铁路隧道风险评估体系的研究和探讨

以《铁路隧道风险评估指南》编制为依托,对铁路隧道风险评估体系进行研究和探讨。研究中借鉴国内外先进标准,开展了必要的理论研究和调查统计工作,初步建立了铁路隧道风险评估指标体系和风险等级标准;对风险因素数据库,概率和权重的取值,多因素、多准则、多目标问题,编制相应程序等关键技术问题进行探讨。

客运专线隧道细部设计

研究目的:郑西客运专线中的隧道主要通过黄土地段,最大开挖面积163 m2,为保证设计质量,我院充分吸取了德国DEC公司提出的宝贵咨询意见和有别于常规的设计思路,在把握全局设计的前提下,对洞口边仰坡,Ⅱ、Ⅲ级衬砌配筋,防排水,衬砌局部配筋等细节进行了设计。研究方法:采用ANSYS对衬砌局部进行有限元内力分析;采用瑞典条分法、Bishop法、JanBu法和传递系数法计算边坡稳定;思考在EPC模式下的设计理念,即如何最大限度地将施工和运营期间影响结构安全和正常使用的因素在设计文件中反映。研究结果:通过对衬砌局部受力计算,确定在明洞边墙和仰拱转角处配筋方法和接触网立柱基础附近衬砌局部配筋方法;通过对隧道高边坡的永久和临时边坡分析和比较,确定边坡设计原则;通过对Ⅱ、Ⅲ级衬砌3种配筋方案进行了比较,确定采用单层配筋;确定了排水系统可维护的设计方案,确定了明洞外防水层的设计方案。研究结论:衬砌配筋应考虑弯矩的传递,洞内设施的固定要求,正洞和辅助坑道交叉段的连接;黄土性质和平台高度、宽度设置对边坡稳定影响大;防水系统的设计要考虑到施工工艺和可维护性,通过这些细部和延伸的设计,有效保证了隧道工程的合理、可行和安全。

下穿铁路的承压引水隧洞设计

研究目的:白水江三级电站引水隧洞最大水头高度42 m,下穿既有内昆铁路手扒岩隧道,距隧道边墙基底仅13.06 m,引水隧洞在施工中易引起铁路隧道下沉及衬砌破坏,为保证既有隧道运营安全,需采用合理的施工方法和衬砌型式。研究方法:利用3D-σ分析了引水隧洞对铁路隧道的影响,采用理论分析和ANSYS程序计算出衬砌内力,并分析爆破振动的影响。研究结果:确定控制衬砌型式的荷载组合,并对正常使用状态的裂缝进行了控制。研究结论:对于下穿铁路隧道的承压引水隧洞设计,首先要分析引水洞施工对铁路隧道的影响范围,合理地进行荷载组合,按基本组合进行承载能力极限状态检算,并采用标准组合进行正常使用极限状态的裂缝验算;对于承压引水隧洞,裂缝验算一般是配筋计算中的控制条件;引水隧洞的开挖引起铁路隧道周边的围岩变形位移小,内水压力是主要控制荷载,施工中应采用钢纤维喷射混凝土及时支护。

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。

高速铁路棚洞设计

研究目的:通过对棚洞净空断面、跨度、跨数、荷载以及细部尺寸的研究,探索影响棚洞内力的控制因素及棚洞受力、配筋特点,获取最优设计参数,达到安全、适用、经济的目的。研究结论:将棚洞简化成平面结构计算且考虑横顶梁抗扭构造作用具有可行性,棚洞设计参数主要由降温25℃控制;棚洞构件配筋除立柱以承载力控制外其余由抗裂控制,局部横顶梁尚需考虑扭矩的影响;设计回填土坡度是内墙检算的决定因素;基底应力由3 m埋深控制;跨度为6 m的两跨一联棚洞工程量最小。建议采用跨度为6 m的两跨一联棚洞设计参数。

隧道超前地质预报设计要点

隧道超前地质预报是设计内容之一,应针对隧道的特点确定超前地质预报的内容和程序,结合风险评估分段明确地质预报等级,将地质预报工作纳入施工工序中。提出采用物探方法时应科学地确定观测方案,采用有效的滤波技术,并结合地质调查综合判断,逐步渐进的确定灾害地质的性质和规模;超前钻探占用时间多,应考虑对工期的影响;成贵线可溶岩隧道超前地质预报设计应按岩溶发育特征、岩溶水动力特征、地质构造影响、环境影响程度分级。

中日铁路隧道工程技术标准对比分析研究

我国隧道规范已形成了包括勘测设计、施工验收、养护维修和抢修抢建4类,基础标准、通用标准和专用标准3个层次共33个标准;日本隧道标准规范体系由规范—准则—指南—手册构成。日本规范以性能设计为基础,体系完整、内容具体,指导性较强;我国规范以力学设计为基础,虽然体系完全但原则性规定较多,对工作的指导作用较小。在围岩分级、设计方法、单双线设置、隧道衬砌、防排水、施工方法等具体指标方面,日本规范都有详细具体的规定,我国规范则没有或者不完备,需要结合我国国情通过科学研究进一步完善提高。

