铁路黄土隧道施工变形规律及预留变形量研究

为研究黄土隧道施工变形规律及预留变形量,以蒙华铁路双线黄土隧道工程施工为依托,采用现场实测和统计分析的方法分析隧道周边位移变形规律,以确定黄土隧道设计预留变形量。双线黄土隧道施工的变形规律表现为:隧道开挖时,拱顶下沉和周边收敛发展较快,仰拱封闭后,变形趋于稳定;隧道拱顶下沉大于周边收敛。Ⅳ级围岩黄土隧道下沉速率集中分布在5 mm·d~(-1)以内,部分深埋断面速率大于5 mm·d~(-1)。Ⅴ级围岩黄土隧道深埋时,拱顶下沉较小,速率集中分布在5 mm·d~(-1)以内;浅埋时,部分断面拱顶下沉超出设计预留变形量,速率在15mm·d~(-1)以内;其表现出的特点是:浅埋变形大,速率大。净空变形特征值的均值在浅埋时为4.1,深埋时为2.2。Ⅳ、Ⅴ级围岩黄土隧道设计预留变形量建议值分别是8~10 cm、12~15 cm。     

合川东隧道软弱围岩变形机理及控制措施研究

随着交通建设的发展,软岩隧道安全快速施工成为交通工程建设攻克的关键问题。为探究软岩隧道变形机理及控制技术,以新建西安至重庆高速铁路合川东隧道工程为例,分析了该隧道的地质特征和变形破坏特征,得出了软岩隧道的变形机理,并提出了“恒阻长锚索+注浆锚杆+双层初期支护”的联合支护方案。现场实践得出,采用“恒阻长锚索+注浆锚杆+双层初期支护”的联合支护方案后,隧道拱顶最大沉降量为167 mm,拱肩最大变形量为137 mm,帮部最大变形量为80 mm,围岩大变形控制效果良好,满足规范要求。研究结果为同类工程建设提供了依据和借鉴。     

地铁运营隧道收敛变形分析

结合上海轨道交通2号线人民广场站-南京东路站区间隧道,研究了地铁运营隧道收敛变形及其影响.阐述了上海轨道交通2号线人民广场站-南京东路站区间隧道收敛变形的测量方法与结果.结合改进的盾构管片接头模型对地铁运营隧道进行数值模拟计算,给出不同水平径向收敛时的管片内力数值.通过实测地铁运营隧道水平径向收敛变形,结合数值模拟和最大裂缝宽度理论计算结果表明:该区间上行隧道水平径向收敛普遍较大,最大可达77 mm.衬砌管片的弯矩和裂缝宽度与水平径向收敛变形密切相关.通过理论计算,不同水平径向收敛变形时的裂缝宽度为腰部最大,拱底次之,拱顶最小.     

挤压性围岩单线铁路隧道受力变形分布规律研究及工程应用

挤压性围岩隧道大变形问题是近年来困扰隧道建设者的突出难题之一。以丽香铁路长坪隧道为工程依托,采用数值计算与现场测试相结合的方法,研究了挤压性围岩单线铁路隧道受力变形分布规律,并应用于工程实践。主要研究结论为:(1)单线隧道受洞室形状影响,变形以水平方向为主,围岩压力以垂直方向为主;(2)支护结构均以受压为主,拱腰和墙脚是易产生应力集中的薄弱环节,实测锚杆多受拉,墙中锚杆轴力远大于拱部及墙脚锚杆;(3)实测受力变形分布规律与计算结果基本一致;(4)工程实践中通过采取断面曲率优化、加长边墙系统锚杆、两台阶法开挖、高效锚杆钻机等措施,有效控制了围岩变形,隧道结构安全稳定。     

挤压性围岩隧道判识及设计方法研究

结合我国兰渝铁路、兰新铁路、成兰铁路等典型挤压性围岩铁路隧道的建设经验,系统性阐述了挤压性围岩的地质背景和构造特征,分析挤压性围岩形成的条件;探讨挤压性围岩的变形机理和变形特征;提出基于变形潜势的挤压性围岩变形等级划分标准,并研究掌子面上易操作的变形潜势判定方法,总结勘察、设计、施工阶段变形潜势划分依据;基于乌鞘岭隧道...     

