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采用掘进支护一体机施工的大断面隧道仍采用与钻爆法隧道相同的支护参数,可能存在工法适配性不佳问题.为此,依托成渝中线伍家湾隧道开展支护结构内力现场监测,分析隧道初期支护结构受力特征.结果表明:隧道系统锚杆轴力最大值的平均值为13.4 kN,锚杆平均承载效能仅8.9％,拱部系统锚杆大部受压,未能发挥承载效能;钢架压、拉应力均值分别为137.8 MPa、3.6 MPa,标准差分别为27.9 MPa、2.8 MPa,实测应力离散性较大,但均未超过钢材屈服强度;隧道初期支护结构最小安全系数平均值4.3(受压控制),为规范控制基准值的2倍以上.对于采用掘进支护一体机施工的大断面铁路隧道,现有隧道支护结构设计偏于保守;在保障结构安全的前提下,可优化拱部系统锚杆和型钢架设计,以进一步降低工程造价.
掘进支护一体机大断面隧道机械开挖支护结构受力特征
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为探究某高原深埋铁路隧道喷射混凝土的早龄期静力学性能演化规律与损伤特征,对4种龄期试件开展了X射线衍射试验、单轴压缩试验和CT扫描试验,获取了早龄期喷射混凝土水化产物分布、应力-应变曲线和CT切片结果.采用3种本构模型,对无量纲应力-应变曲线进行拟合,并结合分形理论对切片裂纹分布特征进行定量分析.结果表明,随水化进程的发展,喷射混凝土早龄期性能逐渐提升,5 d龄期抗压强度达到设计值90%以上.在3种本构模型中,过镇海模型的相关系数超过94%,修正后可以得到早龄期喷射混凝土本构模型.龄期为1、3、5、7 d的喷射混凝土平均盒维数分别为1.764 8、1.776 2、1.759 2、1.761 7;相比之下,1、3 d龄期时的盒维数更大,说明其裂纹不规则程度更高,几何特征更复杂,整体损伤更严重.
喷射混凝土单轴压缩CT扫描本构模型分形
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[目的]为解决管幕法隧道结构参数设计过程中地表沉降控制与工程经济性难以兼顾的问题,依托佛山市河东中心路下穿隧道及引道工程,开展管幕结构参数优化研究.[方法]首先,结合现场监测结果建立管幕法隧道三维有限元模型;其次,设置不同钢管直径、壁厚及净间距组合工况,系统分析各结构参数变化对地表沉降及管幕受力响应的影响;随后,基于数值模拟结果构建样本数据集,采用随机森林(RF)方法建立管幕结构参数与地表沉降之间的映射模型,以地表沉降和工程造价最小为目标,利用 NSGA-Ⅱ算法进行全局寻优,获得 Pareto 最优解集,对最优方案进行综合排序以确定管幕结构参数建议取值.[结果]当管径由 800 mm 增至 1 100 mm 时,沉降值降低 11％,综合考虑沉降控制效果与工程经济性,管幕参数建议取值为钢管 Φ1050 mm、壁厚22 mm、净间距300 mm.与原设计相比,优化后造价适度增加11.3％,地表沉降有效减小 8.9％.[结论]钢管直径对地表沉降的影响最大,基于 RF-NSGA-Ⅱ 的方法能够较好地反映管幕结构参数、地表沉降和工程造价之间的关系,可提高管幕法隧道参数设计的定量化水平,并为工程安全性与经济性协调优化提供参考.
