铁道工程学报

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于腾群

铁道工程学报. 2019, 36(1): 1-5.

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研究目的: 近年来,中国高铁取得了长足的发展,中国高铁的国际化问题越来越成为社会各界关注的焦点。中国高铁具有成本低、工期短、路网规模大、运营速度高等特点,具有全产业链是中国高铁的突出优势。采用何种模式进入国际高铁市场？是高铁相关企业分别独立地推进国际化进程还是将高铁工程建设、装备制造、运营管理、投融资作为一个整体开展国际竞争是中国高铁国际化首先要解决的问题。
研究结论: (1)高铁相关企业分别独立地进行国际化(部分国际化)与高铁产业整体国际化互为补充、相互促进;(2)对外直接投资是中国高铁国际化的发展方向;(3)以投资人身份,整合高铁全产业链和投融资,参与国际高铁项目的全生命周期,能够推动中国高铁的整体国际化,也实现了中国高铁部分国际化与整体国际化的统一;(4)以投资人身份推动中国高铁整体国际化的模式是经实践检验的、切实可行的模式,是可以复制和推广的。

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徐盐客运专线穿越郯庐断裂带工程对策研究

杨岳勤

铁道工程学报. 2019, 36(1): 6-11.

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研究目的: 郯庐断裂带是一条现今仍在活动的巨型强震构造带,为确保徐盐客运专线穿越活动断裂带铁路工程的安全性,通过对郯庐断裂带稳定性分区和评价、工程地质选线、试验与研究,提出修建路基、桥梁、站场等结构工程对策与措施。
研究结论: (1)铁路穿越活动性断裂带,工程地质选线应优先绕避活动断裂或尽量从断裂较窄、活动较弱处通过的走向方案;(2)全新世活动断裂F₅断裂破碎带对铁路工程影响最大,不应设置桥梁工程,应采用路基方式通过;(3)晚更新世活动断裂F₃断裂破碎带对铁路工程有一定的影响,原则上不应设置特殊结构、高墩、大跨桥梁;(4)大阻尼双曲面减隔震桥梁支座的减隔震效果显著,满足强震作用下桥梁抗震设计要求;(5)通长式加筋路堤在跨断裂带区域具有更好的整体性和更加安全的沉降稳定性;(6)管桩复合地基具有更好的抗震性能;(7)本研究成果对以后类似条件地区的铁路工程建设具有指导意义。

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级配对粗颗粒硫酸盐渍土溶陷特性的影响

吴亚平, 梁浩, 魏明强, 王茂靖, 蒲增刚, 唐科行

铁道工程学报. 2019, 36(1): 12-16.

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研究目的: 随着高速铁路在盐渍土地区的不断发展,盐渍土的溶陷特性导致的高铁路基沉降问题越来越突出。为解决高速铁路在盐渍土地区由溶陷特性导致的路基沉降问题,本文将级配类型作为粗颗粒盐渍土溶陷特性的主要影响因素进行精细化分析,探究级配类型对粗颗粒硫酸盐渍土溶陷特性的影响。
研究结论: (1)在硫酸钠含量相同的情况下,级配类型中粗颗粒的占比增大时,粗颗粒的骨架作用会抑制溶陷的发生,溶陷量会随之减小,在0.1%的低硫酸钠含量情况下抑制作用最明显,粗颗粒级配比细颗粒级配的溶陷系数减少了68.57%;(2)粗颗粒盐渍土的溶陷量随着硫酸钠含量的增加而增大,硫酸钠含量每增加1%,五种典型级配的溶陷系数平均增加0.01;(3)随着硫酸钠含量的增大,硫酸钠对粗颗粒盐渍土溶陷特性的影响程度减小;(4)本研究成果可为粗颗粒盐渍土地区高速铁路地基处置及路基设计提供依据和参考。

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石灰桩处理岛状多年冻土地基现场试验研究

程佳, 赵相卿, 金兰, 孟进宝, 蔡汉成

铁道工程学报. 2019, 36(1): 17-20.

