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2021年, 第38卷, 第2期 
刊出日期:2021-02-15
  

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    长大干线: 勘测设计
  • 刘辉, 宋仪
    铁道工程学报. 2021, 38(2): 1-7.
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    研究目的:自承载拱理论是地下工程发展的方向,但是目前国际上对自承载拱理论的应用只停留在概念阶段,不能实行量化分析,也不能直接应用于地下工程设计。目前国内地下硐室的设计规范采用古典支护理论,但是对于超大跨地下硐室,其计算的结构厚度过大,因此不适用。基于此,在围岩自承载理论下,本文提出能够直接用于设计的量化分析方法和计算公式,促进“围岩自承载”理论从概念到定量分析的跨越性发展。
    研究结论:(1)提出了“超大跨硐室支护应充分利用围岩自承载能力”的设计理念以及“以喷射混凝土+预应力长锚杆(索)为主要承载结构,二衬作为安全储备的”的设计原则;(2)提出了应力流守恒原理;(3)提出了基于数值分析的锚杆与预应力锚索设计参数的确定方法,给出了在“围岩自承载理论”指导下计算锚杆、喷射混凝土、锚索、二衬等设计参数的方法和公式;(4)本研究成果可应用于跨度超过30 m以上的超大跨硐室设计领域。
  • 李国和
    铁道工程学报. 2021, 38(2): 8-12.
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    研究目的:青藏高原东南缘处于中国大陆两大阶梯的过渡地带,地质环境条件极其复杂。系统分析大地构造格架及构造单元活动特点,研究掌握地质环境控制因素及分区特征,对指导铁路选线设计和减灾防灾具有重大的现实意义。
    研究结论:(1)青藏高原东南缘以板块结合带、深大断裂带为界可划分为若干次级块体,各块体之间表现出十分鲜明的差异活动及变形特征;(2)在区域构造格架、构造单元划分、地质环境分区基础上,结合重大不良地质发育规律及影响进行工程地质区划,分析了工程地质环境分区特征及突出的地质问题;(3)提出了高位选线、大角度穿越构造带、在硬质岩区优先选址等选线对策及工程措施,以指导区域内的工程规划建设和运营维护。
  • 杜世回
    铁道工程学报. 2021, 38(2): 13-18.
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    研究目的:青藏高原东南缘海拔高,地形陡峻高差大,地质条件十分复杂,植被茂密,隐蔽性不良地质难以发现。传统的地质勘察手段安全风险高、效率低,甚至人力难以企及,因此亟需开展相关研究和应用实践,探索一种适宜于本地区的地质勘察手段。
    研究结论:(1)基于海拔高度、温度环境、爬升高度、抗风能力、最大测距、数据精度等因素,选定了适宜本地区的无人机飞行平台和激光雷达系统;(2)针对地形起伏剧烈的陡峻边坡,提出了自适应航线飞行作业模式,建立了标准化工作流程,填补了青藏高原东南地区此类工作方法的空白;(3)获得了植被覆盖程度高、隐蔽性不良地质发育地区的真实地形表面特征,可实现隐蔽性滑坡、危岩落石等不良地质解译识别和高陡边坡岩体结构几何信息的定量提取;(4)通过大量的应用实践,这种地质勘察新手段可极大地提高勘察效率和质量,研究成果可为类似地区勘察工作提供借鉴和参考。
  • 王祥
    铁道工程学报. 2021, 38(2): 19-22.
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    研究目的:微型桩在基础置换、建筑物加固、挡土加固等方面得到了一定的应用,但是微型桩的设计和计算理论研究严重滞后,其设计计算的方法和内容还不明确,规范也没有给出相关的规定。本文对微型桩治理滑坡的设计计算方法进行探讨,并对其治理的效果进行监测分析。
    研究结论:(1)微型桩治理滑坡具有施工灵活、施工效率高等诸多优势,对于地形受限的滑坡工程,微型桩具有很好的治理效果和适应性;(2)监测数据表明,本滑坡工程采用微型桩处理是合适的,处理后滑坡工程的变形得到了快速、有效的控制,隧道、路基工程的安全性得到了保障;(3)微型桩的设计内容应包括整体稳定性、微型桩的长度、桩间距、桩的配筋等;(4)本文可为采用微型桩治理铁路滑坡的设计、施工等提供参考和借鉴。
  • 李安洪, 郭海强, 王占盛, 李炼
    铁道工程学报. 2021, 38(2): 23-29.
