铁道工程学报

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马学宁, 张宇钦, 张沛云, 王旭

铁道工程学报. 2022, 39(1): 1-6.

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研究目的:降雨和蒸发反复交替循环作用下,浅层土体内的水气状态处于动态变化中,该过程会对土体力学特性产生不可逆转的影响。本文对不同干湿循环次数的重塑非饱和黄土进行SWCC曲线试验及三轴试验,研究干湿循环作用对非饱和黄土持水特性、强度及变形特性的影响。
研究结论:(1)非饱和黄土的土水特征曲线具有明显的滞回效应,随着干湿循环次数的增大,该效应逐渐减弱;(2)VG模型对重塑非饱和黄土具有更好的适用性,继而建立了不同干湿循环次数下SWCC曲线的预测模型;(3)干湿循环使得其应力-应变曲线由应变硬化型转化为应变软化型,经干湿循环的试样初始剪切刚度较初始试样大,但破坏应力较小;(4)随着干湿循环次数的增加,黄土抗剪强度参数c′、φ′及φ^b均逐渐下降,相比之下,c′受干湿循环的影响最大,φ^b次之,φ′的影响最小;(5)本研究成果可为黄土地区边坡工程设计及加固中强度参数取值提供参考。

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黄土地区重载铁路路堤动力响应及长期沉降

王瑞, 胡志平, 王雷, 白兰, 赵振荣

铁道工程学报. 2022, 39(1): 7-12.

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研究目的:现场实测是揭示列车运行荷载下铁路路基动力响应规律的重要手段。本文依托黄土地区某铁路专用线工程,通过现场测试获得重载列车运行情况下路堤内部动应力分布规律,研究动应力波形特征及演变趋势,结合室内试验数据预测路堤长期动力沉降。
研究结论:(1)列车运行荷载下路基土体的受力形式可以分为双峰型、正弦型和偏正弦型三种;室内动三轴试验加载模式可以分为“短暂间歇+突然过渡”和“连续加载+平缓过渡”两种;(2)多种工况下的峰值/轴重比处于特定的包络范围之内,包络区轮廓可以通过指数函数确定;(3)在本文研究背景下,50年运营期内列车运行引发的路堤动力沉降最大不超过45 mm;(4)本研究结论可以为移动列车荷载下铁路路堤服役状态研究提供借鉴和参考。

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高铁路基运营期注浆线路平顺性监测技术研究

岳祖润, 介少龙

铁道工程学报. 2022, 39(1): 13-17.

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研究目的:我国高速铁路路基跨软弱土分布广泛,且由于施工、封闭措施、微地貌排水等原因,易造成路基软化,产生沉降病害,降低高速铁路的运营效益。因此,在对路基进行注浆加固整治中,为避免造成轨道几何尺寸超限,必须构建高精度、实时在线的空间线路平顺性监测技术,为运营条件下高速铁路路基注浆加固提供技术保障。
研究结论:(1)Leica TS15自动监测系统配合微型精密棱镜在对温度、湿度、气压等气象参数进行实时误差修正后,其三维精度满足全天候监测要求,可控制在±0.5 mm以内;(2)室内极限风压风洞试验和现场测试均验证了微型精密棱镜在钢轨轨腰和轨道板侧面安装的安全性与适用性,且不影响高铁列车正常运行;(3)自动监测系统能耗测试表明,结合新能源+物联网技术,可实现高铁路基注浆加固过程中自动连续监测,其精度、操作性、稳定性均能满足运营线路要求;(4)本文研究技术在运营高速铁路其他类似工况中具有参考价值。

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低真空管道结构温度应力模拟实验研究

吕乾乾

铁道工程学报. 2022, 39(1): 18-24.

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研究目的:磁悬浮列车的高速运行会引起低真空管道温度升高,使得温度应力成为一项不可忽视的结构荷载,因此有必要开展结构温度应力试验,判断结构运用的可行性,同时如何基于体积小巧的电阻应变片进行温度应力的解析方法也亟待研究。基于此,本文设计和搭建可模拟低真空环境的管道结构实验平台开展实验研究,并以电阻应变片为温度应变测试元件,探讨基于应变片直接观测数据的温度应力解析方法。
研究结论:(1)温度荷载作用时,被测结构的实际变形量、应变片热膨胀系数和电阻温度系数共同决定了电阻应变片实测读数;(2)低真空管道内壁温度高于50 ℃后,外壁圆周方向的约束出现了强弱交替变化的现象,低真空管道内壁温度达到60 ℃时温度拉应力达到5 MPa左右,需要引起重视;(3)推导的应变修正公式和应力计算公式可为基于应变片观测数据的温度应力分析提供依据:(4)本文实验研究结果可为低真空管道运输系统的结构选型及温度控制提供参考。

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温度梯度荷载对CRTSⅡ型板式轨道层间损伤影响

高建敏, 金忠凯, 赖思成

铁道工程学报. 2022, 39(1): 25-32.

