铁道工程学报

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靖凤鸣

铁道工程学报. 2017, 34(11): 1-4.

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摘要：研究目的：铁路枢纽总图规划是《中长期铁路网规划》的重要支撑，铁路枢纽总图总体格局在具体总图规划实际操作中较难把握，本文通过对2002年启动的相关铁路枢纽总图规划背景及优缺点分析、对我国经济社会结构现状分析、发展趋势进行分析和展望，分析枢纽总图规划与城市经济社会发展关系，重点探讨大型铁路枢纽总图规划中的枢纽合理研究范围以及枢纽环形线路、编组站、客运站、综合物流基地布局方案、总体格局，以期为铁路枢纽总图规划研究方向提供借鉴。研究结论：（1）枢纽总图格局规划与城市经济社会发展规划联系紧密；（2）正确解读国家层面以及所在枢纽城市的经济社会中长期发展规划对于做好枢纽总图规划非常重要；（3）枢纽总图规划范围可以适当突破行政区划限制；（4）规划年度路网构成及新线客运专线、城际铁路大量增加，枢纽总图格局需将客运系统格局规划提高到一个新的层次；（5）该研究成果可供铁路枢纽及铁路地区总图规划、站场及枢纽设计参考。

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挡沙墙开孔方式与阻沙效果的关系研究

李凯崇,石龙,蒋富强,薛春晓,孔令伟

铁道工程学报. 2017, 34(11): 5-8.

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摘要：研究目的：挡沙墙作为一种常见的工程阻沙措施，主要起拦截过境沙物质、保护铁路建（构）筑物的作用。关于挡沙墙的作用机理，已开展了大量研究，并取得了较为显著的成果；但对墙体开孔方式与阻沙效果之间的关系则研究过少。基于此，本文主要是通过对不同开孔方式下挡沙墙周边流场形态和阻沙率的研究，来优化挡沙墙的设计参数，以期为后期铁路风沙防护工程设计和施工提供参考依据。 研究结论：（1）挡沙墙周边的积沙量与墙体开孔角度呈现一定的正态分布特征，当墙体开孔为135°时，积沙量达到最大；（2）气流经过挡沙墙时，其水平流场呈现“V”字形变化，气流在墙体处风速达到最低；（3）挡沙墙的阻沙率随高度呈现不规则的拱形变化，在1 m高度以下，135°开孔的挡沙墙阻沙率最高，45°次之，0°最低；（4）挡沙墙前后的积沙形态呈现抛物线形，135°开孔挡沙墙背风侧积沙的抛射角最大，线性最陡，沙脊线距离墙体最远，更有利于清理搬运；（5）该研究结果对于挡沙墙的设计和施工具有一定的借鉴指导意义。

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富水红层路基碎石改良填料力学特性试验研究

徐华1,张毅博1,张杰1,游关军2,王歆宇1

铁道工程学报. 2017, 34(11): 9-13.

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摘要：研究目的：为解决富水区红层黏土路基含水率高、无法压实等问题，本文通过向原状土中掺入一定粒径配比的弱风化红层泥岩碎石，制成不同级配和含水率的改良填料，然后进行重型击实试验、大型直接剪切试验及无侧限抗压强度试验，以获得满足铁路路基填筑要求的填料方案。 研究结论：（1）红层原状土通过掺入弱风化泥岩碎石可有效降低原状土的含水率，改良填料的最优含水率为10.26%，最大干密度为 2.22 g/cm3；（2）最优含水率时改良填料的黏聚力c 为29.336 kPa，内摩擦角φ为32.86°，相较于红层天然原状土抗剪强度有明显的提高；（3）改良填料的无侧限抗压强度在含水率为8.85%时最大，达到518.80 kPa，随着含水率的增加其逐渐降低；（4）通过混合弱风化红层泥岩碎石与红层黏土的改良填料，不仅没有改变红层黏土特性，而且能有效降低原状土填料含水率，增加抗剪强度和抗变形能力，改良后填料的含水率和压实性能满足《铁路路基设计规范》要求；（5）该改良方案可为西南富水红层地区铁路路基基床以下路堤填筑工程提供参考。

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动荷载与冻融相互作用对高铁路基沉降的影响

金立强,李洪升,刘增利,邢怀念,李达,李书卉

铁道工程学报. 2017, 34(11): 14-18.

