400 km/h高铁隧道出入口缓冲结构开口率对微压波影响研究

随着高速列车运行时速的提升,车-隧气动效应加剧、微压波超限问题愈发严重。以往研究表明,隧道洞口设置缓冲结构是解决微压波问题的有效手段之一,但是随着隧道长度增加、列车时速提升,仅以入口缓冲结构作为标准的设计方法存在一定局限性。并且国内外的研究重点更多集中在入口缓冲结构,对出口缓冲结构及隧道出入口均设置缓冲结构的设计方法研究相对较少。针对这一问题,利用控制容积法分析出口开口式缓冲结构的关键影响参数。基于LES湍流模型和动网格技术建立三维数值仿真模型,对关键参数的正确性做出验证。分析隧道出入口对称、非对称设置缓冲结构对微压波特性的影响,提出适用于单线和双线隧道的洞口开口式缓冲结构的设计方法。研究结果表明：1)隧道出口缓冲结构开口率是影响出口缓冲结构对微压波压力缓解效率的关键参数,开口率越大,微压波压力最大值越低;2)隧道入口以压力梯度为控制标准设置最优缓冲结构、隧道出口提高缓冲结构开口率的形式,在单线隧道缓冲结构设计中对微压波有更高的缓解率,出口缓冲结构开口率越大,对微压波压力缓解效率越高;3)双线隧道洞口开口式缓冲结构设计时,应当增加其总开口率,同时选择小面积、多个数的开口形式并在隧道出入...     

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。     

地铁盾构隧道纵缝接头螺栓形式对比试验研究

管片接头是盾构隧道整环结构中的薄弱环节,隧道管片间多以螺栓连接,并有直螺栓、弯螺栓等几种结构形式。以盾构隧道管片纵缝接头为试验对象,采用足尺试验方法,针对不同螺栓形式的接缝,对盾构隧道纵缝接头的极限承载性能进行研究,明确不同接头的破坏过程,并分析比较不同螺栓形式对接缝受力性能的影响规律。     

基于大直径盾构隧道扩挖地铁车站的结构方案及其关键节点受力和变形

针对北京地铁14号线将台车站结构方案存在的不足,提出1种基于大直径盾构隧道扩挖地铁车站的塔柱式结构方案,并建立三维非连续接触模型,研究塔柱式结构关键节点的受力和变形.结果 表明:盾构隧道和车站2边主体结构的施工,对管片纵缝的张开和错台影响显著,但对管片环间错台影响不明显;横通道施工对管片纵缝的张开和错台影响较小,开口环...     

客运专线高陡边坡洞门及缓冲结构设计

以西安至成都客运专线为背景,总结了目前客运专线隧道常见的几种洞门及缓冲结构形式,并根据本线隧道洞口地形高、陡的特点,提出了平导式缓冲结构,并对其设置参数进行数值模拟分析,通过分析比选确定了合理的设置参数,供业内人士进行相关工程设计时参考。     

单线高速铁路隧道入口缓冲结构几何外形优化设计

以单线高速铁路隧道入口线性喇叭型缓冲结构作为研究对象,采用3次NURBS曲线拟合其入口形状,提取控制缓冲结构几何外形的9个设计参数。利用有限差分方法分析各个参数的灵敏度,发现缓冲结构的上下边界长度和入口高度对微气压波最为灵敏,而缓冲结构入口形状对其敏感度最小。采用计算流体力学方法、支持向量机模型和蚁群优化算法,开展以降低微气压波为优化目标的缓冲结构几何外形优化设计,得到适用于单线高速铁路隧道的线性喇叭型缓冲结构外形。与无缓冲结构相比,采用优化设计得到的缓冲结构,微气压波降低约42.1%,单车通过隧道时的车外压力波动幅值减少约9.4%。通过分析线性喇叭型缓冲结构上下边界的长度、入口高度和底部宽度对微气压波的影响,发现这4个设计参数与微气压波呈近似的线性关系,各设计参数间的耦合作用不明显,在实际工程设计中,可单独考虑各设计参数的影响。     