铁路隧道管幕法随机森林算法参数优化NSGA-Ⅱ
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[目的]我国幅员辽阔,地质构造复杂,地质灾害频发,已成为制约铁路建设安全、运营效率及全生命周期成本的核心因素,尤其在西南、西北艰险山区,传统以土石方工程量为主导的选线模式难以应对复杂地质环境挑战,亟需系统总结并升级地质选线技术体系,从源头规避风险.[方法]采用历史文献分析与工程案例实证相结合的方法,系统回顾中国铁路地质选线技术自 20 世纪 40 年代至今3 个发展阶段,在"西南三十条"传统选线原则基础上,整合 80 余年工程实践经验与教训,提炼涵盖河谷、大高差、越分水岭、不良地质与特殊岩土、重点桥渡及辅助工程在内的"五大铁路地质选线原则"技术体系,并选取成昆铁路、成达万高铁、郑万高铁及大瑞铁路等典型线路区段进行实例验证.[结果]该技术体系核心在于变被动治理为主动规避:河谷选线强调"多跨、中长隧、栈桥绕避";大高差地段采用"高位选线"策略提前脱离复杂河谷斜坡;越分水岭选线优先采用长隧道方案;不良地质选线坚持"避重就轻、择优选线";重点桥渡选址遵循"线位服从桥位、桥位服从地质"原则.[结论]该技术体系从单一工点拓展至区域地质环境整体优化,实现地质选线的系统化与规范化,可为复杂山区铁路规划设计与安全运营提供技术支撑;地质选线应服务于运输选线,二者融合是最终目标.
铁路工程地质选线技术原则选线实例
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[目的]焦柳铁路铜柱 3 号隧道进口边坡地形陡峻、植被茂密,受外力扰动易发生危岩落石,传统调查难以精准识别,亟需开展密林覆盖条件下危岩精细识别及地震动力稳定性分析.[方法]利用机载 LiDAR 获取高密度激光点云数据,经地面点分类、植被滤除和人工复核后构建精细的真实地表模型,再结合工程地质资料建立有限差分数值计算三维模型,利用 FLAC3D 开展植被覆盖下边坡地震动力响应分析.[结果]机载 LiDAR 可有效提取密林覆盖下陡坎、岩壁、凸出岩脊及危岩带边界等微地貌特征,为复杂边坡精细建模提供可靠地形基础;在设计地震动作用下,边坡整体变形较小,最大总位移为0.202 cm,主要集中于陡崖上缘及左侧"鳍脊"状凸出部位.铜柱3 号隧道进口边坡在设计地震作用下整体处于基本稳定状态,但陡崖上缘、局部凸出危岩体及强风化危岩带仍为潜在动力敏感区,应作为铁路运营期重点巡查、监测与防护对象.[结论]研究成果可为密林覆盖区铁路危岩边坡灾害识别、动力稳定性评价及风险防控提供参考.
铁路边坡机载LiDAR密林覆盖区FLAC3D地震动力响应危岩落石
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青藏铁路具有海拔高、海拔跨度大、长大隧道群等特点,为了研究轨道工程车机械通风设备在青藏线隧道内运行时对风机的影响特性,文章采用 CFD 仿真对平原和高原隧道环境行车开展了流体力学计算及分析.结果表明:车辆低速运行时,平原环境、高原隧道环境及设备安装位置对风机进风量均无显著影响;车辆高速运行时,平原明线工况下,车顶风机进风量平均减少 11.65%,车底风机进风量减少 4.8%;高原隧道工况下,车底风机进风量减少 10.26%,车顶风机进风量平均减少 22.32%.此外,车顶不同安装位置对风机进风量产生显著影响.通过仿真确定了海拔高度、隧道环境以及设备安装位置对机械通风类设备供风能力影响的基本规律,提出了机械通风类设备在轨道工程车上的基本布置准则,研究结果可为高原隧道环境下轨道工程车设计提供思路和建议.
轨道工程车机械通风设备供风能力高原隧道计算流体动力学
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长距离过江铁路隧道盾构掘进及地中对接施工,是当前大直径水下隧道建设中面临的关键技术难题.文章以南京上元门过江通道工程为背景,针对该工程面临的复杂地质条件、高水压大埋深环境、超长距离掘进及地中精准对接等施工难点,从长距离高水压掘进控制策略、盾构机密封性能、刀盘选型与换刀技术、刀盘结泥饼防治措施,以及地中对接施工工艺5个方面展开系统论述,重点梳理并明确盾构地中对接施工的整体流程,并提出相应的改进措施与创新性技术方案,以期为同类水下盾构隧道工程的设计施工提供参考和借鉴.