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摘要：研究目的：近年来，我国高铁发展迅速，高铁路基沉降问题引起工程界高度重视。季节冻土区路基沉降问题研究尚属起步阶段，相关的研究还有待深入。本文从季节冻土地区高铁路基特点出发，针对高铁动荷载与冻融循环过程的相互作用，研究路基沉降的类型、机理及发展变化规律，给出路基沉降量的计算模式及方法，并给出算例加以验证。研究结论：（1）动荷载与冻融循环相互作用，在不同循环阶段产生沉降的性质与机理也不相同；(2)季节冻土地区路基沉降分为压缩沉降、压密沉降和热融沉降,从沉降量大小分析，冻土升温融化阶段产生的沉降量最大；（3）沉降量主要受土中的成分如气体、未冻水及矿物颗粒的影响，在动荷载作用下孔隙率变化是影响沉降的重要因素；（4）本研究成果可为季节冻土地区路基设计、维修等提供参考，也可为高铁路基沉降控制设计及施工提供依据。

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非开挖支挡结构在高铁路堑变形治理中的应用

张占荣

铁道工程学报. 2017, 34(11): 19-24.

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摘要：研究目的：高速铁路无砟轨道路基工程变形控制要求极为严格，为保证列车运营的舒适性、安全性，运营高速铁路几乎不允许路基出现任何变形。某高速铁路在运营过程中一段路堑边坡坍滑变形，严重影响其运营安全，针对该段高速铁路行车密度大、行车时速高、施工风险大的特点，提出微扰动非开挖支挡结构与风险管理相结合的处理方案。 研究结论：（1）采用钢管微型桩跟管钻进潜孔钻施工后再通过锁口梁连成整体，可以有效遏制边坡变形、提高边坡稳定性，施工过程中对路基边坡扰动小，是高铁变形病害整治的一个重要原则和思路；（2）运营高速铁路变形病害整治施工风险安全等级高，将风险管理理念纳入工程设计领域，对治理方案风险因素进行了识别，并制定了详实的风险处理对策，是确保高铁变形病害整治成功的关键措施；（3）整治工程实施后路堑边坡变形得到了有效遏制，至今路堑变形稳定，实现了行车条件下高速铁路无砟轨道路堑边坡变形病害的整治，微扰动非开挖支挡结构与风险管理相结合的高铁变形病害整治技术可为今后高铁路堑变形病害治理提供参考和借鉴。

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双块式轨枕道床横向阻力试验与力学分析

井国庆1,强伟乐1,贾文利1,姚力2

铁道工程学报. 2017, 34(11): 25-28.

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摘要：研究目的：道床横向阻力是保持轨道几何形位及无缝线路横向稳定性的重要参数。随着有砟轨道运营技术条件复杂化，对轨枕设计和选型提出更多挑战，发展更加安全、可靠、经济、可用轨枕技术方案成为研究热点。针对国内有砟道床上铺设双块式轨枕及其横向阻力研究较少的情况，本文通过进行一系列工况下双块式轨枕和Ⅲc型轨枕横向阻力试验，研究双块式轨枕横向阻力基本特性与影响规律。 研究结论： (1)在相同道床断面条件下，双块式轨枕横向阻力高于Ⅲc型轨枕，前者较后者提高幅度13.6%~25.5%；(2)砟肩宽度增加，双块式和Ⅲc型轨枕的道床横向阻力均提高，但增长效果无明显差异；(3)砟肩堆高能显著提高双块式和Ⅲc型轨枕的道床横向阻力，如当砟肩堆高从0 mm增加到150 mm时，道床横向阻力分别增加4.2 kN(51.9%)、〖JP〗2.7 kN (38.0%)，即砟肩堆高对双块式轨枕更有效；(4)本研究结论可为双块式轨枕在我国轨道工程上的应用奠定理论和试验基础。

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简支梁桥上有轨电车嵌入式轨道纵向力分析

冯青松1,孙魁1,罗信伟2,刘庆杰1,张鹏飞1

铁道工程学报. 2017, 34(11): 29-32.

