铁路沿线风吹雪灾害及其防治研究

新疆精—伊铁路经过的风吹雪灾害多发区最大风速平均值为14 0m·s-1,30年一遇的最大风速与最大积雪深度分别为20 3m·s-1和160cm,平均冬季降水量153 2mm。在风吹雪多发区,铁路风吹雪灾害的主要类型是路堑型风吹雪沉积,其次是低填路堤型风吹雪沉积。路堤低、路堤边坡平缓,路面上易发生风吹雪沉积;路堑边坡的角度越小、路堑越深、路堑走向与主导风向的夹角越小,风吹雪沉积越不易发生。在风吹雪害多发区,铁路路堤设计的适宜高度为200～1500cm。风吹雪的防治应以设防风吹雪走廊和下导风板为主,并辅以侧导板和挡雪墙等。     

路堑风吹雪的观测与研究

研究目的:铁路风吹雪灾害中路堑是最易引起雪害的断面型式,有效避免和减轻路堑遭受风吹雪灾害,研究路堑断面型式与风吹雪的关系,对铁路雪害防治具有重要的理论意义与现实意义。研究结论:本文结合现场观测和有限元模拟分析结果,得出路堑内风速总是较小,最易产生风吹雪堆积,路堑越深,在上风向堑坡坡脚处形成的涡旋减速区规模和范围越大,边坡上的临界储雪量越大,风雪流灾害发生的进程相对越慢,边坡越缓,形成的涡旋减速区规模和范围就越小,较缓的边坡有利于减轻路基面风吹雪积雪灾害,但较缓的边坡相应的工程量成倍增大,从工程灾害安全与经济效益两方面来考虑,边坡坡率的选择应同时考虑其他雪害防治措施等因素。     

防风吹雪走廊挡风防雪构造物设置形式的研究分析

新疆精伊霍铁路横穿北天山,该区积雪期长达6个月,风力最大10级,起雪风速3.4 m/s,工点范围内风速最大可达24.8 m/s,对积雪的沉降及二次分配较大,山谷处风速较低,易形成山地沟谷的深厚积雪,当铁路开挖成路堑且风向与路堑斜交或垂直时,则能填埋铁路线,以至填平路堑,尤其是暴风雪更严重地影响了铁路运输的安全、畅通。为减小风吹雪对铁路的危害,精伊霍铁路在开工实施前便成立研究小组,通过多年研究实施采用了防风吹雪走廊、挡风墙、挡雪栅栏、防护林带等组成防风吹雪系统工程。建成后通过几年的运营观察该系统工程在防治风吹雪害方面技术先进、效果明显,有效降低了风吹雪对铁路的危害。     

雪害的工程防治技术研究

雪崩、风吹雪及厚层积雪，是高山和严寒地区特有的一种自然灾害．雪害对公路、铁路交通的危害，国境内早在天山公路、川藏公路、滇藏公路、中尼公路等多雪高寒山区的道路交通中，逐步采取了导风板、防雪崩走廊、导雪堤、防雪栅栏等工程防治措施，积淀了一些雪害的治理经验．本文结合某国际铁路的可行性研究，介绍了雪害的工程防治技术．     

精伊霍线山区积雪深度与风速计算方法探讨

积雪灾害主要指自然积雪、风吹雪、雪崩．本文分析研究了积雪灾害的特征、类型、影响因素、发生机制、规模以及发生的规律等，探讨了最大积雪深度、最大风速的计算方法，从而为铁路选线设计提供评价依据，为工程设置提供定量基础．     

水下浅埋盾构隧道接缝渗漏时围岩沉降分区

针对水下浅埋盾构隧道接缝渗漏问题，开展多组模型试验。通过改变渗漏位置、压力水头两项参数对地表沉降、渗漏量和地层应力进行分析，结合模型试验结果对理论椭球分区法进行修正，并对隧道渗漏后的围岩沉降进行分区。结果表明：压力水头增加，漏缝处埋深越浅，发生渗漏时地表沉降增量越大；渗漏量和平均有效主应力曲线均可划分为初始阶段、漏砂漏水阶段和收敛阶段；收敛阶段土拱稳定，不漏砂只漏水且平均有效主应力基本恢复至漏砂前；依据砂粒运动特征将隧道围岩沉降分为侵蚀区、位移区和稳定区，经偏移修正和曲线修正后侵蚀区和位移区的水平向长度与压力水头、漏缝处埋深正相关；压力水头增量相同时，漏缝处埋深越大，侵蚀区水平向长度受压力水头增加的影响越明显；压力水头越大，侵蚀区水平向长度受渗漏位置变动影响越明显。     