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研究目的: 作为一种较为成熟的地基处理方法,石灰桩主要应用于加固软土地基、湿陷性黄土地基、道路路基加固以及纠偏加固危房等方面,对其加固原理已开展了较多研究。但利用石灰桩的放热作用来处理高温岛状冻土地基,相关研究较少。本文通过现场试验,从地温、变形、承载力三个方面对石灰桩处理岛状多年冻土的应用效果进行评价,并对石灰桩处理高温岛状冻土地基的施工工艺进行总结。
研究结论: (1)石灰桩处理冻土地基时,关键要注意控制配料的质量,确定合适的含水率,保证配料拌和夯填的连续性;(2)桩径40 cm、桩间距1.2 m条件下,生石灰含量50%的石灰桩能在施工后一周内完全融化桩周冻土且地基土达到最高温;(3)石灰桩复合地基变形在施工后一周内基本完成,试验测得地基土和桩的变形以竖向膨胀为主,石灰桩的膨胀挤密基本消除了冻土融化可能产生的融沉;(4)利用石灰桩处理岛状多年冻土地基能达到融化冻土、加固融土的效果,试验研究成果可为石灰桩处理岛状冻土的实际工程提供借鉴。

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直排式真空预压在吹填土地区的应用研究

丁军霞

铁道工程学报. 2019, 36(1): 21-25.

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研究目的: 直排式真空预压法消除了砂垫层、滤管、滤膜对真空荷载传递的阻尼作用,比常规真空预压法具有更好的加固效果。但现有试验多将直排区和常规区位于不同的真空系统下,真空度加载规律不一致,故本文试验采用同一真空系统,以便对直排式真空预压法的加固效果进行比较。
研究结论: 将直排区和常规区布置在同一张密封膜下,使用同一真空排水管网进行处理,现场试验结果表明:(1)经直排式真空预压法处理后,土的各项物理力学指标均好于常规真空预压区;(2)对试验的地基沉降数据采用沉降曲线推算固结度,得出直排区的固结度高于常规真空预压法;(3)直排式真空预压法具有施工成本低、真空能效利用率高、加固时间短、加固效果好等显著效果;(4)本研究成果对直排式真空预压处理吹填土路基有一定的指导作用。

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HDPE网沙障布设角度对风沙流结构特征的影响

李凯崇, 刘贺业, 孔令伟, 薛春晓, 张芳

铁道工程学报. 2019, 36(1): 26-30.

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研究目的: HDPE网沙障作为一种常见的阻沙措施,被广泛地应用于公路铁路等风沙灾害防护领域,能起到较好的效果。本文主要依托现场调研和风洞试验等手段,探讨HDPE网沙障布设角度对风沙流结构特征的影响,并分析其布设方式对整体防护效果的贡献,为后期风沙防护工程设计和施工提供借鉴或参考。
研究结论: (1)在0°～90°范围内,HDPE网沙障和风向夹角的大小与其平均风力消减效果呈正相关变化,在18 m/s风速下,30°夹角沙障的风力消减率为61.4%,60°为70.2%,90°时可达到75.8%;(2)沙障阻沙率随夹角的大小呈现一定的不规则变化,在近地表,角度越大,阻沙率越高;之后随着高度的增加,夹角大小对阻沙率的影响不大;(3)沙障夹角大小与障后低速区长度呈正相关变化,在90°时其障后低速区(风速＜7 m/s)的长度可达24H(H为沙障高度),之后随着角度的减小,低速区长度呈现急剧下降趋势;(4)沙障夹角大小与障后积沙量呈现明显的正相关变化,90°时障后积沙范围和积沙量最多,风沙防护效果最优;(5)本研究结果对于铁路公路等领域的风沙灾害防治工程具有一定的借鉴指导意义。

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高速铁路三维线形参数及其对列车运动的影响

魏庆朝, 李鸣, 吕希奎, 李敏, 时瑾

铁道工程学报. 2019, 36(1): 31-37.

