铁道工程学报

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周福军, 杜世回, 孟祥连, 王军伟, 吴金生, 马涛, 马银龙, 王栋, 李均宏

铁道工程学报. 2021, 38(12): 1-6.

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研究目的：随着我国西部大开发重大工程战略的深入推进,青藏高原地区的轨道交通项目越来越多,钻探作为铁路工程勘察中最直接获取地质岩芯资料和测试数据的勘探方法起着至关重要的作用,而青藏高原地势艰险、地质情况复杂、生态环境脆弱,给钻探工作带来极大挑战。在此背景下,提出多角度综合钻探模式,攻克诸多钻进和钻孔测试技术难题,为川藏铁路的勘察工作顺利进行提供坚实的技术基础。
研究结论:(1)构建了适用于高原山区的“水平、斜向、竖向”多角度综合钻探模式,针对无法进场的长大埋深隧道勘察钻孔点位,采用斜孔、水平孔定向钻探与竖直孔钻探联合勘察;(2)创新和改进国产化钻机,发明了复杂地层高效钻头,构建了复杂地层多角度连续取芯、轨迹控制钻探技术体系,创建了成套的超深水平连续取芯钻探方法;(3)创新和发明超深水平钻孔内全孔壁超声成像、钻杆输送无电缆存储式测井系统和超深水平钻孔地应力测试方法,建立了适应高原地区尤其是超深水平钻孔孔内综合测试方法;(4)通过长大架空索道运输综合保障系统、环保泥浆技术和岩芯储存基地建设,实现了青藏高原生态敏感区的绿色勘探;(5)本研究成果可为类似地区开展勘察工作提供借鉴。

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空天地测绘新技术在川藏铁路勘测中的应用

王义, 梅熙

铁道工程学报. 2021, 38(12): 7-12.

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研究目的：川藏铁路沿线区域地形地质条件极其复杂,高海拔、大高差,测区山高谷深、江水湍急,往往人迹罕至。环境条件极其艰险,开展接触式测量极为困难,甚至难以完成。在这种情况下,需采用空天地一体化测绘新技术,综合利用卫星遥感、IMU/DGNSS数码航空摄影测量、低空无人机摄影测量、机载LiDAR测量、倾斜摄影实景三维建模、地面三维激光扫描测量、建立北斗卫星连续运行基准站、多源数据融合和建立三维地理信息数据库等技术,充分发挥各种技术手段的优势,开展高效、安全的测量工作。
研究结论:(1)通过研究高分辨卫星影像广域测图技术,确定了卫星影像像控点布设方案,实现了少量控制点条件下大面积1 ∶10 000地形图及数字正射影像图制作;(2)研究数码航空影像精确解算IMU/DGNSS及分区布点技术,实现了适量像控点联合POS数据分块平差,完成了川藏铁路全线1 ∶2 000制图工作;(3)在重点工程区域,开展机载LiDAR、地面三维激光扫描技术研究,实现了利用航测方法采集1 ∶500工点地形图和基于三维大场景采集1 ∶200断面图;(4)研究基于北斗建立连续运行基准站技术,建设高精度北斗卫星导航定位基准站网,可为川藏铁路提供精确的高时空分辨率位移场、速度场信息,形成高分辨率的动态时空基准;(5)研究倾斜摄影实景三维建模以及多源数据融合和建立三维地理信息数据库技术,建立三维选线虚拟踏勘平台、三维地质判释平台,为铁路智能设计、BIM正向设计做好铺垫工作;(6)本研究成果可推广应用于川藏线等复杂艰险山区铁路勘察设计工作。

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成渝中线高铁主要工程地质问题及减灾选线

陈明浩, 张广泽, 丁文富, 付开隆, 王朋

铁道工程学报. 2021, 38(12): 13-18.

