黄土塬区浅埋大断面隧道掌子面失稳机理研究

研究目的:高速铁路以隧道形式穿越黄土塬区时,受地下水位高、含水量大、围岩分级高、浅埋段距离长等特点的影响,隧道掘进施工中掌子面失稳及坍塌风险高。大断面黄土隧道掌子面稳定分析中,大都集中在浅埋短距离隧道的横向二维问题上,很少提到浅埋长距离隧道的纵向变形和掌子面超前稳定问题。研究结论:(1)针对黄土塬区大断面隧道掘进施工中掌子面失稳及坍塌风险,建立了利用Terzaghi松动土压力理论的三维修正分析模型,推导出了浅埋长距离隧道掘进施工中掌子面稳定性的计算公式;(2)研究了黄土隧道三台阶预留核心土工法施工中掌子面稳定性与黄土含水量之间的关系,提出了黄土塬隧道掌子面施工稳定含水量界限参考值为20%,针对性地提出了安全预防措施;(3)该研究成果可有效指导黄土塬区浅埋慢坡隧道掌子面安全施工,为浅埋长距离隧道的纵向变形和掌子面超前稳定分析和安全控制提供理论依据。     

高铁路基智能微渗保润技术应用效果研究

研究目的:采取有效措施预防和治理荒漠化环境对高铁线路运营安全的威胁是亟待研究的重大铁路工程问题之一。以宁夏地区荒漠化为背景,对智能微渗保润技术在高速铁路沿线路基边坡荒漠化防治中的应用效果进行客观评价,为荒漠化地区高速铁路沿线生态环保工程建设提供科学依据。研究结论:(1)智能微渗保润技术作为一种创新技术成功应用到高铁路基边坡水土保持及沙害防治领域中,是荒漠化地区高铁路基沿线防沙治沙的一项新技术、新方法;(2)智能微渗保润技术可以明显改善路基边坡土壤的水分、养分条件,为植被生长提供必要的基础环境;(3)相对于普通养护条件,智能微渗保润维养系统试验段路堤边坡植被的成活率、密度、盖度、株高等均得到大幅度提升,既能达到防沙治沙的生态环保目的,又能起到良好的景观效果;(4)本研究成果可为荒漠化地区高铁路基沿线的风沙防治与生态环保提供参考。     

地表注浆在浅埋大断面黄土隧道中的应用研究

研究目的:围岩变形量过大、地表沉降开裂甚至塌方是浅埋大断面黄土隧道施工过程中最容易出现的工程病害。为解决大断面黄土隧道在浅埋地段施工过程中出现的地表与围岩变形难以控制、施工效率低下等问题,以在建银西高铁上阁村隧道浅埋段为试验工点,通过现场地表注浆与室内试验,从注浆前后地表沉降与围岩变形量及围岩物理力学参数变化等方面对地表注浆在浅埋大断面黄土隧道中的应用效果进行研究。研究结论:(1)地表注浆可以有效控制围岩变形和地表沉降,变形降幅可达27%～50%,注浆后可将地表与围岩变形量控制在规范允许值内,防止隧道开挖过程中出现地表裂缝、坍塌、拱顶沉降量过大等灾害;(2)采用地表注浆后围岩物理力学参数明显得到改善,平均增幅可达10%～35%,提升围岩强度与整体稳定性,确保隧道开挖安全;(3)地表注浆能够提前二衬施作时机,加快施工进度;(4)地表注浆形成的浆-土结合体具有明显的"挤密效应"和支撑作用,可以改善原状黄土的结构性;(5)该研究成果可为大断面黄土隧道的浅埋地段快速安全施工和设计提供参考。     