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    研究目的:现行《铁路路基设计规范(极限状态法)》(Q/CR 9127—2018)在条文说明中给出了地震设计状况下的铁路路堤边坡极限状态设计表达式及分项系数,研究结果仍不成熟。因此,进一步完善地震设计状况下铁路路堤、路堑边坡的极限状态设计表达式和分项系数计算体系十分必要。
    研究结论:(1)本文重新提出适用于地震设计状况下的铁路路基边坡(路堤、路堑)稳定性极限状态设计通用表达式,并通过改进一般分离法引入分项系数;(2)分别采用极限状态法及总安全系数法对大量铁路路基(路堤、路堑)边坡算例进行设计验证;(3)提出的地震设计状况下路基极限状态设计通用表达式及分项系数能够有效减小设计偏差;(4)本研究结果可解决地震工况下铁路路基边坡极限状态设计“无规可依”的问题。
  • 长大干线: 工程地质与路基
  • 邹远华, 强新刚, 张广泽
    铁道工程学报. 2021, 38(2): 30-34.
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    研究目的:通过分析罗布穷则泥石流灾害的活动特征及规模,研究其形成与成灾过程,对进一步认识高海拔地区泥石流发育特征具有重要的意义,通过对泥石流的调查分析和研究处理,为类似工程提供借鉴。
    研究结论:(1)目前沟域内仍残留以沟道物源为主的大量松散物质,在一定降雨条件下仍有爆发泥石流的可能性;(2)罗布穷则爆发的泥石流规模符合50年一遇频率,规模属小型,性质为暴雨诱发型稀性泥石流;(3)沟域内有松散固体物源量18.5×104 m3,可能参与泥石流活动的动储量为13.5×104 m3,目前该沟仍有爆发泥石流的可能,在50年一遇的暴雨条件下,该沟将爆发泥石流,且有漫流进入右侧DK395+150处沟道并冲出的可能性;(4)对不同降雨频率下罗布穷则沟泥石流的动力学特征进行数值模拟,结果表明,降雨频率为1%的冲出量是2%的1.58倍,是5%的4.96倍,是频率10%时冲出量的2.95倍;(5)结合数值模拟和计算结果,并结合此次泥石流冲出规模,在一定的暴雨条件下,DK395+170处泥石流威胁的范围将为DK395+140~DK395+200段,平均泥深预计可达1.4 m;(6)建议采取明洞加渡槽穿越铁路与公路模式,将DK395+150及DK395+170处泥石流从铁路顶部排导到主河道内;(7)泥石流整治措施对地质条件复杂地区的地质选线及综合治理有良好借鉴作用。
  • 吴会东
    铁道工程学报. 2021, 38(2): 35-40.
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    研究目的:本文基于山西北部地区某铁路工程地质勘察,统计和分析大量黄土原状土样的室内湿陷性试验资料,揭示该地区黄土湿陷系数与各项物理指标之间的关系,建立该地区黄土不具湿陷性的快速判定方法。本文提出的方法可为该地区黄土的湿陷性评价和预测提供理论指导,显著减少黄土湿陷性试验工作量,缩短试验工期,节约勘察成本,提高地质勘察效率。
    研究结论:(1)该地区黄土湿陷系数与天然孔隙比呈正相关,与其他8项物理指标呈负相关,并且湿陷系数与天然孔隙比、天然含水率显著相关;(2)当天然孔隙比e<0.768且天然含水率w>17.7%时,可以初步判定黄土不具湿陷性,试验数据验证结果显示该快速判定方法的准确率可达到99.54%;(3)本文提出的判定方法可以有效减少湿陷性试验工作量,加快整体地质勘察进度,并有助于黄土湿陷性的综合评价。
  • 王衍汇
    铁道工程学报. 2021, 38(2): 41-46.
