地铁列车动载作用下盾构隧道底部溶洞对管片动力性能的影响

由于我国岩溶地质分布广泛,随着城市轨道交通建设规模不断扩大,越来越多的盾构隧道不可避免地穿过岩溶发育区。目前,针对隐伏型岩溶的盾构隧道在运营期的动力响应及寿命评估的研究仍较为缺乏,尤其是运营期地铁列车在长期高频反复荷载作用下,隧道底部不同工况的溶洞对管片动力性能的影响尚未得到关注。以广州地铁9号线岩溶地质为例,制定了隧道底部存在溶洞时的详细数值试验方案,采用数值模拟手段对运营期地铁列车反复振动作用下盾构隧道底部隐伏溶洞大小及距离变化时管片的动力响应进行分析,并结合经验公式对管片结构的疲劳寿命进行预测,可为类似问题提供参考和借鉴。     

中日德铁路山岭隧道设计对比研究

为更好、更经济地修建铁路山岭隧道，完善中国铁路隧道标准体系，将中国与同样采用复合式衬砌隧道的典型国家——日本及德国关于铁路山岭隧道结构设计进行对比分析，分析项目包括三国铁路隧道标准体系、荷载计算以及结构设计理念及方法。研究结果表明：(1)中德日都形成了比较完备、相似、系统的隧道设计标准体系；(2)中德日铁路隧道均采用新奥法理念，但结构体系不同，中国在Ⅳ～Ⅵ级围岩下利用荷载分担比的概念考虑二衬的作用，德国则只在运营期考虑二次衬砌的承载作用，日本则是将二次衬砌作为安全储备；(3)设计方法大体相似，区别在于德国隧道按逐个隧道工点设计，中国、日本颁布了通用参考图按标准化设计，德国针对性更强，中国日本效率更高。     

列车荷载作用下深厚饱和软土盾构隧道沉降分析

软土地层盾构隧道运营期沉降一直是工程界关注的重点问题。结合工程实例,采用不排水循环累积变形理论、循环三轴试验参数和简化动力有限元及分层总和法,分析深厚软土地层盾构隧道在运营期列车荷载作用下沉降响应。分析成果表明,隧道埋深越浅、隧底软土地层越厚,则运营期沉降越大;就沉降速率来看,隧道在运营期最大沉降速率将在隧道运营后的初期出现,且地层越差,沉降量越大,沉降速率越小,沉降稳定时间越长;采取一定沉降控制措施后,深厚软土地层盾构隧道在运营期列车循环荷载作用下的沉降是可控的。针对本项目的特点,结合分析成果,合理确定深厚软土地层盾构隧道沉降控制措施。     

30 t轴重下重载铁路隧道隧底结构疲劳损伤研究

鉴于重载铁路隧底结构疲劳损伤现象较普通客货共线铁路更加明显,根据现场调查对重载铁路隧底结构病害进行分类,并确定了影响其疲劳损伤的主要因素为重载列车长时间大轴重碾压。依托张唐铁路双线重载铁路隧道大型现场原位激振试验,得到了Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级围岩条件下道床结构表面的轴重列车附加动荷载分布规律,利用Ansys Workbench仿真软件对重载铁路隧底结构损伤分布及疲劳损伤进行模拟,并结合试验所得道床和仰拱结构的动应力验证其计算结果的准确性,结果表明:将实测所得动压力时程曲线作为Workbench动力初始条件进行疲劳损伤计算具有客观性,计算得出:随着围岩条件降低,隧底结构损伤范围及损伤程度逐渐增加;在相同围岩级别30 t轴重条件下隧底结构损伤出现的时间由上至下依次递增,且损伤程度逐渐降低。研究成果可为重载铁路隧道运营期长期服役性能研究及疲劳寿命预测提供借鉴和参考。     

武隆隧道岩溶暗河段衬砌受力分析

针对渝怀铁路武隆隧道在施工中揭穿多条暗河以及多次发生特大涌水的情况,充分考虑外水压力对隧道的衬砌结构的影响,研究在不同的外水荷载情况下,衬砌各个部位的受力变形特征,为隧道的设计和施工以及运营期应注意的问题提供理论依据。     