双线盾构隧道与联络通道复杂结构受力分析

针对双线盾构隧道与联络通道组成复杂形式空间结构，选取了结构与围岩连成的三维数值模型，进行受力影响计算分析。重点研究了盾构隧道与联络通道之间开口大小和连接方式对结构内力的影响，研究结果表明，减小开口大小以及改变“刚接”为“搭接”的连接方式，能显著降低结构内力，提高结构安全度，这一结论直接指导了广州地铁2号线的变更设计。     

艰险山区客运专线铁路隧道缓冲结构研究

高速列车进出隧道形成的压力波带来乘客舒适度下降、隧道洞口噪声污染、威胁隧道洞口建筑物安全等多种不利影响。为了深入研究高速铁路隧道洞口微压波特性,确定各种缓冲结构在控制微压波方面的效果,提出缓冲结构设计的合理方案。通过模拟实验和数值分析,对主要缓冲结构设置形式进行了分析,并针对艰险山区隧道洞口提出了缓冲结构设计的合理方案。     

缓冲结构对列车突入隧道时的瞬变压力的影响

列车突入隧道时 ,会产生一系列气动效应。引起车厢内部压力变化 ,降低列车乘坐的舒适度。同时 ,还会在隧道出口形成噪声污染 ,在隧道口修筑缓冲结构是解决这一问题的有效措施。本文通过实验 ,对瞬变压力以及压力变化率与列车车速之间的关系进行了研究 ,并对缓冲结构的长度与降低瞬变压力的效果进行了分析比较 ,确定了相对最优的缓冲结构长度。     

高速列车进入有缓冲结构隧道的压力变化研究

采用高速列车空气动力学模型实验对高速列车在进入带缓冲结构隧道过程中瞬变压力传播机理进行研究。实验结果表明,缓冲结构能够减缓隧道内瞬变压力。其原因在于:缓冲结构横断面积逐渐由大变小,阻塞比逐渐由小变大,延长了压力上升时间,降低了压力梯度;另一方面,由于压缩波在缓冲结构和列车、隧道之间多次反射,降低了压力峰值。在M.S.Howe提出无缓冲结构下最大压力波变化理论基础上提出有缓冲结构时隧道内最大压力和最大压力梯度变化规律计算公式。所得结论可为隧道空气动力学研究提供参考。     

地铁入口处缓冲结构对车体压力的影响研究

为了将地铁瞬变压力的波动控制在人体舒适度范围内,根据三维不可压缩Navier-Stokes方程和标准k-ε紊流模型,以22.73 m2的地铁区间矩形隧道为研究对象,建立隧道-列车-空气数值模型,分析地铁隧道中列车特征部位压力和压力梯度的变化规律和影响因素。研究结果表明：列车运行速度超过100 km/h后,有必要在地铁入口处设置缓冲结构;缓冲结构降低压力最大值的效果并不显著,但降低压力梯度最大值的效果显著;喇叭型缓冲结构是优选的地铁入口降压措施;缓冲结构的最佳长度为2倍隧道水力直径;缓冲结构的横断面积越大,其降压效果越好;缓冲结构的最佳开孔率为30%左右。     

隧道富水断层段全断面注浆时的缓冲层厚度研究

基于水力学和弹塑性理论,构建含缓冲层的隧道注浆计算模型,计算隧道支护结构及注浆圈外缘承担的渗水压力及隧道涌水量;研究支护结构、注浆圈及围岩的位移与应力解,利用数值模拟对构建模型的合理性进行验证;以穿越富水断层破碎带的某在建隧道为例,计算并确定其缓冲层厚度。结果表明:增设缓冲层后,支护结构外缘径向应力理论值与模拟值最大误差来自隧道拱顶,为7.3%;涌水量模拟值与理论值较为接近,理论值仅比模拟值小1.4%;随缓冲层厚度增加,支护结构外缘径向应力急剧下降,涌水量缓慢增加,当缓冲层厚度与隧道支护结构外径比值为0.10和0.30时,与无缓冲层时相比,支护结构外缘径向应力分别降低39.63%和118.88%,涌水量分别增加4.70%和14.10%;综合考虑受力与涌水因素,在建隧道缓冲层厚度与支护结构外径比值宜采用0.14。     

