极高地应力硬岩隧道变形规律及施工优化研究

依托重庆市巫镇高速宝山隧道工程,采用数值模拟方法开展极高地应力无仰拱硬岩隧道的变形规律和施工优化研究,对不同施工工法、施工步距进行了比选。研究表明:1)不同施工工法隧道变形规律基本一致,竖向位移大于水平位移且基底隆起较拱顶沉降更明显,全断面法施工隧道变形收敛速度最快;2)不同施工工法均为基底应力释放程度最大,释放后基底应力仅为初始的55%,且全断面法拱脚处应力集中范围最小;3)隧道周围的岩体以拉伸破坏为主,部分位置存在剪切破坏,施工工法对塑性区的水平影响范围有限;4)该隧道选用全断面法施工可行且较经济。全断面法不同施工步距变形及应力分布基本规律相同,施工步距越大,水平竖向位移越大,拱脚处应力集中越显著,最小主应力值也越大,综合考虑现场施工建设速度、变形收敛情况、应力分布状态,采用1.6 m步距较经济合理。

大跨环形矮塔斜拉桥主塔力学性能分析

以大跨度环形矮塔斜拉桥的主塔为研究对象,借助大型有限元程序midas进行了静力及地震动时程分析,通过提取杆系模型中的最不利内力,对索塔锚固区及下塔柱钢混结合段空间应力进行分析。结果表明:1)钢塔在静力及地震工况下强度及稳定均满足要求;2)索塔锚固区及钢混结合段应力状态良好、构造细节处理较为合理。

重庆巫溪至陕西镇坪高速公路设计难点及对策措施

为解决山区工程地质条件复杂,受控因素诸多的高速公路建设难题,以重庆巫溪至陕西镇坪高速公路总体设计为例,针对勘测难、设计难、施工难的问题,详细介绍了该类项目勘察设计的重难点及其设计优化策略。结果表明:1)在复杂山区高速公路施工前,精细化总体设计和专业化细部设计显得尤其重要;2)设计时应加强总体协调和方案比选,做好设计优化及专业间统筹衔接;3)加强地质调查,重视复杂山区桥梁、隧道、弃土场及施工便道的动态设计,确保勘察与设计的有机结合;4)通过全面的总体设计和优化设计,确保了工程的顺利进行,也为类似工程提供了宝贵的经验。

山区大跨T型刚构桥设计要点

以巫镇高速公路后溪河大跨T型刚构桥为研究对象,采用大型有限元程序Midas Civil建立主桥计算模型,对主桥承载力、受压区高度、主梁应力、主墩施工稳定、计算长度等方面进行分析探讨。结果表明:1)主梁结构尺寸及配束合理,承载力具有较高的冗余度;2)箱梁底板厚度可适当降低,无需强制满足x≤ξbh 0,进而达到减轻结构自重的目的;3)主墩刚度适宜,施工大悬臂阶段稳定性较好;4)主墩进行强度、裂缝验算时,计算长度宜通过有限元屈曲分析,由欧拉临界力反算。

秦岭天台山超长公路隧道群关键技术创新与实践

针对秦岭天台山超长公路隧道群在建设和运营过程中面临的工程建设难度大,运营管理复杂、安全风险高以及运营能耗高等诸多技术难题,围绕安全智慧运营、安全快速施工、单层衬砌支护、自然能源利用等方向,系统总结了秦岭山区特殊地质地形条件下32 km隧道群建设与运营过程中系列创新技术成果。主要结论:1)通过超长隧道群安全智慧运营技术创新与应用,破解山区超长连续公路隧道群运营安全保障难题;2)通过公路隧道安全快速施工技术创新与应用,突破超长大断面公路隧道机械化安全快速施工瓶颈;3)通过公路隧道单层衬砌支护技术创新与应用,构建硬质岩公路隧道单层衬砌支护体系;4)通过公路隧道利用自然能源技术推广应用,探索超长公路隧道绿色低碳运行。

锦屏复杂地下洞室施工通风智能调控研究

锦屏大设施具有多洞室、多工作面,通风网络复杂等特点,为确保洞室空气质量并解决施工期通风高能耗问题,通过优化隧道需风量计算方法,确定风压阻力损失,进行施工通风计算。根据风机布设位置,划分供排风区域,明确了风机控制区域;基于各区域风量、风压,得出了风机运行功率计算式并细分风机档位,形成了地下洞室施工期风机变频调节策略;通过布设空气质量监测设备,建立了软件平台,可视化远程控制地下洞室空气质量,自动监测、处理数据指导变频器控制风机变频,并利用污染物浓度监测数据验证了变频通风有效性。研究结果表明:1)风机运行频率可随洞室内污染物浓度及时变化;2)通风智能调控可有效降低污染物浓度;3)通风智能调控可降低施工通风能耗,实现施工期智能化通风。