新建桩基础对既有隧道影响的三维变形分析

依托深圳地铁某停车厂工程,针对其工程桩数量众多、距离隧道极近、场地正下方附存铁路隧道等特点建立大型三维有限元模型,以数值模拟的方式分析桩体施工、荷载施加、停车场运营阶段对于下部既有隧道的影响。模拟计算结果表明,桩体施工阶段,既有隧道两侧桩基造成隧道结构竖向下沉,横向洞内收敛,整体出现扭曲。桩基础在荷载施加与运营阶段隧道结构变形规律与桩体施工阶段相近,其中,施工阶段引起变形较小,荷载施加引起变形占主要部分,停车场运营期仍会发生小变形。计算结果与现场监测数据基本一致,从而说明模型的合理性。     

京张高铁八达岭长城站结构安全智能监测技术

京张高铁八达岭长城站规模大、结构复杂、施工难度大。为实现车站及大跨过渡段的安全建设,八达岭长城站建立了结合人工智能技术的隧道围岩及结构安全智能监测系统,通过在围岩和结构中预埋传感器,监测地下车站和大跨过渡段的围岩,以及锚杆、锚索等支护结构的受力和变形,并进行自动化采集、实时传输和处理,实现隧道围岩及结构力学状态的可视化实时显示与预警。超大跨隧道结构安全智能监测系统确保了复杂围岩条件下长、大隧道及隧道群的施工期和运营期安全,体现了现场监测信息对施工与设计的指导意义,为类似工程的施工和监测提供了参考与借鉴。     

不同轴重下双线重载铁路隧道基底结构动压力分布研究

以重载铁路张唐线付营子隧道为工程依托,针对Ⅳ级围岩条件下双线重载铁路隧道在25、27、30 t三种轴重下的基底结构不同结构层表面的动压力分布及竖向传递规律,开展了现场大型激振试验和实时远程监测。根据激振试验所得土压力传感器典型时程曲线,得到了各结构面动压力的横向分布及竖向传递规律,最后根据远程监测数据对27 t轴重下基底结构的动压力分布规律进行对比验证。结果表明:Ⅳ级围岩条件下,双线重载铁路隧道重载线路在重载列车荷载直接作用下,该侧的动压力均大于普通铁路,各结构面不同测点的动压力数值随着与激振点水平距离的增加而降低,列车轴重提升使线路下方作用荷载的增大,双线铁路隧道基底结构易出现失稳。动压力竖向传递规律显示,各结构面表面接触压力对列车轴重的响应由上至下逐渐减弱。远程实测数据分析结果与激振试验结果比较接近,表明试验结果可用于双线重载铁路隧道基底结构设计参考。     

铁路隧道概率极限状态设计分项系数标定与讨论

目前，我国结构设计规范中广泛采用以荷载和抗力分项系数代表概率可靠性的概率极限状态设计方法。然而，在Eurocode 7等岩土工程结构的设计规范及相关研究中，对荷载与抗力分项系数方法，即以一组固定分项系数来保证不同工况下工程结构可靠性提出质疑。基于多年来我国铁路隧道衬砌结构概率极限状态设计的研究成果与应用情况，进一步细化不同围岩分级、埋深和衬砌类型的分项系数标定，共标定28种工况下衬砌结构设计的分项系数；分别采用本文、《铁路隧道极限状态法设计暂行规范》和《铁路隧道设计规范》的衬砌结构可靠性与安全性评价指标，对京张高铁八达岭隧道8种工况下设计方案的安全性与可靠性进行对比分析，不同工况下的隧道衬砌结构设计可靠指标与安全系数差异较大，说明荷载与抗力分项系数方法在铁路隧道衬砌可靠性设计中的稳健性较差。建议在隧道设计规范层面应逐步开展基于概率可靠性地勘和计算两阶段的研究，并提出铁路隧道设计方法转轨的部分建议。     

基底脱空条件下重载铁路隧道铺底结构疲劳性能试验研究

结合重载铁路隧道基底脱空病害特征,设计基底脱空条件下隧道铺底结构疲劳试验装置,并考虑隧道基底无水、富水环境等因素,开展隧道铺底脱空病害下的结构疲劳试验.基于试验结果的分析,探讨脱空条件下隧道铺底结构的疲劳演化特性,拟合得到300 mm脱空条件下隧道铺底结构试件疲劳寿命演化曲线.研究结果表明:基底脱空条件下,隧道铺底结构疲劳性能呈"倒S型"演化趋势,结构疲劳寿命随着应力水平增大而显著缩短;受地下水的影响,富水环境隧道底部结构疲劳寿命显著短于无水环境,且随着应力水平的升高,缩短的比例也越大;建立的基底脱空条件下隧道铺底结构疲劳寿命演化曲线,可用于隧道底部结构损伤状态的评价.     