兰渝线木寨岭隧道施工力学行为实测与分析

结合木寨岭隧道工程,对施工区域地应力进行测试,并对地应力场进行拓展分析。通过对隧道掌子面流变特性、变形速率与总变形量、围岩压力、支护压力、锚杆受力、围岩破坏范围的测试和分析,提出高地应力、软岩隧道的挤压性变形具有变形量大、变形速率高、变形持续时间长、前后期均呈"来劲"等特征,以及围岩压力以形变压力为主等结论,并建议取消拱部锚杆,加长边墙锚杆,抑制隧道变形。     

基于变形潜势的挤压性围岩隧道控制技术研究

研究目的:随着铁路、公路交通网络建设的推进,挤压性隧道大变形现象十分突出,常常伴随着大规模的变形破坏,变形控制难度极大。挤压性围岩隧道变形控制的主要难点是如何划分变形潜势等级、确定支护体系和施作时机。本文结合以往挤压性大变形隧道建设经验,对挤压性围岩隧道上述基本问题进行深入的分析探讨,达到控制变形的目的。研究结论:(1)基于应力场分布特点,将挤压性围岩隧道变形分为"应力型"、"构造型"、"复合型"三种类型;(2)变形潜势是指围岩内部潜在应变能的强弱,可根据变形总量将变形潜势分为"常规、轻微、中等、强烈";(3)变形潜势随变形速率的增大而增强,可根据支护初期变形速率评价变形潜势强弱、围岩与支护体系适应性;(4)揭示了挤压性围岩隧道长、中、短锚杆的作用机理,提出了锚固体系施作时机,确定了合理的钢架的形式、预留变形量;(5)提出挤压性围岩二次衬砌施作时机可按2～4 mm/d控制;(6)本研究能够为挤压性围岩隧道的设计及变形治理提供参考。     

小净距左右不同跨度隧道施工对上部建筑物变形影响分析

依托重庆市两江桥的渝中连接隧道,应用有限元软件ANSYS建立包括建筑物在内的3D隧道模型。分别计算小净距左右不同跨度隧道采用左洞先行的CD+弧形导坑预留核心土(工况Ⅰ)、左洞先行的超短台阶+弧形导坑预留核心土(工况Ⅱ)和右洞先行的CD+弧形导坑预留核心土(工况Ⅲ)施工方法对上部建筑物的位移变化规律。研究结果表明:在3种工况下,隧道施工对上部建筑物最不利影响发生在左右隧道交接阶段,上部建筑物的水平位移和竖向位移影响规律大致相同;相比工况Ⅲ,工况Ⅰ下的水平偏移量减少21.1%,沉降量增加0.2%,在工况Ⅱ中相应值为-19.44%、0.29%;建筑物沿高度方向的位移在隧道施工过程中逐渐增大,但增长速度减缓,工况Ⅲ中沿建筑物高度方向沉降增加量百分比分别为5.73%,9.32%,10.46%;当围岩较好、支护支撑合理、地表存在不对称荷载时,先开挖远离建筑物一侧的隧道更合理。     

MJS联合微扰动注浆在地铁隧道收敛变形整治中的应用研究

为进一步提升运营地铁隧道收敛变形的综合整治效果,提出MJS联合微扰动注浆整治技术,并应用于杭州某运营地铁隧道收敛变形整治施工工程。通过分析整治施工前后隧道变形动态跟踪的监测数据与隧道断面扫描成果,探讨联合整治对于隧道变形的整治效果,总结微扰动注浆施工引起隧道收敛的变形规律。研究结果表明：MJS联合微扰动注浆施工对于地铁隧道收敛变形整治效果显著,有效解决注浆结束后隧道收敛二次回弹及注浆期间隧道产生附加变形的问题;微扰动注浆施工应重点保证前两次注浆的施工质量,并控制同一注浆孔位间隔时间。     

双连拱地铁隧道施工关键技术及力学行为模拟

研究目的:本文依托西安地铁5号线雁鸣湖停车场段双连拱隧道浅埋暗挖工程,结合该工程中导洞+上下台阶施工方法,探讨双连拱地铁隧道在黄土地区应用的关键技术,并从地表沉降、对既有隧道影响、新建隧道衬砌应力变化及变形规律四个方面论述双连拱隧道施工的力学行为变化规律。研究结论:(1)受中导洞分割作用,左、右正洞施工相互影响微弱,其初衬变形规律基本相同,双连拱隧道施工引起的地表沉降可以认为是中导洞、右洞、左洞独立开挖引起的地表沉降的叠加;(2)当前施工方案下既有隧道主要产生整体性偏移,最大水平位移及竖向位移分别为7. 2 mm、5. 5 mm,而其最大拱腰收敛量仅为2. 25 mm,最大应力变化量仅为0. 35 MPa;(3)初衬拱顶沉降可分为三个阶段:迅增阶段、缓增阶段、稳定阶段,其中迅增阶段(超过监测断面2倍洞径以内)为施工过程中的关键阶段,施工过程中应加强监测,并根据实测数据采取相应保护措施;(4)初衬施工过程中,随着后行洞的开挖,中隔墙受力逐渐对称,墙中心水平偏移及墙角应力偏差减小,初衬施工结束时中隔墙受力及变形已基本恢复对称;(5)本研究可为黄土地区城市地铁双连拱隧道施工关键技术及力学行为规律的进一步研究提供有益参考。     

