隧道洞口柔性棚洞防护结构可靠性分析及应用

为了解决山区高速铁路隧道洞口的落石问题,结合工程实例建立柔性棚洞数值模型,模拟了落石冲击过程,从能量、变形、应力3方面对柔性棚洞防护结构可靠性进行了分析。结果表明:柔性棚洞能够对初始动能为100 kJ的落石进行有效拦截,受落石冲击柔性棚洞防护结构没有出现支撑绳和环形网破断。与传统的钢筋混凝土棚洞相比,柔性棚洞在结构受力、施工速度、环保、经济性等方面均有显著优势,适用于隧道洞口落石防护,尤其是快速抢修抢建工程。     

3种隧道洞口落石防护方案对比分析

为解决既有隧道洞口落石防护问题,比较了钢桁架棚洞、柔性棚洞以及波纹钢板棚洞3种落石防护结构的优缺点,并采用有限元软件对其可靠性进行数值模拟。研究结果表明:3种防护结构均能对能级为100 kJ的落石进行有效拦截;钢桁架棚洞为刚性结构,不利于落石的缓冲及能量吸收,会发生局部变形损伤,适用于洞口坡面陡峭、桥面与地面高差不大、围岩条件较好地段;柔性棚洞以柔克刚能充分吸收落石的冲击能量,适用于洞口场地施工条件差的隧道以及既有工程改造项目;波纹钢板棚洞施工速度快、强度高,更适用于洞口抢修工程。     

山区桥梁柔性防护棚洞抗冲击性能研究

我国西部山区崩塌落石灾害频发，柔性棚洞是一种常见的被动防护措施，凭借结构轻巧、安装方便等特点，适用于桥梁结构的落石防护。为研究桥梁钢结构柔性防护棚洞在落石冲击下的响应，本文运用LS-DYNA显式动力学分析软件对落石冲击桥梁柔性防护棚洞进行仿真模拟，分析不同冲击速度、不同冲击位置等对柔性棚洞以及桥梁结构冲击响应的影响，得到棚洞结构中高强钢丝网、钢拱圈和钢横梁3种主要构件及T梁结构本身在冲击作用下的响应规律。研究结果表明：落石冲击柔性防护棚洞结构的不同位置，产生的冲击响应均随着落石速度的增加而增大；其中落石冲击防护网时桥梁受到的冲击效应最小，在防护网未被冲破的情况下不会对桥梁结构造成太大损伤；而落石直接冲击钢拱圈时桥梁受到的冲击效应最大，钢基座下方混凝土在较低能级冲击下就会破坏。另外还对多落石冲击工况进行初步尝试，为桥梁落石防护的工程设计提供参考依据。     

铁路防治危岩落石桥梁-棚洞一体化结构设计研究

危岩落石灾害是世界范围内高山峡谷地区一种常见的地质灾害类型，具有分布范围广、破坏力强、发生突然等特点，对其危害范围内的构筑物和人类活动构成了严重威胁。当受种种条件限制，考虑空间、地形和投资等因素，桥梁-棚洞一体化结构在提高山区铁路危岩落石防治技术综合水平、保障铁路运营安全方面优势明显。基于RocFall等软件，探讨了危岩落石的冲击计算参数、冲击能量、影响范围、桥梁-棚洞一体化结构的防护能级与防护范围等，提出适用于高速铁路常用跨度32 m简支箱梁的钢筋混凝土刚架式桥梁-棚洞一体化结构设计方案。结果表明：钢筋混凝土刚架式桥梁-棚洞一体化结构在500 kJ的防护能级及以下是可行的；主力(单线活载)+落石冲击荷载为最不利荷载组合，也是结构设计的荷载控制组合，此时结构响应和各项指标满足规范要求。     