贵州高速公路基于无极调光的隧道照明能耗测算

高速公路隧道照明在不同管控策略下能耗差异较大,当前无极调光模式下动态变化因素较多,导致测算照明能耗比较困难。为量化研究公路隧道运营过程中采用智能无极调光控制系统时的能耗水平,提出了一种基于季节、历史天气和实时洞外亮度的能耗计算模型。首先分析了公路隧道照明设计现状与不同天气工况下的调光控制策略,为公路隧道照明的能耗计算提供理论支撑;其次构建了基于季节、历史天气预测和单日实时洞外亮度变化的能耗计算模型,并以贵州省在建小寨隧道为例测算了能耗情况。结果表明,基于季节、历史天气统计与洞外亮度等因素测算的能耗能更加真实有效反映智能无极调光系统的实际运营状况,为运营管理单位实时调整照明控制策略与节能升级改造提供重要的参考依据。

贵州公路隧道洞内排水系统改进与应用实践

针对贵州早期建设的公路隧道洞内排水系统不合理,导致隧道排水不畅、渗漏水病害频发等问题,采用回顾分析方法,对不同时期贵州公路隧道的洞内排水系统特点进行了探讨和总结。结果表明:1)早期的“圆形中心排水沟+Ω形路侧边沟”排水系统中心水沟断面小,预制安装施工易出现接头错位、纵坡起伏等缺陷,Ω形路侧边沟易发生碾压破损;2)首次改进的“矩形中心排水沟+U形路侧边沟”排水系统加大了中心水沟断面,现浇施工能保证中心水沟断面和坡度顺直,改善了中心沟的排水能力,U形路侧边沟能避免被车轮碾压破损,但该排水系统仍存在横向排水路径较长、易发生淤堵、不便于检查维修及渗漏水病害处治等不足;3)再次改进的“三沟排水+梯形路侧边沟”排水系统缩短了横向排水路径,降低了横向导水管淤堵风险,增设的路侧排水暗沟能有效汇集围岩地下水,便于隧道渗漏水病害处治,更适合贵州地形地质复杂、降雨丰富、地下水易结晶等建设条件;4)在隧道排水系统改进和实践基础上,提出的可维护性排水系统设计构想增加了排水管和中心排水沟的可维护性,可为后续公路隧道的建设提供指导和借鉴。

炭质泥岩地层隧道瓦斯突出成因及处治措施研究

为解决炭质泥岩地层隧道瓦斯突出问题,依托兰州至海口国家高速公路重庆至遵义段(贵州境)扩容工程桐梓隧道,通过现场调查和理论分析,总结了该隧道瓦斯突出动力现象及特点,分析了其瓦斯突出的规律以及影响因素,提出了钻孔泄压方案及处治措施。结果表明:经处治后,炭质泥岩施工掌子面的动力现象有了明显减少和减弱,工程施工基本不受影响,表明了该处治措施的效果较好。研究结果可供炭质泥岩地层及其他非煤系地层瓦斯隧道的设计和施工参考。

高桥隧比条件下桥隧相连的隧道洞口联络道设计探讨——以重庆巫溪至陕西镇坪高速公路为例

为确定高桥隧比条件下高速公路桥隧相连的特长隧道洞口联络道的转换长度和结构形式,采用数值模拟方法,选用18.1 m的长头铰接列车为典型车辆,针对10 m~30 m五种左右幅间距及0°~45°四种行驶转换角度,模拟车辆行驶轨迹并计算联络道通行的最小长度。结果表明:1)在满足转换车道基本长度的前提下,模拟隧道洞口联络道推荐长度采用30 m或40 m;2)基于模拟结果推荐的联络道长度,为超高桥隧比的巫镇高速隧道洞口联络道设计提供了重要的基础依据;3)在运营期间,该高速的洞口联络道实现了养护维修或异常工况下的交通转换,有效提升了道路防灾减灾和运营养护能力,为类似工程的设计提供了有益参考。

