高速铁路隧道出口微压波及其主被动减缓措施

通过对国外模型试验、现场量测和数值模拟得到的数据进行分析，对铁路隧道出口的微压波的特征参数、影响因素进行了总结，对微压波的各种辅助型减缓措施进行了分析和比较，最后针对国内铁路隧道的现状提出了相关建议。     

横通道对隧道出口微压波影响的数值模拟研究

采用三维粘性、等熵、可压缩、非定常流的Navier-Stokes方程,用有限体积法进行区域离散,对高速列车通过设置有横通道的隧道时所引起的出口微压波进行模拟.研究表明,横通道能降低隧道内的空气压力,其位置和断面大小都对出口微压波有重要影响.     

高速铁路隧道压力波数值分析

本文根据一维、可压缩、不等熵非定常流体流动理论并利用特征线法发展了高速列车驶人隧道引起隧道内空气压力瞬变的数值模拟方法，并根据该方法初步探讨了喇叭口型隧道减缓压力波的效果。计算结果表明，该方法可作为我国高速铁路隧道设计参数选择的研究工具。隧道设置喇叭状洞口作为减缓压力波的措施是可行的。     

高速铁路隧道缓冲结构的气动作用分析

为了减轻高速列车进出隧道时引起的洞口压力波效应,常在隧道入口加建缓冲结构.采用计算流体力学数值分析的方法,仿真计算了高速铁路隧道入口缓冲结构参数对列车以350 km/h进入隧道时的气动作用,分析了过渡段长度、缓冲段长度、缓冲结构开孔率、缓冲结构入口形式对隧道口内气体压力的影响和缓冲结构对隧道内会车压力波的影响.计算结果表明:过渡段长度和缓冲结构入口形式对隧道内气动影响很小,其他参数一定时缓冲段长度存在一最优值;缓冲结构上开孔有助于减小气体压力升高率,缓冲结构的存在有助于降低隧道内会车压力波峰值.     

时速600公里磁浮列车隧道初始压缩波洞内传播特征和洞口微气压波特征

基于三维数值模拟方法,采用一维可压缩非定常不等熵流动模型和改进广义黎曼变量特征线方法,在隧道入口端未设置以及设置开口型缓冲结构条件下,分别研究了初始压缩波在隧道洞内的传播及洞口(默认为出口)的微气压波特性。研究结果表明：隧道入口设置开口型缓冲结构与无缓冲结构相比,其产生的初始压缩波的最大压力梯度下降了67.56%;初始压缩波在隧道内的传播过程中存在先激化后衰减的过程,其中未设置缓冲结构和设置开口型缓冲结构的临界长度分别为2和6 km,而满足微气压波控制标准的临界隧道长度分别为33和34 km;虽然开口型缓冲结构可较大幅度降低初始压缩波的最大压力梯度,但是对于长大隧道而言,由于传播过程中压缩波不断激化,开口型缓冲结构实际上对减缓微气压波的作用存在较大幅度的弱化,建议还应采取如竖井等工程措施以减缓激化;缓冲结构对不同隧道长度的洞口内压缩波的最大压力梯度的影响不同,所以需要结合不同类型缓冲结构和长度等因素来确定对应的最佳隧道长度匹配关系。     

暗挖地铁隧道下穿高速铁路隧道保护措施研究

以北京地铁12号线大钟寺站—蓟门桥站区间暗挖隧道下穿京张高速铁路隧道为工程背景,在高速铁路隧道保护设计的基础上,建立了暗挖隧道下穿京张隧道三维有限元数值模拟,总结了京张隧道竖向位移和横向位移随施工步变化特征.通过现场监测,对暗挖隧道拱顶沉降和结构收敛监测结果以及京张隧道竖向位移、横向位移、结构收敛及自动化监测等结果进行了详细分析.研究结果表明:京张隧道竖向位移变化过程为两阶段"S"型曲线;京张隧道中心前16m和后14m范围内是穿越施工显著影响区域;先行和后行隧道施工引起的京张隧道竖向位移分别占总竖向位移的68.3％和31.7％,先行隧道施工是铁路隧道保护关键阶段;数值计算和现场监测表明后施工隧道对铁路隧道竖向位移的空间位置变化作用明显;京张隧道横向不均匀沉降明显,最大值为1.267mm;综合现场监测结果,暗挖隧道和京张隧道相关位移不超过容许值的44％,可认为暗挖隧道设计参数和施工保护方案符合铁路隧道保护要求.     

