新建兰新铁路第二双线路基防风工程的研究

第３６卷第３０期　２　０　１　０年１　０月　山　西　建　筑　ＳＨＡＮＸＩ　ＡＲＣＨＩＴＥ　兀瓜Ｅ　ＶｏＩ＿３６　Ｎｏ．３０　Ｏｃｔ．２０１０　・２９５・　文章编号：１００９．６８２５（２０１０）３０—０２９５—０２　新建兰新铁路第二双线路基防风工程的研究　侯全德　摘要：针对兰新第二双线所经大风区的具体情况，在对大风的观测实验研究基础上，通过数值模拟分析、风洞试验等手　段，结合列车运营的实际需要，探讨了路基防风工程设计原则和路基防风结构，以确保行车安全。　关键词：路基，防风，挡风墙　中图分类号：Ｕ２１６．４１３　文献标识码：Ａ　蚀影像（卫星、航片）特征等地质学条件，考虑线路高度、工程类型　１　概况　对大风区进行设计工程分区如下：　新建兰新铁路第二双线经由甘肃、青海、新疆三省区，正线全　等工程条件，Ｉ区（大风极少区）：极大风速小于２５　ｍ／ｓ，且大于２０　ｍ／ｓ，大　长Ｉ　７７６　ｋｍ；本线的最大特点是：线路要穿越甘肃境内安西风区　地形平缓不利大风形成、地面以砂土为主，植　和新疆境内的烟墩风区、百里风区、三十里风区、达坂城风区五大　风出现频率小于５％；被良好；线路高度小于２０　ｍ；既有铁路、公路没有发生过大的风害。　风区。　根据既有兰新铁路的运营经验，大风对铁路的危害主要表现　Ⅱ区（大风低发区）：极大风速小于３０　ｍ／ｓ且大于２５　ｍ／ｓ或　ｍ／ｓ，出现频率不大于３％；地形平缓不利大风形　为：横风作用下的列车倾覆、轨道积沙、沙石击碎玻璃、接触网受　极大风速大于３０　植被一般；线路高度小于２０　ｍ；既有铁路、　流不稳、列车停运、限速天数多等问题，严重影响铁路运营安全。　成、地面以细颗粒为主、　为了保证新建兰新铁路第二双线的行车安全及大风环境下正常　公路没有发生过影响铁路运营的风害。运营，大风区防风工程的研究与设置显得尤为重要。　Ⅲ区（大风一般区）：极大风速大于３０　ｍ／ｓ，出现频率小于５％　而大于３％；地形起伏、地面以砾石土为主、植被一般。部分线路　高度大于２０　ｍ；大风风向与线路呈３５。－－６５。交角；既有铁路、公路　段风害偶有发生。　２沿线大风特征及工程分区　２．１　沿线大风的主要特征　风速高；风期长；季节性强；风向稳定；起风速度快。　２．２大风区防风工程分区　Ⅳ区（大风易发区）：极大风速大于３０　ｍ／ｓ且出现频率大于　５％而小于１Ｏ％；地形起伏、地面以碎石土为主且部分胶结、少植　通过沿线布设观测点，试验、研究、综合考虑各测风站点最大　被。部分线路高度大于２０　ｍ；大风风向与线路呈３５。～６５。交角，　风速、极大风速、２　ｍｉｎ平均最大风速风力、频率、风向及与风向线　最大风速、极大风速、２　ｍｉｎ平均最大风速三种风速相关性差；既　路交角等气象条件，考虑风蚀地形地貌特征、地表颗粒大小、植被　有线对应段易发生风害；既有铁路、公路运营受风害影响较大的　情况、既有铁路、公路对应段落风害情况，沿线大气环流特征及风　段落。　现场施工的最佳含水率要求接近　场填料的含水量大于最优含水的１．６％时（即为１８．８％时），Ｋ３０　粉质粘土的压实质量影响明显，值随碾压遍数增加而增加缓慢，这是因为对于粘质粘土，当含水　填料的最优含水率，当超过最优含水率较大了难以压实。由于西　量较大时，填料中的水的体积要大于填料间的空隙体积，水来不　北地区干燥，填料中的水分容易蒸发，现场施工时根据天气，适当　及排出使得填料变软，碾压时难以压实。　地考虑填料摊铺、碾压过程中水分的蒸发。　参考文献：　５结语　０１０２—２００４，铁路工程＿ｋｃｒ＿试验规程［Ｓ］．　经现场对粉质粘土填筑工艺试验，分别对碾压工艺、虚铺厚　［１］ＴＢ　１［２］ＴＢ　１０００１—２００５，铁路路基设计规范［Ｓ］．　度、填料含水率等参数进行了研究，可得出以下结论：　３］　陈兆波．水泥改良土填筑施工技术总结［Ｊ］．山西建筑，２００９，　１）低液限粉质粘土用于路基时，对于２０　ｔ压路机，合理的碾压　［工艺为１静＋１弱＋（４～５）强＋１静。