山区道路工程与环境协调的设计原理

研究目的：山区道路沿线自然环境脆弱，道路下程建设引发的急待解决的主要环境问题有：隧道排水导致山区水资源涸竭，路堑高边坡破坏植被，路堑开挖诱发工程滑坡，工程弃方引起水土流失。 研究方法：为解决这些工程环境问题，从工程与环境的相瓦作用出发，归纳了相应的与环境协调的设计原理。 研究结果：（1）通过建立隧道工程与水环境的相互作用链，提出基于水环境平衡的隧道“以堵为主”的防排水设计原理，以防治洞顶水环境灾害和隧道水害；（2）通过分析边坡高度与支挡工程的关系和边坡防护与生态环境的关系，提出控制路基边坡高度的支挡收坡设计原理，为路基高边坡的防治提供对策；（3）通过分析路堑边坡的工程路径与坡体岩土的响应，将传统的自上向下开挖再自下而上支护的工程路径更新为自上而下分级支护和坡脚预加固工程路径的路堑边坡设计施工新理念，以保持开挖坡体的稳定；（4）针对工程弃方所致环境问题，提出沟头填垦的工程弃方开发性处理原理。 研究结论：上述道路工程与环境协调的设计原理可从源头上控制主要的道路工程环境问题。转变固有的设计观念，更新为与环境协调的设计理念，需要一个深化认识的过程。加之这些道路工程与环境协调的设计原理还尚待完善，因此能引起同行对道路工程环境问题及其设计对策的关注，就达到了本文的目的。     

隧道下穿新大力寺水库施工稳定性分析

针对水库水的渗流对浅埋暗挖隧道开挖及后期运营的影响问题,采用数值模拟的方法,研究了在各种渗透系数条件以及隧道开挖与地下水渗流影响下的隧道稳定性。分析表明:水库水的渗透以及隧道开挖会对上覆土体的稳定性造成较大影响,甚至可能会导致坍塌事故的发生。随着隧道的开挖,水库水开始发生渗流现象,并造成围岩塑性区快速发育,其中以拱顶位置塑性区范围最大;围岩渗透性越强,隧道顶拱和拱腰部位的渗透应力越小;随着渗透系数的增大,隧道的孔隙水压力、围岩位移、塑性区范围均出现较大的增长,并可能引起隧道的渗流失稳破坏。     

精伊霍铁路建成全国首个铁路防风吹雪走廊

全国首个铁路防风吹雪走廊工程在新疆精伊霍铁路（精河一伊宁一霍尔果斯口岸）建设完成，成为这条横穿天山山脉的铁路大动脉一道抵御风雪的屏障。这条铁路防风吹雪走廊全长约54km，分布于精伊霍铁路雪害严重的路段，由防风吹雪走廊、挡雪栅栏、防护林带、砖砌挡风墙、桩板墙等多个子工程构成。桩板墙是我国首次在铁路防风雪应用中的科技项目。走廊采用网架结构，上部铺设复合材料，能有效改善风吹雪带来的危害。精伊霍铁路横穿天山山脉南麓丘陵区，当地气候复杂，冬季严寒多雪，风速较大。     

雪害的特征及其地质选线研究

雪崩、风吹雪及厚层积雪，是高山和严寒地区特有的一种自然灾害．雪害对公路、铁路交通的危害，前苏联进行了比较深入的研究，中国境内早在天山公路、川藏公路、滇藏公路、中尼公路等多雪高寒山区的道路交通中，逐步采取了一定的工程防治措施，积淀了一些选线及治理经验．本文结合某国际铁路的地质选线，介绍了雪害的基本类型及选线原则．     