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    研究目的:随着高速铁路运营速度的提高,其对线路平顺性的要求也越来越严格,尤其对地基变形达到了“毫米级”的控制,因此对地基沉降的精确计算提出了更高的技术要求,而压缩模量的选用在计算中起着重要作用。压缩模量一般通过室内固结试验获得,但需对土样进行连续观测,耗时久、效率低,因此本文以包银高铁包头段湖冲积地层为研究对象,运用Allometric函数来合理表示压缩曲线,建立以基本物理指标为基础,以标准压缩模量为核心,推求高压力段压缩模量的方法。
    研究结论:(1)Allometric函数物理意义明确,可以较好地拟合土体e-lgP曲线,拟合度在0.99以上;(2)基于常规土工参数Es1-2wLe0获得的Allometric 函数具有较高的可信性,通过与试验数据的比较,表现出0~100 kPa低压力段误差较大、100~800 kPa的常压力段与800~1 600 kPa的高压力段误差较小的特征;(3)高压段压缩模量预测方法的主要误差来源于经验公式Cc=0.037(e0+0.003wL-0.34),但只要针对不同地区土层特性建立土体物理指标与力学参数关系,就可以保证其较高的适用性;(4)本研究成果可应用于高铁勘察中深厚土层高压段压缩模量的预测和校核。
  • 姚裕春, 袁碧玉
    铁道工程学报. 2021, 38(2): 47-52.
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    研究目的:采空区通常具有隐蔽性、复杂性等特点,在采空区上修建高速铁路,采空区的稳定性和变形控制难度极大,是一个世界性难题。本文结合南宁至钦州高速铁路采空区具体工程,开展复杂采空区勘察技术、设计原则、注浆施工工艺、质量检测与验收等系统研究,从而为采空区修建高速铁路路基工程提供根本保障。
    研究结论:(1)推荐了适用于不同深度和地下水赋存情况的复杂采空区综合勘探方法,勘察揭示了南宁至钦州高速铁路采空区埋深20~142 m、煤层采空3~5层、采空区高压富水等分布特征;(2)推测计算地表沉陷量为0.8~1.3 m,平面最大处理宽度为264 m,数值模拟表明需要对勘察揭示的三层采空区均进行注浆处理才能满足有砟轨道高速铁路沉降控制要求;(3)为保证高速铁路路基的稳定性和变形控制,复杂采空区应采取探灌结合、试验先行、分区分带、浅层与深层注浆相结合的加固处理原则,宜采用群孔交替分序抽水和注浆对高压富水采空区进行加固施工;(4)推荐了复杂采空区在有无地下水工况的注浆加固质量检测方法和质量验收标准;(5)本文研究可为采空区高速铁路路基修建稳定性和变形控制的类似工程提供参考。
  • 涂启柱
    铁道工程学报. 2021, 38(2): 53-57.
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    研究目的:地基土基床系数是地下工程设计的重要力学参数,可通过平板载荷试验、螺旋板载荷试验、扁板侧胀试验、旁压试验等多种现场试验测定,但不同的现场试验结果存在一定的差异性,给工程勘察与工程设计带来较大困难。本文依托铁路与轨道交通建设项目开展现场对比试验,对不同试验的测试结果进行综合对比分析研究。
    研究结论:(1)得出了螺旋板载荷试验、扁板侧胀试验、旁压试验确定不同土类基准基床系数与规范经验值之间的对比关系;(2)建立了螺旋板载荷试验、扁板侧胀试验和旁压试验确定基准基床系数与静力触探贯入阻力的经验关系,便于直接利用静力触探估算地基土基准基床系数;(3)对螺旋板载荷试验、扁板侧胀试验确定基准基床系数方法进行修正,修正后测试结果与旁压试验基本一致;(4)本研究成果可为地下工程勘察设计提供借鉴与参考。
  • 长大干线: 线路与轨道
  • 韩义涛, 尤睿, 李粮余, 韦凯
    铁道工程学报. 2021, 38(2): 58-62.
