توسعه روش پایدارسازی زیرسازی خطوط سنگین راه آهن با استفاده از زهکش های قائم پیش ساخته

میرمحمد صادقی, جواد; حضرتی, امیرعباس; هاشمی نژاد, آراز

توسعه روش پایدارسازی زیرسازی خطوط سنگین راه آهن با استفاده از زهکش های قائم پیش ساخته

نوع مقاله : علمی - پژوهشی

نویسندگان

¹ دانشکده مهندسی راه آهن، دانشگاه علم وصنعت ایران

² دستیار تحقیقاتی، دانشکده مهندسی راه آهن، دانشگاه علم و صنعت ایران

³ دانشکده مهندسی راه آهن، دانشگاه علم و صنعت ایران

چکیده

پایدارسازی خط یکی از موضوع های اساسی در ساخت خطوط و بهره برداری از آن در ماه های ابتدایی راه انداری خط بشمار می آید. در مناطقی که دارای خاک با ماهیت ریزدانه بوده وآب زیرزمینی در سطح بالایی قرار دارد، به علت وجود فشار آب منفذی، زمان تحکیم طولانی است. افزایش تنش های حاصل از خطوط سنگین راه آهن بر لایه های بستر در طول زمان باعث نشست های موضعی و کلی شده و پایداری خط در زمان مطلوب حاصل نمی شود. این تغییر شکلها به علت ماهیت افزایشی باعث کاهش ایمنی و پایداری خط آهن شده ونتیجتا نگهداری خط در شرایط مطلوب را با چالش مواجه می کنند. طولانی شدن زمان پایدار سازی خط باعث عدم اطمینان از پایداری خط و نتیجتا عدم امکان استفاده از حداکثر ظرفیت خط خواهد شد. در این مقاله تلاش شده تا با ارائه یک الگوی مناسب از زهکش های قائم پیش ساخته جهت نصب در بستر خطوط سنگین راه آهن، مدت زمان لازم برای دستیابی به درجه تحکیم مناسب به حداقل ممکن خود کاهش یابد. در این تحقیق پس از تحلیل روسازی و زیرسازی بستر خط آهن سنگین به کمک تئوری اجزاء محدود، پارامترهای مدت زمان تحکیم کامل بستر، درجه تحکیم بستر و نشست نهایی بسترطبیعی به دست آمده و سپس مدت زمان تحکیم برای بستر به همراه زهکش های قائم پیش ساخته مشخص شده است. با استفاده از نتایج حاصل در این تحقیق، تعداد و فاصله زهکش های پیش ساخته در واحد طول تعیین شده است. همچنین با استفاده از تحلیل حساسیت برروی بستر خط آهن تحکیم یافته با زهکشهای دارای طول های متفاوت، طول بهینه هر زهکش مشخص شده و سرانجام یک مدل که شامل تعداد، فاصله و طول زهکش ها است، جهت نصب در واحد طول بستر خط راه آهن سنگین پیشنهاد شده است.

کلیدواژه‌ها

20.1001.1.20086598.1394.6.4.12.7

عنوان مقاله [English]

Development of Stabilization Model for Substructure of Railway Heavy Hauls using Prefabricated Vertical Drain

نویسندگان [English]

Javad Mir Mohammad Sadeghi ¹
Amir Abbas Hazrati ²
Araz Hashemi nejad ³

چکیده [English]

Track stabilization is an indispensable issue in railway track construction within the initial months of track operation. Construction of rail track on soft and compressible formation soils causes pore water pressure to prolong the consolidation time. The passage of heavy haul trains with considerable imposed trainloads over such deposits causes excessive track settlements and significant reduction in the load bearing capacity of the track. It causes deferment in track stabilization. These deformations lead to less safety and stability of railway track systems. As a result, track maintenance will become a challenging concern. This paper presents a proper model of prefabricated vertical drains to be installed in heavy hauls. This model facilitates achieving to a proper degree of consolidation in an optimum time. In this regard, a finite element analysis was carried out to analyze substructure and superstructure of railway heavy hauls. Parameters including subgrade total consolidation time, subgrade degree of consolidation and track’s total settlement have been derived. Consolidation time for subgarde with prefabricated vertical drains has been also established. The number and distance of the prefabricated vertical drains per unit length have been determined. Furthermore, the optimum length of each drain has been identified taking advantage of sensitivity analysis on stabilized track subgrades with different lengths. Finally, a model, including the number, the distance and the length of drains has been proposed in order to install in heavy hauls.

