路堑过渡段对高速列车气动荷载的影响:基于IDDES方法

当高速列车在横风条件下通过路堑过渡段时,列车的气动荷载将发生显著变化。本文基于改进的延迟分离涡湍流模型建立了列车-路基-风的三维空气动力学耦合模型,重点探讨了路堑深度对列车气动载荷变化和气动性能恶化的影响,揭示了相应的列车周围流场的演化机制。结果表明:当路堑深度为6 m时,头车所受的气动冲击能量最高。在列车完全驶入下一运行场景后,随着路堑深度的增大,来流对列车气动荷载的影响减弱,相应的波动幅度降低。头车气动载荷的突变幅值与风速近似满足线性正相关关系。

极端温差地区框架棚洞结构温度效应影响及结构优化研究

本文以拉林铁路达嘎拉隧道进口棚洞为研究对象,研究了外界温度变化对棚洞结构的整体稳定性的影响,分析了温度变化时立柱、纵梁、纵向联系梁及横向联系梁的内力变化,结果表明:(1)棚洞结构的最大变形随着降温及升温幅度的增加而增大,降温对结构变形的影响高于升温;(2)纵梁跨中弯矩受升温25°控制,而纵梁端部弯矩、桩基最大弯矩、纵向联系梁最大弯矩及轴力受降温25°控制;(3)横向联系梁的增加对控制棚洞结构的变形作用并不大;在降温作用下,横向联系梁的增加使桩基端部弯矩增加了约3倍,同时承受巨大的轴向拉力;(4)取消设置横向联系梁,既可以保证棚洞结构的整体稳定性,又可以降低降温引起的附加内力。

浅埋黄土隧道破坏模式的探讨

根据郑西客运专线黄土隧道地表裂缝的现场调查,推断黄土隧道隐形破裂面;结合UDEC程序,根据黄土垂直节理及推断的隧道隐形破裂面,计算模拟埋深20m情况下不同开挖跨度的隧道毛洞开挖,以分析、研究节理黄土的破坏过程及破坏模式。结果表明,黄土隧道的稳定跨度为8m,隧道剪切开裂面与水平方向成β角,并非直接与节理面重合;浅埋大跨条件下的黄土隧道破坏由β面先破坏渐进发展为土体的垂直剪切破坏。

竖井对高铁隧道内接触网风致振动的影响

高速铁路接触网属于复杂的空间耦联体系,其支持结构一直是我国高速铁路系统的薄弱环节。为给高铁隧道内接触网的设计和施工进一步提供理论依据,基于三维不可压缩N-S方程和标准k-ε两方程湍流模型理论,建立隧道-竖井-列车-空气三维CFD数值模型。基于ANSYS Workbench平台,结合流固耦合计算方法等手段,确定竖井对交叉段内接触网支持结构的不利影响范围以及最不利位置,探讨竖井对交叉段列车风影响的机制,分析不同竖井面积、竖井高度以及竖井交叉角度分别对接触网振动的影响规律。研究结果表明:与横通道-隧道交叉段相比,竖井-隧道交叉段对接触网支持结构风致振动的不利影响更为显著。最不利断面位于竖井前方10 m处,接触网支持结构上最不利位置位于定位点处。竖井-隧道交叉段内最不利位置处接触网振动响应指标(加速度和动位移)与竖井面积呈正相关关系、与竖井高度和交叉角度呈负相关关系。单线隧道条件下接触网振动响应较双线隧道显著。对于单线隧道,竖井设计参数推荐采取面积14 m^(2),高度100 m,交叉角度120°;而对于双线隧道,推荐采取面积40 m^(2),高度100 m,交叉角度90°。

