桥连隧道洞口地质灾害综合柔性防护方案

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赋智会导读

本项目针对铁路隧道洞口高位远程崩塌落石灾害，基于FEM-DEM耦合的数值仿真方法，提出了一种综合立体柔性防护方案。

项目背景

我国约有2/3国土面积为山地，是滑坡、崩塌、泥石流等坡面地质灾害高发地区，而很多铁路沿线地理、地质、气候环境恶劣，这就会导致铁路沿线会面临滑坡、崩塌、落石、泥石流等坡面地质动力灾害的风险，所以针对位置高、运动距离远、致灾范围大的高位远程坡面地质灾害，防护系统的设计尤为重要。

隧道洞口潜在高位远程落石灾害

（图源：星球研究所）

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项目要解决的问题

面对发生位置高、运动距离远、致灾范围大的高位远程坡面地质灾害，目前都是采用单一的防护系统，这是难以满足防护需求的。

主动网防护

被动网防护

引导网防护

柔性棚洞防护

解决方案

针对以上项目问题，需要综合应用多种柔性防护产品，从一个工点仅设置一种防护产品的点式集中防护思想，转变为沿坡面分布耗能的4D防护观念，根据局部地形特点设置多种防护产品，从空间和时间历程对灾害进行防护。

针对桥连隧道洞口的高位远程落石灾害，在高陡坡面设置引导网，使落石在动能较低时便被纳入系统内，在引导网的引导压制作用下其致灾范围受到控制，同时落石动能在与网面和坡面的反复碰撞中被消耗；在隧道洞口设置柔性棚洞，全方位保证列车行车安全。

引导网+柔性棚洞的综合防护方案

采用DEM-FEM耦合的多柔体动力分析方法，对以上项目方案进行模拟计算。

综合防护方案计算结果侧视图

综合防护方案计算结果正视图

综合防护方案计算结果轴侧视图

钢丝绳内力时程曲线

柔性棚洞钢拱架内力时程曲线

结语：

本方案计算结果中，主要柔性支撑构件如钢丝绳的最大拉力为252kN，小于相应规格钢丝绳的破断力；主要刚性支撑构件如钢柱的最大有效塑性应变为0.12，小于Q355B钢材的失效塑性应变，结构尚未达到承载能力极限状态。因此，从防护效果及防护系统受冲击状态两个方面而言，该防护方案均满足要求。此外，本项目的计算结果与相关经验参数进行对比误差在10%以内，工期为一周，为项目相关企业节省了大量的时间、人力及算力成本。

来源：综合仿真工程实验室

碰撞控制

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首次发布时间：2023-05-23