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研究目的：成渝中线高铁位于四川盆地内,是继川藏铁路后推动时速400公里级高速铁路关键技术研究的新纪元工程,沿线工程地质和水文地质条件较为复杂,需要详细查明主要工程地质问题,开展减灾选线研究,从源头规避地质灾害风险,以期为成渝中线高铁防灾减灾服务。
研究结论:(1)成渝中线高铁建设主要面临煤矿及锶矿采空区、岩溶及岩溶水、缓倾软质岩层、有害气体、高温热水等工程地质问题;(2)针对本线对地基变形控制、结构可靠度、安全风险防控等要求极为严格,创新提出了各类主要工程地质问题立体空间绕避或通过的地质选线原则;(3)根据地质选线原则,选择了工程地质条件相对较优、工程风险可控的铜梁取直和经大足、铜梁方案;(4)本研究成果对类似工程地质条件的高速铁路建设具有借鉴意义。

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郑万高铁鄂渝段主要地质灾害与地质选线

邹远华, 曾德建

铁道工程学报. 2021, 38(12): 19-24.

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研究目的：郑万高铁鄂渝段位于秦岭与大巴山东延段神龙架地区腹地,地形地质条件极其复杂,岩溶及岩溶水、危岩落石、滑坡、库岸稳定等地质问题严重控制着线路方案比选和工程设置。本文结合沿线工程地质条件,深入开展地质选线工作,制定地质选线原则,以期达到防灾减灾的目的。
研究结论:(1)岩溶及岩溶水、危岩落石、滑坡、库岸稳定为郑万高铁鄂渝段主要不良地质;(2)针对本线的主要工程地质问题,提出了复杂地质条件下铁路地质选线原则;(3)岩溶是本线主要的不良地质体,控制线路方案和工程设置,复杂岩溶地区选线应遵循“先绕避、短通过、抬高程、傍河边、靠既隧、顺坡排、浅覆盖”的原则;(4)对各方案地质条件进行综合比选,利用选线原则选定了工程地质条件相对较优的线路方案;(5)本研究成果可为类似地质条件下高速铁路地质选线提供依据和参考。

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铁路线位通用服务系统研究与开发

柳忠杰

铁道工程学报. 2021, 38(12): 25-28.

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研究目的：研发一套通用的铁路线位相关处理模块,利用线路平纵断面数据,以动态方式提供线位相关信息的实时计算与查询,为各种有需求的专业软件研发提供支持,实现代码重用。
研究结论:(1)把铁路线位处理功能封装为通用的独立模块,将静态表述铁路线位的平纵断面数据,以动态的方式为各种专业软件开发提供实时计算与查询,是一个可行的解决方案;(2)经多个软件研发项目应用验证,使用该软件开发组织模式可以实现代码高效重用,方便软件维护;(3)作为多专业协同设计平台作业模式的一种补充,以通用的方式开发独立的功能服务模块,为各种专业软件开发提供支持,可以促进专业设计软件的融合发展,也是面向服务的软件开发思想的一种尝试;(4)本研究成果可广泛应用于与铁路线位相关的软件研发领域。

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邻近地铁砂层基坑微变形动态控制及监测研究

于廷新

铁道工程学报. 2021, 38(12): 29-34.

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研究目的：深厚砂层基坑开挖及降水极易造成邻近地铁位移超标,鲜见敏感高级模型数值分析及动态调整研究。依托武汉某紧邻地铁的深厚砂层基坑,采用敏感环境下小应变土体硬化高级模型进行三维数值模拟,创新性地提出支撑动态调整,通过研究及监测得出土体、桥墩和桩基变形特性以及微变形控制对策。
研究结论:(1)结合栈桥设计加强支撑布置及刚度,可有效减小桥墩位移的40%,由8.8 mm减为5.3 mm,降至控制标准内;(2)桥墩顶相对桩基顶因转角而位移放大明显,达1.5倍,故应严控桩基变形,桩基变形在基坑底存在显著转折点;(3)桥墩最大位移处与支撑平面计算最大位移处位置相同,数值分析与实际监测基本一致;(4)应在基坑与桥墩间设嵌入隔水层的超长止水帷幕,推荐采用TRD;(5)应采取检测、抽水试验、动态监测等多重措施确保止水帷幕质量;(6)本研究成果可供富水砂层地区地铁旁类似基坑借鉴。