基于生态恢复的西南山区高速公路路域景观设计——以巫镇高速公路为例

我国西南山区高速公路普遍存在桥隧比大,土建创面大,视觉感受差,景观不连续等问题。巫镇高速线位穿山跨沟,多为桥隧相接和隧道群,针对巫镇高速沿线现状,中分带、隧道、互通、路侧边坡特点,提出相应的生态恢复方案,并采用自然恢复、人工种植、生态袋绿化+喷播有机材绿化等方法,在满足车辆顺畅、安全通行的基本要求上,运用接近自然、无强烈人工痕迹的绿化方式来缓解公路与环境的冲突,保护和恢复路域生态自然,达到自然景观与再造景观的和谐统一。

大跨度斜拉桥索塔侧壁锚固区受力性能分析

以大跨度斜拉桥主塔索塔锚固区为研究对象,采用Midas FEA NX软件建立索塔锚固区实体有限元模型,并对索塔锚固区空间应力进行分析。结果表明:1)主塔在挂索前后、运营阶段及断索工况下,塔壁横桥向、纵桥向应力均为压应力,预应力配束较为安全合理;2)长索锚固齿块的正上方区域锚后牵拉效应较为突出,设计过程中应加强该区域的配筋,限制其开裂。

100 m~150 m跨混凝土拱桥基于特定钢拱架的预拱度快速计算方法

针对100 m~150 m跨混凝土拱桥所采用的特定钢拱架的预拱度计算问题,提出了一种用拱圈自重变形和钢拱架变形比值快速计算钢拱架预拱度的方法。为了得到不同矢跨比和拱轴系数下的钢拱架变形比值,编写了通过导入MCT文件建立Midas/Civil有限元模型的辅助程序,实现从单元、边界条件、施工阶段和施工阶段联合截面定义的全过程快速建模,对拱圈混凝土分底板、腹板、顶板三环浇筑,考虑钢拱架与拱圈的联合作用,给出了钢拱架预拱度计算公式。计算结果表明,对于常用矢跨比和拱轴系数的混凝土拱桥,拱圈分环浇筑变形与拱圈自重变形比值的平均值为4.37~4.88,为方便钢拱架弹性变形计算,建议变形比值统一取5.0。将该方法应用于一座净跨径为135 m的混凝土拱桥钢拱架预拱度计算中,得到的钢拱架弹性变形与空间模型结果最大误差为4.30%,满足工程精度要求,表明该方法合理可行,可在混凝土拱桥钢拱架预拱度计算中推广应用。

基于知识图谱的公路气象灾害研究

为更好掌握现有公路气象灾害研究的知识结构及发展进程,收集中国知网(CNKI)核心集1992—2022年和Web of Science核心集2000—2022年收录的1840篇论文,基于CiteSpace软件,从文献分布、共现网络、聚类分析、关键词突现等方面进行分析。结果表明:1)随着学科不断发展,公路气象灾害领域论文年发文量总体呈增长趋势;2)公路气象灾害研究具有多学科交叉性质,研究学者来自交通、气象及地质学等相关研究机构及院校;3)国内外研究热点主要有气象灾害对交通基础设施的破坏、气象灾害对交通运行及安全的影响、气象灾害模拟及风险评估、路网监测及交通管控措施等;4)公路边坡灾害及恶劣天气对公路正常运行的影响在多时期引起国内外学者的广泛关注;5)随着研究的不断深入,公路抗灾韧性、智慧交通管控及全寿命公路气象灾害评估等方向近几年引起研究学者关注。

基于强度折减的小净距隧道洞口施工对边仰坡稳定性影响研究

以巫镇高速某公路隧道为背景,通过强度折减法对隧道围岩参数进行折减,采用FLAC 3D有限差分软件对洞口段隧道开挖进行了数值模拟,并基于现场监测对模拟参数进行了标定,分析了隧道洞口施工边仰坡稳定性和极限剪应变分布特征,探明了不同折减系数下隧道洞口段位移变化规律,提出了隧道洞口边仰坡稳定性安全系数合理取值和位移安全基准值。研究结果表明:1)初始状态时,当折减系数介于1.36~1.38时,岩体位移变形速率加快,累计变形量发生突变,边仰坡上方极限应变区域贯通;2)隧道洞口施工后,当折减系数介于1.20~1.22时,岩体位移变形速率加快,累计变形量发生突变,隧道间极限应变区域贯通,故提出隧道施工的洞口边仰坡稳定性安全系数控制基准值为1.2,此时竖向位移安全基准值为80 mm,水平位移安全基准值为35 mm。