山区高速铁路隧道间桥隧连接结构探讨

研究目的:根据调整后的中长期铁路网规划,我国将建设1.6万千米以上的客运专线,而位于中西部山区的高速铁路需修建大量的桥隧工程,且大多桥隧相连、成群分布,高速列车运行对安全度要求极高,乘客舒适度也是必须考虑的问题,当两隧道间因地形条件及线路走向限制,明线间隔距离很短时,有必要对是否在桥上部设置连接防护结构及其结构型式进行深入研究,确保运营安全和提高乘客舒适度。研究结论:(1)两隧道洞口间距大于250 m时可将隧道看成独立隧道。小于250 m时,单列车通过隧道群中的每一座隧道时引起的车内压力波动相互间有影响,之间加设连接结构可降低车内3 s内最大压力变化值,有利于改善车内舒适度环境,可缓解列车频繁进出隧道,"黑洞"和"白洞"效应引起的乘客视觉疲劳问题。(2)隧道洞口坡面陡峻,存在危岩落石危害时,在采取坡面防护措施的基础上,设置连接防护结构可以有效防止小粒径落石对运营安全的威胁。(3)连接防护结构采用柔性防护网钢结构,具有安全可靠、经济适用的优点,在进行落石冲击试验后可以用于实际工程。     

高速铁路桥隧相连段结构设计

位于中西部山区的高速铁路需修建大量的桥隧工程,造成桥台(梁)伸入隧道内布置,隧道洞口段往往为土质地层或基岩风化层,地质条件比较差,桥隧相连段隧道断面大,结构受力复杂,设计、施工难度很大,处理不好,容易留下安全隐患。以西成客运专线工程设计为实例,采用工程类比与理论计算相结合的方法,对桥隧相连段的尺寸拟定、结构设计、排水设计方案等主要技术难点进行研究,成功解决了桥隧相连段的设计难题。研究结论:(1)隧道净空尺寸除满足建筑限界外,必需考虑桥台、梁的结构尺寸、检修高度、设备布置等综合因素;(2)桥隧相连段断面大,结构措施宁强勿弱、安全可靠;(3)隧道低洞口端要设置汇水井、转向排水管、引排管等设施,解决排水问题。     

新木厂子一号隧道出口危岩整治设计

研究目的:以襄渝线增建二线新木厂子一号隧道工程为背景,针对隧道洞口存在危岩落石、并横跨公路的桥隧相连复杂工程,提出可靠、安全、有效的设计方案. 研究结论:结合本工程的地形地质特点,设计方案中将公路防护、边坡整治、桥台基础布局优化、隧道控制爆破以及洞口接长棚洞等措施综合考虑,确保了210国道行车及行人的安全,消除了今后铁路运营安全的隐患.对于类似工程的设计,应重视以下3点:(1) 精心勘察.勘测阶段详细测量出公路、桥台与洞口的位置关系,道路等级、是否存在危岩落石情况以及危岩落石分布等资料;若公路上方岩体呈倒悬状,应详细测出倒悬断面,并于断面上标注节理发育情况.(2) 设计方案应确保公路运营及行人安全.(3) 设计方案应考虑铁路开通运营后危岩落石对铁路运营安全的影响.     

长昆线桥隧相连设计研究

研究目的:沪昆铁路客运专线长沙至玉屏段,沿线地形起伏,存在多处桥隧相连段落.在桥隧相连设计过程中,隧道洞门能否容纳下桥台结构并有效缓解洞口空气动力学效应、隧道低洞口端洞口排水、桥隧电缆槽对接过渡以及隧道洞外存在挡墙结构时挡墙是否能起到作用并能保证施工安全等,均存在较大的难点.为解决沪昆铁路客运专线长沙至玉屏段桥隧相连的工程难题,需对桥隧相连进行专门研究.研究结论:(1)采用扩大洞门横断面+挖孔灌注桩方案,能有效解决桥隧串接时桥台结构伸入隧道及洞口空气动力学效应等难题;(2)桥隧对接时,桥台基坑可根据条件的不同分别采用台后挖孔灌注桩防护和台后放坡两种方式开挖;(3)对于桥隧对接时洞门结构外存在挡墙的情况,在挡墙下设桩基+托梁,并将挡墙设计为锚杆挡墙,可以解决桥台基坑开挖引起挡墙结构不稳的难题;(4)通过在隧道内设置过渡段,可有效地将桥梁与隧道电缆槽顺接起来;(5)隧道内低洞口端设置洞口检查井汇集洞内水体,能有效解决洞内排水问题.     