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研究目的:为探明温度梯度荷载对砂浆层和轨道板层间连接的影响,建立包含层间内聚力模型的CRTSⅡ型板式轨道有限元模型,分析正、负温度梯度荷载对层间离缝产生、发展及对轨道结构变形的影响,对比两种温度梯度荷载的影响差别。
研究结论:(1)CRTSⅡ型板式轨道层间连接损伤区域和轨道结构变形均随温度梯度荷载的增加而增大,相同数值负温度梯度荷载引起的损伤更为严重;(2)当温度梯度荷载为-10 ~20 ℃/m时,其对层间损伤的影响甚微;(3)相同正温度梯度荷载作用下轨道板较砂浆层变形量更大,正温度梯度荷载作用下沿板边方向的轨道变形量较沿板中方向的大,而负温度梯度荷载作用下两者差别不大;(4)本研究成果可为高速铁路CRTS Ⅱ型板式轨道长期服役性能分析及其养修提供理论参考。

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千米级铁路悬索桥列车荷载加载长度研究

卢文良, 皮福艳, 陈良江, 周勇政

铁道工程学报. 2022, 39(1): 33-38.

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研究目的:千米级铁路悬索桥主跨长度超过所在线路开行列车最大编组长度后,全桥布满列车荷载的加载方式与桥梁服役期间实际承受的列车荷载不符,应对此类桥梁列车荷载合理加载长度进行研究。本文以某在建铁路悬索桥为研究对象,采用有限元方法计算各主要构件内力与位移影响线,结合实际列车长度研究列车荷载加载长度对各构件受力特征的影响。
研究结论:(1)主缆、吊杆、主塔的内力与位移影响线在主跨范围内全为正或负,主桁架、平联内力影响线与加劲梁位移影响线的正值段长度约为主跨长度的一半,横联与桥面系的内力影响线数值在其附近约五个节间范围内出现峰值;(2)随着列车荷载加载长度的增大,各构件内力与位移的增大幅度逐渐减小;(3)综合考虑实际列车长度及各构件受力特征随加载长度的变化规律,建议该悬索桥列车荷载加载长度取为550 m;(4)本研究成果可为千米级悬索桥的理论研究和工程设计提供参考。

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高速铁路槽形梁静动力性能试验研究

李学斌, 孟鑫, 周文武, 梁新华, 马西章, 马林

铁道工程学报. 2022, 39(1): 39-46.

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研究目的:为有效利用槽形梁的主梁参与挡风作用,在兰新高铁新疆百里风区段大量使用了预制简支槽形梁结构。本文通过弯曲静载试验、底板横向静载试验、动车组行车试验,对槽形梁的抗弯刚度、抗裂性、底板下缘横向拉应变、自振频率、动力系数、动力增量、梁端转角、振幅、振动加速度等指标进行分析,验证槽形梁结构的静动力性能,为后续的设计优化提供依据。
研究结论:(1)槽形梁弯曲静载试验要将跨中截面的弯矩和扭矩同步模拟到,可采用两侧腹板加载点荷载纵向相同、横向不同的方法;(2)槽形梁截面或者荷载不对称时,可将两侧腹板挠度换算至截面形心处而得到结构纯弯曲产生的竖向变形;(3)槽形梁设计抗弯刚度和静活载挠跨比是两个不同的值;(4)槽形梁实际抗弯刚度大于设计刚度,抗裂性能满足规范要求,底板在竖向荷载作用下受力是安全的;(5)槽形梁动力性能满足动车组以250km/h及以下速度运行时相关验收标准的要求;(6)本研究成果可为槽形梁的设计优化和相关试验研究提供参考。

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环境温度作用下半整体桥台后土抗力试验

黄福云, 周志明, 宋大东, 严爱国, 张峰

铁道工程学报. 2022, 39(1): 47-55.