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摘要：研究目的：因桥上无缝线路梁轨相互作用较为复杂，桥梁和轨道结构的受力与变形特性成为国内外学者的热点研究问题。为研究温度荷载、列车荷载和制动荷载作用下轨道结构的受力与变形规律及影响因素，根据嵌入式轨道的特点，本文通过建立嵌入式轨道桥上无缝线路有限元模型，计算伸缩力、挠曲力和制动力三种工况下轨道结构的受力与变形情况，并分析梁体温差、高分子材料纵向阻力和墩台纵向刚度对伸缩力的影响。研究结论： (1)嵌入式轨道的线路纵向阻力和垂向刚度均为线性变化，且轨板相对位移限值为6.2 mm；(2)轨道结构的受力和变形均随着梁体温差的增加而线性增加，允许梁体温差为38 ℃；随着线路纵向阻力的增加，钢轨纵向位移和伸缩力逐渐增大，而轨板相对位移则逐渐减小；桥梁墩台纵向刚度对轨道结构的受力和变形影响较小；(3)在挠曲力和制动力工况下，轨板相对位移和钢轨附加力均较小，故在设计时应重点关注伸缩力工况；(4)当梁体温差和轨温变化幅度为30 ℃时，钢轨强度和轨板相对位移均满足要求，因此在32 m简支梁上铺设有轨电车嵌入式轨道无缝线路是可行的；(5)本研究成果对桥上有轨电车嵌入式轨道设计具有参考价值。

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圆端形耐候钢管混凝土轴压短柱力学性能研究

丁发兴,傅强,方常靖

铁道工程学报. 2017, 34(11): 33-37.

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摘要：研究目的：为研究耐候钢管混凝土的受力性能，本文结合4根耐候钢管混凝土轴压短柱试验展开研究，采用ABAQUS有限元软件进行模拟计算，并结合试验和有限元方法分析比较耐候钢管混凝土轴压短柱与普通钢管混凝土轴压短柱力学性能的差异。研究结论： (1)耐候钢材拉伸性能试验表明耐候钢材与碳素钢的力学性能相似，文中采用的钢材本构关系对耐候钢适用；(2)增加内约束箍筋后，对耐候钢管混凝土轴压短柱的极限承载力、延性以及钢管对混凝土的约束作用均有较大幅度的提高；(3)耐候钢管混凝土短柱试验研究、有限元分析结果均表明耐候钢管混凝土轴压短柱静力力学性能与钢管混凝土试件无显著差异；(4)本研究成果可为耐候钢管混凝土短柱力学性能研究提供借鉴。

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悬索桥吊索张拉及索鞍顶推降温法数值分析

张海顺1,王玉银2

铁道工程学报. 2017, 34(11): 38-42.

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摘要：研究目的：当大跨度自锚式悬索桥跨越通航流域不能采用常规支架法施工主跨钢箱梁时，首次应用“先斜拉，后悬索”的总体施工方案，该方案中最重要的过程就是斜拉桥向悬索桥的结构体系转换。针对体系转换中吊索张拉及主索鞍顶推在数值模拟中的实现，本文应用与无应力状态控制法相通的降温法进行分析。以该方法为指导，分析模拟建成后是世界上最大跨度 600 m的鹅公岩自锚式悬索桥的体系转换全过程，阐述基于 ANSYS的斜拉-悬索两个缆索支撑系统耦合模型中各个关键构件的单元选取及其参数确定的方法和技巧。 研究结论：通过数值模拟计算得到体系转换过程中关键构件在整个过程中的变化规律，获得结论如下：(1)利用无应力索长可以将两种独立的斜拉-悬索缆索支撑系统实现耦合模型进行体系转换研究；(2)降温法是将吊索的建模长度降温至其无应力索长来模拟吊索张拉的过程，也可以模拟将主索鞍的预偏量分步降温至接近于零而实现主索鞍的顶推；(3)本文所研究降温法适用于计算大跨径自锚式悬索桥中体系转换过程中吊索张拉和主索鞍顶推分析。

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高烈度区实体双薄壁矮墩连续刚构桥抗震设计

张永亮,卢肖素,陈兴冲,王云

铁道工程学报. 2017, 34(11): 43-47.