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    研究目的:为探究米轨铁路钢枕道床横向阻力变化特征,本文开展米轨铁路钢枕道床横向阻力试验,并基于离散元法建立并研究米轨钢枕有砟道床横向阻力,通过试验结果验证米轨钢枕有砟道床离散元模型,同时采用离散元法分别探究砟肩堆高、道床肩宽和道床边坡坡度对米轨铁路钢枕道床横向阻力的影响。
    研究结论:(1)轨枕横向移动2 mm时米轨钢枕道床横向阻力均值为7.48 kN,比离散元仿真值7.26 kN大3.03%,采用离散元法研究米轨钢枕道床横向阻力是可靠的;(2)随着砟肩高度的增加,米轨钢枕道床横向阻力在不断增大,并且在砟肩堆高100~150 mm时,米轨钢枕的道床横向阻力幅值明显增加,而砟肩高度超过150 mm后对米轨钢枕道床横向阻力的影响较小;(3)米轨钢枕道床横向阻力随着道床肩宽的增加而不断增大,并且道床肩宽在400~500 mm时,米轨钢枕的道床横向阻力幅值明显增加,而道床肩宽超过500 mm时,米轨钢枕道床横向阻力幅值增加较小;(4)随着道床边坡坡度的减小,米轨钢枕道床横向阻力在不断增大,并且道床边坡在1 ∶1.5~1 ∶1.75时能显著提高米轨钢枕道床横向阻力;(5)本研究成果可指导米轨铁路钢枕有砟道床的设计与施工,并可为米轨铁路无缝线路设计理论提供参考依据。
  • 长大干线: 桥梁工程
  • 左家强
    铁道工程学报. 2021, 38(2): 63-67.
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    研究目的:秦皇岛市旅游铁路上跨和平大街采用56 m双线槽形梁尼尔森体系刚性吊杆拱桥,桥面板横向跨度达到12.7 m,且受建筑高度限制,其厚度只有0.65 m。考虑城市景观要求,拱肋采用1/7坦拱,无法设置横撑。设计中采用空间梁格模型、平面杆系模型、空间实体元模型进行计算,对结构受力进行深入研究分析,以确保结构安全。
    研究结论:(1)采用空间梁格模型可充分考虑桥面板纵向剪力滞效应;(2)桥面板采用平面杆系模型横向分析可满足计算精度要求;(3)桥面板横向作为钢筋混凝土构件进行设计,横向预应力按外荷载考虑,可有效降低桥面板高度;(4)采用刚性吊杆可有效提高拱肋稳定性,对于不设置风撑的拱肋,是优先的选择;(5)合理的吊杆间距使刚性吊杆大部分工况处于受拉状态,提高拱肋稳定性的同时也可避免吊杆构造受本身稳定性控制;(6)本研究成果对今后类似桥梁的设计具有一定的借鉴意义。
  • 杨国静, 郑晓龙, 李艳
    铁道工程学报. 2021, 38(2): 68-73.
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    研究目的:高速磁悬浮系统由于具有无摩擦、低噪声、高速度、无脱轨等技术优势,未来可成为现有高速和城际铁路路网系统的有益补充。为了获得适用于时速600 km的高速磁浮轨道梁结构形式,本文在调研国内外现有磁浮轨道梁结构基础上,对比分析了国内外各高速铁路系统对轨道梁的设计要求,开展了三种常用跨度磁浮轨道梁结构的试设计,从结构受力、经济性、施工难易度和后期运维检修等方面比选了两种磁浮轨道梁结构形式。
    研究结论:(1)随着速度进一步提升到600 km/h,轨道梁的竖向刚度要求会更为严格;(2)我国高速铁路规定的梁端转角限值比竖向挠度限值更为严格,往往控制设计,而德国高速磁浮系统规定的两个限值基本一致;(3)当时速达到600 km时,竖向基频是控制叠合梁结构设计的主要因素,而温度变形是控制梁上梁结构设计的主要因素;(4)综合考虑结构受力、施工难度、经济性、景观效果、后期维检以及结构适应性等,时速600 km高速磁浮轨道梁推荐采用梁上梁结构;(5)本文研究可为高速磁浮轨道梁设计提供参考。
  • 长大干线: 隧道工程
  • 杨建民, 徐怀仁, 舒东利, 何韬
    铁道工程学报. 2021, 38(2): 74-79.