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川藏铁路表生地质灾害分布特征及防治对策

徐正宣, 张利国, 宋章, 张广泽, 冯涛, 王哲威, 伊小娟, 欧阳吉, 张晓宇

铁道工程学报. 2021, 38(12): 35-39.

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研究目的：川藏铁路雅安至林芝段浅表生地质灾害十分发育,前期控制铁路的选线和工程设置,后期影响铁路建设和运营安全。本文基于既有资料的解析、遥感解译、地质调绘及数理统计等,分析沿线表生地质灾害的发育分布特征及对工程的影响,并提出相应的防治对策,以期为川藏铁路后续开展灾害动态监测预警工作、安全施工和运营提供支撑。
研究结论:(1)测段表生地质灾害具有沿河谷呈条带状集中分布、与活动断裂共生性的特点,受断裂带和构造活动影响显著;(2)在暴雨和地震等极端条件下,沿线崩滑灾害的发育程度和易发性趋强,工程设置需考虑崩滑灾害堵江风险;泥石流在气候变化、地震活动作用下具有周期性活动的特点;冰湖溃决灾害在全球变暖的过程中具有增加的趋势;(3)基于防灾减灾选线原则,绕避或以隧道形式下穿的方式规避了99%的滑坡(2 668处)、98%的泥石流(1 551条)、99%的冰湖(353处),规避了重大地质灾害对工程的影响;(4)针对滑坡采取按分区、分级防治的原则和截排水、抗滑支挡等综合整治措施;针对泥石流采取形成区固床护坡、流通区分级拦挡、堆积区排导和消能等综合防治措施;针对冰湖溃决通过设置高墩大跨、预留泄洪通道等工程防护措施。

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桩板结构路桥过渡段的动力学仿真分析研究

秦旗

铁道工程学报. 2021, 38(12): 40-44.

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研究目的：在西宝高铁项目路基设计过程中多处采用了埋入式桩板结构,为了判定其与桥梁连接处的过渡段的实际工程表现,对这些过渡段进行动力学仿真模拟计算,并将计算结果与一般传统过渡段进行对比分析。希望这种过渡段设计和仿真计算的方法能为今后的高铁路桥过渡段设计工作提供借鉴和参考。
研究结论:(1)桩板结构过渡段的车体竖向振动加速度、轮轨竖向力、车轮减载率、基床竖向位移和基床表面应力在动力响应过程中均处于较低水平的平稳变化,没有出现过大的突变,具有更好的稳定性;(2)桩板结构过渡段无论是对列车行驶的安全性、乘客感受的舒适性,还是对路基本体结构的作用等方面都有显著的积极效果;(3)动力学特性仿真计算这种方法对于桩板结构过渡段在设计前期的性能评判有很高的可靠性,可为高速铁路路基过渡段设计方案的选择提供借鉴和参考。

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孟加拉高速铁路建设方案研究

魏邦成, 孙海富, 菅三虎

铁道工程学报. 2021, 38(12): 45-49.