高速铁路隧道斜切式洞门研究

高速列车通过隧道时会在隧道内引起瞬变压力、在隧道出口形成微气压波．微气压波会对隧道出口的周边环境和周围建筑物造成危害,采用帽檐斜切式洞门可大大消减微气压波的影响．本文对斜切式洞门的结构型式、结构设计及斜切式洞门对微气压波的消减效果等进行了研究,可供类似工程参考．     

高速列车隧道会车压力波的数值模拟

采用一维可压缩不等熵非定常流体流动理论的和广义黎曼变量特征线法发展了高速列车在隧道内会车所引起的隧道内空气压力瞬变的数值方法，并根据该方法计算、列车隧道内三种不同位置的会车压力波瞬变规律，结果表明，该方法可作为我国高速铁路单复线隧道设计参数选择的研究，为今后进一步研究隧道内会车引起乘客舒适性等问题提供基础和依据。     

隧道内高速列车会车压力波的数值模拟方法

首次根据一维、可压缩、不等熵非定常流体流动理论以及广义黎曼变量特征线法发展了高速列车在隧道内会车所引起的隧道内空气压力瞬变的数值方法。验证计算表明：本文所提出的隧道内会车压力波计算方法是合理可行的。可为今后进一步研究高速列车隧道内会车压力波提供基础。     

隧道工程结构可靠度计算方法分析

对结构可靠度分析的几种计算方法进行了分析，并通过算例分析，建议在非线必功能函数，可靠指数β值较小的隧道结构工程中，为提高计算精度宜采用比较实用且精度较高的计算方法－－Ｃａｉ二次矩近似计算法。     

中国高速铁路隧道气动效应研究进展

论述了现场实车试验、数值仿真计算和室内模型试验等高速铁路隧道气动效应的研究方法, 分析了隧道气动效应的影响因素, 系统研究了动车组通过隧道及交会条件下车体内和隧道内瞬变压力与洞口微气压波随速度的变化规律、缓冲结构的设置条件、隧道附加阻力的计算方法、隧道内辅助设施所承受的气动荷载要求以及长大隧道远程测试控制技术和隧道内精确交会控制方法。研究结果表明: 高速列车通过隧道引起的气动效应直接影响到列车运行的安全性、乘员舒适性以及隧道周边的环境, 是高速铁路隧道设计中必须解决的关键技术问题; 建议提出适合中国国情的隧道内复合型舒适度、微气压波标准, 开展多孔吸能材料、洞口缓冲结构、减压竖井、横通道设计等减缓措施研究。     

高速列车隧道交会压力波特性

采用基于有限体积方法的计算流体力学软件, 建立了列车几何模型和非定常可压缩湍流的三维流动模型, 对高速列车隧道内等速和不等速交会的全过程进行了数值模拟。在软件的任意滑移界面动网格技术中嵌入了列车光滑启动方法, 研究了列车交会过程中隧道断面的压力波动、流速变化和压力波的形成过程。研究结果表明: 基于三维流动模型的计算结果能够清晰地展示高速列车隧道内交会时的压力场与速度场变化情况, 同一隧道横截面上各点的压力波动趋势与断面压力均值的波动趋势虽然一致, 但不同测点的压力差异较大, 最大可达53.5%;等速交会时隧道中央的交会压力变化幅值最大, 负压峰值达到约-7kPa; 不等速交会时高速列车车体正压峰值与负压峰值均随低速列车速度的减小而减小, 而低速列车比高速列车的正压峰值大约1.5kPa; 两列车鼻尖交会处的隧道断面压力波负压峰值与低速列车速度的二次方近似成正比。     

高速条件下隧道出入口行驶速度特性

为明确山区隧道出入口区段的车辆运行特性和驾驶行为,揭示隧道洞口交通事故的发生机制,在高速公路和城市快速路各选择3座隧道,采集了小客车和货车在隧道出入口区段的断面速度,高速公路单个断面观测样本大于500 veh,快速路隧道单个断面样本大于1 100 veh,基于断面数据分析了车辆行驶速度的变化规律和影响因素,并建立了运行速度预测模型。分析结果表明：驾驶人临近隧道洞口时会减速,小客车速度降幅为12~21 km·h^-1,货车速度降幅为2~10 km·h^-1,货车速度降幅低于小客车;洞口位置小客车运行速度大于80 km·h^-1,货车运行速度大于70 km·h^-1;高速公路隧道出入口段的车速范围为75~110 km·h^-1,快速路隧道出入口段的车速范围为60~88 km·h^-1,高速公路隧道出入口段的车速普遍高于城市快速路隧道; 驾驶人进入隧道洞内适应环境之后会加速行驶,驶出隧道时有加速行为,但当隧道出口前方有小半径弯道和互通立交时,驾驶人会减速以适应前方的道路条件;隧道入口前100 m至洞口范围内的车辆减速度最大,货车减速度范围为0.23~0.58 m·s^-2,小客车减速度范围为0.47~ 0.70 m·s^-2;同一断面的速度观测值存在较强的离散性,表明车辆之间存在明显的纵向干涉,容易发生追尾事故。     

冉家坝隧道出口动态施工过程的数值模拟研究

根据冉家坝隧道左线出口加强段台阶分部法开挖施工的特点,采用有限元方法对其动态开挖过程进行数值模拟分析研究,以配合和指导该隧道新奥法施工实践.     

