严寒季冻区高速铁路毫米级变形标准下路基平稳性-科研院-东南大学.doc

2018年度国家科技进步奖拟提名项目公示根据国家科学技术奖励工作办公室《关于 2018年度国家科学技 术奖提名工作的通知》（国科奖字[2017]44号），中国铁路总公司拟 提名由中国铁道科学研究院、中国铁路设计集团有限公司、东南大学、 中国铁路沈阳局集团有限公司、中国铁路哈尔滨局集团有限公司、 哈 大铁路客运专线有限责任公司、中铁第一勘察设计院集团有限公司 7家单位共同完成的“严寒季冻区高速铁路毫米级变形标准下路基平稳 性控制技术及应用”项目申报 2018年度国家科技进步奖二等奖，现 将项目基本情况公示如下：一、 项目名称《严寒季冻区高速铁路毫米级变形标准下路基平稳性控制技术及应用》二、 提名者及提名意见1. 提名者：中国铁路总公司2. 提名意见我单位认真审阅了该项目提名书及附件材料，确认材料真实有 效，相关栏目均符合国家科学技术奖励工作办公室的填写要求 按照要求，我单位和项目完成单位正在组织对该项目的拟提名情况进行公Zjl O该项目紧密结合严寒季冻区复杂恶劣环境给高速铁路建设、 运营及维护带来的重大挑战，历经近十年的科研攻关，形成了具有自主知 识产权的严寒季冻区高速铁路毫米级变形标准下路基平稳性控制关 键技术。

创新成果包括发现了细颗粒“簇团”结构，揭示了高速铁路 粗粒土填料冻胀机理；创新了路基防冻胀精细化设计方法， 构建了结 构与材料一体化的冻胀控制技术体系； 创新了路基冻胀实时自动监测技术，提出了路基平稳性保持技术成果应用于世界首条严寒地区高速铁路哈大高速铁路，为哈大高速铁路实现冬夏一张图运营提供了重要技术支撑 目前成果已成功应用于国内严寒季冻区000公里高速铁路的建造与运营，以及俄罗斯莫斯科至喀山高速铁路的设计中，取得了巨大的经济和社会效益该项目研究获得了一系列成果，为严寒地区高速铁路的发展积累 了宝贵经验，推动了我国乃至世界寒区高速铁路设计、 建设技术的进 步，也为中国高速铁路“走出去”战略的实施提供了坚实的支撑三、项目简介我国是冻土大国，约1/4国土分布多年冻土，超过1/2国土分布 季节性冻土青藏铁路攻克高寒多年冻土工程世界难题， 掌握了保持多年冻土 “不融化”技术，成为世界铁路史上一座丰碑季节性冻土 冬天冻结、春天全部融化，年复一年的冻融循环是影响铁路路基平稳 性的主要因素要控制冻融循环的影响，核心是控制路基冬天“不冻 胀”我国高铁要求路基冻胀变形量在 8mm以内，远高于公路和普速 铁路的厘米级。

我国严寒季冻区高铁服役最低气温达 -45°C,最大冻 深达3m,即使使用既有标准中冻胀率不大于 1%的“不冻胀填料”，冻 胀量也难以控制在毫米级日法德等国虽然在季冻区修建了高铁， 但其最低气温与最大冻深不及我国的 1/2,冻胀矛盾不突出因此，我 们要想在严寒季冻区修建高铁，必须依靠自主创新破解毫米级变形标 准下路基平稳性控制难题项目组在国家和部委支持下，历经十余年理论技术创新，攻克三 大技术难题：①破解粗颗粒土填料的冻胀机理；②攻克毫米级变形标 准下的路基冻胀控制技术；③突破低温严酷环境下高铁维护技术，形 成了自主知识产权的严寒季冻区高速铁路毫米级变形标准下路基平 稳性控制关键技术及应用体系创新点如下：1 •发现了粗颗粒填料中细颗粒“簇团”结构，揭示了高速铁路 路基冻胀机理提出微观簇团结构自动识别方法，建立簇团率分析 算法及程序，揭示填料中簇团率与细颗粒含量的映射关系发现簇 团是粗颗粒填料主要持水结构，簇团内冻结产生水分微迁移，冻结 膨胀推动粗颗粒骨架位移、错位形成路基宏观冻胀提出基于簇团 率控制的细颗粒含量限值成果为毫米级路基冻胀精准控制提供了 支撑2. 创新了路基防冻胀精细化设计方法，构建了结构与材料一体 化的冻胀控制技术体系。