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摘要：研究目的：以高烈度区实体双薄壁矮墩连续刚构桥为研究对象，以桥梁下部结构的整体抗震性能为分析重点，基于三水准设防目标，提出实体双薄壁矮墩连续刚构桥的延性抗震体系选择方法，系统探讨实体双薄壁矮墩的截面尺寸、纵筋配筋率与结构抗震性能的关系。 研究结论：（1）对于高烈度区连续刚构桥实体双薄壁矮墩，应根据桥墩的剪跨比判断其破坏模式，并选择相应的延性抗震类别和设计方法；（2）在多遇地震激励下，主墩截面尺寸及配筋设计由纵桥向地震反应控制，随着墩壁厚度的增加，主墩控制截面纵桥向弯矩显著增大，且增幅显著大于横桥向激励的结果；(3)在横向罕遇地震激励下，因实体双薄壁矮墩横桥向的剪跨比较小，桥墩横桥向只能采用完全弹性或基本弹性结构，导致桥墩及桩基的配筋率显著增大，成为控制桥梁下部结构设计的主要因素；（4）纵向罕遇地震激励下，壁厚增大，主墩塑性转角需求减小，在壁厚与纵筋配筋率的三种组合条件下，主墩塑性铰区截面塑性转动能力均能达到“大震不倒” 的抗震性能需求，且其变形能力安全储备基本相当；(5)该研究成果可为类似桥梁的抗震设计提供参考。

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日温下高铁桥墩位移与钢轨变形的映射关系

吴斌1,林志华1,曾志平1,谢宏2,饶惠明3

铁道工程学报. 2017, 34(11): 48-52.

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摘要：研究目的：日照温度作用下，桥梁墩身向阳和背阳侧产生温差，从而导致墩顶发生横向位移，进而引起梁体、轨道横向偏移，最终使桥上钢轨产生横向不平顺。为指导桥墩设计和轨道养护维修，本文以高速铁路双块式无砟轨道-简支梁桥为研究对象，采用单位载荷法，分析墩顶横向位移与温差、墩高、墩宽的关系；基于线-桥-墩相互作用原理，推导墩顶横向位移与钢轨变形的映射关系，并提出相应的解析表达式。 研究结论：（1）日照温度作用下桥墩墩顶位移与截面方向温差和墩身高度平方成正比，与其截面横向宽度成反比；（2）钢轨随桥墩墩顶横向移动产生的变形与其横向位移成正比，并与扣件间距、钢轨横向抗弯刚度等参数有关；（3）基于墩顶横向位移和钢轨变形之间映射关系的解析表达式，可以根据墩高、墩宽、桥墩温度差等参数，十分方便地得到钢轨横向变形曲线，对于指导桥墩设计和轨道养护维修具有参考价值；（4）本研究成果对于研究桥上其他单元式无砟轨道桥墩横向位移与钢轨变形的映射关系具有参考价值。 

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铅芯橡胶支座多向受力力学性能试验研究

王建强1,耿佳硕1,赵卓2

铁道工程学报. 2017, 34(11): 53-58.

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摘要：研究目的：目前，对铅芯橡胶支座力学性能的研究主要是基于支座的水平单向压剪试验，然而，在实际地震中橡胶支座处于多向受力状态下，因而有必要对支座在多向受力状态下的力学性能进行研究。本文采用低周反复循环加载试验方法对铅芯橡胶支座进行水平单向压剪试验和水平双向压剪试验，研究多向受力对支座力学性能的影响，并对水平双向压剪作用下支座的剪切性能进行模拟。研究结论：（1）与水平单向压剪作用下相比，铅芯橡胶支座在水平双向压剪作用下的耗能能力、屈服力、屈服后刚度、水平等效刚度和等效阻尼比均有一定程度的减小；（2）根据铅芯橡胶支座在水平单向压剪作用下剪切性能的经验公式，可以较为有效地模拟支座在水平双向压剪作用下的剪切性能，但在压应力较大时计算值和试验值有较大误差，使用时应予以关注；（3）该研究成果对隔震结构的设计和分析具有参考价值。

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包气带隧道气相释压效应与气相释压集聚水

许增荣

铁道工程学报. 2017, 34(11): 59-63.

