“两隧夹一桥”段落高铁落石脉冲式碰撞防护方案研究

我国建成高铁主要分布在平原区,"十三五"规划中部分高铁位于山区,山区危岩落石多,需加强落石防护。受山区陡峭地形限制,以往的隧道明洞接长防落石方案已经不能满足使用要求,目前没有特别适合的防护方案,陡峭山区的落石防护成了制约我国高铁发展的瓶颈。针对陡峭地形特征建立工程模型,对落石轨迹模拟分析,落石最大速度和动能计算研究,提出适宜防护方案和缓冲层方案,研究结论:(1)落石能量宜分级化,对设防目标分级处理,才能使防护结构进一步精确化;(2)基于落石的脉冲力特性,柔性结构承受脉冲力荷载有天然优势,且柔性结构质量轻,引起下部增加的工程数量小,落石防护方案宜向柔性结构方向靠近;(3)落石防护应与主、被动防护网结合,主要是对漏过主、被动防护网后的"漏网之石"进行二次防护为主,对防护任务分层处理,明确各处防护结构的防护目标。     

山区桥梁柔性防护棚洞抗冲击性能研究

我国西部山区崩塌落石灾害频发，柔性棚洞是一种常见的被动防护措施，凭借结构轻巧、安装方便等特点，适用于桥梁结构的落石防护。为研究桥梁钢结构柔性防护棚洞在落石冲击下的响应，本文运用LS-DYNA显式动力学分析软件对落石冲击桥梁柔性防护棚洞进行仿真模拟，分析不同冲击速度、不同冲击位置等对柔性棚洞以及桥梁结构冲击响应的影响，得到棚洞结构中高强钢丝网、钢拱圈和钢横梁3种主要构件及T梁结构本身在冲击作用下的响应规律。研究结果表明：落石冲击柔性防护棚洞结构的不同位置，产生的冲击响应均随着落石速度的增加而增大；其中落石冲击防护网时桥梁受到的冲击效应最小，在防护网未被冲破的情况下不会对桥梁结构造成太大损伤；而落石直接冲击钢拱圈时桥梁受到的冲击效应最大，钢基座下方混凝土在较低能级冲击下就会破坏。另外还对多落石冲击工况进行初步尝试，为桥梁落石防护的工程设计提供参考依据。     

减压环在被动柔性防护网中的耗能作用研究

基于落石防护措施受力系统的复杂性及不同系统参数研究的有效性角度考虑,数值方法正成为研究被动柔性防护网动态受力行为的重要手段。为研究被动柔性防护网中的减压环在落石冲击作用下的耗能及缓冲作用,以实际被动柔性防护网为原型,建立含减压环及不含减压环的两种被动柔性防护网有限元模型,基于ANSYS/LSDYNA分析两种防护网在不同冲击能量及冲击位置下的动力响应。研究结果表明:减压环可增强被动柔性防护网的柔性、改善作用部位的性能,同时能显著地提高被动柔性防护网的耗能能力。同时,数值结果的对比分析为下一步试验设计以校正有限元模型和研究实体构件受力特征提供了参考依据。     

被动柔性防护网结构足尺冲击试验研究

为研究被动柔性防护网结构的落石防护性能,设计2组防护能级为750 k J的柔性被动防护网结构,进行足尺冲击试验研究。模型1为按照现有标准所选型得到的系统配置;模型2为改进后的柔性被动防护网结构。试验结果表明:模型1无法拦截750 k J落石的冲击,系统崩溃;模型2成功地拦截了落石,且冲击后模型2的各主要组成构件等均未发生破坏,仅需要对耗能元件进行更换,即可继续投入使用。通过对高速视频的解构,对各部分组成构件的运动和受力特征进行详细分析,明确系统的三阶段工作历程,并分析系统失效的关键因素,同时,对实测的钢丝绳拉力时程进行对比分析。研究结果为今后柔性被动防护网结构的设计提供了理论基础。     