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研究目的: 为避免传统二维设计方式出现的设计差错,明确线路的三维曲线线形对高速列车运动的影响,以微分几何不变量曲率、挠率为参数,并结合三维曲线的Frenet标架,建立线路三维线形设计指标以及列车三维运动学模型,然后分析三维线形参数对线路走向及对列车运动特性的影响。
研究结论: (1)任何线路的走向及形状都可以通过曲率、挠率及Frenet标架进行表达,以此为参数建立的列车运动学模型可准确反映列车运动状态;(2)二维设计易产生设计差错,并不能准确评价列车的运动状态;(3)线形参数对列车加速度、急动度起主导作用,其中曲率决定了加速度的大小,但横、竖向加速度大小也受控于Frenet标架的侧倾;急动度由曲率变化率、挠率产生,其中曲率变化率是急动度是否超限的关键因素;(4)为避免设计差错,在高速、超高速铁路设计中应引入三维线形设计方式。

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大秦重载铁路75 kg/m钢轨伤损特点及规律

田常海

铁道工程学报. 2019, 36(1): 38-42.

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研究目的: 为获得钢轨伤损类型、伤损沿钢轨横截面分布、钢轨伤损随月份(季节)分布规律、钢轨每公里重伤量与累计通过总重变化规律,本文利用太原局提供的大秦重载线2011年至2016年钢轨伤损台账及车站里程图,将线路分为线路区间和站区,进行钢轨自上道至下道完整使用周期内伤损统计分析。
研究结论: (1)包含站区与不含站区钢轨伤损类型及其所占总伤损的百分比相差不大;(2)钢轨伤损主要是焊接伤损、核伤、擦伤和孔裂伤损,重车线钢轨伤损主要是焊接伤损;(3)钢轨伤损主要发生在轨底和轨头,轨腰伤损占比不足14%;(4)钢轨重伤量随月份变化,冬季12月～2月份钢轨重伤量是夏季6月～8月份钢轨重伤量的2.1倍;(5)钢轨上道初期伤损主要表现为冶金和焊接质量伤损,中后期表现为疲劳伤损,无论是母材还是焊接或者是总钢轨月度重伤量,都随累计通过总重呈波浪形波动;(6)无论是母材还是焊接或者是总钢轨累计每公里重伤量,都与累计通过总重呈二次函数关系,钢轨累计重伤量随累计通过总重呈二次函数关系上升,但不存在“突变点”;(7)月钢轨重伤量高点变化决定累计钢轨重伤量与累计通过总重关系变化趋势;(8)本研究结果可为钢轨使用和管理部门进行伤损检查、维修决策提供决策依据,为制定重载铁路钢轨换轨周期奠定基础。

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地铁常用减振轨道钢轨横向振动特性测试分析

农兴中, 魏晓, 李祥, 王平, 史海欧

铁道工程学报. 2019, 36(1): 43-47.

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研究目的: 地铁常用减振型轨道结构由于采用不同的轨道横向限位方式,改变了钢轨的横向振动特性。为研究不同减振措施对钢轨横向振动特性的影响,本文对国内某城市地铁2号线常用减振型轨道结构进行钢轨横向加速度导纳和横向振动沿纵向的衰减率的测试分析。
研究结论: (1)在频率100 Hz以下,减振垫浮置板道床的非刚性横向支承使得钢轨横向加速度导纳幅值大于普通DZⅢ-1型扣件整体道床,而钢弹簧浮置板轨道钢轨横向加速度导纳幅值在50 Hz以下大于DZⅢ-1型扣件整体道床;(2)GJ-Ⅲ型减振扣件的采用使得钢轨有着相对较低的横向弯曲共振频率,钢弹簧浮置板道床和减振垫浮置板道床的水平限位方式减弱了浮置板与基底的横向耦合,改变了200 Hz以下钢轨横向振动沿纵向的衰减率;(3)GJ-Ⅲ型减振扣件使得钢轨横向衰减率在中心频率2 500 Hz以下均小于DZⅢ-1轨道,并维持在较小的范围内,不利于减小钢轨横向振动产生的声辐射;(4)本研究成果对目前常用减振型轨道结构中钢轨横向振动特性的研究具有参考价值。

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列车脱轨撞击U型梁动力仿真模拟及损伤分析

张景峰, 韩万水, 景媛, 张楠, 李小珍

铁道工程学报. 2019, 36(1): 48-53.

