高速铁路软土路基小变形控制理论与技术

1周顺华，2孙红林，3王炳龙，4宫全美，5狄宏规，6陈尚勇，7唐宏华，8王长丹，9何超，10刘喆，11付龙龙，12周青爽，13陈东巨，14顾湘生，15杨龙才，16刘杨，17霍建勋，18王卫国，19赵旭伟，20王士振，21雷文，22李逸涛，23姚琦钰，24田志尧，25刘建国，26廖超，27郭慧吉，28金钰寅，29马文杰，30宋福贵，31吴挺，32张佳伟，33夏杰，34于正，35代宁，36李晖，37王月明

1同济大学，2中铁第四勘察设计院集团有限公司，3中铁二十四局集团有限公司，4中铁上海设计院集团有限公司

软土具有强度低灵敏性高的特点。软土路基在静载作用下沉降量大、历时长，在动载作用下振幅大、易失稳，而高铁对路基变形控制的要求极为严格，否则会影响高速行车的平稳性，甚至发生安全事故。我国软土地区高铁建设和沿线开发建设需求量均很大，加之邻近施工容易诱发线路变形，高铁的网络化建设和运营必须攻克软土路基的“长期沉降、服役变形和偶发变形”三大控制难题。为此，项目组通过原铁道部组织的联合攻关，历时20余年，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”的三大系统性难题。

一、主要科技创新

（1）提出了高速铁路软土路基小变形控制计算理论，突破了制约沉降控制的关键理论瓶颈。率先研发了桩网结构路基土拱可视化实验仪器，揭示了路基土拱的演化规律，建立了桩土荷载分担的精细化算法；研制了桩土接触界面高频剪切仪，提出了桩土界面力学模型，修正了地基附加应力算法，建立了桩网结构路基沉降高精度预测方法；提出了软土路基的分类控制设计技术，解决了国际上软土层最厚（32米）的无砟轨道路基设计难题，广泛应用于我国高铁软土路基设计。

（2）创建了高铁软土路基主动安全保护技术和智能防护模式，解决了邻近铁路施工路基变形防控难题。建立了结构性软土的高度非线性快速求解方法，提出了高铁沿线开发施工的分区阻隔控制设计方法和自适应补偿与调控技术，有效控制了施工变形；研发了基于BIM+GIS+物联网的智慧型软土路基变形监测系统，实现了路基变位的实时监控；解决了上海机场线深大基坑开挖与沪杭高铁路基近距离并行的施工难题，路基最大水平位移3.2毫米，最大沉降1.5毫米，首创了路基变位的智能防护模式。

（3）研发了高铁营业线软土路基变形修复技术，攻克了高铁不停运的路基变形维修难题。建立了结构性软土的渗滤-挤密-劈裂耦合方程，开发了路基注浆法变形修复的数值计算方法；研发了高铁运营线路基复位施工装置，发明了高铁运行状态下路基三分区注浆抬升和释放-挤压联合法水平变形修复技术，实现了在列车通行量达120对/日的繁忙高铁运营线上进行路基变形修复，路基最大整体抬升11毫米，整体最大水平纠偏67毫米，为国际首创，引领了路基养护维修技术的发展。

二、项目评价

项目突破了软土路基毫米级沉降控制的关键理论瓶颈，建立了沉降和变形修复的高精度计算理论，为软土路基变形的可控、可防和可修提供了科学依据。

三、效益及成果

成果推广应用于京沪、沪昆、福厦等10余条高铁线路的软土路基工程，开创了高铁软土路基建设和维养的技术新模式。近三年累积新增产值63.83亿元，经济、社会、环境效益显著。项目获发明专利37项、工法4项、软件著作权4项、实用新型专利30项，出版专著4部，主/参编国家行业标准6部，发表论文102篇，其中SCI 34篇、EI 47篇。

 

 

（文字：张航）