２）合理的虚铺厚度为３０　ａｎ～　３５　ｍ１，现场施工时严禁超过４０　ｃｒｎ，建议在基床以下路堤的虚铺　厚度为３５　ｃｒｎ，基床底层的虚铺厚度为３０　ｅｌＴＩ。３）含水量对低液限　３５（２３）：３０８—３０９．　［４］　李建波．含水粉质粘土的施工经验［Ｊ］．西部探矿工程，１９９９，　ｌ１（１）：１３，１７．　Ｔｈｅ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ　ｏｆ　ｆｉｌｌｉｎｇ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｒｏａｄｂｅｄ　ｕｓｅｄ　ｂｙ　ｔｈｅ　ｓｉｌｔｙ　ｃｌａｙ　ＷＡＮＧＴｉｎｇ－ｗｅｉ　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｆｏｃｕｓｉｎｇ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ　ｏｆ　ｆｉｌｌｉｎｇ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｒｏａｄｂｅｄ　ｕｓｅｄ　ｂｙ　ｔｈｅ　ｓｉｌｔｙ　ｃｌａｙ　ｏｎ　Ｇａｎｓｕ　Ｗｕｗｅｉ　ａｒｅａ．Ｉｔ　ａｎａｌｙｚｅｓ　ｔｈｅ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｍｏｉｓｔｕｒｅ　ｃｏｎｔｅｎｔ　ｏｆ　ｆｉｌｌｅｒｓ，ｔｈｅ　ｆｉｌｌｉｎｇ　ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ，ｒｏｌｌｅｒ－ｐｒｅｓｓｉｎｇ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔ　ｓｈｏｗｓ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｂｅｓｔ　ｍｏｉｓ—　ｔｕｒｅ　ｃｏｎｔｅｎｔ　ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ　ａｐｐｒｏａｃｈｅｓ　ｔｈｅ　ｂｅｓｔ　ｍｏｉｓｔｕｒｅ　ｒａｔｅ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｏｎｓｔｒｃｕｃｔｉｏｎ．Ｗｈｅｎ　ｉｔ　ｉｓ　ｂｅｙｏｎｄ　ｔｈｅ　ｂｅｓｔ　ｍｏｉｓｔｕｒｅ　ｒａｔｅ，ｉｔ　ｉｓ　ｄｉｆｆｉｅｌｔｙ　ｏｆ　ｏ０ｍ—　ｐａｃｔｉｏｎ．Ｔｈｅ　ｒｅａｓｏｎａｂｌｅ　ｆｉｌｌｉｎｇ　ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ　ｉｓ　３０　ｃｍ～３５　ＣｌＴＩ，ｆｏｒ　ｔｈｅ　２０　ｔ　ｒｏａｄ　ｍｌｌｅｒ，ｔｈｅ　ｒｅａｓｏｎａｂｌｅ　ｒｏｌｌｅｒ－ｐｒｅｓｓｉｎｇ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｉｓ　１　ｃｌａｍｎｅｓｓ＋１　ｓｏｆｔｎｅｓｓ＋（４～５）ｓｔｒｅｎｇｔｈ＋１　ｃｌａｍｎｅｓｓ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｓｉｌｔｙ　ｃｌａｙ。ｔｈｅ　ｆｉｌｌｉｎｇ　ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ，ｆｉｌｌｉｇ　ａｎｄ　ｒｎｏｌｌｅｒ－ｐｒｅｓｓｉｇ，ｔｈｅ　ｑｕａｌｉｎｔｙ　ｏｆ　ｃｏｍｐａｃｔｉｏｎ　收稿日期：２０１０—０６．２５　作者简介：／ｉ￣（１９６４一），男，工程硕士，高级工程师，中铁第一勘察设计院集团有限公司，陕西西安７１００４３　・　２９６　・　．　２第　卷　３　０　１　０年１　０月０智　　山　西　建　筑５　ｍ～４．０　１ＴＩ范围内、在环境风速小于３５　ｍ／ｓ条件　Ｖ区（大风频繁区）：极大风速大于３０　ｍ／ｓ且出现频率大于　的高度在３．