提出了基于簇团率控制的渗透性级配碎石 及水泥改性级配碎石构成的防冻胀路基结构，研发了基于抗冻胀材 料及双向预应力轨道板的防冻胀无祚轨道结构，解决了严寒季冻区 高速铁路路基冻胀控制及无祚轨道平顺性、耐久性等问题成果纳入《高速铁路设计规范》《铁路工程粗粒土冻胀试验方法》等标准中3. 创新了路基冻胀实时自动监测技术，提出了路基平稳性保持技术融合地面自动监测、车载动态检测、北斗卫星遥感等技术，构建 了 “空、车、地”多源数据融合的冻胀监测预警体系，首次提出了基 于静、动力映射关系的高速铁路无旌轨道路基冻胀管理标准， 研发了毫米级标准下路基内靶向精准注浆和线路长期适度平顺的冻胀维护 综合技术，实现了严寒地区高速铁路线路平稳性的可控项目申报专利40余项，授权发明专利 “项，其它知识产权16 项制修编标准12项，发表论文150余篇，出版专著1部获省部 级特等奖1项、一等奖3项多位院士评审认为成果“具有创新性、 系统性和实用性，整体达到了国际领先水平成果为季冻区高铁建 设提供了重要支撑，在哈大、哈齐等十几条高铁 8000余公里线路成功应用，彻底实现了冬季300km/h运营哈大高铁应用成果后时间压 缩近2小时，形成了哈尔滨、长春、沈阳、大连为核心的 1小时交通圈，旅客发送量年均增长 21%o成果应用新增销售额近 40亿元，新增利润超10亿元。

支撑了高铁“走出去战略”,已为莫斯科至喀山高铁提供了 “中国方案” O四、客观评价 1＞与国内外同类技术的比较与国外严寒地区高速铁路应用较多的日本和德国相比， 由于我国环境和气候条件更加严酷，为达到高铁的高平顺性，我国需要对填料 冻胀机理进行更加深入的研究（详见创新点一），需要采用更加严格 的冻胀控制技术（详见创新点二）及高铁运营维护体系中国严寒地 区高铁设计、建造、运营维护技术己领先世界表1与国外高速铁路相关技术的比较建造、运营技术指 标对比该项目日本德国法国结果对比建造 运营 环境最冷月平 均气温-24°C （哈大线）-5°C （北海道新 干线）-1.4°C（慕尼黑•汉堡）-0.5°C（TGV 欧洲东部线）建造运营 环境更为 恶劣最低气温-45°C （齐齐哈 尔）-28.5°C（札幌）-29.1°c（汉堡）-23.2°C 梅斯（Metz）负温持续 时间7个月（齐齐哈尔）4个月 （札幌）2个月 （汉堡）2个月 （梅斯）最大冻深3.0m1.1m0.7m0.5m运营 要求 及技 术指 标线路平顺 性要求2mm3mm2mm3mm冬季运营 速度300km/h （哈大）260km/h （北海恶劣:E气下限速防冻胀填 料要求细颗粒含量V5%rZ细果00km/hi粒含量＜防冻胀 结构防排疏渗综合 设计10%—護屋设冒防水一星.辰屋菜田防浜帐埴剁 道新干线）蛊限细颗粒含量V细颗粒含量V15%12%运营、建造技术指标 更为严格冻胀管理 标准2、该项目的鉴定评价意见(1) 中国铁路总公司邀请 卢春房、岳清瑞、缪昌文等多名院士、业内知名专家对《严寒地区高速铁路毫米级变形标准下的路基平稳性控制关键技术及应用》进行技术评审。