张吉怀铁路土峪隧道危岩落石特征及防护措施研究

山区铁路隧道进出口常面临危岩落石的威胁，依托张吉怀铁路开展高陡边坡危岩落石勘察及防护措施研究。土峪隧道进出口山体陡峭，竖向节理发育，岩体破碎，分布大量危岩落石，对铁路施工及运营构成巨大威胁。通过遥感解译、三维激光扫描、现场调查等“空-天-地”综合勘察手段，查清了土峪隧道进出口的危岩落石分布范围和特征；采用落石模拟软件Rockfall对洞口落石的运动轨迹进行模拟，分析落石的影响范围、冲击速度、弹跳高度和冲击能量，结合土峪隧道进出口地形、地质条件，提出“清除锚固+棚洞/明洞+主被动网”的综合防护措施；最后，总结形成了山区铁路隧道口硬质岩陡峭边坡危岩落石的勘察方法和加固防护设计原则。     

石太线路基边坡危岩落石整治方案研究

石太线危岩落石病害地段经常有危石坠落至线路,严重威胁行车安全。通过综合比较各种整治危岩落石的工程措施,最终确定因地制宜的安设高强度金属柔性防护网进行病害整治。并通过对一处典型病害工点进行三维激光扫描、落石轨迹模拟分析、落石最大速度和动能计算等研究,详细阐述金属柔性防护网的合理选型以及防护方案确定的方法。     

引导型防护网在山体危石整治中的应用

山区铁路一般采用主、被动柔性护网,用量大、投资多,产生的落石难于清理。针对山区铁路线路上的山体和边坡特征,采用三维激光扫描仪与全站仪配合联测,对边坡进行三维扫描,获得地形、地貌和裂隙的分布,并分析落石运动轨迹,得到了落石的跌落速度、弹跳高度、冲击能量等主要参数,根据分析结果,选用引导型柔性防护系统,不仅能减少防护面积,节约工程造价,还能保证防护效果。该方法在铁路边坡防护工程应用中具有推广价值。     

兰渝铁路范家坪隧道出口危岩落石分析及防护设计

根据兰渝铁路范家坪隧道出口危岩落石发育情况,利用rockfall软件,建立危岩落石运动模型,分析落石的运动特征,实现危岩落石可视化,结合落石运动轨迹、落点分布情况、冲击能量、冲击力、弹跳高度、位移偏移量等研究成果,提出接长明洞和主被动防护相结合的落石综合防护措施。结果表明:在坡面坡积层和明洞回填土缓冲和消耗作用下,接长明洞和主被动防护网相结合的方法可有效防护危岩落石,降低落石冲击风险,保证洞口的安全。可保证隐式中墙复合式连拱隧道施工安全     

郑万铁路罗家山隧道高陡边仰坡危岩落石综合防护技术

郑万铁路罗家山隧道横洞洞口分布大范围的危岩落石,对洞口施工人员及设备安全构成巨大威胁,本文采用Rockfall落石分析软件对坡面落石滚落弹跳高度、运动速度和冲击能量进行模拟分析,结合边仰坡实际情况,提出"落石清除及场地搬迁+混凝土明洞+高强波纹板棚洞+张口式帘式主动防护网+被动防护网"的综合措施,以减轻危岩落石危害,设...     

高速铁路浅埋隧道入口危岩落石分析及防护设计

为了分析危岩落石对铁路隧道的影响并提出相应防护措施,以某高速铁路浅埋隧道入口为研究区域,对所在范围内的危岩落石进行评价,先采用人工调查法确定危岩落石分布范围,后对收集数据的发生概率和危害程度进行评分,根据分值进行危险级别的划分,最后对高风险级别以上危岩落石,取典型危岩体进行稳定性计算,并采用Rockfall软件对危岩落石的崩塌轨迹进行数值模拟。研究结果表明,晏家塆隧道入口附近存在典型危岩体4处,碎石散落区5处,均为高风险区域,危岩体欠稳定;rockfall模拟结果发现,危岩体以倾倒方式破坏,并以89°倾向崩塌,崩塌最大水平位移为89.8 m,最大落差为84.21 m,最大冲击能为109.32 kJ,最大弹跳高度为5.69 m。根据以上情况,建议采用清除危岩落石,在入口处设置被动防护网和明洞等工程措施。     