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研究目的：孟加拉国规划新建高速铁路衔接其国内最大的两个城市,对项目通道内经济、交通运输规划及运量分析研究,并进行功能定位分析,比较分析提出设计速度目标值。从运营、工程等多角度,就开展客专与客货混两方案进行对比分析。
研究结论:(1)通道内客货需求旺盛,本线主要满足客运需求,既有线增二线改造完成后主要承担货运及短途客流;(2)为保证本项目具有较强的客流吸引能力,旅行时间应当在1 h左右,兼之考虑建设经济性,设计速度推荐采用250 km/h;(3)本项目预测客运量大、线路能力趋于饱和,若考虑兼顾货运则仅能在线路空闲时间内承担少部分轻快货运,同时客货混方案将引起新增额外的工程措施及投资,故推荐采用客专方案;(4)本研究成果对新建铁路建设方案研究具有参考价值。

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轨道交通场段钢弹簧浮置板减振轨道刚度研究

陈罄超, 和振兴, 孙建树, 苏成

铁道工程学报. 2021, 38(12): 50-55.

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研究目的：对于进行上盖物业开发的车辆段和停车场,为了有效降低振动的影响,通常选用减振型轨道结构。钢弹簧浮置板是其中减振效果较好的轨道结构,但其目前只运用在车辆运行速度较高的正线。有必要对速度一般不超过30 km/h的车场线用钢弹簧浮置板减振轨道支撑刚度的合理取值范围进行研究。基于车辆-轨道耦合动力学理论,建立三维动力学仿真模型,研究钢弹簧浮置板减振轨道支撑刚度变化对车辆、轨道系统动力学响应的影响规律。
研究结论:(1)随着钢弹簧浮置板减振轨道支撑刚度降低,减振效果显著提高,轮轨力和车辆运行平稳性指标有所降低;(2)车场线内钢弹簧支撑刚度降低到4 kN/mm时,虽然钢轨垂向位移超出了《浮置板轨道技术规范》的要求,但其减振效果提高了37.4%,轮轨力、钢轨加速度和车体加速度均未超出正线工况下对应的响应值;(3)本研究对车场线用的新型钢弹簧浮置板减振轨道是有必要的,结果可为类似工程提供借鉴和参考。

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高等减振轨道过渡段设置方案研究

伍卫凡

铁道工程学报. 2021, 38(12): 56-60.

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研究目的：整体道床无砟轨道与高等减振无砟轨道刚度差异较大,连接处钢轨垂向位移和受力变化剧烈,本文建立车辆-轨道-过渡段动力分析模型,对比8种过渡段设置方案对钢轨垂向位移、钢轨挠度变化率和车体垂向加速度的影响,研究高等减振过渡段结构最优设置方案,并分析不同车速下列车垂向加速度以及钢轨挠度变化率的变化规律。
研究结论:(1)较不设置过渡段,设置过渡段后钢轨最大挠度变化率下降幅度在50%~61%,车体振动加速度下降幅度在43%~65%;(2)过渡段长度从2块板增至3块板时,同一过渡级中钢轨最大挠度、车体垂向加速度变化不甚明显;(3)建议二级过渡采用刚度为0.03 N/mm³,三级过渡采用刚度为0.046 N/mm³-0.03 N/mm³;(4)当车体速度由80 km/h增至140 km/h时,车体最大垂向加速度由0.026 m/s²增至0.046 m/s²,增幅为77%;(5)本研究成果可为城市轨道交通高等减振过渡段工程设计提供参考。

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大跨度钢管混凝土拱桥吊杆更换关键技术研究

王菲

铁道工程学报. 2021, 38(12): 61-67.

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研究目的：我国20世纪90年代修建的拱桥已陆续服役20~30年,吊杆的更换问题已逐步提到管养部门日程上来。本文以3×168 m钢管混凝土拱桥为例,针对吊杆更换工程中的关键问题展开论述,以期对类似工程起到一定的借鉴作用。
研究结论:(1)吊杆使用期大多小于规范规定的20年设计使用年限,吊杆的设计应为后期管养与更换预留充分的条件;(2)吊杆更换工程应采用桥梁建设年代的设计荷载,可遵循容许应力法按吊杆安全系数控制设计,或按承载能力法用结构重要性系数、作用分项系数、材料分项系数进行综合表达;(3)采用桥面相对高差作为桥面线形控制指标更为有效,其限值可通过使裂缝宽度达到极小值时反求桥面板内力,进而通过内力求得桥面变形限值的方法获得;(4)可采用桁架单元模拟临时吊杆和新吊杆,只受拉单元模拟旧吊杆,逐级加载、卸载可通过替换体外力的形式施加;(5)设计中尚应对未更换的旧吊杆和新吊杆进行受力检算,并控制索力偏差不大于20%,同时还需检算施工过程中的桥面变形;(6)本研究成果可应用于中、下承式拱桥吊杆的更换工程。