１０％；地形起伏、地面以碎（块）石土为主且胶结、风蚀特征明显，　下，动车组可以安全运营；５　ｍ高度路堤上，挡风墙的高度在　０　ｍ～４．５　ｒｎ时，在环境风速小于２５　ｍ／ｓ条件下，动车组可以安　少植被；部分线路高度大于２０　ｍ；大风风向与线路呈大角度相交，　４．７　１ＴＩ高度路堤上，挡风墙的高度在４．０　ｍ时，在环境风速　最大风速、极大风速、２　ｍｉｎ平均最大风速三种风速相关性良好；　全运营；既有铁路、公路相对应段出现过重大风害事故。　小于２５　ｍ／ｓ条件下，动车组可以安全运营。　３．２．４防风走廊风洞实验　３防风工程研究及研究的主要成果　３．１路基防风工程研究主要内容　１）通过数值模拟分析及风洞试验进行路基防风结构的研究；　的研究；３）通过对沿线大风环境及拟采用的防风结构研究的基础　上，进行防风标准的研究。　环境风速６０　ｍ／ｓ时，半封闭防风走廊（实验方案）开口处最　大风速仅为４．０８　ｍ／ｓ，列车安全运行没有问题。　２）通过数值模拟分析、风洞试验及室内模型实验，进行防风明洞　４防风工程标准的选择　本着“列车不停运、少限速，工程经济、合理”的原则，结合兰　新铁路第二双线所经百里风区、三十里风区风速高，大风天数多　的特点以及运营预期目标，同时考虑到大风区桥梁结构在高速列　车引发的气动力及外侧大风作用下的结构受力的复杂性，以及接　３．２路基防风工程研究初步成果　３．２．１　无防风设施条件下列车气动性能研究　１）动车组气动力计算结果：无防风设施条件下，动车组以不　触网在不同风场环境内弓网受流关系尚需进一步试验研究，防风　　同速度运行于不同高度路基上时，动车组所受的倾覆力矩随路基　工程拟按照以下速度目标值进行设计。高度变化规律一致，头车倾覆力矩最大，中间车其次，尾车最小；　５路基防风工程的设计原则及防风结构　随着列车运行速度的增加，列车所受到的倾覆力矩逐渐增大；一线　５．１　防风工程设计原则　和二线上运行的动车组倾覆力矩相差不大，且均随着路基高度的　根据防风技术研究的初步结论，结合风洞实验和动模型实验　增加而增大；相同运行条件下，倾覆力矩随着风速的增大而增大。　的数据，路基防风工程设计总体原则为：环境风速小于２５　ｍ／ｓ条　２）接触网位置风速计算结果：无防风设施条件下，动车组无　件下重点解决沙害隐患，建立大风预警系统；环境风速小于３５　ｍ／ｓ　论运行于一线或是二线，接触网高度的横向风速均随着风速的增　且不小于２５　ｍ／ｓ条件下采用挡风墙结构，存在沙害地段辅以挡　大而增大；相同环境风速下，接触网高度的横向风速随着路基高度　沙措施；环境风速不小于３５　ｍ／ｓ条件下采用半封闭防风结构，环　的增加而增大，一线和二线接触网位置横向风速相差不大，５．５　ｍ　境风速不小于３５　ｍ／ｓ，沙害严重条件下采用封闭式防风结构。　高度的横向风速较６．９　ｍ高度的横向风速大。　３．２．２挡风墙合理位置　５．２防风工程设置范围　兰新第二双线防风工程总长约为２９０　ｋｍ，其中路堑防风工程　平地上横风风速为６０　ｍ／ｓ、车速３５０　ｋｒｎ／ｈ时，５．３　ｍ，５．７　ｍ，　段落共计２５　ｋｍ，路堤防风工程段落共计２６３　ｋｍ；防沙工程段落　６．１　ｒｎ　３种位置挡风墙下，无论一线还是二线运行的动车组，其所　共计２　ｋｍ。　受到的倾覆力矩均为头车最小，中间车其次，尾车最大；当挡风墙　５．３路基防风结构　位置为５．７　ｒｎ时，无论是在一线或是二线运行，动车组所受的气　１）路基挡风墙。ａ．悬臂式挡风墙：路肩以上墙高３．５　ｍ，２．５　１ＴＩ，　动力均最小，气动性能相对最好；此时，接触网位置的横风风速也　设置于迎风侧路肩外侧。支撑力臂采用悬臂式结构，力臂间设挡　相对较小。挡风墙的合理位置应为距迎风侧线路中心５．７　ｒｎ。　３．２．３挡风墙合理高度　风板。ｂ．柱板式挡风墙：路肩以上墙高５．５　１ＴＩ，５．０　ＩＴＩ，４．５　ｍ，设置　于迎风侧路肩外侧。支撑力臂采用埋人锚固桩结构，力臂间设挡　研究动车组在３５０　ｋｍ／ｈ速度运行的条件下，综合动车组气　风板。２）路基防风走廊。ａ．