双排桩基悬臂式 挡土墙结构计算方法研究

基于双排桩基悬臂式挡土墙结构与传统支挡结构存在较大的差异性,通过探讨双排桩基悬臂式挡土墙结构的承载机理,提出该结构的简化分析模型以及结构内力与变形的解析计算方法,并通过典型工程的有限元建模计算,验证该计算方法的可行性。研究结果表明:双排桩基悬臂式挡土墙结构可分解为悬臂段、底板与桩基,依次采用悬臂梁模型、简支梁模型与弹性地基梁模型进行设计计算;悬臂段承受填筑体水平土压力荷载;底板承受悬臂段传递的重力、水平力与弯矩,以及上部填筑体的竖向均布土压力荷载;桩基承受荷段受水平土压力,锚固段承受由变形引起的弹性抗力;悬臂段底部、底板纵向跨中断面、底板与桩基连接处以及桩基顶部与锚固点附近为应力集中断面,设计时应注意截面安全检算;理论计算结果略大于数值计算结果,验证了该计算方法的合理性,为结构优化设计提供了思路。     

深大沉井基础基底承载力现场试验研究

针对至今尚未解决的深层土体承载能力现场试验确定问题,依托沪通长江大桥主墩深大沉井基础的建设,利用自行研发的深厚土层高压防水自稳型荷载测试装置,开展现场载荷试验,获得了沉井底部土层荷载-沉降曲线。试验结果表明:沉井底部土层极限承载力大于6.5 MPa。在此基础上,借助现有理论分析得出相应地基土体的变形模量为12.69 MPa,地基系数为36.79 MN/m^3。与现行《铁路桥涵地基和基础设计规范》相比较,地基承载力现场实测值比以安全系数2推算得到的规范值大15.3%。该测试装置的研发和试验结果的获得,为深基础基底土体承载力的现场测试提供了可靠的测试方法和设备,对于深基础设计计算理论的完善、相关规范的修订和施工工艺的优化等具有重要意义。     

基于车辆走行性能的 9号直线型道岔允许通过速度研究

基于迹线法和车辆-道岔耦合动力学,考虑长期运营条件下车轮廓形磨耗,针对标准及磨耗后LM型车轮踏面和9号直线型道岔,对道岔区轮轨接触几何和车辆侧向通过道岔转辙器的走行性能展开评价,并分析9号直线型道岔的允许通过速度。研究结果表明:标准LM型踏面的轮轨接触关系优于磨耗后踏面,其允许通过速度高于磨耗后踏面。在相同的速度下运行时,标准LM型踏面的安全性,平稳性均优于磨耗踏面。在标准LM型踏面下运行,道岔侧向允许通过速度由车体横向振动加速度控制,为50 km/h;考虑实际运营条件下踏面磨耗,道岔侧向允许通过速度由脱轨系数控制,为40 km/h。     

有砟轨道对典型单线铁路简支梁桥 地震响应的影响

针对8 m和25 m 2种墩高、普通支座和摩擦摆支座2种支座的4种不同的典型单线铁路简支梁桥,研究有砟轨道对其地震响应的影响程度。采用OpenSEES程序,分别建立考虑有砟轨道和不考虑有砟轨道的2种桥梁有限元模型。通过两者动力特性的对比分析,确定有砟轨道对桥梁周期和振型的影响趋势;通过两者在不同方向、不同烈度的地震动作用下主要构件(主梁、支座、桥墩)地震响应的对比分析,确定有砟轨道对桥梁地震响应的影响程度。研究结果表明:针对动力特性相同的相邻简支梁桥,有砟轨道对横桥向地震响应影响甚微,对纵桥向的相应影响与墩高、支座和地震动强度等因素有关,但影响程度总体上不大于10%,仅部分支座地震反应明显减小。因此,在进行典型单线铁路简支梁桥地震响应分析时,可以不考虑有砟轨道刚度的影响,简化计算过程,并得到偏于保守的抗震设计结果。     

