高速铁路隧道防水型衬砌的设计

高速铁路隧道防水等级要求为一级:衬砌不渗水、无湿渍。当高速铁路隧道下穿城市市区,采用"V"形纵坡时,为保护环境,减少运营期间的抽排水费用,应采用防水型衬砌。结合新广州站及相关工程项目的金沙洲隧道,对防水型衬砌的设计原则、计算方法和结构防排水设计进行探讨。     

防水型复合式衬砌隧道的设计要点

研究目的：随着地下工程的大发展和环保要求的进一步提高，越来越多的隧道浅埋地段将采用防水型衬砌。防水型复合式衬砌隧道在国内应用很少，通过本研究，对其设计要点进行总结。 研究结论：防水型复合式衬砌隧道是否应用成功取决于以下4个方面：一是结构设计特别是仰拱的设计是否合理；二是防水系统是否严密，防水措施是否到位，防水板性能选择是否合理，可粘贴防水板是防水型隧道实现防水目标的保证措施之一；三是不能忽视施工过程中地下水位变化的影响，该种影响在地表有软弱地层时可能是极为严重的；四是严格的施工工艺要求和质量保证措施的落实。     

富水软土地区单墙衬砌地铁车站防水技术

研究目的:解决富水软土地区地铁车站采用单墙衬砌(地下连续墙直接作为结构的侧墙)结构的防水问题。研究方法:针对上海地铁2号线西延伸工程淞虹路车站设计采用连续墙直接作为主体结构侧墙的实际情况,结合地下工程防水技术规范和地铁设计规范,研究地铁车站混凝土结构自防水、连续墙(侧墙)接头、诱导缝、施工缝防水技术以及侧墙抗裂砂浆防水涂层(刚性四层抹面防水层)防水技术。研究结论:富水软土地区单墙衬砌地铁车站较双墙结构防水技术难度大,设计和施工要求高;连续墙(侧墙)接头是防水设计和施工的关键部位;采用十字型钢板的刚性止水接头可以满足结构防水需要;当连续墙接头与主体结构诱导缝对齐时,采用包覆丁基橡胶腻子的十字型钢板,既起到防水作用,又满足诱导缝结构变形作用。     

铁路盾构隧道单、双层衬砌纵向力学性能的模型试验研究

以广深港客运专线狮子洋水下盾构隧道为背景工程,采用轴向等效刚度模型,开展盾构隧道单、双层衬砌纵向力学性能模型试验,并结合数值模拟计算,研究在软硬交替地层且地表有局部附加荷载的复杂情况下,单、双层衬砌隧道纵向沉降与弯矩的变化规律.结果表明:隧道处于软硬交界地层中时,单层衬砌的纵向沉降受地层条件的变化作用明显,较大的沉降量和沉降差均发生在软土侧;双层衬砌可在一定程度上抵御受地层条件的变化作用而产生的不均匀沉降,隧道纵向中心最大沉降量和沉降差均较小;管片衬砌内侧施加连续的混凝土内衬后,隧道所受纵向弯矩成倍增大,最大正弯矩出现在隧道中央偏向软土侧,且混凝土内衬承受绝大部分弯矩;当荷载距隧道轴线3倍洞径以内时,会对隧道的纵向变形及内力产生影响.     

及时掌握单层衬砌技术，降低隧道工程造价

我国铁路隧道现多用双层衬砌中间夹防水层，工序复杂；近年来国外铁路长隧道已陆续用喷射混凝土作永久性单层衬砌，工作简单和经济，是隧道工程一个突破。本文介绍国外单层衬砌实例，并谈几点体会和建议。     

基于Biot固结方程研究地下水位对隧道防水型衬砌的内力影响

地下水位是影响隧道防水型衬砌力学行为的一个重要因素。为了研究地下水位变化对防水型衬砌的影响,基于Biot固结方程考虑17种不同地下水位的工况。利用FLAC3D有限差分法数值模拟,采用均匀连续各向同性渗流模型,得到不同工况下隧道衬砌结构的内力。通过分析衬砌在不同水位下产生的内力,总结地下水位变化对隧道防水型衬砌受力的影响规律。计算结果表明:地下水位在大于隧道半径3倍以上的范围,拱顶、拱肩与拱墙的轴力不随地下水位变化;在地下水位变化的时候,拱顶为最不利位置,拱墙为安全位置。     

