高寒区隧道洞口段覆雪波纹钢棚洞减载方法研究

高寒区隧道洞口段易受上方覆雪及落石影响,采用现有大跨径波纹钢棚洞会产生较大变形和失稳,影响边疆公路运行安全。为此,依托某线路隧道洞口段波纹钢防雪棚洞项目,从拱效应及加筋桥减载原理出发,运用有限元软件构建了EPS板、EPS板+加筋雪、EPS板+加筋冰等10种减载方案的三维波纹钢棚洞模型,研究不同减载方案对棚洞应力、棚洞变形和覆雪压力的影响,对比分析棚洞受力变形特征及减载效果,筛选出最优减载方案。结果表明:施加减载材料后,棚洞上方覆雪压力均不同程度分散到棚洞两侧,减小了棚洞结构的受力;随着覆雪高度增加,减载效果更显著,其中30 cmEPS板+加筋冰组合式方案的减载效果最佳,棚顶应力减少32.72%,棚顶位移减小22.63%;针对波纹钢棚洞的减载问题,建议隧道洞口30 m范围内采用30 cmEPS板+加筋雪方案,距隧道口30 m以外范围可采用30 cmEPS板+加筋冰方案。

山区公路装配式钢棚洞的开发与应用研究

为有效提升山区公路高位崩塌地质灾害防护技术,采用1∶1原型试验和数值仿真试验方法,对研发的新一代装配式钢棚洞装备的设计理念、施工方法、冲击动力响应等进行研究。结果表明:装配式钢棚洞施工速度快,安装风险小,防护能级可达2 000 kJ,并将其成功应用于S467线地灾防治工程,具有大范围推广的价值。

柔性钢棚洞在山区公路安全防护中的应用研究

在山区公路建设中,经常会遇到来自高山陡坡的落石,威胁着施工、维护人员及过往行人车辆的安全。以山西某隧道出口的柔性钢棚洞为例,在对落石运动分析的基础上,使用有限元数值模拟软件模拟落石撞击钢棚洞的过程,分析钢棚洞结构各构件能量、轴力的变化,利用柔性钢棚洞计算理论对拟建结构进行设计验证。结果表明:柔性钢棚洞能够有效阻止滚石滚落,保证道路的安全运行。

柔性钢棚洞在落石冲击中的防护应用研究

随着落石防治的不断发展,柔性钢棚洞以透光性好、造价低等优势在落石防治中具有广阔的前景。但目前对柔性钢棚洞的研究在内部结构应力等方面仍有空白。以某公路隧道出口针对落石防治设置的柔性钢棚洞为例,研究落石下落的轨迹和最大冲击能量,利用数值模拟的方法,对设计的柔性钢棚洞的内部结构进行分析,最后辅以能量法对已有棚洞进行计算验证。结果表明,在落石对柔性钢棚洞的冲击中,柔性网中支撑绳吸收了大部分的能量,钢拱架受到的最大压力为拉力的2倍左右。

复合垫层钢棚洞抵抗落石冲击性能研究

工程上常用砂土垫层来缓冲棚洞结构的落石冲击力,但砂土的自重很大,增加了静载作用下结构的内力。由于EPS泡沫材料密度轻、缓冲性能好,本文考虑在砂土垫层中用EPS材料替换部分砂土形成复合垫层,减小落石对棚洞结构的冲击力。基于室外大尺度模型实验,建立了落石冲击作用下EPS复合垫层钢棚洞结构的数值计算模型。不同落石高度下,实验方法获得的测点处的应力时程曲线和数值结果吻合较好,说明了本文建立的数值模型的可靠性。在此基础上利用该数值模型研究了复合垫层对落石冲击的缓冲效果。结果表明:在垫层总厚度不变的前提下,复合垫层的缓冲性能优于砂垫层。EPS厚度越大,棚洞结构受到的冲击力越小,主梁的应力、挠度均减小。但是EPS材料的最大压缩量以及承受的压应力随着EPS厚度增加而增加,这不利于EPS继续承受冲击力。因此,在确保钢棚洞安全的基础上,需要考虑使用EPS材料的经济性,选择最优的EPS厚度。

宝成铁路109隧道出口钢棚洞施工组织

针对"5·12"汶川地震造成的宝成铁路109隧道出口边坡垮塌灾害,介绍了采用门式钢结构棚洞进行防护的施工组织设计,具体阐述了各施工环节的资源配置和实施方案,并提出了一系列保证措施,经实践取得了良好效果,从而保障了列车安全运行。

钢棚洞结构设计探讨

使边坡的锚喷支护与钢棚洞结构有机结合,可最大限度地保持山体稳定并保护生态环境,避免边坡山体不稳定而产生的落石、滑坡、坍塌等灾害发生。通过对冲击最不利位置处的有限元数值模拟分析表明:这种结构体系是合理的,其变形与受力满足相关规范要求。