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研究目的:半整体式桥台无伸缩缝桥(简称半整体桥)是一种新型桥梁结构形式。由于主梁与桥台刚接,在昼夜及季节性环境温度等长期作用下,主梁会使桥台沿纵桥向发生往复变位,进而引起台后土体的压力变化,产生土抗力。为研究半整体桥的台后土抗力分布规律以及中长期环境温度对土抗力的影响,开展中长期环境温度作用下半整体桥台-土相互作用拟静力试验研究。
研究结论:(1)台后土抗力随环境温度变化的规律为在第1~6中周期(约对应由春季至夏季的第一个升温区间段)内快速上升,在第6~16中周期(约对应由夏季至冬季的降温区间段)内有所减小,在第16~20中周期(约对应由冬季至春季的第二个升温区间段)又开始增加,但相比于第一个升温区间段内的增速明显减缓;(2)中长期环境温度作用下台后土抗力沿埋深方向的分布规律为先增加后减小,并在埋深0.8h处达到最大;(3)各周期内土抗力沿纵桥向的规律为在距桥台较近的区域,台后土抗力快速减小;在距桥台较远的区域,土抗力缓慢减小,并在距台背1.0h位置处土抗力基本减小至0;(4)经过一个全年大周期的环境温度作用后,台后土抗力存在明显累积增大效应,其累积效应与土体的纵桥向位置及竖向深度具有较强的相关性;(5)本研究结果可为半整体桥的设计计算以及相关规范制定提供参考。

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双幅并制箱梁移动模架施工关键技术研究

王杰, 钱有伟

铁道工程学报. 2022, 39(1): 56-60.

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研究目的:移动模架现浇箱梁施工技术已在国内外很多工程中应用,目前主要是单幅式移动模架,当遇到双幅小间距现浇箱梁时,普通常规单幅式移动模架施工受梁缝宽度限制,在第二幅箱梁施工时,无法开模纵移,使用范围受限。因此,本文通过对温州市域铁路S1线灵昆特大桥50 m双幅现浇箱梁开展双幅并制移动模架施工技术研究,旨在形成一套详细的双幅并制箱梁移动模架关键施工技术。
研究结论:(1)双幅并制箱梁移动模架关键构件有限元计算结果与预压试验的实测数据变化趋势总体吻合较好;(2)双幅并制箱梁移动模架混凝土浇筑顺序合理,浇筑设备的布置、混凝土输送方式及模架开模纵移方式满足施工需要;(3)创新设计双幅并制箱梁移动模架结构,采用内侧外模、底模多次折叠的方式,实现了近间距箱梁双梁并制,模架尾部配置横移调节油缸,解决了小半径曲线过孔难题;(4)本研究成果可为其他类似工程移动模架设计及施工提供参考。

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高海拔大高差特长隧道洞内温度分布规律研究

郑波, 吴剑, 郑金龙, 陶伟明, 郭瑞, 冷希乔

铁道工程学报. 2022, 39(1): 61-66.

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研究目的:随着川藏铁路的建设,我国高海拔大高差特长隧道数量急剧上升。目前高海拔大高差特长隧道洞内温度分布规律尚不明确,严重制约其保温防冻设计,若设防不当会造成冻害,影响运营安全。本文以川西高原既有高海拔大高差特长隧道为例,采用现场监测、数值模拟等手段,利用隧道修建前后洞内外气象监测数据,研究高海拔大高差隧道洞内温度分布规律及其对保温防冻长度的影响,并提出相应的防冻保温设计建议。
研究结论:(1)隧道施工过程中,掌子面附近气温全年处于13～16 ℃范围内,基本保持稳定状态,受洞外气温变化影响小,温度值大小主要由所处位置围岩温度决定;(2)隧道贯通运营后,洞内纵向温度分布规律发生显著变化,受洞外气象环境条件影响显著,高海拔大高差特长隧道“烟囱效应”明显;(3)高海拔大高差特长隧道会形成由低洞口往高洞口的单向自然通风,导致低洞口洞身负温长度显著大于高洞口,洞口两端温度场分布呈非对称特征;(4)本研究成果可供川藏铁路等两端存在大高差的高海拔隧道建设参考。

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落石冲击作用下柔性棚洞结构灵敏度分析

刘成清, 郭浩宇

铁道工程学报. 2022, 39(1): 67-72.

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研究目的:柔性棚洞是一种拦截边坡落石的被动防护结构,凭借施工方便、经济环保等特点广泛运用于落石灾害防护领域,但是目前没有规范指导柔性棚洞结构进行设计。本文基于能量法建立落石冲击柔性棚洞结构失效模型等三个模型,采用Sobol’全局灵敏度分析法得到柔性棚洞结构参数一阶、全局灵敏度,提出柔性棚洞结构优化设计思路。
研究结论:(1)同一参数在不同计算模型中灵敏程度不同;(2)参数间相互作用明显,三个模型中所有参数全局灵敏度相较一阶灵敏度有不同程度增长;(3)柔性棚洞结构失效模型中,较小幅度的调整高灵敏度参数(通行界限和钢丝绳等效横截面积)可使结构满足设计要求同时用钢量增加最少;(4)本研究成果可用于柔性棚洞结构优化设计,使结构设计更具经济性。

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隧道爆破施工对初支混凝土的影响研究

唐先习, 夏顶顶, 李旦合, 王要武

铁道工程学报. 2022, 39(1): 73-78.