有轨电车用6号嵌入式道岔无缝化分析

为探明有轨电车嵌入式道岔无缝化的可行性,通过建立有轨电车用嵌入式道岔有限元模型,对钢轨强度、高分子材料特性、钢轨伸缩位移、轨道稳定性以及断缝值进行计算分析。研究结果表明:在温度荷载作用下,基本轨承受一定的附加力作用,钢轨最大温度力出现在直基本轨上;钢轨强度、稳定性及断缝均满足要求;嵌入式道岔最大伸缩位移出现在尖轨尖端,在升温55℃时,其尖轨尖端伸缩位移值为3.16 mm,高分子材料无损坏,可保证对钢轨的锁固作用;有轨电车用嵌入式道岔无缝化可行。     

嵌岩桩抗拔承载特性的离心模型试验研究

针对目前在抗拔桩设计中对嵌岩桩承载力影响因素理解不足,导致桩基设计不合理的问题,采用离心机模型试验,研究嵌岩深度、岩土体性质和桩型对桩基极限抗拔承载力的影响。研究结果表明:等截面桩极限抗拔承载力随嵌岩深度的增加呈近线性增加,扩底桩极限抗拔承载力呈非线性增加;较软岩与软岩比较,扩底桩极限抗拔承载力增幅超过200%;扩底桩极限抗拔承载力高于等截面桩88.7%～95.2%。     

送风井位于隧道中部的半横向分区段通风特性研究

为了确定一种送风井位于隧道中部,隧道内需风量存在分区段变化的半横向通风方式计算方法,以厦门海沧疏港通道-芦澳路城市地下互通隧道工程为依托,采用理论分析和数值模拟研究方法对风道内的压力分布进行研究,并对比送风井位置对风机压力的影响。研究通过在风道末端与风道内任意断面建立一元伯努利方程推导风道末端风速为0和风速不为0 2种情况下风道内的压力分布求解公式,数值计算结果验证了公式的正确性。根据研究结果,送风井位于隧道中部时,两侧风道始端全压可以视为相等,送风机提供满足通风压力较大一侧所需全压即可实现整个隧道的有效通风,该通风方式在增大通风长度适应性以及减小风机功率,以及提高经济性方面具有显著的优势。     

扣件胶垫频变动力性能对钢轨垂向振动特性影响分析

利用配有温度箱的万能力学试验机,结合温频等效原理与WLF方程的分数阶Zener模型,测试与表征Vossloh300钢轨扣件弹性垫板随频率非线性变化的黏弹性动力性能,并基于有限元方法研究考虑胶垫频变特性对钢轨垂向振动及传递衰减的影响规律。研究结果表明:在双对数坐标系下,扣件胶垫刚度和阻尼系数与频率近似呈线性正相关和负相关。胶垫阻尼频变主要增强中低频范围内的钢轨垂向振动,并能激发出钢轨1阶垂向共振频率;胶垫刚度频变能更准确预测钢轨1阶垂向共振频率;而胶垫频变特性对钢轨pinned-pinned共振频率无影响。考虑胶垫频变特性后,在1阶垂向共振频率以下,钢轨振动在激振点附近快速衰减,超过该频率钢轨振动主要沿钢轨纵向衰减。     

状态观测器参数对磁浮车辆悬浮稳定性影响的仿真研究

为研究磁浮车辆悬浮控制器的状态观测器参数对悬浮稳定性的影响,解决磁浮车辆悬浮不稳的问题,建立单电磁铁与柔性轨道梁的耦合模型。通过对悬浮系统传递函数的研究,得到速度激励信号频率与悬浮系统对轨道梁的功率输出的关系曲线,并得到状态观测器参数对系统性能的影响规律。由此得出结论,通过绘制"悬浮系统对轨道梁的振动能量输出功率"与"轨道梁主频率"间的关系曲线,即可得到不考虑轨道梁阻尼时,悬浮系统可适应轨道的临界参数。     

弹性支承块式无砟轨道减振特性足尺模型对比试验

基于中铁五院弹性支承块式无砟轨道优化改进设计成果("改进型"LVT)以及蒙华铁路弹性支承块式无砟轨道("传统型"LVT)设计图纸,在实验室分别制作"改进型"和"传统型"LVT的1:1足尺试验模型,开展落轴冲击作用下,"改进型"和"传统型"LVT减振特性对比试验。研究结果表明:"改进型"和"传统型"LVT的钢轨加速度基本一致,而"改进型"LVT钢轨至支承块、底座板至地面的衰减率优于"传统型"LVT,"改进型"LVT减振效果可达4～5 dB;"改进型"LVT钢轨加速度第1和第2振动周期最大分别减少32.2%和30.0%,且第3周期加速度幅值不明显;"改进型"LVT整体弹性系数最大减小27.4%,而阻尼系数最大增大58.2%;"改进型"LVT支承块主要频率降低约6%,道床板、底座板以及地面主振频率降低约40%。试验结果可为"改进型"LVT的工程应用提供技术支撑。