经济发展为使命的高铁建设,必须要科学合理地解决地基沉降量大、持续时间长、易受损伤等影响工程建设与健康服役的关键技术问题。
1999年,铁四院联合同济大学、中铁二十四局等单位成立联合课题组。20年磨一剑,课题组于2019年完成了主体研究内容,期间发表论文102篇(其中SCI收录34篇、EI收录47篇),出版专著3部,编制国家、行业标准6项,获得发明、实用新型专利授权54件,形成工法4项、软件著作权4项,相关成果作为建设工程与交叉学科学术引领专题,受到中国科学院推广,并被编入高校研究生教育教材。
课题组紧盯高速铁路路基建造前沿技术,聚焦高铁沿线软土地基大变形与安全运营小变形控制之间的矛盾,提出了国际领先的软土路基沉降控制和变形修复计算基础理论,形成了国际首创的路基智能监护模式和变形修复技术,极大推动了我国高速铁路路基工程技术进步。
针对软土路基小变形控制的关键技术难题,为达到“长期沉降可控、服役变形可防、偶发变形可修”的实际需求,课题组建立了路基小变形控制计算理论。提出了分级分类强化路基结构刚度的设计思路,形成了不同路基结构的适用条件和设计原则,创建了“三级(设计速度)四类(软土层厚度)五型(结构类型)”高铁软土地基加固处理及设计模式,明确了高铁软土路基的分类加固方式,成功解决了深厚软土地区高速铁路无砟轨道路基设计难题。
为有效解决邻近高铁软土路基施工面临的长距离、大密度、高频率监测三大难题,实现软土路基全天候、高精度监测和风险预警,课题组研发了BIM+GIS+物联网的智慧型软土路基变形监测系统,基于该系统形成了国际首创的路基智能监护模式。与传统监测方法相比,该系统可实时监测、实时反馈,节省人力物力的同时,大大提高了监测效率和精度。相关研究成果在上海机场线深大基坑开挖项目中经受了实践的检验。
高铁周边工程活动或偶发因素容易诱发地基沉降超限、路基横向偏移等问题,如何在确保高铁不停运的条件下纠偏路基变形,兼得“鱼”和“熊掌”,对于运营高铁整治来说是一个“卡脖子”难题。课题组研发了高铁路基三分区注浆抬升施工装备和技术,实现了运营高铁路基的快速抬升与变形稳定,发明了位移应力双释放-挤压联合定向变形复位技术,实现了在不中断行车条件下的路基横向变形修复。该技术创造了运营高速铁路无砟轨道病害路基竖向抬升、水平纠偏的工程记录。
截至目前,该课题成果已在湖杭铁路、南沿江城际铁路、沪苏湖铁路、上海机场快线等数十条铁路路基工程中得到广泛应用,产生了明显的经济和社会效益。
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