A robust non-Hertzian contact method for wheel–rail normal contact analysis

A modified Kik–Piotrowski (MKP) model is proposed in this paper for an accurate and robust calculation of wheel–rail normal contact problem. The presented method is able to consider the relationship between the elastic deformation of a line and the normal pressure distribution within the contact patch. A novel shape correction method is put forward to correctly describe the elastic deformation of the contact patch. Taking the results estimated by Kalker’s variational method and Kik–Piotrowski method as references, the proposed method is validated by three contact cases, including the assumed standardised non-Hertzian contact and the two-point contact, as well as the contact behaviours based on three actual wheel–rail profiles. The simulation results indicate that, compared with Kik–Piotrowski method, the proposed MKP method achieves better agreement with Kalker’s variational method. Moreover, the MKP method can avoid the abrupt change of wheel–rail normal force due to the sudden transfer of the contact point, which contributes to a better computational stability.     

郑万高铁隧道大型机械化配套全断面法施工围岩-支护结构相互作用力学特性研究

为研究郑万高铁大型机械化配套全断面法施工围岩-支护结构相互作用力学特性,依托郑万高铁隧道现场实测数据,确定台阶法和大型机械化配套全断面法2种工法施工的围岩压力分布特征,并采用数值模拟的方法建立围岩-支护结构有限元模型,分析2种工法对围岩压力和结构内力的影响规律。研究结果表明： 1)台阶法多次施工扰动易导致支护结构和围岩之间产生空隙而发生脱空,大型机械化配套全断面法施工对围岩扰动次数少,初期支护快速封闭成环,可保证初期支护及围岩之间良好的密贴性; 2)在软弱围岩中,采用大型机械化配套全断面法施工比台阶法更有利于改善结构受力,减缓结构内部偏心受压的程度,能有效发挥拱形隧道结构承载力; 3)大型机械化配套全断面法在软弱围岩快速施工、控制支护结构变形、保证支护结构受力安全等方面具有综合优势。     

郑万高铁大型机械化施工隧道位移控制基准研究

依托郑万高铁湖北段大断面隧道洞群,针对其开挖断面面积大、软弱围岩占比高、采用大型机械化大断面法施工的特点,开展初期支护位移现场监控量测,对监控量测数据进行分类统计、包络回归分析,得到Ⅳ、Ⅴ级围岩深、浅埋不同大断面法（全断面法、微台阶法）开挖下初期支护位移沿隧道纵向的函数表达式及各工况下分段位移占极限位移的比值。最后结合 Q/CR 9218-2015《铁路隧道监控量测技术规程》中初期支护极限位移值,给出郑万高铁大型机械化施工隧道各工况下初期支护位移控制基准建议值。结果表明： 郑万高铁隧道Ⅳ、Ⅴ级围岩采用深、浅埋不同大断面法开挖时,按距掌子面距离的分阶段位移控制基准相差较大,现行Q/CR 9218-2015《铁路隧道监控量测技术规程》中统一规定不合理;围岩级别、埋深及开挖方法相同时,拱顶沉降和洞周水平收敛规律基本一致。     

软土地层浅覆土下钢管幕顶进沉降分析

为研究软土地层超浅覆土下钢管幕顶进施工引起的地层沉降规律与机制,以上海中环线田林路节点改善工程为依托,采用现场试验方法,对整个管幕顶进周期内地表初期沉降、累积沉降与工后沉降的变化发展进行分析,研究不同工况条件下地表沉降发展规律。结果表明： 试验结束后地表最大沉降为9.8 mm,管幕群施工对地表沉降具有累积作用; 单根钢管顶进时后半段隆起,隆起值在精度允许范围内; 管幕上方1倍管幕埋深范围内地层沉降变化明显,顺接管施工的工后沉降较大,采取洞口止水措施能有效减缓地层损失。     

汕头市苏埃通道工程海域段平纵横方案研究

为有效解决汕头市苏埃通道工程遇到的海底硬岩、孤石群及高烈度抗震等技术难题,从海底隧道横断面、平面及纵断面方案进行研究。主要研究和结论如下： 1）对两管方案与三管方案进行比较,在海底硬岩处理方面,2种方案施工风险无本质区别,但两管方案可利用车道板下空间解决消防防灾问题、取消隧道联络通道设置、降低施工及抗震风险,优于三管方案; 2）从抗震、工程造价、结构受力及隧道运维等方面进行研究,发现盾构管片采用单层预制结构优于管片内置二次衬砌结构; 3）隧道平面方案需摸清海底硬岩及孤石群分布范围,结合码头、港池及锚地等控制因素综合确定; 4）隧道纵断面方案的确定,需充分考虑海底硬岩、孤石分布规律以及最小覆土、主航道规划标高、港池范围等控制因素,避开硬岩及孤石群,以减小隧道修建难度和风险。     