S210线轻钢结构滚石防护棚洞动力响应与优化研究

以2013年芦山7.0级地震生命通道S210线滚石灾害防治为背景，在崩塌滚石灾害特征调查和研究的基础上，根据S210线应急抢险的需求，提出一种新型轻钢结构滚石防护棚洞技术：采用钢板和槽钢为主骨架，双层钢板夹EPS材料为顶板，并将顶板设为20＆#176;～25＆#176;以提高抗冲击能力。通过动力有限元数值模拟，开展滚石冲击荷载下轻钢结构棚洞动力响应机理与优化设计研究。计算结果表明：轻钢结构棚洞具有较强的抗滚石冲击能力，能承受1500 kJ滚石冲击能量，且施工方便快捷，不影响正常交通，是S210线应急保通较为理想的滚石防护措施。目前轻钢结构棚洞已在S210线滚石危险区段投入使用，效果显著，对确保震后S210线畅通和灾后重建发挥了重要作用，也可在类似山区公路滚石灾害防治中推广应用。

柔性棚洞在陡崖落石灾害防治中的应用研究

晋(城)-济(源)高速公路山西晋城段拍盘隧道(K1081+266)出口为隧接桥,最大的桥墩高差约为50 m,洞顶边坡坡体陡峻、岩体裸露、节理裂隙发育,自通车以来共发生8起崩塌落石事件。针对拍盘隧道出口隧接桥现状和应急抢险要求,分析了落石产生坠落原因、类型和落石运动规律,并利用LS-DYNA对柔性钢棚洞进行冲击模拟,结果表明:在相同的防护能级条件下,柔性钢棚洞在结构受力、施工、环保以及经济性等方面有显著的优势,适用于交通应急工程,可为类似工程提供参考和借鉴。

新型棚洞在既有线桥隧相连隧道仰坡病害整治中的应用与发展

山区既有铁路地形复杂,地质结构多变,河流环绕,峡谷陡峭,势必会存在桥隧相连且隧道口仰坡高陡的情况。受限于当时的修建条件,隧道口高陡的坡面未能得到有效的防护,随着铁路使用时间的不断增长,坡面逐渐风化,极易造成崩塌落石,危及行车安全,需要及时整治。本文以朔黄铁路寺铺尖隧道入口山体崩塌落石病害整治工程为依托,分析了柔性钢棚洞在既有线桥隧相连隧道仰坡病害整治中的优势与劣势,对后续存在相同问题的铁路既有线病害整治工程提供一个参考。

隧道漏斗状巨型溶洞处治技术研究

以大关至永善高速新坪隧道施工过程中遇到的漏斗状巨型溶洞为例,选取节能环保、可靠性、经济性、施工工期、可操作性、运营维护、行车舒适性7种指标,采用模糊数学多目标层次分析法建立综合模糊评价体系,研究了改线避绕、回填暗挖、回填+明洞、桥梁+明洞、桥梁+钢棚洞五种方案,最终计算得到“桥梁+钢棚洞”为新坪隧道漏斗状巨型溶洞最优处治方案。

都(江堰)—汶(川)高速沙坪大桥桥面柔性滚石防护技术研究

沙坪大桥是都汶高速公路沙坪隧道出口跨岷江大桥,受隧道出口段高陡边坡危岩影响,严重危害桥面及行车安全,需要对沙坪大桥桥面进行滚石灾害防护。提出了一种新型柔性轻钢结构滚石防护棚洞,它由钢拱圈、支撑钢管、双层柔性防护网以及拱圈支座金属耗能器、拱圈橡胶垫层共同组成,通过动力有限元计算与模拟进行结构优化,确保给定滚石冲击能量下拱圈支座响应力小于桥面T型梁翼缘板的抗冲切强度,在此基础上进行了新型柔性滚石防护棚洞结构设计并付诸实施,目前工程已经竣工验收并投入使用,对确保都汶高速公路顺利通车和行车安全发挥了积极作用。

小平地隧道进口危岩落石分析及整治设计

根据成昆铁路小平地隧道洞口岩体结构发育分布情况,结合三维激光扫描技术解释,确定落石的最大直径及方量;通过落石模拟计算,分析危岩体的运动特征,包括落石落下的最大可能位置、弹跳高度和能量等;分析采用被动防护网和钢棚洞相应的安全性,在保证铁路运营安全的前提下合理确定整治措施的规模,进而提出了洞口防治的综合处理措施。该设计思路、落石防护结构型式具有代表性,对今后类似工程的处理具有很好的参考价值。

既有沪昆铁路水城至六盘水区间危岩落石整治方案研究

安顺至六盘水铁路在水城站接轨后利用既有沪昆铁路水城至六盘水区间进入六盘水站,段内危岩落石较严重,线路左侧临近城市。文章结合该区间地形、地质条件及危岩落石情况,综合考虑施工工期、防护落石效果、运营维护难易程度、工程投资等因素,对水城至六盘水区间危岩落石整治研究了钢筋混凝土棚洞、柔性钢结构棚洞和波纹板棚洞三个方案,给出了相对较优的方案,以期对类似工程有所借鉴。