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研究目的: 城市轨道交通U型梁在极端状况下会受到列车脱轨施加的侧向撞击作用,从而导致结构损伤破坏,威胁行车安全。本文采用显式动力有限元软件建立列车-U型梁碰撞模型,对碰撞全过程进行仿真分析,探讨两者之间的碰撞作用机理,并将计算结果与相关规范报告进行对比,最后分析U型梁的碰撞损伤模式。
研究结论: (1)根据列车-U型梁接触状态可将碰撞过程分为脱轨后自由运动、初始碰撞接触和后继碰撞接触三个阶段;(2)各个工况中列车的纵、横向碰撞力峰值均小于UIC规范建议值,横向碰撞力基本满足ACI报告建议值,列车减速加速度均接近或超过9.8 m/s²,大于ACI规范中建议的列车减速加速度值0.5g;(3)碰撞过程中车体动能绝大部分以摩擦形式耗散,初始动能较大的列车在单位时间内摩擦耗能较多,但其亦需更长接触摩擦过程使其停止;(4)列车减速过程中加速度越大,对于结构的损伤也就越严重,U型梁的碰撞损伤主要表现为翼缘混凝土剥落,腹板产生塑性应变,但结构整体未发生破坏;(5)本研究成果可为新建U型梁结构的防撞设计以及既有结构的防护措施制定提供参考。

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增设黏滞阻尼器加固铁路桥梁的减震控制分析

周长东, 高字, 陈阳, 张腾, 阿斯哈

铁道工程学报. 2019, 36(1): 54-58.

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研究目的: 基于大地震中铁路桥梁因为墩梁横向位移过大造成的落梁等破坏,本文提出在T梁和墩顶之间增设黏滞阻尼器对桥梁进行减震控制的加固方案。以采用圆端型桥墩的某混凝土简支双片式T梁铁路桥为例,通过ANSYS软件建立桥梁结构模型,选取4条地震动记录,分析地震作用下不同墩高时桥梁的动力响应;选取两种液体黏滞阻尼器的加固布置方案,分析不同的阻尼器布置位置对桥梁墩顶的横向位移以及墩梁横向相对位移的影响规律,研究阻尼器不同设计参数对桥梁耗能减震的效果,结合阻尼器优化得到的参数并最终选定一种效果较好的加固方案。
研究结论: (1)8度罕遇地震作用下,墩顶位移和墩梁相对位移较大,超出了铁路桥梁的允许位移值;(2)随着墩高的增大,墩顶位移随之增大,而墩梁相对位移的变化规律不明显;(3)本铁路桥梁加固时液体黏滞阻尼器的推荐参数为阻尼速度指数a=0.3,阻尼系数C=5 000 kN·(s/m)^a;(4)液体黏滞阻尼器能够显著降低地震作用下的墩顶位移和墩梁相对位移,消能减震作用显著;(5)本研究结论可用于既有铁路桥梁的抗震加固及减震控制。

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立体交叉隧道爆破动力响应和安全范围研究

朱正国, 杨利海, 王道远, 武杰, 孙明磊

铁道工程学报. 2019, 36(1): 59-64.

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研究目的: 目前矿山法在隧道施工中非常普遍,在交叉隧道施工中,隧道爆破施工对既有隧道的影响是近些年人们非常关注的问题。因此,研究常规爆破方式爆破对立体交叉隧道动力响应规律,确定安全振速标准及不同影响程度的安全范围。
研究结论: (1)新建下穿隧道施工至交叉位置时,既有隧道拱底和拱脚峰值振速较断面环向其他位置大,对爆破振动相对敏感,为薄弱环节,需重点关注;(2)爆破作用下位移对既有隧道的运营安全和结构安全都不会产生影响;(3)以振速作为评判标准,对新建隧道爆破施工下穿既有隧道全过程中既有隧道受到的结构破坏、影响运营和关注围岩等三种不同程度的影响范围进行了定量划分,并确定了相应程度的安全范围;(4)本研究成果可为立体交叉隧道爆破荷载作用下的抗震设计提供指导。

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采用总安全系数法对几个隧道设计问题的探讨

肖明清

铁道工程学报. 2019, 36(1): 65-69.