400km/h高铁隧道组合型式缓冲结构泄压孔优化

国内外已有多条在建高速铁路隧道设计时速达到400km,随着列车速度不断提高,微气压波产生的负面效应愈发严重。相关研究及工程实践表明,单一型式缓冲结构缓解效果有限,而等截面扩大+帽檐斜切+泄压孔的组合型式缓冲结构对缓解微气压波具有更优良的效果。然而国内外对这种组合型式缓冲结构研究相对较少,为了使其满足更多实际场景的要求,针对其泄压孔几何参数进行优化仍具有一定的工程价值。针对这一问题,基于RNG k-ε双方程湍流模型,采用数值模拟和现场实测相结合的方法,从首个泄压孔边缘到帽檐的距离、开孔率、开孔数量和环向开孔位置4个方面开展研究,分析在采用不同泄压孔组合型式缓冲结构下的初始压缩波和微气压波的特征,提出组合型式缓冲结构泄压孔的最佳优化参数。结果表明:相对于首个泄压孔到帽檐的距离为8,16和24m时,当距离为4m时,组合型式缓冲结构对微气压波的缓解效果最佳;相对于开孔率α=24%,40%和48%的组合型式缓冲结构,当开孔率为32%时,缓冲结构对微气压波的缓解最佳;相对于设置2个或8个泄压孔,设置4个4m(横向)×2m(纵向)的泄压孔时,缓冲结构对微气压波的缓解效果最佳;在缓冲结构的环向位置上,在拱顶设置泄压孔,缓冲结构对微气压波的缓解效果最佳。

400 km/h+高速铁路隧道内气动效应及净空断面积分析

隧道气动效应一直是影响高速铁路发展的关键问题之一,近年来国内外对于速度400 km/h及其以上的高速铁路隧道气动效应研究较少。本文在总结既有高速铁路隧道大量气动效应研究的基础上,重点结合拟建的成渝中线高速铁路,分析速度400 km/h+条件下隧道内压力和车体压力的变化特征,得到隧道内衬砌和附属设施的静压验算控制标准参考值,同时,基于我国既有高速铁路列车的长期动态气密性指标,结合我国现行的高速列车车厢内压力舒适度控制标准,探讨了不同速度条件下隧道内净空断面积。研究结果表明:(1)当列车分别以速度400 km/h、450 km/h和500 km/h在内净空断面积100 m^(2)双线隧道内运行时,作用于隧道衬砌及附属设施静压变化幅度的验算标准分别不应小于17.5 kPa、23.2 kPa和29.7 kPa;(2)车厢内压力变化率主要是受车体压力变化幅度和车体表面负压控制,前后方司机室和1号、8号车厢内的气压舒适性相对更差;(3)在车速一定的条件下,隧道断面面积与车辆的密封性能存在负相关性,减小隧道断面需要提高车辆的气密性;(4)对于长期动态气密性指标满足12 s的8节标准编组高速列车,当列车速度为400 km/h时,采用100 m^(2)的隧道断面面积是可行的;(5)当列车速度为450 km/h+时,隧道的断面面积需大于120 m^(2)。

浅埋大跨黄土隧道破坏模式及深浅埋界定研究

根据现场调查郑西客运专线黄土隧道地表裂缝,对比规范与现有资料,探讨浅埋大断面黄土隧道的破坏模式,并依据推断的破坏模式,对隧道深浅埋的界定进行了计算,进而推断得出新、老黄土大跨度隧道的深浅埋临界深度约为40-60 m。研究结论可为大断面黄土隧道的设计提供参考。

高填方明洞荷载初探

随着城市建设的发展,高填方明洞工程不断出现。当前高填方明洞的荷载计算仍按传统的全土柱理论计算,未考虑填土高度增加后明洞荷载的形成过程的变化,存在明洞荷载计算偏大的问题。文中提出高填方明洞荷载计算应考虑土体挟持作用的影响,推导出高填方明洞荷载计算方法,并对不同填土高度条件下考虑土体挟持作用理论与全土柱理论计算结果进行对比分析,而后探讨了填筑质量对明洞荷载的影响。在渝利铁路丰都造地高填方明洞工程中,运用考虑土体挟持作用计算方法进行明洞荷载计算,优化了明洞荷载。目前,该工程已成功实施,取得了良好的社会经济效益。

既有城市隧道扩建施工方案初步探讨

新红岩隧道为新建成渝铁路控制工程,为既有隧道扩建施工,隧道位于繁华的重庆市区,洞身上部多居民点分布,施工环境极其复杂,施工方案的研究是隧道设计的重点。文章根据隧道施工沉降及爆破对地表建筑及居民的影响,通过FLAC数值模拟,分析不同埋深隧道的施工沉降规律,结合地表建筑爆破振动安全允许值,确定新红岩隧道的施工方案及临时安置,可供类似城市隧道施工参考。