大直径泥水盾构隧道管片结构力学特性研究

以扬州瘦西湖隧道为例,介绍了盾构隧道穿越地层的工程地质与水文地质条件、典型断面管片布置形式,以及管片结构受力监测方案。共设计了4个监测断面,对管片的力学特性进行监测。通过实测结果分析和数值模拟分析,得出的主要结论是:柔性土压力计和光栅传感器能够较好地应用于管片的现场监测工作,可以得到较为全面准确的隧道衬砌结构荷载和内力在施工期的分布;衬砌结构荷载总体随时间呈先减低后趋于平稳的规律,施工期的注浆作用会使衬砌结构荷载大于稳定后的结构荷载,同时注浆压力控制不当会导致结构荷载的分布不均匀(在设计时应重点关注);注浆阶段(同步注浆到注浆效应消散),衬砌结构内力处于波动状态,与各同步注浆孔压力分布不均有关,稳定后的结构轴力大致为注浆作用下最大值的60%~65%,注浆作用对结构轴力影响较大。     

城际铁路矿山法隧道防排水体系探讨

城际铁路矿山法隧道一方面具有铁路山岭隧道大埋深、高水压的特点;一方面又具有城市轨道交通隧道全地下敷设,无地下水自然排泄条件的特点。如何制定合理的运营期防排水原则,成为城际铁路矿山法隧道建设中的重大课题。文章通过工程调研、理论分析及数值计算,对城际铁路矿山法隧道在高水压环境下的受力特征进行了分析,提出高水压环境下“排水泄压”的基本思路,进而提出了针对城际铁路矿山法隧道高水压段“限量排放”的治水理念。并结合某在建城际铁路矿山法隧道工程,从衬砌结构承受的合理水压限值、抗水压结构设计参数以及“限量排放”的合理地下水排放标准等方面对"限量排放"理念进行了具体工程应用。     

快速客运专线铁路隧道设计问题

本文分析了快速客运专线铁路隧道设计中必经考虑的两个重要问题列车空气动力效应问题;列车动力作用引起的荷载问题,并提出了消减负面空气动力效应的几种方法及改造隧道底部衬砌形状以加强荷载承受能力的措施.     

新型铁路隧道防护门结构设计及疲劳性能试验研究

在论述铁路隧道内设置防护门重要性的基础上,调研我国既有铁路隧道防护门存在的问题,比选玻璃纤维增强复合材料、钢材、混凝土及航空航天领域新材料的优缺点。针对玻璃纤维增强复合材料具有轻质高强、不腐蚀、价格低廉等特点,开展铁路隧道新型防护门结构设计,并研发配套防护门疲劳试验装置。试验结果表明:该新型隧道防护门结构性能优良,可抵御在压强为±6kPa、频率为5Hz条件下1×10~7次疲劳荷载,可为铁路隧道及类似地下工程抗风压防护门设置提供借鉴。     

外水压力对渭河隧道下穿河谷段衬砌结构的影响研究

由于我国复杂的地形地质条件许多山岭隧道修建在地下水丰富的地区,但是目前铁路、公路隧道设计规范并未对衬砌承受水荷载的计算方法予以明确规定,隧道结构设计常采用全水压力或经验方法,导致设计不合理或过于保守。针对这种情况,本文以渭河隧道为工程背景,利用有限差分法对下穿河道的隧道进行流固耦合数值模拟分析,得出考虑外水压力时衬砌设计应采用的折减系数;同时,将考虑与不考虑外水压力条件下结构受力进行对比分析,得出了外水压力对隧道衬砌结构受力的影响,可供类似工程设计及施工参考。     

30t轴重条件下隧道技术标准研究

研究目的:货运重载是铁路发展的趋势之一,目前我国重载列车的轴重是25 t,近期的发展目标是轴重达到30 t.轴重增加将使轨道和轨下基础承受较大的荷载,也将增加隧道基底病害的发生几率.因此需要深入研究轴重增加对隧道基底结构的影响,研究30 t轴重下隧道的技术标准.研究结论:以客货混跑的太行山隧道为基础进行重载铁路隧道的断面设计基本上是可行的;重载铁路隧道应取消单纯的铺底结构,在Ⅲ级以上围岩设置仰拱,且仰拱的矢跨比和厚度应不低于客运专线隧道标准;由于重载列车荷载的复杂性和围岩的千差万别,在制定30 t轴重条件下隧道技术标准时需要结合目前重载线路进行大量现场测试.     