坪上隧道口危岩落石失稳模式及运动特征分析

研究目的:在建成都至贵阳铁路坪上隧道进口上方仰坡高陡,危岩落石发育,一旦失稳则造成的危害极大,严重影响铁路施工及运营安全。因此需通过分析研究坪上隧道进口危岩落石的形成机理、失稳模式及破坏后的运动特征,以确定危岩落石的失稳滚落概率及路径,并提出有针对性的整治、防护措施,同时也为其他山区铁路遇到危岩落石不良地质时提供调查、分析、计算方法及工程防护措施的参考。研究结论:(1)在基于现场调查及实测工作基础上,将坪上隧道进口危岩落石失稳划分为4类破坏模式;(2)通过对落石运动的模拟,确定了隧道洞口上方约有6%的危岩体失稳后将对洞口及桥梁构成危险;(3)提出了隧道洞口危岩落石整治方法及设置防护的具体位置和措施,从而确保铁路施工及运营安全;(4)该研究成果可应用于危岩落石不良地质工程的勘察及设计中。     

EPS板抗冲击复合结构在既有铁路落石防护中的应用北大核心

为了保证线路安全,许多邻近陡峭山坡的铁路采用了棚洞来防护山坡落石。国内外研究发现,可以采用"EPS板+钢筋混凝土板+表层砂土"的复合结构代替传统的洞顶填土,不仅可以减少结构设计荷载,而且施工便捷,解决了山区土方少且运输不便的问题。抗冲击试验表明,该复合结构可有效分散冲击力,将洞顶单位面积承受的荷载减少至传统填土结构的10%,有效保护棚洞结构安全。本文结合西(安)(安)康铁路白沙滩隧道进口落石防护工程,详细介绍了EPS板抗冲击复合结构在既有铁路落石防护中的应用。     

EPS板抗冲击复合结构在既有铁路落石防护中的应用

为了保证线路安全,许多邻近陡峭山坡的铁路采用了棚洞来防护山坡落石。国内外研究发现,可以采用"EPS板+钢筋混凝土板+表层砂土"的复合结构代替传统的洞顶填土,不仅可以减少结构设计荷载,而且施工便捷,解决了山区土方少且运输不便的问题。抗冲击试验表明,该复合结构可有效分散冲击力,将洞顶单位面积承受的荷载减少至传统填土结构的10%,有效保护棚洞结构安全。本文结合西(安)(安)康铁路白沙滩隧道进口落石防护工程,详细介绍了EPS板抗冲击复合结构在既有铁路落石防护中的应用。     

兰渝铁路范家坪隧道出口危岩落石分析及防护设计

根据兰渝铁路范家坪隧道出口危岩落石发育情况,利用rockfall软件,建立危岩落石运动模型,分析落石的运动特征,实现危岩落石可视化,结合落石运动轨迹、落点分布情况、冲击能量、冲击力、弹跳高度、位移偏移量等研究成果,提出接长明洞和主被动防护相结合的落石综合防护措施。结果表明:在坡面坡积层和明洞回填土缓冲和消耗作用下,接长明洞和主被动防护网相结合的方法可有效防护危岩落石,降低落石冲击风险,保证洞口的安全。可保证隐式中墙复合式连拱隧道施工安全     

山区高速铁路隧道高陡偏压洞口设计与实践

研究目的:山区高速铁路隧道高陡偏压洞口易发生失稳滑塌,如何安全进洞和做好洞口防护加固设计是全隧设计的重点和难点。本文以沪昆客专湖南段隧道洞口的设计与施工实践为背景,系统地研究高陡偏压洞口的设计理念及设计原则,提出确保不良洞口安全的锚固桩、护拱、耳墙、锚索格梁、洞门、支挡等综合加固的结构措施。研究结论:(1)采用锚固桩、护拱、耳墙、锚索格梁、洞门及支挡、强支护等综合预加固结构方案,能够有效地解决高陡偏压洞口的稳定安全问题;(2)采用少刷坡和弱爆破的开挖方案,将洞门结构、仰坡防护结构、洞口附属支挡结构与洞口地形地质有机结合的结构措施,已经成功应用于沪昆客专湖南段隧道洞口,取得了很好的效果;(3)该研究成果可在修建高速铁路隧道高陡偏压洞口时推广使用。     