高速铁路桥上无缝线路力学计算模型对比

高速铁路桥梁、墩台及荷载均具有很强的空间力学特性, 平面力学模型不能很好反映上述工况, 有着较大的局限性。在吸收前人研究成果的基础上, 建立了梁、轨纵向相互作用三维有限元空间力学计算模型, 以秦沈客运专线32 m多跨简支双线整孔箱形梁桥为例, 对其进行了纵向力分析, 并与传统平面力学模型进行了比较。对于伸缩附加力, 平面模型与空间模型计算结果相差不大; 对于挠曲附加力, 平面模型与空间模型计算结果有较大的差别; 当双线对称加载时, 平面模型与空间模型制动附加力计算结果相差不大; 在单线制动或双线对向制动时, 平面模型的计算结果较多超过空间力学模型的计算结果, 其计算结果是偏于保守的。对比分析表明空间力学模型更适宜于各种工况附加力的计算。     

冉家坝隧道出口动态施工过程的数值模拟研究

根据冉家坝隧道左线出口加强段台阶分部法开挖施工的特点,采用有限元方法对其动态开挖过程进行数值模拟分析研究,以配合和指导该隧道新奥法施工实践.     

高速铁路低路基桩网结构土工格栅动力特性

采用ABAQUS软件建立了低路基桩网结构的动力有限元模型, 通过实测数据验证模型的合理性, 分析了列车动荷载-土工格栅-桩-土之间的相互作用机理, 研究了动荷载作用下土工格栅受力与变形规律。研究结果表明: 沿线路纵向, 车载作用前, 桩顶土工格栅竖向变形后形状为倒“U”形, 竖向变形约为2.27mm, 桩顶土工格栅的拉力分布呈“M”形, 桩间土工格栅的拉力分布呈倒“V”形; 车载作用后, 桩顶土工格栅竖向变形增量约为0.10mm, 大于桩间土工格栅变形, 桩顶土工格栅动位移大于桩间土工格栅动位移, 桩顶边缘土工格栅拉力增量最大, 桩顶中心土工格栅拉力增量较小, 桩间土工格栅拉力增量最小, 四桩间土工格栅拉力增量大于两桩间土工格栅拉力增量; 沿路基横断面, 车载作用前, 路基中心土工格栅竖向变形约为12.0mm, 车载作用后, 格栅竖向变形的增量从路基中心至坡脚逐步减小, 其竖向变形增量约为0.47mm; 桩顶和桩间土工格栅动位移和动拉力整体分布规律相似, 从路基中心到坡脚呈递减规律, 坡脚处土工格栅动拉力为负; 横断面土工格栅竖向变形增量和最大动拉力均大于线路纵向土工格栅。     

地铁双线隧道施工人工冻结水热力数值分析

为了准确分析地铁隧道人工冻结施工过程中的热力学状况, 考虑水分迁移和冰水相变耦合影响以及水泥水化热的生成, 采用热蠕变本构建立了地铁隧道人工冻结施工的水热力耦合分析模型。对广州地铁某双线隧道施工过程中的热力状况进行了数值模拟, 同时应用人工冻土的长期强度对冻结壁安全性进行了评估。分析结果表明: 在地铁冻结法施工时, 最大主应力沿着冻结管呈环形分布, 并且管周围的应力明显偏高; 开挖对环形应力场的影响不大, 而且与其他施工方法不同, 人工冻结法施工引起的地表沉降并不随开挖断面的逐渐扩大而增大, 整个施工过程中的最大地表沉量仅为9.1mm, 因而人工冻结法施工能有效地控制地表沉降量。     

公路隧道二次衬砌厚度的优化

应用工程类比法对榆树沟隧道二次衬砌厚度进行了优化设计, 选取了Ⅱ类围岩浅埋、Ⅲ类围岩及Ⅳ类围岩三种不同的复合式衬砌结构类型, 对隧道开挖后围岩和初期支护的力学状态采用FLAC软件进行了模拟计算, 对二次衬砌的力学状态采用ANSYS软件进行了分析。结果表明三种衬砌结构类型的二次衬砌内力都较小, 最大轴力为165 kN, 最大弯矩为-15.97 kN.m, 且都发生在Ⅱ类浅埋断面, 二次衬砌的安全系数较大; 衬砌周边位移最大的是Ⅱ类围岩浅埋, 其洞周位移最大值(18 mm) 发生在拱脚处, 边墙围岩收敛较小, 且围岩越好, 周边位移越小; 现场监控量测的净空收敛数值均远小于允许收敛值, 二次衬砌接触压力的量测值均远小于规范计算值。可见, 二次衬砌工作状态良好, 安全储备较大, 减薄二次衬砌厚度的隧道结构是安全的。