半封闭防风走廊：采用网架结构，结　动倾覆力矩和接触网处的横风风速的情况，得出下列结论：　合多轴向复合材料为主的半封闭结构，其下为低挡墙基础。ｂ．封　１）路堑上挡风墙合理高度。５　ＩＴｌ深度路堑，挡风墙高度为　闭式防风走廊：采用网架结构，结合多轴向复合材料为主的全封　２．５　ｍ（堑顶）时，在环境风不超过３５　ｍ／ｓ条件下，动车组可以安　闭结构，采用埋入式钻孔桩基础。３）挡沙墙。挡沙栅栏高１．５　ｍ～　全运行；２　ｍ深度路堑，挡风墙高度为３．５　ＩＴＩ（堑顶）时，在环境风　２．０　１ＴＩ，原则上采用透风式结构。　不超过３５　ｍ／ｓ条件下，动车组可以安全运营。２）平地挡风墙合　参考文献：　理高度。平地上，挡风墙高度为２．５　ｒｎ（轨面以上，下同）时，环境　［１］中铁第一勘察设计院有限公司．新建铁路兰州至乌鲁木齐　风速小于２５　ｍ／ｓ条件下，动车组可以安全运营；挡风墙高度为　第二双线可行性研究［Ｚ］．２００９．　４．５　ｍ～５．０　ｍ，在环境风速小于３５　ｍ／ｓ条件下，动车组可以安全　［２］　中铁第一勘察设计院有限公司．新建铁路兰州至鸟鲁木齐　运营。３）路堤上挡风墙合理高度研究。３　ＩＴＩ高度路堤上，挡风墙　第二双线防风工程初步设计［Ｚ］．２０１０．　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｎ　ｗｉｎｄｂｒｅａｋ　ｐｒｑ｜ｅｃｔ　ｆｏｒ　ｓｅｃｏｎｄａｒｙ　ｄｏｕｂｌｅ—ｔｒａｃｋ　ｒｏａｄｂｅｄ　ｆｏｒ　ｎｅｗｌｙ．ｂｕｉｌｔ　Ｌａｎｚｈｏｕ．Ｕｒｕｍｑｉ　ｒａｉｌｗａｙ　ＨＯＵ　Ｑｕａｎ－ｄｅ　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｉｍｉｎｇ　ａｔ　ｔｈｅ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ｓｉｔｕａｔｉｏｎ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｗｉｎｄ　ａｒｅａ　ｉｎ　ｔｈｅ　Ｌａｎｚｈｏｕ－Ｕｒｕｍｑｉ　ｓｅｃｏｎｄａｒｙ　ｄｏｕｂｌｅ－ｔｒａｃｋ　ｌｉｎｅｔｈｅ　ｐａｐｅｒ　ｅｘｐｌｏｒｅｓ　ｔｈｅ　ｗｉｎｄ—　ｂｒｅａｋ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ｄｅｓｉｇｎ，ｔｈｅ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｗｉｎｄｂｒｅａｋ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｒｏａｄ　ｂｅｄｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｅｘＤｅｒｉｍｅｎｔａｌ　ｎ　ｅａｒ℃ｈ　ｏｎ　ｔ｝Ｉｅ　，，ｗｉｎｄ，ｂｙ　ｔｈｅ　ｍｅ０＿ｔｌｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｄｉｇｉｔａｌ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｎｄ　ａｗｉｎｄ　ｔｕｎｎｅｌ　ｔｅｓｔａｎｄ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｆａｃｔｕａｌ　ｎｅｅｄｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｔｒａｉｎｓ　０Ｄｅｒａ—　，ｔｉｏｎ，ｓｏ　ａｓ　ｔＯ　ｅｎｓｕｒｅ　ｔｈｅ　ｓａｆｅｔｙ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｔｒａｖｅｌｌｉｎｇ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｒｏａｄｂｅｄ，ｗｉｎｄｂｒｅａｋ，ｗｉｎｄ　ｒｅｔａｉｎｉｎｇ　ｗａｌｌ