“两隧夹一桥”段落高铁落石脉冲式碰撞防护方案研究

我国建成高铁主要分布在平原区,"十三五"规划中部分高铁位于山区,山区危岩落石多,需加强落石防护。受山区陡峭地形限制,以往的隧道明洞接长防落石方案已经不能满足使用要求,目前没有特别适合的防护方案,陡峭山区的落石防护成了制约我国高铁发展的瓶颈。针对陡峭地形特征建立工程模型,对落石轨迹模拟分析,落石最大速度和动能计算研究,提出适宜防护方案和缓冲层方案,研究结论:(1)落石能量宜分级化,对设防目标分级处理,才能使防护结构进一步精确化;(2)基于落石的脉冲力特性,柔性结构承受脉冲力荷载有天然优势,且柔性结构质量轻,引起下部增加的工程数量小,落石防护方案宜向柔性结构方向靠近;(3)落石防护应与主、被动防护网结合,主要是对漏过主、被动防护网后的"漏网之石"进行二次防护为主,对防护任务分层处理,明确各处防护结构的防护目标。     

高速铁路隧道洞口微气压波减缓措施效果研究

研究目的:为在设计阶段达到有效降低微气压波对隧道洞口周围环境影响的目的,采用三维数值模拟对包括洞口缓冲结构、洞身辅助坑道和隧道群开口连接明洞在内的高速铁路隧道洞口微气压波减缓措施效果进行研究。研究结论:(1)喇叭口式和扩大常截面式缓冲结构的缓解效果要明显优于直线斜切式和等截面开口式缓冲结构;(2)提出了辅助坑道的缓解效果的表征公式,设计人员可利用其确定辅助坑道的数量和面积;(3)明线间距较小的隧道群可采用开口连接明洞缓解微气压波,连接明洞开口应遵循"多开口、开小口"的原则;(4)多种微气压波减缓措施联合作用下可多阶段地缓解微气压波;(5)本研究成果可为高速铁路隧道微气压波缓解措施的设计工作提供指导。     

陡崖偏压半侧身洞口段的综合施工技术

在重丘山区建设的客运专线或高速铁路隧道,洞口段往往会面临围岩破碎、陡崖偏压、半侧洞身裸露以及无进洞条件等复杂因素,使得施工安全风险不断增大,同时也容易造成环境破坏。利用桩、梁、反压挡墙、护拱以及回填等关键技术措施,通过人工改造地形后,做到洞口段的安全施工,同时避免大面积开挖,保护了原始生态环境。以地形陡峭、左侧裸露、严重偏压、桥隧相连以及无进洞条件的天平山隧道进口端为实例,通过人工改造地形后采用暗挖法施工,阐述了陡崖偏压半侧身洞口段明洞暗作的施工方案和关键技术,该技术方案既保护了环境,又确保了洞口段的施工安全和施工质量。     

SLJ 900/32流动式架桥机设计选型与应用

研究目的:针对高速铁路桥隧紧密相连路段,既有设备无法作业的施工难题,本文旨在设计一种集运架功能于一体,整机穿越隧道,能够实现紧邻隧道口和隧道内架梁作业的架桥机。研究结论:本文研究的SLJ 900/32流动式架桥机方案:(1)主支腿采用铰接三角形结构,上部安装支撑轮系,抵抗过孔产生的倾覆力矩,形成自稳定体系,无需采取锚固措施;(2)主支腿托轮系统采用恒定驱动技术,实现了不同类型驱动的同步控制,提高了设备的安全可靠性;(3)通过主辅支腿功能转换技术,实现了无导梁支持的架梁模式,简化了作业流程,实现了首末跨、隧道进出口和隧道内架梁的功能;(4)主支腿安装自动预警安全装置,作业时能够实时反映主支腿工作状态,具有预警和停机保护功能;(5)该研究成果可应用于高速铁路普通工况及桥隧紧密相连路段特殊工况的大吨位箱梁运架施工。     