路堑桩板墙式拦石结构设计

以张呼客运专线某段深路堑设计为例,提出路堑桩板墙、被动拦石网、缓冲土堤、落石槽相结合的综合防护措施。根据地形、地质情况,结合落石运动、边坡土压力、落石冲击力,计算防护结构尺寸。     

落石冲击UHPC棚洞板砂土层缓冲性能研究

砂土作为常用的缓冲材料,广泛用于山区落石防护结构.为评估其对落石冲击UHPC棚洞板的缓冲性能,运用LS-DYNA软件建立UHPC棚洞板及不同厚度砂土层的有限元模型,分别模拟50,100,150,200 kJ能级下的落石冲击作用,在此基础上从落石冲击力、砂土层耗能比例、板的动力响应等多方面对比不同厚度砂土层的缓冲性能.结...     

RFA落石分析软件开发与工程应用

研究目的:落石作为一种常见的地质灾害形式,严重威胁着铁路建设与运营安全,因此科学合理的开展落石设计成为减少此类地质灾害的重要手段之一。国际上在落石防治方面已形成包括危岩勘察、稳定性评价、落石运动路径及能量计算、被动防护网设置位置确定、防护网选型等内容的基本健全的设计体系。而国内设计体系尚不完善,缺乏为设计提供落石轨迹与冲击能量计算的软件,因此开发一套具有自主知识产权的分析软件势在必行。研究结论:(1)RFA软件可在设定范围内采用随机概率的形式对落石运动轨迹、落点位置、冲击能量范围等进行计算,计算结果可直接作为设计依据;(2)RFA软件大大提高了目前铁路行业的落石计算能力与工作效率;(3)RFA软件已成功应用于东科岭隧道出口段落石设计中,并取得良好效果,今后可在该领域中推广使用。     

南昆铁路K412坍塌落石的防护

结合南昆铁路坍塌落石采用RX-050型SNS防护网整治的实践，总结和介绍了SNS被动防护系统的构成、原理、施工工序及施工要点。该工点自2006年完工至今，已多次有效拦截落石．确保了铁路行车安全。     

隧道洞口段危岩崩塌落石冲击风险评价研究

研究目的:西南山区隧道进出口段往往位于沟谷,地形切割强烈,洞口仰坡易发生崩塌落石灾害。为评价落石灾害风险,本文建立新的隧道洞口段危岩落石风险的综合评估流程以及多指标综合评估模型,克服以往确定指标权重时人为因素影响较大的缺陷,为今后隧道洞口坡段落石灾害治理决策、落石计算和防治工程等设定风险等级提供依据。研究结论:(1)将可拓学理论引入隧道洞口危岩落石风险评估中,建立了隧道洞口危岩落石风险的可拓综合评估流程,构建了落石风险的多指标可拓综合评估模型;(2)对定性指标做定量化处理并对评价指标进行归一化处理,使得评估指标具有可比性,并提出用简单关联函数确定各指标权重;(3)构建了隧道洞口危岩落石风险分级的物元可拓模型,将落石风险等级定为极低风险(Ⅰ)、低风险(Ⅱ)、中等风险(Ⅲ)、高风险(Ⅳ)与极高风险(Ⅴ)五类,通过工程实例验证并利用层次分析-模糊数学综合评价法进行对比,验证了该评价模型的评估结果是合理的、可行的;(4)本研究结果可为落石风险评估提供一种新的思路。     