隔振带在浅埋隧道爆破中的作用

研究目的:浅埋隧道上方存在敏感建(构)筑物时,常采用减少一次齐爆炸药量、增设隔振带、干扰降振等综合技术,目前国内对隧道增设隔振带的效果还缺乏定量的评价。本文分析在隧道埋深27 m处采用小导洞先行爆破开挖条件下,隧道上半断面周边设有隔振带时,隧道爆破对地表的振动影响程度。研究结论:弹性边界的特征值分析得到模型第一振型周期为0.203 603 s,粘弹性边界的动力时程分析得到设置隔振带前后的各点振速和加速度,结果表明设置隔振带后竖向振速平均降低39%,竖向加速度平均降低38%。

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。

高填方边坡动力稳定性分析

目前高填方边坡在工程应用中较多,高填方边坡稳定和变形对地震作用较为敏感,但对动力作用下边坡的变形、破坏形态、动力响应、震后造成的灾害程度研究不多。通过动力稳定分析,在3种峰值地震加速作用下,当模型都达到了震后平衡时,7度地震作用下边坡的位移和沉降都很小,边坡基本不影响使用,8度地震作用下边坡会局部破坏,9度地震作用下边坡极有可能整体垮塌。通过对比可知,边坡约束越强破坏越严重;地震反应放大系数随着地震动峰值加速度的增大而降低,刚度突变的位置震害最严重。文中运用快速拉格朗日差分法,从边坡变形、破坏形态、动力响应、震后造成的灾害程度对高填方边坡做了研究,对同类高速铁路、高速公路等填方高边坡工程防震减灾具有较大参考意义。

内昆线瓦斯隧道的设计与施工

文中将内昆线瓦斯隧道进行了分类。着重对瓦斯有突出危险的朱嘎隧道设计和施工要点进行了阐述，并就施工巾一些非煤系地层中隧道出现瓦斯进行了分析，总结出瓦斯隧道设计巾的经验和施工方法。

地震区遮拦危岩落石的框架棚洞设计

内昆铁路沿横江两岸行进，地形陡峻，危岩落石的出露形式以红砂坪隧道出口段为代表，该处地震动峰加速度为0．2g，为防止危岩落石，保证河道顺畅，选用合理的结构型式，接长框架棚洞。

中德高速铁路隧道技术标准对比分析研究

我国高速铁路隧道设计规范在设计理念、体系构成、编制内容等方面与德国铁路隧道设计相同或者等效;但由于国情和考虑因素不同,在某些具体方面的选择上和操作方面存在差异。德国铁路隧道规范体系完整,标准高,内容具体,对工作的指导性较强;我国规范虽然体系完整、标准较高,但原则性较多,对工作的指导性相对较弱。通过开展中外高速铁路规范对比,加快我国高速铁路规范编制和完善对促进我国高速铁路建设和实施"走出去"战略具有重要意义。

下穿铁路的承压引水隧洞设计

白水江三级电站引水隧洞下穿既有内昆铁路手扒岩隧道，引水隧洞拱项距隧道边墙基底仅13．06m，为承压引水隧洞。设计中采用3D-α及ANSYS程序，分析了引水隧洞对铁路隧道的影响，进行合理的荷载组合，计算出衬砌内力，并对正常使用状态的裂缝进行了控制。

盐津一号隧道设计策划

内昆铁路安边至梅花山段盐律一号隧道穿越云南省盐津县城，隧道进口端上部建筑物林立，地面陡峻，地形地质复杂，其中国税局办公大楼，柱基基础距隧道供顶仅4．8m。为保证施工及大楼安全，采用加固大楼基础，控制爆破及抑制洞内、地表变形的设计思路，同时加强监控，现场确定合理的施工参数，以保证隧道顺利穿越。

内昆线青山隧道出口端的设计

青山隧道系内昆线具有埋深最大，通过地层最多，煤层最厚，瓦斯有突出危险，出口端车站伸入隧道，纵坡大及涌水量大的特点，本文着重叙述了出口端车站隧道及煤层地段的设计情况和一些体会。

冰水沉积层隧道洞口设计

内昆铁路安边至梅花山段豆沙关二号隧道地处横江左岸，位于Ⅷ地震区，进口端270m穿越冰水沉积层块石土和空洞，空洞距213国道仅7．24m，出口端位于冰水沉积层块石土陡坡下方，设计对空洞采用护拱和支撑墙，出口设拱形明洞和钢管桩地基。保证了隧道结构和运营安全。