高植被覆盖下铁路隧道口危岩落石风险评估

山区铁路选线受地形条件制约,高陡边坡或陡崖地段的隧道洞口常面临危岩落石风险,传统人工调查方法困难,尤其是高植被覆盖地区,受现场条件限制不能完全查明危岩分布,同时常用的落石运动轨迹模拟缺少横向范围控制,存在一定的安全隐患。以某铁路隧道进口工程为研究对象,以机载LiDAR和三维倾斜摄影数据为基础,查明了危岩形成机制及分布特征,利用自主研发的Rockfall Hunter软件分析不同破坏形式的危岩三维运动特征,并给出防护措施建议。研究表明：(1)基于定性分析和定量计算,建立的“数据、方法、意义”三阶段高植被覆盖区危岩落石风险综合评估方案行之有效;(2)利用精细化三维实景模型可准确提取危岩体几何信息,危岩落石发育区数字地表灰度影像表面坎坷不平、具粗糙感,危岩体截面地面点棱角显著、地势陡峭,原生孤石或滚石截面呈凸起状、有明显界限;(3)研究发现可能对工程造成危害的危岩体120处,总体积约15 541 m³,以倾倒、坠落式破坏为主,局部发生组合式破坏;(4)落石进入隧址区最大速度为17.3 m/s,最大弹跳高度为12.5 m,最大冲击能量超过8 000 kJ,建议采用避让、清...     

旅游轨道交通桥梁设计特点分析——以张家界市旅游轨道交通为例

旅游轨道交通是一种新型的交通方式,受地形及增加景区收益属性要求,以往选线及桥梁设置理念已不能满足要求。针对桥梁与旅游轨道的适宜性分析,总结旅游轨道交通桥梁设置的特点。运用力学公式、有限元软件对大纵坡、小半径空间复合曲线梁体及落石防护等进行计算,以及对景观设计发展进行探讨,得出结论:七星山地形适宜采用山底轮轨、登山段齿轨、山顶悬挂式空轨的多制式组合系统;梁端部加牛腿的构造可有效简化外界受力,适应大纵坡下梁体设置;小半径空间复合曲线梁的计算复杂,空间多自由度力学问题研究不足,需要进一步研究;大纵坡,小半径条件下宜多采用连续刚构桥式;旅游轨道桥梁应重视外观概念设计,以增强景区适应性,我国桥梁亟需提高景观概念设计及研究水平;高桥段落落石防护宜采用桥梁和防护结构一体化结构;桥梁装配式施工的核心问题是构造尺寸标准化设计,需进一步加强研究。     

花岗岩地层中既有车站内爆破进洞技术

以厦门轨道交通2号线2标东渡路站~建业路站区间为背景,该区间为暗挖隧道,共有四个暗挖工作面,其中某一工作面位于既有车站结构内,左右线隧道洞口与主体结构为零距离,隧道洞身范围为高强度微风化花岗岩地层,且隧道区间两侧重要建(构)筑物较多,有老旧无基础小区紧邻隧道边,本文结合实际情况对硬岩隧道进洞可选工法进行了比选,阐述了液压式岩石分裂施工、静态爆破剂爆破、二氧化碳气爆、悬臂式隧道掘进机、钻爆法等,最终选取了采用钻爆法进洞,并制定了科学合理的爆破方案,深化了爆破设计,对爆破控制、减震措施、爆破设计参数、防护措施等均做了分析和总结,通过监测数据指导施工,在达到爆破效果的同时又不对车站结构造成任何损伤,最终成功实现了花岗岩地层中既有车站内爆破进洞。