基于气动效应的特长隧道断面优化探讨

铁路隧道净空面积的确定，不仅应考虑隧道建筑限界和机车车辆限界，还要考虑列车通过隧道时诱发的空气动力学效应。基于一维、可压缩、非定常的流动假设，推导得到车内瞬变压力、洞口微气压波和空气阻力计算公式，并结合这3个指标对现有城际铁路、高速铁路隧道设计规范进行论证和优化。结果表明： 针对大于10 km的特长隧道，在一定长度范围内，且在提高列车密封水平、增加洞口微气压波缓冲结构的情况下，可对特长隧道净空断面进行优化。     

高寒高海拔隧道进出口海拔差下列车内外压力计算方法及应用

为研究西部艰险山区长大隧道进出口存在较大海拔差下的车内外压力计算方法，采用理论分析方法对现有平原地区车内外压力单维计算模型进行修正，使之适用于进出口存在海拔差的隧道。通过青藏铁路列车内压力实测数据的对比，验证计算方法的正确性，并在实际设计中进行应用。主要结论如下： 1）根据大气压力随海拔变化的规律，通过调整原有计算模型中每一时刻对应的基准压力、温度、密度和声速，可实现进出口存在海拔差隧道内列车内外压力的计算； 2）通过此计算方法，确定了某高海拔山岭轨道交通单线隧道断面净空面积为19.5 m2，双线隧道断面净空面积为41.5 m2，列车动态密封指数最低要求为2.5 s。     

高速铁路太行山超长隧道群关键技术

为研究解决石家庄至太原高速铁路隧道断面有效净空面积标准、长段落膏溶角砾岩地层内修建隧道、特大断面隧道修建以及超长隧道(群)防灾救援系统设置等技术难题,通过采用调研分析、数值模拟、模型试验、现场试验段试验等一系列研究手段,确定了时速250 km高速铁路单线、双线隧道有效净空面积标准,顺利实施了高速铁路特大断面隧道到2条单线隧道的过渡,安全通过了长大段落膏溶角砾岩地层,创建了铁路特长隧道(群)防灾救援成套技术,最终实现了石太客运专线的顺利开通运营,并取得了良好的经济效益和社会效益。     

台湾高速铁路隧道空气动力效应之量测

为了验证隧道空气动力效应之理论现象,并证实设计阶段之数值模拟成果及风压标准,乃选定台湾高速铁路之2座长隧道,于隧道内布设气压计配合不同的位置、几个特定的列车速度进行实地测试。量测结果显示:高速铁路列车所引致空气动力效应之现象,大体上与先前研究文献及规划时期数值模拟之成果一致,车头进入、出隧道时会引发一个明显升高之压缩波,列车通过后(车尾进出洞口时)由于空气动力拖曳气流而压力骤降至形成张力波。不论正压或负压峰值,在车速达到220～230 km/h时,便可达1.0 kPa;当车速接近300 km/h时,实测得之最大压力值约1.35 kPa;所有现地实测之压力峰值尚低于设计规范之标准值。     

中国高速铁路隧道的发展及规划

介绍了中国高速铁路的发展历程,论述了隧道工程在中国高速铁路发展中的关键性作用,总结了中国高速铁路隧道的主要特点:分布区域广且地质环境复杂;隧道断面净空有效面积大;采用复合式衬砌与明洞式钢筋混凝土结构相结合的支护方式;道床形式主要为无砟轨道。对运营、在建和规划中的中国高速铁路隧道进行了系统介绍,提出中国高速铁路隧道的发展方向:形成更加完善的技术体系;优化隧道断面尺寸和设计参数;全面实施大型机械化配套施工;提高隧道建设信息化管理水平。     

基于视觉负荷的隧道提速方案限速值研究

为了确定高速公路隧道内提速方案具体的限速值,通过选取多条有提速需求的典型高速公路隧道进行试验,通过瞳孔面积变化率表征驾驶人在隧道内的视觉负荷程度;根据瞳孔面积变化率与机动车临界速度之间的关系,得到满足明、暗适应的视觉负荷程度对应的机动车临界速度值;取机动车临界速度分析车辆进出高速公路隧道时由于明、暗适应引起的速度变化规律;提出了以机动车临界速度值和全线提速方案对应的隧道限速值,取两者最小值作为隧道最终提速方案的限速值,然后对隧道限速原则进行修正。研究结果表明:对于满足提速要求的隧道路段,原限速60km/h时,提速后的限速值取80km/h较合适;原隧道路段限速80km/h时,提速后的限速值取90km/h较合适。本研究具有安全性、可靠性,为日后隧道限速提供了相应参考。     

客运专线25 km长隧TBM施工运输论证

根据高速铁路特长隧道圆形断面尺寸,提出了25 km长隧采用TBM全断面施工的基本思路.分析了隧道内采用皮带+轨道运输(进料)和独立轨道运输方案的特点及适应性,提出了客运专线25km长隧TBM施工轨道运输系统建议,重点对洞内轨道布置、设备选型、列车编组、卸渣方式、运输组织、衬砌混凝土运输、横通道施工运输及两平行隧道问的应急运输等进行了论述,可供客运专线TBM的施工设备配套和施工运输设计参考.     