评审结果认为： “该成果具有创新性、系统性和实用性，研究成果整体达到了国际领先水平，建议进一步扩大推广应用”(2) 原铁道部遷周镜院士等专家 对项目的技术谦讷项目对填料的冻胀性绸洪 冻土路基防冻胀设置 中国铁路冻土区 冻胀特性分区对铁路设计有较好的参值3) 中国铁路总公司组织专家对项目的技术谦讷'：'项目建立了高速铁路运营长期连35技术体系 揭示了高铁路基冻胀发生 发展规律，提出了高铁填料冻胀的主要影响園 创建了适宜严寒地 区高速铁路路基冻胀整治技术措施及标准 取得了显著的社会鍍 益，整体达到国际领先水乎(4) 国家科技部组织专家对“ 863”项目《高速铁路基础设施服役状态检测 技术的技术验收蕙课题完善了我国高速铁路基础 设施服役状态检测技术体系…具有 创新性，形成了具有自主知谀 权的多源数据整合的高速铁路基础设施检测 检测绕(5) 中国铁路总公司项目《哈大高速铁路运营长期连35技术及冻胀整治技术研究的技术验收麓'：'……深入开展了哈大高 速铁路路基冻胀规律及整治技术的研究…… 为哈大高速铁路运营期 路基养护维修和冻胀整治提供了技术捷,综合翅A级(6) 中国铁路总公司项目 《严寒地区高速铁路路基微冻胀填料冻胀机理及分类标滩究的技术验收麓'：'……通过室内號、 理论推导数值分析 …… 获取了微冻胀填料土水分特征 揭示了微 冻胀填料冻胀机制，提出了技术要求及分类，研究严谨入……” 3、获奖攏(1) 相关项目“严寒地区高速铁路建造与维护关键术”获2015年中国铁道学会科学技术特等奖；(2) 相关项目“严寒地区高速铁路路基防冻胀錯软地技术研究及应豚 2014年中国铁道学会科学技术一等奖；（3） “哈尔滨至大连客运专线总体设计”获国家铁路局2013-2014年度铁路优秀工程设计一等奖”；2013 年（4） “哈大客专（沈阳至哈尔滨段）工程地质勘察”获中国勘察设计协会“优秀工程勘察一等奖”五、推广应用情况该项目成果已广泛应用于我国严寒地区高速铁路设计、建设及 运营维护中，经过哈大高速铁路 5年、兰新铁路3年的运营考验， 以及在哈齐、盘营、沈丹、哈牡、哈佳等 10余条寒区铁路的成功应 用，表明了严寒地区高速铁路路基冻胀与线路平顺性控制关键技术 及应用的成果很好的解决了严寒地区高速铁路路基冻胀问题，减少 了运营期间的养护维修工作量，研究成果成熟可靠、应用前景广泛。

应用单位名称应用技术应用起止时间应用单位 联系人/J应用情况中国铁路设计集团 有限公司整体应用2012.12 至今吕菲/18602263107哈齐、盘营、沈丹、哈牡、哈佳等中铁第一勘察设计 院集团有限公司整体应用2013.05 至今杨西锋/13991256773兰新、宝兰全线中铁工程设计咨询 集团有限公司整体应用2013.05 至 2017.5钱国玉/18500370197吉图I?全线中国中铁二院工程 集团有限责任公司整体应用2014.12 至今李安红/13808039351莫喀高铁哈大铁路客运专线 有限责任公司整体应用2013.05 至今杨春枝/13840053001全线应用中国铁路沈阳局集 团有限公司冻胀维护技术2012.12 至今李晓光/13889688878哈大、丹大、京沈等中国铁路哈尔滨局 集团有限公司冻胀维护技术2013.02 至今张园亮/17703600369哈大铁路哈尔滨 局管段中国铁路兰州局集 团有限公司冻胀维护技术2014.12 至今戚志刚/13649316813兰新客专兰州局管段中国铁路乌鲁木齐 局集团有限公司冻胀维护技术2014.12 至今谯泽诊/13909928657兰新客专乌鲁木 齐局管段哈齐铁路客运专线 有限责任公司防冻胀填料、结构及监测2013.05 至今李秋伟/13313691339全线应用京沈铁路客运专线辽宁有限责任公司防冻胀结构2013.05 至今024-62022777全线应用兰新铁路甘青有限 公司防冻胀填料、结构2014.06 至今于军/18993104650兰新甘青段、宝兰 甘肃段兰州铁。