کلیدواژه‌ها [English]

Railway Heavy haul
Prefabricated Vertical Drains
Stabilization of Railway Subgrade
Consolidation
Finite element method

مراجع

Way (AREMA) (2006) "Manual For Railway Engineering"
, Vol. 4, Chap.16, Part 10.
- Bo, M. W. (2004) "Discharge capacity of prefabricated
vertical drain and their field measurements"
Geotextiles and Geomembranes, Vol 22, Number 1,
pp. 37-48
- Chu, J., Bo, M.W. and Choa, V. (2004) "Practical
considerations for using vertical drains in soil improvement
projects", Geotextiles and Geomembranes
Pub.Service, Vol 22, Number 1, pp. 101-117
- Ghandeharioon, A., Indraratna, B. and Rujikiatkamjorn,
C. (2009) "Analysis of soil disturbance associated
with mandrel-driven prefabricated vertical
drains using an elliptical cavity expansion theory",
International Journal of Geomechanics, Vol 10. No
.2 , pp.53-64.
- Holtz, R. D. (1987) "Preloading with prefabricated
vertical strip drains", Geotextiles and Geomembranes,
Vol 6, Issues 1-3, pp. 109-131.
- Indraratna, B. (2008) “Recent advances in the use of
prefabricated vertical drains in soft soils”, Faculty of
Engineering, 418 pages.
- Indraratna, B., Rujikiatkamjorn, C., Ewers, B. and
Adams, M. (2009) “Class A prediction of the behavior
of soft estuarine soil foundation stabilized by
short vertical drains beneath a rail track. Journal of
Geotechnical and Geoenvironmental Engineering,
136(5), pp.686-696.
- Indraratna, B., Sathananthan, I. , Rujikiatkamjorn,
C. and Balasubramaniam, A. S. (2005) "Analytical
and numerical modeling of soft soil stabilized by
prefabricated vertical drains incorporating vacuum
preloading" , International Journal of Geomechanics,
Vol 5, No.2, ASCE.
- Indraratna, B. , Shahin, M. A. and Rujikiatkamjorn,
C. (2006) "Stabilization of rail tracks and underlying
soft soil formations", Indian Geotechnical Conference,
India, pp. 41-50.
- Indraratna, B., Attya, A. and Rujikiatkamjorn, C.
(2009) ”Experimental investigation on effectiveness
of a vertical drain under cyclic loads”, Journal
of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering,
135(6), pp.835-839.
- International Union of Railways (2006) "UIC Leaflet"
UIC No. 13-0345, France.
- Lo, S. R., Mak, J., Gnanendran, C. T., Zhang, R.
and Manivannan, G. (2008) "Long-term performance
of a wide embankment on soft clay improved with
prefabricated vertical drains", Canadian Geotechnical
Journal, Vol 45, Number 8, pp. 1073-1091(19).
-Lorenzo, G. A., Bergado, D. T., Bunthai, W., Hormdee
D. and Phothiraksanon, P. (2004) "Innovations
and performances of PVD and dual function geosyn- thetic applications", Geotextiles and Geomembranes,
Vol 22, Number 1, pp. 75-99(25).

- Ni, J. (2012) "Application of geosynthetic vertical
drains under cyclic loads in stabilizing tracks” , Ph.D.
dissertation, University of Wollongong.
- Sadeghi, J. (2008) "Fundamentals of analysis and
design of railway ballasted track", IUST Publication,
Tehran.
- Sadeghi, J. and Barati, P. (2010) "Improvement of
conventional methods in railway analysis and design",
Canadian Journal of Civil Engineering, 37(5),
pp.675-683.
- Shahin, M. A. and Indraratna, B. (2006) "Parametric
study on the resilient response of ballasted railway
track substructure using numerical modelling",
ASCE. Geocongress 2006, Atlanta, Proceedings.
- Stamatopoulos, Aris, C. and Kotzias, Panaghiotis,
C. (1985) "Soil improvement by preloading", Wiley,
John and Sons Pub.Service.