哈齐高铁将于近期开通运营,这将使我国高寒高铁建设并运营的纪录又向北延伸了281公里。作为这条高铁的主要设计者,铁三院哈齐高铁设计团队攻克了高寒高铁路基冻胀变形控制难题,为我国高铁“走出去”战略提供了新的技术保障。
被誉为我国“最北高铁”的哈齐高铁,东起哈尔滨市,途经肇东市、安达市、大庆市、杜尔伯特蒙古族自治县,终至齐齐哈尔南站,正线全长281公里,其中桥涵部分占61.8%,路基部分占38.2%。相对于其它高铁线路的设计,哈齐高铁路基冻胀变形控制具有更大的挑战。
哈齐高铁全线位于高纬度严寒地带,沿线地区一年中有半年时间处于冬季,最冷月平均气温达-27.3℃,最低极值气温达-40℃,最大冻结深度达-2.72米;沿线地势低洼,地下水位较高,分布着扎龙自然保护区、龙凤湿地,50%的路基路堤高度小于3米,可谓是“泡在水里的低路基”,冬季土壤结冰收缩形成冻土,对高铁路基安全造成不良影响。如此严苛的气候特点和地理环境,大大增加了哈齐高铁设计人员处理路基冬季冻胀变形控制的技术难度。
铁三院哈齐高铁设计团队在哈大高铁路基冻胀变形控制技术的基础上,针对哈齐高铁路基工点特点,进一步改进了工程措施。一是改善路堤填料,采用粗颗粒填料防冻技术,即在冻结深度范围内填筑非冻胀性填料,在基床表层级配碎石中掺拌水泥;二是针对“泡在水中的低路基”的特殊情况,采用了混凝土基床结构,这种混凝土基床防冻胀的设计是我国高铁建设史上的首创;三是对于地下水位埋深相对较大的低路堤地段,首次采用了渗水盲沟将水导入地下的排水方法,在约10公里的路基地段上成功应用。在上述措施的基础上,在路堤坡脚两侧设置“防冻胀护道”,护道采取就近挖方弃土的方法填筑,对路基本体及其两侧的地基起到保温作用,防止路基本体和两侧地基冻胀影响路堤基床,同时将传统设于路肩上的电缆槽改设在护道上,从细节上限制发生冻胀的外部条件。
为了保证哈齐高铁路基防冻胀技术的可靠性,全面掌握路基冻胀变形的情况,在路基形成后,设计人员连续三个冬季对路基冻胀进行监测。监测结果表明,路基冻胀变形得到了有效的控制,路基冻胀变形这一世界性的难题在哈齐高铁得到了完美的解决。
此外,铁三院哈齐高铁设计团队还开展了桥梁冻胀变形控制技术攻关,从材料选取、混凝土强度等级、桥涵基础埋深、附加防腐等多方面采取措施,解决了在高纬度严寒地区保障高速铁路桥涵结构的安全性和耐久性的难题。
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