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    研究目的:针对个别铁路隧道产生底鼓病害影响线路平顺性的问题,通过某运营隧道的长期监测,从仰拱下方围岩深部变形与仰拱结构变形关系入手,采用现场测试与理论分析相结合的手段,并参考目前类似工程处理经验及效果,研究软岩地应力引起的隧道底部围岩向上变形所导致的隧道底鼓病害,提出处理方案。
    研究结论:(1)仰拱下方围岩产生了深部位移,实测仰拱下方30 m深处围岩有上鼓现象,由于采用锚杆或锚索长度难以锚固到稳定岩层,采用此类加固措施效果不明显;(2)整治最终方案宜侧重于加大仰拱矢跨比,增强仰拱刚度;(3)联调联试阶段如发现此类问题应及早采用仰拱拆换处理;(4)本研究成果可为类似隧道底鼓病害整治方案的制定提供理论依据。
  • 寇邦宁
    铁道工程学报. 2021, 38(2): 80-84.
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    研究目的:以南玉铁路巴山隧道工程为依托,建立适用于复杂地质条件的综合超前地质预报体系,精准判断隧道掌子面岩溶发育的情况。综合考虑围岩级别、岩溶类型、充填情况及地下水情况,研究岩溶隧道拱部塌方的处理措施,保障隧道施工安全。基于综合超前地质预报结果,从而对岩溶进行针对性处理。
    研究结论:(1)本隧道在DK32+713~DK32+723 段落为岩溶发育区,受接触带影响,基岩裂隙水主要沿接触带入渗和侵蚀,水流沿着裂隙面入渗而形成全填充型溶洞;(2)建立适用于本隧道综合超前地质预报体系,探明了岩溶的形态、规模、与隧道的空间位置关系以及地下水的发育情况,探测结果与现场揭示情况基本一致;以超前水平钻为主,综合TSP、地质雷达及地质调查法的综合超前地质预报探测效果较好,准确性高;(3)结合探测结果,对岩溶采取针对性措施,岩溶塌方得到妥善处理,隧道安全通过岩溶发育段,通过围岩监控量测,隧道通过后变形趋于稳定,效果良好;(4)对于岩溶地区的隧道,应进一步加强超前地质预报,提前发现异常,及时采取预加固措施,发挥超前地质预报的作用,避免引发安全事故;(5)本文研究对岩溶区隧道工程的建设具有指导意义。
  • 肖明清, 薛光桥, 钟元, 孙文昊
    铁道工程学报. 2021, 38(2): 85-91.
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    研究目的:管片接缝防水是盾构法隧道整个防水系统中最为关键的部位,以往研究多针对单道弹性密封垫,对于双道密封垫,虽然应用案例越来越多,但对其防水机理与设计方法的研究较少,防水设计缺少理论支撑。为此,本文以某隧道为案例,对双道密封垫的防水机理、防水能力和设计方法进行研究。
    研究结论:(1)由于密封垫接触面凹凸不平,存在极细微渗漏孔洞,因此其防水能力受接触面最大接触应力和接触面细微孔洞的水流阻力双控制,通过提高密封垫接触面的平整度进而减少细微孔洞的数量与大小,是加强防水能力的关键因素;(2)当内侧密封垫防水能力不高于外侧密封垫时,其总防水能力为外侧密封垫残余防水能力与内侧密封垫防水能力之和,且残余防水能力要低于初始防水能力;当内侧密封垫防水能力高于外侧密封垫时,总防水能力约等于内侧密封垫防水能力;(3)建立了双道密封垫整体防水能力的计算公式,提出了双道密封垫、双道密封垫与遇水膨胀橡胶止水条组合时的布置方法与技术要求;(4)本研究成果可为高水压盾构隧道的防水设计提供技术支撑。
  • 长大干线: 电气化工程
  • 陈争, 张华志, 黄军, 张波, 宋伟
    铁道工程学报. 2021, 38(2): 92-97.