积雪地区铁路路基设计

分析了积雪与路堤坡度、高度,积雪与路堑深度、坡度的关系,总结了积雪地区铁路路基设计的基本原则。路堤设计:在技术条件允许的情况下,边坡越陡越好;路堤高度应高于积雪面60~1 500cm。路堑设计:从设计上预防雪沉积的关键是增大路堑边坡上的临界储雪量,减少路堑上风面的移雪量。也就是说,路堑越深越好,坡度越小越好。     

岩层与隧道的走向夹角对围岩变形特征的影响

研究目的:顺层隧道是岩层走向与隧道轴线平行或小角度相交的隧道,但目前理论研究中多以平行状态为主,具体岩层走向与隧道的夹角θ小于多少时可采用顺层偏压的非对称变形理论,目前还没有明确的定论。本文以渝昆铁路顺层隧道调查成果为基础,采用ABAQUS有限元数值模拟方法分析探讨软硬互层结构隧道在不同岩层倾角条件下θ对隧道围岩变形特征的影响。研究结论:(1)θ的变化不会改变隧道围岩的变形破坏模式;(2)θ越小,越有利于围岩变形及非对称变形的发展,且岩层倾角越小,θ对非对称变形的影响越大,在相同影响度中θ的变化范围越小;(3)θ越大,隧道围岩变形量越小,围岩变形越集中于拱顶和仰拱区,对称变形越明显;(4)任何岩层倾角和θ组合下,非对称变形特征的发展以拱肩最为突出,其次为拱脚、拱墙;(5)可将θ≤30°作为隧道产生顺层非对称变形破坏的主要夹角区间,θ=30°可定义为顺层隧道的夹角界限值;(6)本研究成果可指导单斜构造中铁路、公路隧道的选线优化和支护措施布设。     

杭州解放路隧道施工与铁路线路稳定分析

杭州市解放路隧道由两座分离式小间距隧道组成，埋深在地面以下5m；隧道轮廓采用三心圆，净宽10．628m．净高6．572m。在沪杭线下行K200+942．5与铁路相交，交角80°，相交处为杭州站沪端咽喉区，共有正线2条、牵出线1条、渡线2条，作业繁忙。隧道洞身穿过富水砂质粉土层，采用铁路线路加固下的浅埋暗挖法(CRD工法)施工，施工难度大。     

湿热地区长大隧道温湿度场分布及洞壁结露分析

以某铁路隧道为依托,选取其中8座典型隧道,对隧道洞壁温度、洞内气温以及相对湿度进行连续观测并整理分析。基于ABAQUS有限元软件建立隧道的流固耦合数值模型,得到了洞口风速、隧道长度和进风口风温等因素对长大隧道温度场的影响规律。在此基础上,对湿热环境下长大隧道洞壁结露现象产生机制进行了分析。研究结果表明:长大隧道温湿度场可分为快速变化区、平缓过渡区和恒定区,在恒定区内隧道温度、湿度变化受外界环境影响较小。湿热气候下的洞壁结露现象主要是由于较高的内外温差和大气湿度引起的。洞口风速与隧道恒定区大小呈线性关系,且风速越大,恒定区范围越小。在洞外气温相同的情况下,隧道越长,洞内气温衰减越快,而洞外气温仅对隧道口一定区域产生影响。     

邻近上覆空洞浅埋隧道施工引起的地层变形和破坏特征

地层空洞的存在会严重降低围岩的整体性,在浅埋地铁隧道的施工扰动下,极易发生失稳破坏,诱发地面塌陷事故。针对城市浅埋地铁隧道上方存在空洞地层的问题,通过三维数值模拟和模型试验对空洞大小及空洞与隧道间净距对地层变形的影响进行了研究。数值模拟研究结果表明:地层空洞导致地表沉降呈现出不同程度的增大,并且空洞越大、净距越小对地层变形影响越显著;对于较大直径的空洞,空洞与隧道间存在一临界净距,当净距小于临界值时,地表沉降随着净距增大而减小,当净距大于临界值时,地表沉降随着净距增大而增大,并且空洞越大临界净距越小;对于小直径空洞,随着净距增大,地表沉降只呈现出逐渐减小的规律;空洞与隧道周围塑性区扩展贯通导致地层发生整体失稳,以及空洞周围塑性区发展至地表导致局部塌方是隧道上方含空洞地层两种典型破坏模式。模型试验得到的净距对地表沉降的影响规律与数值模拟结果基本一致,说明模型试验结果的合理性。研究成果可为含空洞地层中隧道施工地层变形控制研究提供参考和借鉴。     

