依托西安地铁二号线二期正阳大道站—北客站区间盾构隧道下穿漕运明渠工程，针对浅埋富水砂层盾构施工易出现管片上浮量大的问题，分析了施工期管片受力，明确了满足抗浮要求的最小上覆土厚度，提出了抗浮板+抗拔桩抗浮结构，给出了抗浮板及抗拔桩的最优设计参数。结果表明：施工过程中，满足管片抗浮设计的最小上覆土厚度为10.30 m，而依托工程拱顶距渠底仅3.47 m，不满足抗浮要求，须采取抗浮措施。采用厚度为0.5 m的抗浮板+桩长、桩径、桩间距分别为20.0、0.8、2.0 m的抗拔桩后，管片最大上浮量为10.88 mm，远小于规范规定的50 mm，说明所采取的抗浮措施有效。
现有的隧道工程数字化技术多应用于参数化建模、方案集成展示等领域，缺乏针对隧道数字化设计的系统性研究。本文以城市轨道交通区间盾构隧道设计为背景，研发了一套以数据为核心的隧道数字化设计系统。通过梳理盾构隧道设计业务，剖析传统设计方式存在的痛点，提出了专业间数据协同、工点项目数据管理、由数据驱动生成设计成果等业务数字化需求。基于这些需求开展了系统功能设计、系统架构设计、数据库及接口设计等工作，研发了多插件式、二三维联动的盾构隧道设计系统，并在实际工程项目中进行应用。结果表明：该系统能有效覆盖盾构隧道设计全业务流程，大幅降低设计人工耗时，设计信息可向施工、运维阶段快速传递。
本文采用裂缝面积修复率表征不同掺量三元微生物自修复材料砂浆试件裂缝修复效果，并探究其对流动度和力学性能（抗压强度、抗折强度）的影响。结果表明：微生物掺量对修复效果存在显著影响，30%掺量组在修复早期（3 d）表现出最优修复效率。修复3 d时，10%和20%微生物掺量组的修复率分别为35.9%、39.2%,30%和40%微生物掺量组的修复率分别为88.2%和71.3%。修复7 d时，10%～40%微生物掺量组的面积修复率均达到90.0%左右。修复14 d时，10%～40%微生物掺量组的面积修复率均达到95.0%以上。随着微生物掺量的增加，砂浆流动度增高。空白组砂浆的流动度为136 mm，而30%微生物掺量底物组砂浆的流动度为179 mm，相比空白组提高了31.6%。10%～40%微生物掺量组的砂浆流动度，相比空白组分别提高了27.2%、28.6%、34.6%和39.0%。30%微生物掺量组较微生物底物组的砂浆流动度提高了2.2%。随着微生物掺量的增加，砂浆抗压强度和抗折强度均呈现先逐渐上升再下降的趋势。10%～30%微生物掺量组试件的抗压强度和抗折强度逐渐上升，30%微生物掺量组试件在各龄期的抗压强度和抗折强度均高于其他微生物掺量组（但仍低于空白组），而40%微生物掺量组试件的抗压强度和抗折强度出现下降趋势。
以京滨（北京—天津滨海新区）城际铁路北辰—滨海新区段盾构隧道单层混凝土管片衬砌为研究对象，参考GB 50010—2010《混凝土设计规范》并结合工程实际需求，基于有限元仿真技术，通过DOE(Design of Experiments)构建参数样本空间，结合响应面法（Response Surface Method,RSM）与遗传聚合算法建立数学代理模型，并采用多目标遗传算法（Multi-objective Genetic Algorithm,MOGA）进行配筋优化设计，在确保结构安全的同时降低钢筋用量，提高经济效益。结果表明：基于响应面法与遗传算法的多目标优化方法能有效平衡结构安全性和经济性，可为管片配筋优化设计提供参考。
针对简支梁预制梁场内部功能区的空间布局缺乏合理高效规划的问题，本文提出用遗传算法来优化梁场布局，功能区之间不相互重叠并留有间隔，在不超出规定区域的约束条件下，以征地成本和设施间运输成本组合的综合成本最小作为优化目标，构建梁场设施布局数学模型；研究遗传算法中的多种选择算子、交叉算子和变异算子组合对优化结果的影响；对算法中的交叉概率、变异概率、种群规模、父代个体数量、精英保留策略、惩罚系数等关键参数进行敏感性分析。试验研究表明，基于本文的优化策略能够获得较好的布局方案。