高速铁路大断面黄土隧道深浅埋分界深度研究

郑州-西安铁路客运专线穿越西部黄土分布的主要地区,该线含大量单洞双线隧道,其开挖面积大于160m2,跨度大于15m,属于超大断面隧道。由于黄土的特殊性质以及开挖跨度与断面的增大,隧道围岩压力随埋深的变化尚不清楚,目前对该类型隧道的深、浅埋分界深度界定认识不统一。通过郑西线12座隧道地表裂缝与埋深关系的现场调查,初步确定了大断面黄土隧道的深、浅埋分界范围,指出小于11m可作为超浅埋,40～60m为浅埋与深埋分界深度,大于60m为深埋;基于裂缝调查,按剪切滑移破坏极限状态理论对以上分界范围进行了理论分析与验证;精心设计现场试验,在浅、深埋等地段布置17个量测断面进行围岩-初期支护间接触压力的量测,发现实测围岩压力与界定的深浅埋计算结果吻合良好,表明所给深、浅埋界定范围正确。

高速铁路大断面深埋黄土隧道围岩压力计算方法

依托郑西铁路客运专线大断面深埋黄土隧道洞群,进行现场围岩压力量测试验,得到不同黄土地层的围岩压力,发现围岩压力沿隧道全断面分布相对较为均匀。采用太沙基松散体围岩压力理论、铁路隧道设计规范深埋围岩压力公式、普氏理论、卡柯理论4种方法分别计算围岩压力,并与实测值对比。结果表明,基于太沙基理论的计算值最接近实测值,且具有一定的安全余量,因此推荐采用太沙基理论计算大断面深埋黄土隧道的围岩压力量值。依据实测围岩压力的垂直与水平分量沿隧道跨度与高度方向的统计规律,确定垂直方向与水平方向围岩压力的计算图式。分析指出,垂直方向围岩压力计算图式可采用均匀分布或"尖峰"形分布,水平方向围岩压力计算图式可采用"鼓肚子"形分布。

浅埋大跨度隧道拆撑对初支安全性影响分析

针对浅埋大跨度隧道拆撑对初期支护安全性影响,对厦门东通道(翔安隧道)陆域CRD法施工段采用现场监测和数值模拟两种方法。对比分析表明,两种方法所得结果吻合良好。研究结果表明,在纵向一次性拆撑长度为10 m的情况下,对拱顶下沉的影响在5%～10%左右,初期支护安全系数降低约5%～15%,初期支护的安全性受临时支护拆除的影响较小,这为实现隧道的信息化施工提供了依据,也为今后的相关工程积累了经验。

大跨浅埋黄土隧道中系统锚杆受力机制研究

郑州-西安铁路客运专线穿越西北黄土分布的主要地区,而在黄土地区修建跨度超过15.1m、开挖面积达170m2的超大断面大跨度铁路隧道洞群在国内尚属首次,相关的设计理论与经验均较为欠缺,尤其是系统锚杆在黄土隧道中的作用机制及锚固效果尚不清楚,使得设计遇到关键难题。为研究大断面黄土隧道中系统锚杆的作用,通过理论推导,阐明了锚杆的作用机制,指出了浅埋大跨度黄土隧道中锚杆的受力原因。采用理论锚杆单元模型,计算得到与实测数据一致的结果,说明该理论模型能够解释浅埋黄土的锚杆受力情况。综合研究表明,浅埋黄土隧道中拱部系统锚杆的锚固效果较弱,而边墙部锚杆的锚固效果显著。

沟谷山区城市超厚填土铁路明洞设计

研究目的:在城市铁路建设中,受地方规划、城市建设因素的控制,越来越多地出现厚填土重荷载铁路明洞,尤其在山区城市,明洞还可能修建在高路基填方之上。这类明洞较一般明洞受力更为复杂,设计需考虑的因素也更多,以重庆至利川铁路丰都造地明洞为工程原型,分别从荷载组合、明洞结构选型、衬砌受力分析、内外衬关键工序、基础处理形式、回填工程稳定性及回填施工工艺等关键设计技术进行研究论证。研究结论:(1)明洞结构采用双层衬砌的设计方法,外衬承担填土荷载,内衬作为后期荷载的补强结构;(2)有限元结构分析表明,内衬需在外衬、Ⅰ期填土完成后施作,明洞、混凝土基础及地基的受力安全、结构稳定性和回填工程的局部及整体稳定性可满足要求;(3)为防止回填土对明洞的偏压推力,明洞底板应设置竖向抗剪桩;(4)回填施工工艺是保证坝与明洞稳定的关键,混凝土坝施工应控制浇筑温度,降低水化热;(5)该研究成果对明挖法施工的城市铁路、公路、地铁隧道,特别涉及厚填土、重荷载、深基础的明洞结构具有重要的参考价值和借鉴意义。