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研究目的:以成昆铁路复线沈家坝1号隧道为依托,进行隧道爆破施工对初支混凝土损伤的影响试验,综合试验和数值模型,分析初支混凝土的受损情况,得出初支混凝土的安全振速阈值,确保隧道施工时初支混凝土的安全性与可靠性。
研究结论:(1)在沈家坝1号隧道内进行爆破振动监测试验,回归分析萨道夫斯基经验公式,结合隧道施工的数值模型,将所得结果与萨道夫斯基经验公式推算的结果对比分析,将合振速萨道夫斯基经验公式修正为v_合=78×(3Q/R)^1.38;(2)以现场施工采用的C25初支混凝土为对象进行爆破作用下初支混凝土受损试验,测定不同龄期混凝土的损伤值,得到不同龄期混凝土的安全振速阈值;(3)本文得出的初支混凝土的技术参数对其他同类工程具有指导意义。

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铁路车站到发线布置数学模型的参数化构建

韩元利, 韩国兴

铁道工程学报. 2022, 39(1): 79-83.

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研究目的:铁路车站到发线自动模型布置是实现站场自动化设计的一个重要部分,本文旨意建立标准车站到发线自动布设数学模型,从而为实时参数化构建站场模型提供支撑。以线路基线平纵面综合构建的轨面基线为输入参照,梳理各条到发线与基线之间的空间拓扑关系,建立严密的到发线空间分布数学模型,通过参数化配置即可实现一般标准站场到发线的空间自动布置设计。分布模型以轨面基线为参照,所有计算以里程、左右距推理,与空间松耦合,从而保障对坡度站、曲线站的同步支持。
研究结论:(1)基于到发线的分布特征,构建了包含120余项控制参数的6台10线标准站场的空间分布数学模型,实现了到发线的灵活配置;(2)通过多控制参数的联动演绎,实现了到发线分布模型的精准驱动,满足了站场快速建模多元化参数配置的需求;(3)实验验证了多参数相互推演计算的闭合,保证了数学模型的可靠性,为三维选线设计系统站场自动建模提供了实施手段,已为20个工程项目的50多座站场提供了快速建模支持。

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核心分离混凝土组合柱抗震性能试验研究

皮天祥, 陈朝知, 赵健新, 王思程

铁道工程学报. 2022, 39(1): 84-91.

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研究目的:为了改善站台雨棚和城市轨道等单排柱结构在列柱平面外的抗倒塌能力,提出由内圆柱和外圆环柱组成的混凝土核心分离组合柱,根据内圆柱和外圆环柱之间的连接状况分为无连接键和带连接键两类柱,通过2个大尺度试件的低周反复加载试验和多参数有限元分析,对比研究两类新型柱的刚度退化、承载力、延性和耗能等性能,得到内、外柱直径比和纵筋面积比等优化设计参数。
研究结论:(1)两类核心分离组合柱承载力、耗能量及弹性刚度均比同配筋量实心圆柱略低,但是当柱底区域混凝土破碎时,新型柱内柱混凝土损伤较轻,纵筋屈服明显迟于外柱,能承担起第二道抗震防线的作用;(2)带连接键柱中大部分混凝土连接键能进入塑性受力状态,初期刚度比无混凝土连接键柱大,但耗能能力稍差;(3)当内圆和外圆环柱半径比为0.4、配筋面积比为1:2~1:3时,两类混凝土核心分离组合柱能获得较优抗震性能;(4)本文相关成果可为铁路站台雨棚等单柱悬臂类结构中柱的设计提供参考。

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基于本体的铁路工程主数据管理关键技术研究

解亚龙, 尹逊霄, 刘延宏, 刘北胜

铁道工程学报. 2022, 39(1): 92-100.