海底隧道开挖过程中衬砌结构变形与能量损失

基于流固耦合理论，推导海底隧道圆形衬砌结构水压力计算公式。以汕头湾海底隧道为工程依托，结合有限差分软件FLAC 3D建立全包与半包隧道模型，分析不同海水深度、不同防排水形式下围岩渗流场特征，孔隙水压力、衬砌结构位移和能量变化规律。结果表明：不同海水深度下Ⅱ级围岩段隧道稳定性均明显优于Ⅳ级围岩段，Ⅳ级围岩段全包隧道孔隙水压力均大于半包隧道，Ⅱ级围岩段全包与半包隧道孔隙水压力基本一致；对于隧道衬砌结构位移，同一海水深度下全包、半包隧道相差极小，海水深度小于等于15 m时位移随海水深度增加而稳步小幅增大，海水深度20 m时Ⅱ级围岩段位移剧增，Ⅳ级围岩段增幅较Ⅱ级围岩段小；海水深度小于15 m时，全包、半包隧道的能量差异较小且耗散能略小于弹性应变能，海水深度为15 m（半包隧道）、20 m时耗散能明显大于弹性应变能；隧道围岩塑性区单元数量与海水深度正相关，海水深度从5 m增至10 m、15 m增至20 m时，塑性区单元数量呈跳跃式增长。     

日本铁路防冰雪灾害举措

日本铁路在防冰雪灾害方面积累了丰富的经验,实行冬季运行规则,越冬前做好防冰雪预案,采用除雪车辆、除雪机械设备,做好雪崩与溶雪等灾害的预警等。对铁路车辆进行耐寒、耐雪构造改进,铁路轨道设施和车站实施除雪措施,隧道内采取预防冰溜措施等,值得借鉴。     

大通山隧道设计

在建的柴木线大通山隧道全长4495m，为高寒、高海拔铁路长隧道．文章主要介绍该隧道的保温及防排水设计．     

路堑开挖卸荷对既有铁路隧道影响的数值分析

基于数值分析软件平台,采用数值分析方法对高速公路开挖路堑跨越铁路隧道结构安全影响进行了仿真分析,分析了路堑开挖过程中隧道结构围岩形变和应力的变化规律,进而对路堑开挖的施工过程提出合理性的建议。研究结果表明:路堑开挖会导致其下部既有隧道向上回弹,隧道拱顶产生附加拉应力,容易导致隧道灾害及次生灾害的产生。研究结果能为同类工程的顺利施工与安全监控提供有益参考。     

当金山隧道区域地应力特征分析与应用

研究目的:敦格铁路当金山隧道位于兴蒙褶皱系与祁连山褶皱系之间的阿尔金断隆,隧道埋深大,地质条件复杂,高地应力是隧道施工中的主要地质问题。通过对隧道区域地应力特征分析,分析预测隧道施工中与高地应力有关的地质问题。研究结论:(1)当金山隧道区地应力高,以水平应力为主,属高地应力区;(2)根据切向应力准则判断,隧道施工中埋深较大地段较完整的云母石英片岩、花岗岩有发生轻微岩爆的可能,绿泥石英片岩发生岩爆的可能性小;(3)根据隧道区的地应力特征及岩性特征分析,断层破碎带(尤其是F5断层)岩质软弱,在施工中有发生较大变形的可能,其他地段发生变形的可能性较小;(4)本文采用的隧道地应力分析与评价方法及与高地应力有关主要地质问题的分析,对类似工程具有参考和借鉴意义。