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研究目的: 目前复合式衬砌支护参数的设计以工程类比法为主,无法得出安全系数,因而设计施工中经常对锚杆设置、隧道承载主体、支护参数优化等问题存在争议。本文采用总安全系数法对这些争议问题进行探讨,并提出相关建议。
研究结论: (1)因实测锚杆轴力小而少设或不设锚杆,会降低结构的总安全系数;目前采用的砂浆锚杆耐久性不足,仅对施工阶段和运营初期的安全性有作用;如采用耐久性锚杆,则大部分隧道的喷层厚度可减少;(2)在满足施工和运营总安全系数的前提下,复合式衬砌可以有多种设计方案,且初期支护、二次衬砌都是承载主体,最为合理的方案除考虑经济性、耐久性等因素外,还应保证喷层与二衬具有合理的强度匹配;(3)建议根据地层条件、埋深、地下水发育情况进行支护参数的优化;(4)本研究成果可为隧道优化设计提供思路和方法。

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震后千枚岩与板岩互层隧道开挖变形控制技术

刘泽, 王勇

铁道工程学报. 2019, 36(1): 70-73.

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研究目的: 汶川至马尔康高速公路鹧鸪山特长隧道洞身通过千枚岩与板岩交互围岩,软硬不均地质频繁突变形成交互地层,受 “5·12”强震及不定余震影响,岩体褶皱曲折,层间地下水渗透软化千枚岩,而板岩节理面光滑,千枚岩软化层极易出现似“流体状态”的滑流,造成变形坍塌。为解决鹧鸪山隧道施工的变形坍塌难题,本文通过优化开挖方法和支护参数展开研究。
研究结论: (1)类似地层施工应遵循“先柔后刚、先放后抗、及时封闭、径向注浆加固、控制变形”的原则;(2)千枚岩遇水极易软化流失溜坍导致较大变形,提出类似水文地质隧道开挖预留变形值宜控制在20～35 cm;(3)宜采用三台阶预留核心土法开挖,台阶长度控制在3～5 m,台阶总长控制在25 m内,仰拱初支应及时封闭成环,其与掌子面距离宜控制在25 m内;(4)超前支护宜采用自进式中空注浆锚杆加固围岩;(5)富水地段应在初支背后加密埋设环向排水管,将初支背后散水归位,同时应充分考虑隧道突涌水量和营运排水需求,确定适宜的排水沟断面尺寸;(6)本研究成果可为川藏地区类似隧道工程的设计与施工提供参考和借鉴。

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铁路枢纽中心牵引变电所供电布局研究

楚振宇, 景德炎

铁道工程学报. 2019, 36(1): 74-79.

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研究目的: 随着我国铁路建设的快速发展,铁路枢纽规模不断扩大,多条铁路干线引入交汇的大型客站不断出现,设置在大型客站附近的牵引变电所馈线数量通常多达十几条,成为中心牵引变电所,在实际运行中存在越区供电支援能力不足、检修困难等问题。本文从铁路枢纽中心牵引变电所供电单元高度集中的特点出发,结合GIS开关柜集中布置等因素,对铁路枢纽中心牵引变电所供电灵活性和可靠性的提升措施进行分析和讨论。
研究结论: (1)在铁路枢纽大型客站附近设置两座单回进线单台主变的组合式中心牵引变电所供电支援能力强,但需与电力部门深入协商工程接口、计费方式等,以确定技术经济合理性和可实施性,该方式适用于新建铁路枢纽大型客站工程;(2)在既有铁路枢纽中心牵引变电所附近增建独立布置的27.5 kV高压室,将馈线按行别分段接线、分散布置,能有效提高供电支援能力,并提供较强的可靠性和可维护性,该方式适用于既有中心牵引变电所改造工程。

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LTE在悬挂式单轨车地无线通信系统中的应用

黄佳强

铁道工程学报. 2019, 36(1): 80-85.