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摘要：研究目的：地下水位以上包气带隧道施工或运营期间出现渗水或小股涌水现象的成因和机理一直困扰着人们，且往往对工程有着重要且长期的影响。本文通过对隧道开挖后土体固、液、气三相变化的分析，找出与隧道周边水分变化相关的主要影响因素，揭示隧道周边围岩形成饱和含水带并出现渗水的成因和机理，合理解释明确处于地下水位以上且无上层滞水地段隧道渗水问题，并提出关于隧道气相运移以及关于围岩局部地下水的全新概念。 研究结论：（1）包气带气相压力随高程降低增加的梯度在年内约多数时间段大于大气压力的增加梯度，亦即隧道围岩岩土体气相压力周期性大于同高程大气压力；（2）隧道开挖后在气相与大气压力差驱动下，导致产生岩土体气相收敛集聚运动，以及与之相伴的一系列水汽运移、吸附、转化现象，本文称为隧道开挖的气相释压效应，并认为该效应为隧道开挖所产生的除应力场变化以外的另一重要变化；将由此产生的局部饱和地下水称为气相释压集聚水,该地下水的溢出是包气带除局部为上层滞水导致以外的隧道渗水的主要原因；（3）本文研究内容主要用于隧道等地下工程的工程地质及水文地质勘察。 

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昔格达地层隧道围岩灾变特征及致灾因子研究

王志杰,周平,徐海岩,侯伟名,雷飞亚,王李,刘川昆

铁道工程学报. 2017, 34(11): 64-67.

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摘要：研究目的：西南地区面积分布较为广阔的昔格达地层，因其遇水易泥化等特点严重影响着成昆铁路沿线隧道工程的建设，因此对其展开研究具有一定的现实与工程意义。本文对昔格达地层隧道围岩破坏形态进行现场调研，通过现场采样、室内试验、数值模拟、现场监测和理论分析等手段对昔格达地层隧道围岩灾变特征与致灾因子进行深入研究。研究结论：（1）隧道穿越昔格达地层出现灾变数量多，尤其出现拱顶沉降、水平收敛过大、仰拱隆起基底突泥和掌子面塌方等典型灾变模式；（2）昔格达地层隧道围岩含水率在0%~25%范围内时，拱顶沉降、水平收敛、仰拱隆起和掌子面挤出变形等位移变化趋势较为一致，开挖过程中随着含水率的逐渐增大，隧道围岩变形越来越明显，当含水率从25%渐变到30%时，各部位的位移变化急剧增大，含水率在30%时，隧道各部位的累积沉降值达到隧道灾变状态，因此可将含水率25%定为昔格达地层隧道灾变临界值，含水率30%定为昔格达地层隧道围岩灾变值；（3）通过建立灾变因子指标体系，构造判断矩阵并赋值，利用层次分析法确定各因子的权重，灾变源因子影响权重最大的为昔格达地层自身地质及岩体力学性质因子0.625 0 ，其次是水文地质因子0.238 5，水文地质因子主要为地下水指标影响最大；（4）本研究结论可为西南地区昔格达地层隧道安全快速施工提供指导。

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高速铁路牵引回流不平衡性指标分析

马九洋

铁道工程学报. 2017, 34(11): 68-71.