解决无砟轨道开裂问题是确保高速铁路高质量发展的关键。本文依托梅州—龙川(梅龙)高速铁路无砟轨道道床工程，采用温控膨胀双重调控技术制备的抗裂混凝土能有效降低收缩应力和开裂风险。结果表明：M3抗裂混凝土1 d绝热温升降低率达78.66%,7 d温升值较普通混凝土降低不超6%。恒温密封养护时，M3混凝土在7 d自生膨胀应变为2.114×10-8，转为恒温恒湿养护，干燥收缩后应变降低6.023×10-7。抗裂混凝土比普通混凝土最大温升降低22.94%，膨胀应变增加1.77倍，收缩应变减小38.06%。经统计裂缝降低率超过90%，推广应用于梅龙铁路道床全线施工，应用效果显著。
针对硅藻土（岩）的水理性质与结构特征，本文设计了一种硅藻土（岩）路基的防排水基床结构，并验证了动力荷载作用下无砟轨道高速铁路硅藻土路基防排水基床的性能。通过现场原位动力试验和浸水试验，研究其在长期动力荷载作用下的动力稳定性和功能耐久性。结果表明：浸水后基床动应力及加速度响应增大。对比常规基床结构，防排水基床动响应衰减速率明显加快，有效降低了藻土地基所承受动态负荷。同时，防排水基床内部含水率比较稳定，避免了表面水分渗入硅藻土（岩）地基引起的软化、膨胀问题。该防排水基床结构表现出良好的长期动力稳定性和防排水功能耐久性。
为提升铁路系统振动能量回收效率并推动其低碳化应用，本研究设计并开发了一种铁路路基压电俘能器（Railway Subgrade Piezoelectric Energy Harvester,RAS-PEH）。依托改进的IC-1型智能振动压实仪，构建了可模拟高速列车动荷载及真实路基约束条件的试验系统，研究RAS-PEH在红层泥岩与石灰岩两类典型路基填料中的力-电耦合响应特性及发电性能。结果表明，在0～20 Hz频率范围内，RAS-PEH的负载电压均峰值随激励频率整体呈增长趋势，但增幅逐渐减缓；在动荷载频率恒定条件下，电压均峰值随偏心距（荷载幅值）增大而近似线性提高。对比分析发现，在相同加载工况下，石灰岩路基中的电压输出整体高于红层泥岩路基，在35 mm偏心距条件下，石灰岩环境下的最大输出电压较红层泥岩提高约18%。路基填料刚度差异及动荷载特性共同影响RAS-PEH的能量转换性能，为其在不同路基环境中的适应性设计与性能优化提供了试验依据。
大跨度铁路桥梁端采用过渡板设计可以减小梁端转角对无砟轨道的影响，但在长期运营过程中会出现各种病害。本文在现场调研的基础上分析了既有过渡板病害成因；针对某大跨度提篮拱桥梁，建立有限元分析模型，给出轨道过渡板整治方案。结果表明：梁端过渡板支座或垫石失效会引起过渡板下沉等病害；过渡板服役状态的主要影响因素包括过渡板支座材料特性、施工质量、梁端伸缩影响、结构本身构造特点、降雨等；将过渡板直接替换为CRTS双块式无砟轨道，梁缝简支梁侧第一组扣件的上拔力超过限值；在双块式无砟轨道底部一定范围设置高强度挤塑板后，扣件最大上拔力减少了11.1%，为16.59 kN，满足规范限值要求。工程实践表明，采用本文提出的梁端无砟轨道整治技术后，轨道运营状态良好，满足行车安全要求。
针对沉管隧道后浇带混凝土的补偿收缩需求，本文通过室内试验、数值模拟系统分析了MgO、钙镁复合膨胀剂在不同掺量、养护条件、复合胶凝材料体系中的膨胀性能及适用性。研究发现：MgO膨胀剂的膨胀特性受温度和湿度影响显著，在20～80℃条件下膨胀速率有大幅提升；湿度对MgO膨胀剂的膨胀效能也有决定性作用，水养护、相对湿度为95%(Hr=95%)的环境均可显著增强其膨胀效果，Hr=60%条件下则出现明显收缩；掺入6%～8%的钙镁复合膨胀剂C5M32(采用CaO、90 s活性的MgO、200 s活性的MgO，三者的复掺比例为5∶3∶2)可有效提高补偿收缩砂浆的膨胀能力，掺量超过10%则可能导致强度下降甚至结构失稳。结合粉煤灰与矿粉的复掺研究发现，掺和料可在一定程度上降低膨胀剂的早期膨胀速率，对长期膨胀稳定性产生积极作用。基于数值模拟分析了管节混凝土后浇带的力学演变情况，结果表明后浇带底钢板的约束效应对混凝土体积变形影响显著，通过合理控制养护温度与膨胀剂掺量可有效降低混凝土早期开裂风险。