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研究目的: 随着我国城市化进程的加快,地铁、轻轨等交通方式成为大城市解决交通拥堵和空气污染等问题的重要手段,但一些二、三线城市更加需要经济适用、中低运量的轨道交通方式。因此,本文对悬挂式单轨交通综合车地无线通信系统的技术体制、频率需求、系统功能以及系统架构进行深入研究和探讨。
研究结论: (1)TD-LTE作为悬挂式单轨车地综合无线通信系统方案无线通信平台,用于综合承载信号列控、调度集群通信、列车运行状态信息、PIS、CCTV等业务的无线传输,具有简化系统、节省系统维护费用等优点;(2)提出的一种基于LTE的悬挂式单轨交通车地综合无线通信系统设计方案,在保障CBTC业务高可靠传输的同时,通过单个LTE系统实现悬挂式单轨交通的CBTC、调度语音、车载PIS和CCTV等业务的综合承载;(3)本研究成果对城市轨道交通综合无线通信系统的长期技术演进有一定的指导意义。

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某地铁深基坑桩撑支护结构施工力学行为分析

周勇, 王惠君, 朱彦鹏

铁道工程学报. 2019, 36(1): 86-92.

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研究目的: 特殊红砂岩地层严重影响兰州地铁车站深基坑支护施工安全,因此研究特殊红砂岩复杂环境下深基坑施工力学行为迫在眉睫。本文以兰州地铁1号线东方红广场站深基坑桩撑支护结构为工程背景,依据现场监测结果和数值计算模型对比分析了围护结构、周边建筑物及地表沉降的位移变化规律。
研究结论: (1)数值模拟结果和现场监测结果对比分析表明,两者的结果相近,变化趋势基本一致,说明运用生死单元法对基坑开挖支护分析的结果可以为深基坑的设计与施工提供有效指导;(2)现场监测桩顶水平位移最大值为10.51 mm,小于30 mm的控制值,这说明咬合桩+钢支撑的支护结构可以有效地控制兰州特殊红砂岩地层基坑位移;(3)随着基坑开挖和支护的持续进行,桩身的前倾型变化曲线逐渐成为“鼓肚”形,最大测斜值为10.56 mm,发生于2/3倍的开挖深度附近;(4)随着基坑的不断开挖,周边建筑物距离车站越远,其竖向沉降位移越小;(5)基坑周边的最大沉降发生于距离基坑边缘1/3倍坑深处;(6)本研究成果可为兰州地区类似特殊地层地铁深基坑的设计与施工提供指导。

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复合立柱桩支承下深基坑围护结构变形性状

路林海, 王国富, 徐前卫, 孙红, 王永吉, 王丹

铁道工程学报. 2019, 36(1): 93-98.

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研究目的: 基坑工程中支护结构与主体结构相结合,不仅对基坑稳定性有着重要影响,而且还具有较大的工程应用价值。本文以济南轨道交通R1线演马庄西站基坑工程为例,针对车站主体结构永久立柱兼作竖向临时支撑这一新型结构形式建立三维数值计算模型,以挡墙围护结构的水平侧移作为基坑稳定和安全性评价指标,讨论立柱桩的插入比、直径和间距等因素变化对基坑挡墙结构侧移的影响,并给出在济南黄河厚冲积地层条件下深基坑支护体系中立柱相关参数的取值建议。
研究结论: (1)增加立柱桩插入比对围护桩的约束起到的作用有限,类似条件工程的插入比建议值为0.5~0.7;(2)立柱桩直径为400 ~500 mm时,能够有效地限制围护桩的水平侧移;(3)立柱桩间距对围护桩的水平侧移存在一定的影响,类似条件工程的立柱桩间距建议值为7.5~9.5 m;(4)本研究成果可应用于采用新型支护方法的深基坑工程设计与施工中。

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2019年, 第36卷, 第1期　
刊出日期：2019-01-15

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