岩溶富水区深埋水沟排水隧道注浆圈参数研究

为合理确定深埋水沟排水方式下隧道注浆圈特征参数,以某岩溶富水区隧道工程为依托,采用FLAC3D软件建立流固耦合计算模型,针对其注浆圈参数进行合理探讨,研究注浆圈厚度、注浆圈渗透性对隧道涌水量、衬砌水压力、结构安全性的影响规律。研究结果表明:增加注浆圈厚度或降低注浆圈渗透性可降低衬砌水压、控制涌水量、保障结构安全,但并不代表实际工程中注浆参数需要追求最值,而应兼顾安全性和经济性,选取相对合理的注浆参数;结合模拟计算结果与同类工程案例,建议依托工程注浆圈厚度以5~6 m、渗透性比值以注浆前的1/50(渗透系数为2×10-6cm/s)为宜,并应结合实际进行技术经济对比,合理确定现场注浆参数。

大断面黄土隧道地基处理的沉降计算分析与讨论

郑州—西安客运专线隧道设计与施工上的一大难题是对湿陷性黄土地基进行处理,以保证高速列车的运营安全。初步设计方案提出使用水泥土挤密桩对地基进行加固处理,并在隧底与挤密桩桩顶之间设置灰土垫层以均布隧底应力。为了验证加固效果,根据复合地基理论采用三维有限差分数值分析法对加固后的地基沉降进行了计算,并对分层总和法在隧道地基处理上的适用性进行了讨论,得到一些有益结论。

岩溶隧道衬砌水压力分布统计分析及模糊评价

对国内典型岩溶隧道衬砌水压力实测数据进行统计,分析衬砌水压力的影响因素,主要包括:地质构造、围岩渗透性、岩溶水补给、岩溶水排泄和岩溶水垂直分带.基于实测数据研究不同防排水方式下衬砌水压力的分布规律,全排水设计时衬砌水压力很小,全封堵设计时衬砌水压力几乎等于静水压力,释能降压处理能大幅度降低衬砌水压力,堵水限排设计可通过控制排水量以降低衬砌水压力.在衬砌水压力实测数据统计分析的基础上,建立隧道水压力模糊综合评价体系,根据水压力模糊评价结果,对隧道防排水方式的选择提出建议.

400km/h高速铁路隧道洞口微气压波特征及其缓冲结构设计方法研究

隧道洞口微气压波与列车速度呈3~8次方的正比关系,并产生了显著的环境噪声,但国内外对400 km/h高速铁路隧道洞口微气压波特征及其缓冲结构设计的研究相对不足。针对这一问题,本文采用数值仿真和室内动模型试验相结合的方法,分析了400 km/h高速铁路隧道洞口的微气压波特征及其缓冲结构设计。结果表明:(1)隧道洞口微气压波峰值随列车速度的增大而急速增加,400 km/h速度下隧道洞口的微气压波峰值为350 km/h速度下的170%,远超规范允许值,且受隧道长度的影响规律与350 km/h速度存在一定差异;(2)对于400 km/h的高速铁路隧道,既有单一缓冲结构型式不能满足现有规范要求,采用等截面扩大+斜切+开孔的组合型缓冲结构可达到较好的效果。

软土地层盾构隧道与邻近桩基合理施工顺序研究

软土地层盾构隧道与邻近建筑物会因近接施工使二者之间互相产生附加变形,对隧道及建筑物结构产生不利影响。以温州市域铁路温南区间拟建盾构隧道近接穿越龙湾区瑶溪北片生活区工程为依托,采用二维有限差分数值分析方法对相互邻近区间隧道和建筑物基础在不同建设顺序下引起的结构附加变形和内力进行了研究。计算结果表明:在盾构区间隧道建设完成后,再进行邻近的建筑物基础施工,能相应降低近接施工产生的不利影响,减小附加变形。

深基高填明洞的受力分析

深基高填明洞较普通明洞受力更复杂,设计需要考虑更多的因素,如结构的内力、变形、整体和局部稳定等。文章主要采用数值计算法分析了坝基础、衬砌、填土在不同施工步骤中的稳定性、内力和变形,采用结构力学法分析了外衬砌的内力。分析结果表明坝和明洞在施工阶段和运营阶段能保证整体稳定,内衬砌应在I期填土后施作,采用结构力学法计算的弯矩值大于数值计算的结果。