防落石刚性栅栏防护能量试验与数值分析

结合山区高速铁路沿线刚性栅栏的工程应用情况,针对防落石冲击刚性栅栏防护能量缺乏设计依据的现状,开展了实际尺寸刚性栅栏落石冲击试验,研究其变形特征和传力机理。分析该结构受落石冲击过程中三阶段的传力工作状态,指出了系统中的薄弱环节。基于LS-DYNA的显式算法,模拟落石冲击刚性栅栏的全过程,并与试验结果进行对比,二者吻合较好。研究结果表明:刚性栅栏的主要耗能构件为角钢横撑和角钢钢柱,整个系统的刚度较大,防护能量较小,在落石冲击下将会产生较大变形。基于研究结果提出了刚性栅栏防落石系统设计优化建议。     

高速铁路路基帮宽工程复合地基有限元分析方法探讨

路基帮宽工程势必引起既有路基沉降，在高速铁路建设过程中，高效开展复杂工况下多个路基断面的沉降计算并获得更精确的沉降预测值十分重要。目前常规使用的二维简化计算模型，由于较少深入研究简化理论，存在精度不足误差较大的问题，而大型的三维计算模型，存在建模工作量大，计算收敛困难等问题。基于有限元软件ABAQUS,分别建立典型路基帮宽工程的二维和三维模型，推导三维至二维的群桩弹性模量和重度转化公式，并讨论土体弹性模量和重度的加权平均计算方法，转化后的二维与三维模型计算结果差异率小于2%。通过沉降计算结果，研究了桩土接触面摩擦系数设置对沉降结果的影响，其对附加沉降值的变化影响率小于1%;开展桩基弹性模量的参数分析工作可以得出，对于路基复合地基处理措施，当桩基模量大于1 GPa时，对附加沉降的控制效果明显减弱。     

高植被覆盖下铁路隧道口危岩落石风险评估

山区铁路选线受地形条件制约,高陡边坡或陡崖地段的隧道洞口常面临危岩落石风险,传统人工调查方法困难,尤其是高植被覆盖地区,受现场条件限制不能完全查明危岩分布,同时常用的落石运动轨迹模拟缺少横向范围控制,存在一定的安全隐患。以某铁路隧道进口工程为研究对象,以机载LiDAR和三维倾斜摄影数据为基础,查明了危岩形成机制及分布特征,利用自主研发的Rockfall Hunter软件分析不同破坏形式的危岩三维运动特征,并给出防护措施建议。研究表明：(1)基于定性分析和定量计算,建立的“数据、方法、意义”三阶段高植被覆盖区危岩落石风险综合评估方案行之有效;(2)利用精细化三维实景模型可准确提取危岩体几何信息,危岩落石发育区数字地表灰度影像表面坎坷不平、具粗糙感,危岩体截面地面点棱角显著、地势陡峭,原生孤石或滚石截面呈凸起状、有明显界限;(3)研究发现可能对工程造成危害的危岩体120处,总体积约15 541 m³,以倾倒、坠落式破坏为主,局部发生组合式破坏;(4)落石进入隧址区最大速度为17.3 m/s,最大弹跳高度为12.5 m,最大冲击能量超过8 000 kJ,建议采用避让、清...     

客运专线桥梁危岩落石防护设计

结合沈丹客运专线工程实例,简述了客运专线桥梁范围危岩落石防护整治的方法,通过具体工程设计对SNS主动及被动防护体系的应用进行了研究,对客运专线桥梁范围危岩落石不良地质的综合治理方法进行了分析。     

铁路隧道明洞高陡边坡加固防护与监测方案研究

通过对隧道明洞高陡岩质边坡受构造影响,如岩体不利结构面、坡面小型楔体在外力长期作用下,沿临空面可能形成危岩、落石甚至崩塌等灾害的分析与计算,介绍延长明洞、增加明洞回填厚度、设置预应力锚索、防护网及自动化监测系统等综合工程措施设计和实例工程加固防护与变形监测效果,供类似工程借鉴。