破碎围岩条件下铁路隧道单层衬砌结构力学特征研究

研究目的:文章以合武铁路大别山隧道为背景,对Ⅳ级围岩条件下采用的单层衬砌结构的接触力学特征、不同施工阶段的受力特征以及围岩稳定性等进行研究,并对单层衬砌结构的力学特征进行探索,以期为类似工程的设计和施工提供参考。研究结论:(1)相对于复合式衬砌而言,单层衬砌接触压力普遍较大,最大压力易出现于拱脚处,最小压力易出现于仰拱处,而其二衬的内力显著小于复合衬砌。(2)单层衬砌结构内力在隧道施工的不同阶段,初期支护与二衬的内力先按时间分配,后按刚度分配。(3)隧道左右拱腰侧与拱脚处的围岩的YAI值较小,容易发生失稳,应加以防范。     

隧道衬砌施工缝和变形缝防水新方法的研究

针对隧道衬砌结构自防水的薄弱环节施工缝和变形缝防水效果较差,常常导致隧道渗漏病害。目前采用的防水方法存在很大的不足,而且防水指导思想上就存在一定的缺陷,因此提出防排结合、可维护性的指导思想。在此指导思想下,提出隧道施工缝和变形缝防水采用多道设防,同时设置备用止水带和维护注浆管增强防水可靠性,提高隧道服役后期的防水能力。该防水方法不但可以有效进行防水,而且可以减小渗水对衬砌的压力和侵蚀。     

大跨度铁路钢桥桥面防水铺装层结构形式研究

防水铺装层是桥梁结构的重要组成部分,其优劣直接影响桥梁结构耐久性。不同于公路钢桥面铺装,大跨度铁路钢桥面防水铺装层设置于道砟以下,不直接承受车轮荷载,不易检查,维养难度大。通过对铁路钢桥面铺装层结构受力特性进行计算分析,对比研究4种不同铺装层结构钢桥面板及铺装层力学性能。分析表明：由于道砟的扩散效应,车轮荷载传递到铺装层表面一般较均匀,随着弹性模量或铺装厚度增加,铺装层整体参与桥面受力,钢桥面受力略有改善,桥面局部位移减小;传统的道砟槽板铺装层结构厚、刚度大,活载作用下钢桥面板应力及变形较小,但结构质量增加引起的桥面板应力和变形反而更高;对不同铺装层进行全寿命周期经济性比较表明,复合钢板铺装层整体经济性较优。     

海底隧道不同防排水条件下衬砌结构开裂情况研究

海底隧道不同围岩级别所采用的防排水方式不同。Ⅰ、Ⅱ级围岩采用限量排导的防排水方案,Ⅳ、Ⅴ级较差围岩地段衬砌结构采用全封闭防排水方案。基于扩展有限元法,以厦门海底隧道为例,针对海底隧道不同防排水条件下的衬砌结构开裂情况进行研究,为今后其他高水压水下隧道设计和海底隧道的病害原因分析提供一定的参考价值。研究表明:采用堵水限排的条件下Ⅱ级围岩的衬砌结构未发生衬砌结构开裂,结构设计合理;而采用全封闭防排水结构的V级围岩的衬砌结构在低水压条件下拱脚外侧发生纵向开裂,而在高水压条件下衬砌拱脚会同时出现纵向裂缝和压溃破坏。鉴于目前隧道结构开裂主要以环向裂缝为主,且主要集中于拱墙以上部位,所以高水压并不是厦门海底隧道衬砌开裂的主要原因。     

新型钢桁架桥复合结构体系的静动载试验研究

天津慈海桥为钢桁架桥和摩天轮复合结构体系,主桥主跨为三跨(24.47+45.00+24.47)m连续钢桁架梁,分为上下两层。为了检测桥梁结构的静力和动力性能,评定桥跨的承载能力,为工程验收提供科学依据,对该桥进行了静动载试验,并结合理论计算,对桥梁结构的主要构件应力、主梁挠度和结构振动特性等进行了对比分析。试验结果表明桥跨结构设计合理,桥梁刚度和承载能力满足设计要求,桥梁主体结构处于良好的技术状态和使用状态。     