海相软土地区铁路深长双向搅拌桩复合地基加固效果分析

针对18 m以上深长双向搅拌桩复合地基加固海相软土地区铁路路基的长期加固效果问题,依托新建青连铁路连盐试验段进行了现场试验研究。通过施工期的工艺优化和成桩质量控制,填筑期的荷载传递规律分析,以及贯穿施工期到运营期的长期沉降观测,验证了深长双向搅拌桩复合地基加固的长期可靠性。结果表明:干法和湿法双向搅拌桩加固苏北地区含水量在37%~55%之间的海相深厚软土地层具有可行性,试验桩长20 m范围内成桩质量良好;从施工期到运营期的路基沉降控制效果良好,满足规范对沉降的要求。试验研究成果拓展了双向搅拌桩的适用范围,在加固深度方面突破了现行规范规定的干法桩不宜大于15 m、湿法桩不宜大于18 m的限制,并且具有较好的经济效益和社会效益。     

温州市域铁路S2线瓯江北口隧道方案研究

研究目的:水底隧道作为铁路、公路等交通通道跨越大江、大河的重要方式之一,目前已广泛应用。本文以温州市域铁路S2线瓯江北口水底隧道工程为例,对影响隧道选址的地质条件、沿线控制点、两岸接线条件、隧道运营安全等因素进行综合研究,合理选取隧址方案,同时针对本项目的特点,合理选取隧道结构断面和防灾救援方案,可为类似水底隧道工程提供参考借鉴。研究结论:(1)研究比选了上、下游线位方案在工程地质、施工难度、运营期安全、沿线控制点及接线条件等方面的差异,推荐地质条件较好、施工难度较小、运营期沉降较小、对周边规划影响小的下游线位方案,其避开了隧底淤泥层、防洪堤基桩、岸上重要建筑物;(2)分析了国内外水底铁路隧道疏散通道布置方式,结合本工程特点,研究采用专用纵向疏散通道+增设中墙设置横向联络通道的组合方式;(3)分析了隧底软硬不均地层和深厚软土厚度变化大引起的不均匀沉降对结构的不利影响,推荐盾构隧道采用双层衬砌结构;(4)根据运营与现场条件,盾构隧道内设置排烟道,并结合疏散通道布置,比选"单洞双线无中隔墙+底部疏散通道"、"单洞双线+中隔墙"和"双洞双线"等隧道断面方案,推荐采用"单洞双线+中隔墙"断面方案,其运营安全性高;(5)重点分析了隧道防灾通风排烟,采用纵向通风烟道排烟方式,火灾救援时保证安全通道正压值30 Pa,并控制隧道内烟雾排放方向,确保人员疏散;(6)本研究成果对修建深厚软土地层水底隧道工程具有借鉴和参考意义。     

重载铁路隧道底部围岩损伤机理研究

以我国第一条按照30 t重载铁路标准建设的瓦日铁路太行山隧道为工程依托,采用现场长期监测结合数值模拟的方式,将重载铁路隧道底部围岩的损伤过程主要分为3个阶段。研究表明:随着时间的增长和重载列车的作用,底部围岩损伤位置的接触压力和水压力不断增加,这种现象在轨道下方尤为明显;地下水长期冲刷作用下,围岩颗粒逐渐流失,造成脱空范围变大出现贯通,引起相邻位置接触压力集中易造成基底结构失稳;故重载列车大轴重的长期碾压是底部围岩损伤激增的主要原因、且底部围岩在地下水冲刷作用和自身缺陷的相互影响下逐渐劣化,为基底结构病害的产生提供了条件。研究成果可为重载铁路隧道底部围岩损伤的预测和病害处治方法提供思路和借鉴。     

基底空洞条件下重载铁路隧道铺底结构动力响应分析

为分析基底空洞条件下重载铁路隧道铺底结构的动力响应特性,确定其潜在易损部位,依托大秦铁路摩天岭隧道工程,采用有限元软件ABAQUS建立列车-隧道-围岩一体化三维数值模型,分析列车荷载单独作用和围岩压力与列车荷载共同作用两种工况下基底空洞对铺底结构的影响.结果表明:基底空洞会明显增加隧道铺底结构的动力响应,列车荷载单独作...