压入式通风对高地温隧道衬砌的降温效果分析

以拉萨—林芝铁路桑珠岭隧道工程为依托,分析高地温隧道温度场的分布规律及高地热环境对隧道结构力学性能的影响,并且采用有限元软件分析了压入式通风对高地温隧道衬砌的降温效果。研究结果表明:隧道初始温度场的温度越高,开挖的影响范围就越大,对隧道结构的力学性能影响越大;为了保障施工及运营安全,必须持续降低隧道内的温度;采用压入式通风方法可有效降低隧道内环境温度,当通风速度达到35 m/s时,降温率可达43.3%。     

地裂缝环境下盾构隧道结构性状及适应性研究

为了揭示地裂缝环境下不同拼装方式盾构地铁隧道结构性状及适应性,以拟建西安地铁8号线为依托工程,考虑采用盾构隧道穿越地裂缝场地为工程背景,建立三维有限元数值模型,对地裂缝错动作用下不同拼装方式盾构隧道结构变形与内力及适应性进行分析。主要结论:地裂缝错动时通缝拼装盾构隧道沉降变形明显大于错缝拼装盾构隧道;拼装方式对管片衬砌结构内力分布规律的影响不大,均表现为拱底位置出现管片接头挤压破坏和两侧拱腰位置受剪最为严重,但数值上通缝隧道内力更小一些;通缝隧道的环间相对垂直位错量及影响范围均大于错缝隧道。从地裂缝场地盾构隧道适应性来看,当地裂缝位错量s≤10 cm时,两种拼装方式的盾构隧道均可用于地裂缝场地,而当地裂缝位错量s10 cm时,错缝拼装的盾构隧道更适合地裂缝场地。     

土压平衡盾构机土舱压力的设定方法及原位实测反分析

通过分析盾构机刀盘开口率、穿越土层性质、隧道线型和地面超载4个因素对EPB盾构机土舱压力设定的影响,提出土舱压力的土性修正系数和曲线修正系数,建立既能体现土层性质又能反映隧道线型的土舱压力设定方法。基于杭州地铁盾构隧道施工的监测数据,以地表变形为筛选指标析出典型区段土舱压力的原位实测数据,并以此对开口率为36%的辐板式盾构机和开口率为65%的辐条式盾构机在淤泥质粉质黏土中分别以直线和曲线掘进时的修正系数进行反分析,得出相应的土性修正系数和曲线修正系数,并通过实例验证了修正系数的取值。结果表明:在给定土层中掘进时,开口率为36%的辐板式盾构机与开口率为65%的辐条式盾构机相比,前者挤土效应更明显,在曲线掘进时土舱压力的增量也较大;而后者的土舱压力更稳定。     

单元双块式无砟轨道对隧底上拱变形的适应性研究

针对隧底结构上拱变形容易导致双块式无砟轨道产生离缝或裂纹的问题,提出单元式道床板结构。采用双线性内聚力模型,计算分析隧底上拱条件下单元式道床板与隧底仰拱回填层之间黏结作用和预埋钢筋对轨道结构受力、变形以及层间状态的影响规律,并与纵连式道床板进行对比。结果表明：对于单元式道床板,层间黏结作用可有效抑制离缝的产生,黏结附加力使得道床板拉应力略有增大;层间初始黏结作用良好条件下预埋钢筋对轨道结构受力及变形影响不显著,上拱幅值过大使得层间黏结失效后预埋钢筋可改善层间状态。与纵连式道床结构相比,单元式道床板应力水平明显降低,离缝范围较小,层间离缝主要位于上拱中心板端位置。     