广义章-朱准则在深埋隧道数值分析中的适用性研究

深部岩体隧道的智能建造是当今隧道工程建设的重要发展趋势。为准确模拟深部岩体的三维应力状态,提高深埋隧道数值计算精度,将广义章-朱岩体强度准则引入深埋隧道数值分析中,采用理论分析和数值计算相结合的方法从岩体强度准则的特性、参数以及工程应用3个角度对广义章-朱准则在深埋隧道数值分析中的适用性展开研究。结果表明:1)从准则特性的角度,广义章-朱准则能反映深部岩体的非线性特征以及中间主应力效应,适用于深埋隧道数值分析;2)从参数选取角度,提出了一种广义章-朱准则参数估算方法,有利于提高广义章-朱准则的适用性;3)工程案例表明广义章-朱准则具有较高的计算精度,在深埋条件下采用广义Hoek-Brown准则计算得到的围岩变形误差达到23%~30%,建议采用广义章-朱准则进行深埋隧道数值分析。

基于主客观组合权重-FCE的高速公路选线决策方法

为解决传统选线效果评价方法主观性强、客观性不足等问题,以贵阳至平塘(黔桂界)高速公路为例,对复杂环境下的山区高速公路选线决策方法进行了研究。结果表明:1)构建的山区高速公路选线决策评价指标体系能够有效客观反映山区复杂的环境特征,具有地域适用性;2)Delphi+CRITIC的主客观赋权法既保留了专家成熟经验,又降低了赋权的主观性,提高了权重分配的客观性;3)基于主客观组合权重-FCE的高速公路选线决策方法,综合考虑经济、技术、地理等多方面指标,通过模糊综合评价和主客观组合权重,提高了选线决策方案的客观性和科学性,能够有效指导山区高速公路的选线决策工程实际。

基于信息化的高速公路布线快速选择研究

针对常规的高速公路布线快速选择主要根据实地勘测的数据建立评估模型,存在忽略信息化空间数据误差对选择结果造成的影响,致使选择结果的可靠度较低问题,提出信息化背景下的高速公路布线快速选择方法研究。首先对信息化背景下的高速公路布线数据进行预处理,并采用一次变换的方法对空间数据误差进行修正;然后初步选择布线方案的综合指标,据此建立高速公路布线快速选择模型;最后计算模型的指标权重对模型进行完善,将数据导入模型获得高速公路布线快速选择结果。结果表明,所提出方法应用后得出的快速选择结果可靠度较高,平均可靠度为0.979,应用效果较好,能满足高速公路建设的现实需求。

基于流固耦合的高承压水岩溶隧道加固措施研究

我国西南地区多山岭且地下水丰富,公路隧道在修建过程中面临的水文地质条件复杂多变,国内外大量工程实践表明,隧道在穿越高承压水岩溶地质时,由于围岩岩溶发育、自稳能力差、岩溶水丰富且水压力较高等特点常易发生突泥、涌水甚至塌方等工程灾害,为此开展基于流固耦合的高承压水岩溶隧道加固措施研究,并以巫溪隧道为依托工程,通过对采用不同加固措施包括帷幕注浆、超前小导管及径向注浆系统锚杆的隧道施工进行数值模拟,对比分析不同加固措施的效果。结果表明:1)隧道仅施作初期支护时,高承压水岩溶隧道易发生整体失稳破坏;2)采用帷幕注浆加固措施后,围岩变形及塑性区得到有效控制;3)采用帷幕注浆+超前小导管+径向注浆系统锚杆控制围岩变形效果更加显著,可进一步为隧道提供安全储备;4)根据加固效果及经济成本控制,推荐方案为帷幕注浆+径向注浆系统锚杆。

基于调研数据的部分斜拉桥设计关键参数研究

针对部分斜拉桥设计关键参数缺少足够规范指导的问题,通过对国内外的部分斜拉桥进行设计主要参数调研统计,并与现有相关规范、科研成果进行对比研究,讨论了部分斜拉桥各型结构体系适用性、拉索布置形式,总结给出拉索倾角和间距、边主跨比、塔跨比、索梁刚度比和无索区长度等重要设计参数取值范围。结果表明,拉索倾角一般为11°~35°,主梁上拉索间距一般采用3.5 m~8 m,塔上的拉索间距一般采用0.5 m~1.2 m;3跨布置时,边主跨比一般集中在0.41~0.70,塔跨比宜采用1/3~1/13,索梁刚度比宜小于30;主跨跨中无索区长度与跨径之比宜取0.06~0.21。