过江铁路隧道盾构地中对接长距离掘进
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对中国铁路隧道运营、在建及规划的盾构及 TBM 隧道进行统计分析,截至 2025 年底,运营铁路隧道中共有 81 座隧道采用了盾构或 TBM 施工,总长度约 422 km;在建铁路隧道中共有 139 座隧道采用了盾构或 TBM 施工,总长度约 890 km,约占在建铁路隧道总长度的 12.5％.按 7 大地理区域分布统计,结果显示 80％的盾构隧道分布在我国的华东和华南地区、83％的 TBM 隧道分布在我国的西南和西北地区.对盾构隧道近接设计施工情况进行统计分析,提出盾构隧道在通过铁路、城市轨道交通、高等级公路等建(构)筑物选线时的控制距离及主要的防护措施.最后统计我国目前盾构及 TBM 隧道的长度、最大埋深、刀盘直径、最大水压、掘进进度等.
盾构隧道TBM隧道双模盾构近接施工
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特长隧道多工作面协同爆破施工中,横洞交叉口 CO 因时空叠加导致局部体积分数超标与持续暴露时间延长等安全问题.为揭示爆破间隔、爆破顺序与污染物叠加效应的内在关联规律,以某特长铁路隧道 1 号横洞带平导工区为工程依托,采用现场实测、数值模拟、正交试验与评价体系构建相结合的综合方法,现场布设 4 个监测断面以获取 CO 体积分数演化数据,并基于 Fluent 软件建立三维数值模型,设计"爆破间隔(3/5/10 min)—爆破顺序(a—b—c,b—c—a,c—a—b;其中 a、b、c 为工作面)"两因素三水平正交试验.在此基础上,构建"强度-时长-体积分数"三维评价体系,并结合熵权法与极差分析量化关键影响因素.研究表明:1)峰值叠加系数是影响叠加效应的主导因素,爆破顺序主控体积分数峰值与超标时长.2)基于三维评价与熵权法评分结果,c—a—b爆破顺序搭配 3 min 间隔的综合评分最优.3)若兼顾累积体积分数控制效益,则 c—a—b 顺序搭配 10 min 间隔为工程推荐方案.4)三维评价体系可实现叠加效应的精细化量化,研究提出的"优先优化爆破顺序、针对性调控爆破间隔"协同策略,能够有效削弱污染物叠加效应,为特长隧道多工作面交叉口施工污染物安全管控提供理论支撑与工程参考.
特长隧道多工作面爆破横洞交叉口CO体积分数叠加效应数值模拟三维评价体系
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针对盾构隧道近距离下穿既有桩基建筑物时易引发结构沉降超限的工程难题,该文以某城际铁路盾构隧道下穿某工业园区为工程背景,采用了GTS NX软件进行数值模拟,并结合盾构掘进过程中施工监测数据,研究了盾构磨桩对地表与建筑物的影响程度,并探究加固措施的合理性及桩基变形影响机理.结果表明:① 地表沉降呈隆起趋势且较小,而建筑物沉降显著大于地表沉降,盾构磨桩通过阶段引起的沉降占总沉降量的65%以上,是核心风险源,双线叠穿产生的二次扰动效应使桩基沉降较单线工况增大约40%,导致建筑物最大沉降达-21.66 mm;② 地层注浆+筏板基础托换联合加固对结构位移的控制效果良好,使桩基沉降平均减小5.2～6.1 mm(降幅35%～40%),成功将大部分点位沉降控制在允许范围内;③ 侵入隧道净距小于0.5D的桩基变形最为剧烈,上部结构刚度效应引起了"群桩协同变形",抑制了差异沉降但加剧了整体沉降.研究成果可为盾构隧道下穿既有砌体结构桩基建筑物的风险控制与加固设计提供参考.
盾构隧道数值模拟砌体结构建筑沉降桩基变形下穿施工加固措施