关于广州地铁隧道空气动力学效应缓解措施的研究

地铁列车高速通过中间风井以及多次在地下线路与高架线路间转换,引起车厢内压力波动,降低了乘车的舒适性。文章总结了其他国家制定的地铁或高速铁路不同的人体舒适度压力控制标准和国内的地铁压力舒适度的相关研究,采用地铁环境模拟计算软件SES 41,对广州地铁14号线列车线路在隧道运行时不同列车时速、不同的隧道断面、不同渐扩段长度等情况下通过隧道洞口及中间风井时车头的压力波动及压力舒适度进行计算分析,提出对于高速地铁可在常规盾构隧道断面入洞口处和中间风井处设置一定长度及规模的渐扩段,同时结合行车组织的压力缓解措施的设计建议,这些措施在广州地铁14号线、21号线、南京机场线等工程设计中已进行应用,具体效果有待线路开通后进行实测验证。     

高速铁路隧道支护参数的计算研究

为探索隧道初期支护安全系数的计算问题,并为高速铁路隧道支护参数优化提供理论依据,根据喷锚支护的性能与特点以及现代隧道力学的基本理论,建立初期支护荷载结构模型和对应的安全系数计算方法; 针对时速350 km高速铁路双线隧道提出的3种不同的初期支护方案（无系统锚杆支护、喷锚结合支护和以锚为主的支护方案）展开适应性研究,计算分析不同埋深（400 m和800 m）条件下初期支护的优化参数以及优化后的二次衬砌承载能力,在此基础上提出优化后的高铁隧道支护参数建议值,并对优化前后的安全系数进行计算与对比。主要结论如下： 1）提出了采用围岩压力代表值作为荷载结构模型设计荷载的方法,为解决设计中围岩压力不确定的问题提供了思路,且所推荐的围岩压力代表值计算方法具有安全性与经济性; 2）提出了3种初期支护计算模型,可以为初期支护构件的选择与量化设计提供一定的理论基础; 3）提出了时速350 km高速铁路双线隧道初期支护方案及优化后的复合式衬砌设计参数,并明确了不同围岩级别、不同埋深时的承载主体; 4）提出了按照不同埋深进行支护结构参数设计的建议。     

通省隧道初期支护坍塌及变形处理措施

十堰至房县高速公路控制性工程通省隧道左线设计长度6900m,右线设计长度6873m,采用上、下行分离的独立双洞双向四车道公路隧道,设计速度为80km/h。依照隧道断面利用率高、结构受力合理的原则,确定隧道净空采用三星圆曲墙断面,仰供和侧墙采用小半径圆弧连接。文中详细介绍了通省隧道初期支护坍塌的发生、塌方处理过程及处理的辅助施工措施,为类似工程提供参考。     

英国科恩河谷高架桥北大核心

英国科恩河谷高架桥(Colne Valley Viaduct)是连接伦敦与伯明翰的高速铁路线上的控制性工程,全长3.4km,建成后将是英国最长的铁路桥。该桥承载双线铁路,列车设计行驶速度320km/h,设计使用寿命120年,2020年开始施工,预计2026年投入运营。该桥跨越科恩河谷,两侧接线为隧道,桥梁竖曲线半径为2.6km,桥下最小净空高度为5.8m。全桥分57跨布置,跨长40~80m,跨长根据科恩河谷的特点设定,在树林区域标准跨长为60m,桥下净空高度较大,使桥下有充足的光照。     

高速铁路隧道压力波一维模型数值方法简介

高速铁路隧道压力波是高速铁路隧道修建中的关键技术,研究结果是合理确定隧道断面大小的主要参考依据.在简要回顾国内外相关方面研究成果的基础上,重点介绍了作者等人多年来采用的一维可压缩非定常不等熵流动模型和特征线法,介绍了隧道单车压力波、隧道会车压力波和考虑竖井、隧道内断面突变等情形下的验证实例.     