青藏铁路多年冻土区路基人为上限的变化特点及其与稳定性的关系

结合片石气冷加碎石护坡组合路基、片石气冷路基、碎石护坡路基、热棒路基及普通素土路基等结构形式地温和变形的现场监测数据,对青藏铁路多年冻土区路基人为上限的变化规律、形态特点和类型进行分析。结果表明,青藏铁路多年冻土区路基的人为上限形态类型为人为上限升入路基本体的A型和人为上限升入基底土层中的B型,且路基人为上限的变化已基本趋于稳定;随着时间的推移,路基的沉降也逐渐趋稳;路基累计沉降量与路基高度成正比而与人为上限的上升值成反比。     

机械式制冷热管对多年冻土的制冷效果研究

多年冻土区路基防护技术是冻土科研人员长期研究的重点。基于多年冻土区现场试验,对研发的新型机械式制冷热管与普通热管的制冷效果进行对比分析。结果表明:(1)机械式制冷热管可以弥补普通热管在暖季不能工作的缺陷,能在暖季和寒季同时带走活动层中的热量,增加冷储量,有效保护多年冻土;(2)分别在寒季和暖季,机械式制冷热管比普通热管的侧壁温度在活动层中低2. 77～0. 39℃、1. 22～0. 13℃,在多年冻土层2. 0～6. 0 m深度范围中低3. 24～0. 52℃、0. 55～0. 12℃,机械式制冷热管年均温度比普通热管年均温度在活动层和多年冻土层中均低0. 74℃;(3)分别在暖季和寒季,机械式制冷热管的积温是普通热管积温的1. 4倍～2. 1倍、1. 4倍～1. 8倍,机械式制冷热管的年积温是普通热管年积温的1. 9倍。研究成果可为新型机械式制冷热管技术在多年冻土热稳定维护中的应用提供理论依据。     

应用半导体制冷技术维护多年冻土区地基热稳定性试验研究

针对多年冻土区普通热棒在暖季难以维护路基热稳定性的技术缺陷,首次将半导体制冷技术应用于维护多年冻土地基热稳定性。在风火山多年冻土区试验场地开展了半导体与普通热棒制冷技术制冷效果的对比试验,分析2016年12月和2017年4—9月间天然地温、热棒、半导体制冷装置在0~6.0 m深度内的温度变化情况。研究结果表明:半导体制冷装置侧壁温度较天然地温在寒季低2.21~5.48℃,在暖季低0.81~3.80℃;半导体制冷装置较热棒在寒季低0.13~0.92℃,在暖季低1.16~2.06℃。半导体制冷装置比普通热棒能更有效地降低地层温度,减小冻融层厚度,增加地基冷储量,有效维护地基热稳定性。     

黄土区高铁柱锤冲扩桩地基沉降控制效果研究

研究目的:沉降控制是湿陷性黄土区高速铁路建设中的技术难题。本文以郑西客运专线湿陷性黄土路基试验工程为依托,通过开展沉降变形观测、大型浸水试验、路基沉降预测,对高速铁路技术条件下柱锤冲扩桩地基的沉降变形特性、湿陷性消除效果、沉降控制效果等进行研究,以便为湿陷性黄土区高速铁路建设提供技术储备。研究结论:柱锤冲扩桩处理深度可达20～30 m。本试验场地采用22 m柱锤冲扩桩处理,研究表明,路基填筑完成无需堆载预压,其剩余沉降量便可满足铺设无砟轨道对路基工后沉降的控制要求,处理后地基加固层内的黄土湿陷性已完全消除。因此,在大厚度湿陷性黄土场地,采用柱锤冲扩桩处理是一种合理、有效的沉降控制方法。     

多年冻土区路桥过渡段变形整治措施研究

针对青藏铁路K1297+055路桥过渡段多年冻土区路基沉降变形，通过现场调查、理论分析及室内试验，分析了路桥过渡段病害产生的成因，采用在桥台台背回填片石的技术措施，并对变形和地温进行监测。结果表明：实施整治措施后的最终沉降量为14.7～15.8 mm，达到规范要求，且地层多年冻土上限较措施前减小约1.5 m，有效提高了路基整体稳定性。