运行中市政管廊隧道的维修加固

我国早期浅埋暗挖市政管廊隧道标准较低,目前病害多发。为了治理断面狭小、内部净空限界要求不高的市政管廊隧道的病害,结合大连某电缆隧道维修加固工程,采用病害检测及分析、方案综合比选和施工实践的方法,介绍暗挖市政管廊隧道的维修加固过程。得出主要结论如下： 隧道病害检测应从结构变形、衬砌强度、衬砌背后、裂缝及渗漏水等方面详细调查,分析病害成因,评定劣化等级; 通过检测分析结构,选择合理的结构加固措施,劣化严重的市政管廊隧道应优先选择增设内衬的维修改造方案; 施工阶段应重点处理好无水施工、对既有结构和内部管线的保护和在狭小空间施工的问题。     

地铁线路纵断面调坡上下限线法及其应用

为提高地铁线路纵断面精调效率,避免调坡后出现相邻区段坡段超限,利用上下限线法,建立轨面线允许上下浮动的上下限线范围进行辅助调坡,协同调整变坡点和竖曲线半径与上下限线关系进行纵断面优化,并应用于福州市轨道交通2号线隧道纵断面掘进偏移事故中。结果表明： 1）采用上下限线法可以快速判断盾构掘进是否竖向超限,并方便快速确定调坡方案,避免多次调坡反复验算问题; 2）采用上下限线法可以避免对已实施段盾构隧道的调坡超限; 3）上下限线法成功应用在福州市轨道交通2号线隧道偏移事故中,采用该方法能在短时间内找出指导后续推进的调整方案,避免盾构停机造成的工程风险。     

基于CC工法建造的地下结构受力分析

CC工法作为一种新型地下暗挖技术,为地下工程暗挖施工提供了新的思路,其核心思想是将机械化暗挖小断面结构转换为大断面地下空间建筑结构。为了研究CC工法的结构受力情况,满足CC工法的工法特点需要,使结构安全可靠经济适用,故设计和分析其单元结构和整体结构,并结合CC工法的具体工程应用案例,选取CC工法的3个主要工况进行结构受力分析和设计,得到不同工况的弯剪轴力结果。结果表明： 设计方法和思路较为全面,设计结果安全可靠,能够较好地满足工程需要;同时,研究也为CC工法结构分析和设计提供了方法和依据,为今后相关工程提供了一定的参考。     

某软土地铁车站基坑纵向滑坡事故分析

狭长形地铁车站基坑在分层开挖过程中会形成临时纵向多级边坡。当挖方边坡位于软弱地层时,如果设计或施工不当将会面临基坑纵向失稳风险。针对某软土地铁深基坑纵向滑坡事故案例,在考虑参数变异性的基础上利用极限平衡法对坑内临时边坡展开调查分析,并从工程角度对土坡发生深层滑移破坏的原因进行探讨。调查结果表明： 第1级边坡的坡度是影响整体稳定性的关键因素,1∶1.75（V∶H）的施工坡度不能满足下卧软弱淤泥质土条件下该局部边坡的稳定性（失稳概率高达88.92%）,只有当坡度缓于1∶3时才能保证安全。为防止此类临时挖方边坡失稳,最后给出考虑土体强度参数变异性的最优边坡坡度。     

哇加滩黄河特大桥承台大体积混凝土施工温度控制

青海省哇加滩黄河特大桥主桥为(104+116+560+116+104)m钢-混叠合梁斜拉桥,承台长42m、宽25.5m、高6m,为大体积混凝土结构;桥址区气温垂直分布,日夜温差较大。为避免该桥承台表面出现大面积的温度裂缝,对承台大体积混凝土施工进行温度控制。针对桥址气候特点、承台的特殊位置等因素,从原材料、混凝土配合比等方面控制混凝土入模温度和水化热总量;采用有限元软件建立承台1/4模型,根据计算结果合理布置冷却水管、制定保温方案等;通过在混凝土内布设温度传感器,对施工过程进行温度监控,并根据温度数据及时调整保温和水化热排出措施、调整混凝土内外温差。采取以上措施,承台施工完成时,未发现大面积的温度裂缝,且混凝土的温度峰值和内外温差均在规范允许值之内。