高速铁路路基基床结构可靠性研究

铁路路基基床是承受轨道结构和列车荷载的基础，当列车运行速度提高至400+km/h时，增大了基床动应力、动变形、动应变的不确定性。基于《铁路路基设计规范（极限状态法）》（Q/CR 9127—2018），分别建立了基床动应力、动变形、动应变的功能函数；其次基于可靠度的方法，研究400+km/h高速铁路路基的基床参数的合理性。结果表明：基床K 30及动轴重指标对控制基床动变形更为敏感。     

用MATLAB工具箱优化铁路四线隧道断面设计

借助MATLAB优化工具箱对尚未具有标准图的四线铁路隧道断面设计进行优化。轨面以上隧道断面采用三心圆形式,选取轨面以上净空面积S为目标函数,以描述断面形状的参数R1,R2,φ1,φ2,a,b,c为设计变量,通过调用MATLAB优化工具箱中的功能函数fm incon搜索目标函数的最优值。     

基于空气阻力等效的超高速列车真空管道参数设计

高速铁路在世界各国范围内建成和运行的同时,作为快捷、舒适、节能交通工具,超高速列车将成为轨道交通的下一个发展方向。而随着列车速度的提升,列车空气阻力明显增加。为有效降低空气阻力,实现列车超高速运行,真空管道交通应运而生。管道参数一直是真空管道交通系统所关注的重点之一,为明确管道参数与列车行车速度之间的关系,得出简便适用的真空管道参数设计方法,基于原朝茂理论,以时速350km列车在高铁标准断面隧道中运行时的空气阻力为控制指标,对超高速列车的阻塞比、行车速度及运行管道工作气压的相互影响规律进行了细致研究,并将列车在低压管道运行空气阻力的理论值与数值计算结果进行了比较。研究表明:1)低压真空管道列车空气阻力数值计算结果与原朝茂理论计算值相互吻合,可以基于原朝茂理论对真空管道列车空气阻力特性进行分析;2)给出了基于高速列车隧道阻力的超高速列车运行管道运行参数设计方法和参数选取曲线,研究结果可为低压真空管道的工作参数的选取提供理论依据。     

狮子洋隧道洞口列车振动流固耦合分析

根据车辆-轨道耦合模型，采用弹性地基梁板模型，得到列车轨下激振力。按广深港高速铁路狮子洋盾构隧道洞口资料，建立精细的三维数值模型，通过FLAC3D软件对列车荷载引发的隧道动力响应进行了数值模拟，分析了列车振动作用下狮子洋隧道洞口水-土耦合规律。结果表明:在列车振动荷载作用下，孔隙水压力增长区域位于隧道周边的一定范围，主要分布在隧道底部地层, 在左右两隧道之间的隧道下方地层，超孔隙水压力值最大；地层受振位移响应等值线呈倒钟状分布，隧道上方影响范围大，且衰减缓慢，隧道下方影响范围小，且衰减迅速；管片左侧近域地层位移响应最大，列车振动对相邻隧道附近地层的影响不明显，其位移值远远小于左侧的地层位移。     

广深港客运专线福田站及相邻区间隧道通风系统研究

广深港客运专线福田站及相邻区间隧道为单洞双线隧道,具有时速高、断面大、阻塞比小、活塞效应弱和散热量大的特点。为保证隧道内人员舒适性要求,必须解决隧道内温度和新风量控制等关键技术问题。从区间和车站活塞风井设置、风井面积及车站排热风量3个方面进行研究,主要结论如下:1)隧道内共需设5处活塞风井,分别为益田路1#风井和2#风井、福田车站两端活塞风井、皇岗公园风井;2)福田车站两端活塞风井面积均为60 m~2,其余3处活塞风井面积均为40 m~2;3)福田车站排热风量为540m~3/s;4)优化后隧道最高温度为39.3℃,人均新风量为76 m~3/h,均满足设计标准要求。     

喷射混凝土衬砌隧道通风阻力系数测试研究

依托秦岭终南山18km特长公路隧道,选取隧道中部长度600多米的施工区段,设计风阻现场测试方案,布设2个测试断面,每个断面不同位置布设16个测点,采用高精度压差法对喷射混凝土作为隧道永久衬砌的通风阻力系数进行现场测试,测试风速范围为1.2~6.5m／s;通过数据整理分析,得出了通风阻力系数设计参数。试验表明:2车道公路隧道(净空面积70m2)喷射混凝土衬砌通风阻力系数在试验工况条件下为0.051,该参数值偏于保守,可直接用于指导通风设计。     

世界首座湿陷性黄土超大断面铁路隧道在河南贯通

设计时速达350km的郑州至西安铁路客运专线重点控制性工程——张芭隧道2008年2月24日晚顺利贯通，该隧道位于河南省三门峡地区，是目前世界上首座在湿陷性黄土上建设的，最大开挖面积达164m^2的超大断面富水特长铁路隧道，隧道全长8483m，它标志着中国高速铁路客运专线隧道施工技术的科研攻关取得了重大的突破。     

单洞四车道公路隧道优化研究

建立了以控制单洞四车道公路隧道断面形状的几何尺寸为变量、以隧道的内净空面积和内轮廓周长为目标函数的双目标优化模型,并对模型参数进行了分析,得出了最优断面几何尺寸;进而对断面优化后的单洞四车道隧道的仰拱优化设计、隧道施工的可行性进行了探讨,也得出了一些有用的结论。