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摘要：研究目的：在新建高速铁路联调联试和动态检测过程中，由于缺乏对于牵引回流指标的检测方法和限值要求，从而影响高铁工程的建设质量和动态验收。本文针对当前检测标准中的回流指标检测缺项，提出高速铁路牵引回流不平衡性指标考核参数，制定分等级判据，以期为高速铁路综合接地系统工程整改、动态检测和动态验收提供依据。研究结论：（1）将铁路上下行贯通地线回流不平衡系数作为牵引回流不平衡性的分析指标，经过差异显著性检验，认为贯通地线不平衡系数只需制定一套质量判据，不必区分线路类型；（2）将上下行贯通地线回流不平衡系数取值范围分为β≤0.43 和0.43<β≤0.70分别作为工程质量优良与合格的判别区间，超出区间的数值判定为较差等级；（3）该研究成果适用于新建高速铁路工程联调联试和动态检测中的综合接地系统动态检测，其他采用综合接地系统的新建铁路工程可参照施行。

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石家庄无水砂层盾构选型分析

尚艳亮1,鲍林2,师文君2

铁道工程学报. 2017, 34(11): 72-76.

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摘要：研究目的：随着盾构法施工隧道技术在城市地铁建设中的推广和应用，盾构选型成为盾构施工过程中的关键环节。本文针对无水砂层土压平衡盾构施工中的盾构选型问题，研究盾构选型对地表沉降的影响，并总结选型规律。基于石家庄地铁的无水砂层盾构施工数据对几个区间的盾构选型作出评价，从而找出关键影响因素。 研究结论：（1）在该地区选用面板式刀盘、40%开口率的小松盾构机所造成地表沉降值为11～14 mm；（2）在该地区选用复合式刀盘、35%开口率的海瑞克盾构机所造成地表沉降值为7～10 mm ；（3）当进行盾构选型时应选择合适刀盘型式，优先考虑小开口率和小刀盘扭矩的盾构机型，以此提高开挖面的稳定性，减小盾构开挖所造成的不良影响；（4）本研究成果可为类似隧道工程的盾构选型提供参考依据。

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盾构开挖引起的地层位移空间分布预测模型

张晋勋1,江华2,程晋国2,江玉生2,曲行通2

铁道工程学报. 2017, 34(11): 77-81.

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摘要：研究目的：盾构施工引起地层位移是城市地铁建设中不可忽略的问题。目前，大多数沉降预测方法是针对地表的，缺乏对地层位移空间分布的具体研究。基于此，本文以北京地铁14号线为工程背景，采用数值分析手段研究地层内部沉降及其影响范围与地表的联系，提出一种基于地层位移沿横向和纵向分布公式相结合的空间分布预测方法，并与现场实测进行对比验证。研究结论：（1）盾构前后地层任意横剖面的地表沉降槽宽度系数与其最终值基本一致；（2）地表及地层内部沉降槽都呈现正态分布形式，随着埋深增加，沉降槽最大值呈现幂函数的非线性增长规律，沉降槽宽度系数呈现幂函数形式的非线性减小趋势；（3）任一点的地层位移与地表最终沉降值、沉降槽宽度系数、地层损失率等有关；（4）该研究成果可为类似地质条件盾构施工引起地层位移的空间预测提供理论依据。

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PPP项目市场需求风险与分担机制研究

王均山

铁道工程学报. 2017, 34(11): 82-87.

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摘要：研究目的：目前，国家在公共基础设施建设领域大力推行PPP模式，而市场需求是PPP项目的关键风险因素之一。本文通过整理归纳相关研究文献，分析了我国PPP项目市场需求风险的产生原因、影响、理论依据和风险分担偏好，结合项目实例，提出了风险分担建议。 研究结论：（1）市场需求风险产生受竞争风险、社会经济发展、预测缺陷不足和政府决策变化等诸多方面影响，不仅直接影响项目实际收益，而且间接影响投资者对项目和政府的信心；（2）基于市场需求风险分担需坚持最适宜原则（由谁分担、何时分担以及如何分担），项目在事前、事中和事后三阶段的需求风险分担侧重点不同；（3）不同的PPP项目面临的现实问题不同，市场需求风险分担比例及实现路径需根据具体情况进一步研究细化和科学决策；（4）本研究成果对提高PPP项目风险管理效率具有理论指导和借鉴意义。

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2017年, 第34卷, 第11期　
刊出日期：2018-01-05

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