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研究目的:铁路工程主数据的质量关系整体铁路工程领域信息化和智能建造的成果品质,是铁路工程信息化领域的数据底座。本文从本体论的角度分析铁路工程特点,识别出铁路工程领域的核心数据分类,着重分析数据实体之间的业务关系,提出铁路工程主数据管理系统的技术架构、数据结构和数据服务实现的技术方案和路径,同时从管理角度提出铁路工程主数据的管理机制和办法,为铁路工程信息化管理水平提升和智能建造的实施奠定基础。
研究结论:(1)应用本体论识别出铁路工程领域主数据的核心数据实体;(2)应用本体论分析了铁路工程主数据之间的业务关系,从宏观管理和微观执行层面分析了主数据的构成及相关关系,区分出敏态实体和稳态实体;(3)提出了柔性灵活的铁路工程主数据管理系统的技术架构、数据架构、功能架构和关键数据结构,为实现铁路工程主数据灵活多变的管理提供技术手段;(4)提出了铁路工程主数据管理机制,从管理办法、流程审核、数据可视化和专门团队维护4个方面,为开展铁路工程主数据管理提供借鉴和参考。

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高速铁路轨道工程信息化和智能化技术研究

王森荣, 秦永平, 马弯, 李路遥

铁道工程学报. 2022, 39(1): 101-106.

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研究目的:高速铁路智能化技术是行业发展方向,本文结合大数据、云计算、物联网、建筑信息模型等技术,针对轨道工程设计、制造、施工和运维的信息化、智能化技术开展研究,为实现高速铁路轨道工程全生命周期智能化提出实施路线。
研究结论:(1)结合高速铁路轨道工程特点,提出了轨道数字化和动态协同设计、信息化和智能化建造、智能运维的实现方法和轨道工程信息智能平台的四级构建设想,分为国铁集团管理智能平台、建设单位建管智能平台、施工单位施工信息智能平台、铁路局运维智能平台;(2)针对板式无砟轨道,构建了建管信息智能化平台,研发了信息化的成套工艺装备、系列软件,实现了轨道设计、制造和施工全过程的数字化、信息化和一体化协同;(3)无砟轨道建造信息化和智能化技术在昌赣、商合杭等高铁项目上进行了全面应用,实现了数字化设计、建造质量和进度管控、信息追溯、超限预警等,有效提升了轨道工程建造质量和效率,取得了良好效果;(4)本研究结论可为高速铁路轨道工程全生命周期信息化和智能化的实现提供借鉴和相关参考。

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地铁区间隧道盾构/TBM双模选型适应性研究

宋天田, 刘川昆, 陈凡, 徐一帆, 王士民, 何川

铁道工程学报. 2022, 39(1): 107-113.

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研究目的:现阶段我国城市地铁建设呈现出地质环境复杂化趋势,亟需解决复杂地质条件下地铁隧道盾构设备选型难题,需根据水文地质环境确立盾构/TBM双模掘进设备选取原则,同时提出兼顾项目工期与造价的区间模式修正公式,本文基于深圳地铁14号线区间隧道工程,分析TBM及土压模式在微、中风化角岩中的实际掘进速率,验证双模盾构在复合地层的掘进适应性。
研究结论:(1)基于水文地质条件的双模盾构/TBM选型,需根据地层参数差异程度确定是否选取双模式,再结合单模盾构选型原则及地层参数进行区段模式判定,同时考虑沿线其他不良地质条件;(2)深圳地铁14号线布吉站—石芽岭站区间地层全断面硬岩、软岩不均段、软土段比例为5:3:2,结合盾构/TBM选型原则建议采用土压/TBM双模盾构;(3)基于工期及造价确定微、中风化岩层转换下限长度并进行区段模式修正;(4)本研究结论可为地铁区间隧道盾构/TBM双模掘进设备的选取提供具体流程及方法。

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富水砂层盾构始发遇困地段降水技术研究

熊仲明, 覃泽宏, 张自光, 蔡虹

铁道工程学报. 2022, 39(1): 114-120.

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研究目的:针对江苏淮安富水砂层地铁盾构始发遇困地段降水技术难题,需对现行规程中的基坑涌水量计算模型进行改进,以得到适合富水砂层地区的盾构井基坑承压水计算方法,并按改进方法设计降水方案。
研究结论:(1)针对基坑内承压水降水、基坑外承压水降水两种情况,分别对涌水量计算方法和降水漏斗曲线进行了改进;(2)按改进方法实施的方案达到了预期降水效果,现场实测数据与理论计算、数值模拟结果相符,验证了改进计算方法的合理性;(3)江苏淮安地铁盾构基坑改进方案的有效实施可为类似环境下、带地连墙围护结构的深基坑降水提供借鉴与参考。

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2022年, 第39卷, 第1期　
刊出日期：2022-01-15

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