隧道衬砌结构体系可靠度研究

针对隧道二次衬砌结构,从其在围岩荷载作用下的内力分布出发,建立了衬砌结构的串并联体系,由此确定其体系失效模式,进而以蒙特卡罗-随机有限元法为基础,充分考虑材料性能参数、几何尺寸、围岩弹性抗力系数及荷载等的随机性影响,采用区间估计的"宽界限法"对隧道衬砌结构的体系可靠度进行了分析。最后结合一典型工程实例对隧道结构体系的可靠指标进行了计算,计算结果表明:尽管隧道衬砌结构存在局部截面的可靠指标较小,但其体系可靠指标仍较高,整个隧道衬砌结构处于安全状态。     

土中球形爆破衬砌承载力的研究

应用弹性力学原理 ,分析利用爆炸原理在土层中所形成的地下球形贮水窖的受力状态 ,推导出窖体各点的径向压应力、环向拉应力及径向应变计算的数学解析表达式 ,并根据此表达式讨论水窖埋深、水窖内外层衬砌厚度以及衬砌材料性能对该结构承载能力的影响。     

基于形函数的隧道衬砌内壁影像展平方法及其应用

通过透视变换和四边形八节点形函数变换2种平面变换方法即可建立影像像素与展平坐标系之间的关系,生成基于影像的展开图,提出一种基于形函数的隧道衬砌影像展平变换方法。通过数值模拟测试,得出展平照片的误差分布以及不同拍摄位置对误差的影响。最后通过案例给出方法实际应用的效果。结果表明：基于形函数变换的展平方法反需要衬砌表面照片及照片中8个控制点的展平坐标即能建立隧道影像与展开平面之间的坐标关系。该方法所产生的误差很小,具有较高的实用性。     

双连续相复合材料在高速列车制动盘及闸片中的应用

简述了国内外对高速列车制动材料的研究概况,探讨了高速列车制动系统对制动材料的要求,分析了双连续相复合材料的性能及其在高速列车制动系统中的应用前景.     

探地雷达在隧道衬砌空洞检测的正演模拟应用研究

按照时域有限差分解麦克斯韦偏微分方程的思路,通过基于时域有限差分的数值模拟方法,利用Matlab语言,编制了隧道衬砌空洞的二维正演程序,正演探地雷达波形在隧道衬砌空洞中的传播规律,分析了探地雷达在探测隧道衬砌空洞的有效性以及衬砌空洞的雷达波反射特征。正演模拟结果表明:衬砌空洞雷达反射信号强,且呈现多次反射特征,通常呈现双曲线特征,振幅强,频率低,在空洞下部仍有强反射界面信号,上下界面两组信号时程差较大。借助于实例,将模拟结果与实际检测结果进行了对比分析,取得了良好的效果,说明数值模拟是探地雷达波形识别的一种有效手段,因而,可以采用该方法对隧道结构衬砌背后的空洞病害进行有效检测,以指导隧道的安全评估。     

机车锻造衬板圆锥曲面面轮廓度的检测

机车锻造衬板是大同机车厂的出口产品，它由平面和曲面组成，如图1所示。要求曲面相对基准A、B的面轮廓度为0．8。通过分析，发现此曲面可以看作是一个被几个平面截切后剩下的一小部分圆锥面，且对称分布。     

基于近似概率的衬砌结构耐久性设计研究

与其他建筑结构一样,隧道衬砌结构会因环境因素的侵蚀而产生耐久性损伤,从而影响使用寿命,这种环境损伤作用在传统隧道衬砌结构设计方法中未定量考虑。采用基于近似概率的方法对衬砌结构进行耐久性设计,在设计过程中定量考虑环境侵蚀作用,使结果更符合实际要求。最后通过算例进行进一步说明。结果表明,采用该方法能够在一定程度上提高结构的耐久寿命,是可行的。     

CFG桩复合地基柔性荷载试验研究

通过自行研制的现场静力柔性载荷试验设备模拟不同刚度的基础,对不同基础刚度下CFG桩复合地基的桩及桩间土的荷载分担特性、荷载发挥系数等进行了分析研究.试验结果表明,CFG桩复合地基上部基础刚度越大,复合地基桩分担荷载越多、荷栽发挥系数越大,而桩间土荷载分担的越少、荷载发挥系数越小.