提高隧道止水带安装质量的方法

隧道施工缝为隧道衬砌最薄弱部位,其防水效果直接影响到结构的耐久性及后期运营的安全性,尤其是电化铁路,对隧道渗水要求极为严格。一般隧道设计施工缝防水为"三防",纵向施工缝采用背贴式止水带、钢边止水带,环向施工缝采用中埋式止水带。施工过程中由于施工工艺、工人技术水平、保护措施不到位等原因,止水带的安装经常出现安装线形不顺直、埋设位置偏移、止水带破损等质量问题,严重影响防排水效果。在采用测量定位、钢筋卡固定、垫层施工后,止水带施工质量可有效提高。     

穿越活动断层隧道组合抗震缝定量设置的计算公式及试验验证

针对穿越活动断层隧道抗位错的要求,根据断层错动时隧道衬砌节段的几何变形特征,推导基于活动断层倾角、宽度和位错量等参数的隧道组合抗震缝设置数量的计算公式。以穿越龙门山中央活动断层的成兰铁路柿子园隧道工程为背景,按照1∶30的相似比建立室内试验模型,分别针对普通衬砌与按照本文计算结果设置抗位错组合抗震缝衬砌的2种工况进行逆断层位错室内模型试验。结果表明:在活动断层破碎带及其两侧设置抗位错组合抗震缝的隧道与普通隧道相比,衬砌结构的最大纵向应变大幅降低,最大环向应变有不同程度的降低,与围岩间最大接触压力有所降低,且变化范围有所减小,在试验终止时,并未沿隧道纵向出现大规模的横向及纵向裂纹、衬砌剥落和衬砌坍塌等破坏现象。试验结果验证了组合抗震缝定量设置计算公式的正确性和有效性。     

富水隧道双块式无砟轨道结构形式优化研究

我国西南山区地质情况较为复杂，山区高速铁路隧道内一般采用无砟轨道结构，无砟轨道在施工和服役过程中易受强降雨及地质条件影响，隧道仰拱下方极易积聚承压水，进而引发道床板出现开裂、上拱、离缝等病害。为提高地下水作用下隧道无砟轨道道床板的耐久性和平顺性，基于建立的隧道双块式无砟轨道有限元模型，分析了仰拱填充层假缝和道床板伸缩缝对齐处增设不同长度的土工布、仰拱填充层和道床板层间增设不同数量的胀锚螺栓对无砟轨道受力和变形的影响。研究结果表明：增设土工布能有效减少无砟轨道道床板裂缝的产生，对提高耐久性有利，建议跨缝铺设土工布长度不少于300 mm;增设胀锚螺栓能有效降低道床板的垂向位移，对无砟轨道服役的平顺性有利，建议每段道床板增设12根胀锚螺栓。     

荷载变化条件下不同深度榫槽对隧道结构承载性能的影响

为了研究盾构隧道接头部位的榫槽深度对盾构隧道承载性能的影响规律,考虑纵缝榫槽等结构的细部构造,建立三维精细化盾构隧道数值模型进行计算分析,并与足尺试验进行对比验证。结果表明试验及数值的数据基本吻合,采用该模型计算是合理可行的。研究结论:(1)正常承载及超载情况下截面弯矩和轴力对纵缝榫槽深度改变不敏感,当隧道结构遭遇极为严重的卸载情况时,截面弯矩和轴力才表现出随纵缝榫槽深度增加而增大;(2)卸载情况下不同纵缝榫槽深度对应的隧道结构横向、竖向收敛变形均显著大于超载情况;(3)增加纵缝榫槽深度可在一定程度上提高隧道结构抗变形能力,但当榫槽深度超过20 mm后,再增加榫槽深度对提高隧道结构承载力无明显效果。