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远距离无源铁路监测信息采集系统

刘立海, 王巍, 石先明

铁道工程学报. 2021, 38(12): 68-73.

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研究目的：大量铁路区间轨旁监测信息的传输通常采用有源方式,但其供电及传输系统建设成本高、维护难度大。基于此,本文研究采用背向散射(backscatter)通信技术和无人机,设计远距离无源铁路监测信息采集系统,以降低铁路区间轨旁监测信息传输系统的建设成本和维护难度。
研究结论:(1)提出了完全无源的背向散射节点架构,设计了能反射LoRa信号的低功耗调制方式,系统分析了背向散射节点的能量收集效率和工作功耗;(2)利用无人机机动性高的特点,在无人机上搭载信号源和接收端的信息采集模块,实现沿着铁路自主巡航采集传感器信息;(3)室外部署和铁路环境测试表明,可以实现90 m以上的通信距离;(4)本文所研究的远距离无源铁路监测信息采集系统可应用于铁路区间监测信息的收集。

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基于集中式交直交电源的铁路供电方案研究

汪淳

铁道工程学报. 2021, 38(12): 74-80.

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研究目的：我国铁路电力供电电源通常优先采用外部公共电网中的可靠电源,但部分铁路接引公共电网可靠电源困难,或是接引电源线路过长、工程造价高、建设难度大。针对以上问题,本文提出一种由牵引供电系统供电的设计方案,牵引供电系统中牵引变电所牵引侧母线作为电力供电电源,采用集中式交直交电源设备将单相电源变换为三相电源为电力贯通线供电。建立Matlab/Simulink仿真模型对该系统进行计算和分析论证,获得集中式交直交电源设备使用情况下电能质量及其对牵引供电系统的影响规律和效果。
研究结论:(1)基于集中式交直交电源供电方案的供电质量能够满足铁路电力供电的需求;(2)集中式交直交电源适用于接引外部公共电网电源困难的铁路电力供电。

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基于新理念的广州枢纽客站分工及改扩建研究

李杰

铁道工程学报. 2021, 38(12): 81-88.

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研究目的：广州铁路枢纽既有路网基本成型于十年之前。本文结合地方城市总体规划,本着助力建设轨道上的粤港澳大湾区为目标,对广州铁路枢纽内客站布局、分工及改扩建进行研究。
研究结论:(1)增加佛山站为枢纽辅助客站,方便佛山市域内居民就近乘车,缓解广州市公共交通系统的压力;(2)调整枢纽内客站分工,广州站、广州东站共同组成中央火车站,棠溪站承担普速车作业,广州南站、广州北站、鱼珠站、新塘站、南沙站、佛山西站、佛山站按方向别负责动车作业;(3)客站分工调整后,枢纽内各通道远期能力可满足运输需求;(4)国内大型、特大型铁路枢纽的客站分工建议按混合式分工(方位向别+跨线)考虑,从源头分担城市公共交通系统的压力,覆盖城市的更多片区;(5)本文研究可供新线引入或枢纽改扩建工程参考。

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正线列车通过时跨线天桥风压分布研究

沈磊

铁道工程学报. 2021, 38(12): 89-94.