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    研究目的:为定量评估特高压直流接地极对包含保护线、钢轨、贯通地线、接地钢筋和接触网支柱在内的高铁路基区段接地系统的影响,将单极大地运行方式下的接地极附近地中电流场视为作用于多点分散接地的大型设施的电压源,而将多点分散接地的高铁设施等效为直流电阻电路。通过电磁场方法计算直流接地极附近地电势分布及高铁接地装置的直流电阻,通过分析计算直流电路模型获得高速铁路线路的接地系统沿线电位和轴向直流电流的总体分布规律。
    研究结论:(1)由于高铁接地系统贯通地线沿线埋地铺设并与其他接地设施相连,形成了分布式接地系统,接地极附近地中直流电流会从离直流接地极较近的高铁线路段流入高铁接地系统,再向高铁线路两侧分流;(2)随着直流接地极与高铁线路垂直距离的增加,地电位峰值和沿线路轴向直流电流逐渐减小;(3)随着土壤电阻率的增加,地电位峰值和沿线路轴向直流电流逐渐增大;(4)本研究结果可为特高压直流工程与高速铁路间电气兼容性、安全净距等进行规定提供依据。
  • 城市轨道交通
  • 范宏宇
    铁道工程学报. 2021, 38(2): 98-102.
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    研究目的:地铁车站和地下空间开发一体化设计是大势所趋,本文基于实例对二者的一体化设计进行研究分析,一方面从建筑角度对一体化元素进行探讨,另一方面从结构角度提出一体化设计的重难点。通过此研究分析,真正实现地铁和地下空间开发的有机结合,达到互利共赢,从而为类似工程设计提供参考和借鉴。
    研究结论:(1)地铁车站和地下空间开发一体化可以做到统一规划、统一设计、统一施工,有明显的经济技术优势;(2)一体化建筑方面需重点考虑空间开发的功能定位、二者的连通形式、和周边城市景观融合这三个要素;(3)一体化结构设计需选择合理的基坑总体方案,可明显缩短建设工期,节约工程造价,接口处推荐刚接形式,形成大刚体,共同受力、共同抵抗变形;(4)一体化设计可广泛应用于地铁车站和地下空间衔接类型的项目中。
  • 戴志仁, 王俊, 胡瑞青
    铁道工程学报. 2021, 38(2): 103-108.
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    研究目的:针对我国城市轨道交通地下工程广泛存在的裂缝与渗漏现象,从裂缝机理方面揭示各类裂缝与渗漏现象产生的原因,揭示裂缝对构件承载力与耐久性的影响,基于后浇带设计理念与高延性混凝土特性,提出结构与防水合二为一的新型接缝处理思路,解决地下工程广泛存在的裂缝与渗漏问题,提出耐久性好、强度高的加固材料,从既有工程维保角度出发,提出可以满足限界要求的结构加固方法,以期提高地下工程的受力稳定性与长期耐久性。
    研究结论:(1)根据裂缝产生机理将地下工程裂缝归纳为早期构造性裂缝与后期结构性裂缝两大类;(2)相对于早期构造性裂缝,结构性裂缝的危害更大,对管片衬砌而言,当结构性裂缝深度达到30 mm左右时,构件承载力将降低20%左右,同时加速了混凝土的老化进程,降低了耐久性;(3)利用纤维高延性混凝土的韧性,基于后浇带设计理念,提出了结构与防水相结合的高延性混凝土接缝处理措施,解决了混凝土浇筑早期的构造性接缝,使得整体结构刚柔结合,有效减小了使用阶段结构性裂缝几率;(4)提出了耐久性好、强度与密度可调、适应性强的非水反应高聚物注浆材料;(5)提出了基于高延性混凝土的嵌锁柱新型叠合构件,满足了限界空间有限情况下的既有构件加固需要;(6)本研究成果可为地下工程结构设计、补强与防渗堵漏方面提供参考。