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研究目的：为研究正线列车高速过站对跨线天桥产生的列车风效应,本文对商合杭铁路寿县站跨线天桥在正线列车不同车速通过时的表面风压分布进行实测,并通过CFD模拟分析对比验证,拟通过数据分析得出跨四线天桥在单线列车通过时的风压分布公式,为铁路站场跨线天桥设计列车风荷载取值提供理论参考。
研究结论:(1)通过现场实测与数值分析的手段,得出高速正线列车在通过跨线天桥时的风压分布规律,即在顺桥向为行驶轨道区域大,远离轨道方向小,横桥向为中间区域强两侧弱;(2)天桥表面风压激励在时间域可采用车头进入天桥过程和车尾离开天桥过程两个脉冲作用简化输入,在空间域可以简化为极值风压同步输入;(3)本研究成果主要应用于正线高速列车通过时的铁路站场跨线天桥设计领域。

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城市地铁隧道击穿安全影响分析及其应对措施

戴志仁, 王泽宇, 王俊, 胡瑞青

铁道工程学报. 2021, 38(12): 95-101.

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研究目的：近年来,各地轨道交通隧道受外部作业影响导致被击穿的情况越来越多,对轨道交通安全运营造成严重威胁,虽然各类隧道被击穿情况不尽相同,但在隧道衬砌安全影响分析与结构补强处理等方面存在很多相同之处,需尽快明确各类修补措施的优缺点并提出改进方案,建立标准化处理措施,确保既有线安全运营。
研究结论:(1)将隧道上半断面碎裂情况按区分类,拱顶左右30°范围为内侧受拉区域(Ⅰ区),拱腰以上40°范围为内侧受压区域(Ⅲ区),隧道中心线两侧30°～50°范围为内侧拉压转换区域(Ⅱ区);(2)小范围破损时,隧道短期内可基本维持稳定,但会逐渐引起隧道上方地层荷载模式的转变,可能导致隧道拱顶区域内力值急剧增加、管片裂缝宽度显著增大,宜尽快对破损位置进行修补;(3)明确了常用洞内外修补措施的优缺点与结构加固原则:小范围碎裂应以洞内修补为主,给出了洞内钢板粘贴加固方法及其关键技术;大范围碎裂可考虑基于竖井(或基坑)的洞外修补方法,提出了基于上尖下圆拱形转换构件的竖井方案,将竖井内回填土竖向荷载最大程度转化为水平向荷载;(4)竖井洞外修补方案,管片破碎至竖井开挖阶段,拱顶弯矩增大、轴力减小,影响结构安全;管片破碎修复部位,在回填土荷载作用下,内力(弯矩)可能出现翻转,由内侧受拉转变为外侧受拉,可能会加剧管片内侧裂缝或局部碎裂现象;(5)本研究成果可用于各类隧道结构的修补或加固处理。

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新建桥涵上跨运营隧道保护方案及措施研究

朱炎兵

铁道工程学报. 2021, 38(12): 102-107.

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研究目的：运营地铁隧道正上方作为轨道交通的特别保护区,为了减少对下卧隧道的影响,上方拟建项目设计方案多工序繁复、造价高且施工工期长。本文通过对某运营隧道上方新建桥涵工程设计方案和施工过程的综合研究,拟找到一种工艺简单、工程费用低,施工快捷且对地铁保护较好的解决方案。
研究结论:(1)基于基坑卸载回弹相关研究和时空效应原理,新建桥涵采用预制箱涵拼装方案,土体小块开挖、结构分块快速吊装回筑,施工过程配重快速动态荷载平衡等措施,可以减少隧道上方土体应力变化幅度、范围以及变化的时间跨度,有利于控制对下卧地铁隧道结构的变形影响;(2)数值分析结果及实测数据表明,设计和施工统筹考虑的轨道保护方案对隧道变形的控制较好;(3)研究案例实施快捷、工程造价低、卸载再加载过程对地铁影响较小,可为其他上穿隧道工程的设计和施工提供借鉴和参考。

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2021年, 第38卷, 第12期　
刊出日期：2021-12-15

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