基于围岩监测的隧道施工期突涌水风险预测

突涌水灾害的频发对隧道安全施工和生命财产构成严重威胁,因此精准预测并有效控制隧道施工中的突涌水风险尤为重要。本研究旨在提出一种适用于隧道施工期的突涌水风险预测方法,通过反馈施工现场监测数据确定风险概率并预测水量范围。首先,在分析施工期突涌水事故案例的基础上,综合考虑地质构造和水文地质条件,并引入开挖支护、动态监测围岩以及渗压信息,建立了包含10个指标在内的突涌水评估指标体系;其次,采用博弈论组合赋权法优化主客观权重向量,构建改进功效系数模型以计算各风险等级下的综合功效系数,并在归一化处理后确定风险发生概率;最后,根据最大隶属度原则确定风险等级并预测水量范围。以鸡公岭隧道和跃龙门隧道为例,应用该方法对施工中的突涌水风险进行了预测。结果表明:所提出的基于博弈论组合权重和改进功效系数的隧道施工期突涌水灾害风险预测方法与现场开挖结果吻合较好;该方法综合考虑评估指标和风险等级之间非线性关系使预测结果更接近实际施工情况,在评估风险等级的同时实现了风险概率和涌水量范围的预测。

高原生态保护区内公路施工期地表水评价模型

为了解高原生态保护区内公路施工期造成的地表水环境污染问题,并为施工单位及时掌握地表水环境变化情况提供一定的数据依据及支撑。对公路施工期地表水环境污染源进行分析,选取对于高原生态保护区污染特征具有针对性的水质评价指标因子,建立基于熵权-可拓物元理论的地表水环境评价模型,并结合实际工程验证其适用性及准确性。研究结果表明:①选取石油类、高锰酸盐指数、悬浮物(SS)、氨氮(NH_(3)-N)、总磷(TP)和溶氧量(DO)等6个水质评价指标因子建立评价体系,可以综合反应公路施工期对高原生态保护区地表水环境的影响;②在实际工程应用中,基于熵权-可拓物元理论的地表水环境评价模型得到的分级结果,与单因子指数法及灰色加权关联度法得到的分级结果吻合率达70%及90%,说明该方法具有一定的适用性及准确性。

施工期分层浇筑与温度荷载对重力坝坝踵应力影响研究

【目的】坝踵应力是评价重力坝安全的关键性控制指标。重力坝设计时自重按一次施加,并未考虑施工期大坝实际浇筑过程及温度荷载,因此,【方法】以三峡重力坝工程泄2坝段为例,基于大坝设计资料和温度监测数据,对大坝混凝土的关键热学参数进行反演。在此基础上,模拟大坝施工过程、材料性能变化过程、气温变化过程、纵缝接缝灌浆过程、通水冷却过程以及表面保温措施,进行大坝施工期全过程工作性态仿真分析,研究施工期分层浇筑与温度荷载对大坝应力尤其坝踵应力的影响。【结果】结果显示:仿真计算得到的监测点的温度变化规律与实测值吻合较好;分层浇筑模拟时自重产生的坝踵竖向压应力为7.32 MPa,自重一次施加产生的坝踵竖向压应力为7.70 MPa;施工期温度荷载引起坝踵观测部位的竖向压应力增量最大值为1.1 MPa。【结论】结果表明:自重荷载的施加方式对重力坝坝踵应力影响较小,分层浇筑自重荷载引起的坝踵竖向压应力略小于自重荷载一次施加的情况;纵缝接缝灌浆后坝体温度回升导致中块挤压上块,进而引起坝踵部位产生较大竖向压应力,这可部分解释目前重力坝实测坝踵应力多为较大压应力的原因。

堆石混凝土高拱坝施工期温度应力仿真分析

为研究堆石混凝土高拱坝施工期温度场和应力场的分布特点,并探究堆石混凝土在高拱坝上的适用性,本文运用数值仿真及顺序耦合法,综合考虑堆石混凝土弹模变化、堆石混凝土入仓温度、环境气候变化等因素,对不同温控措施的堆石混凝土高拱坝进行施工期全过程仿真计算。对比分析不同温控措施下高拱坝施工期的温度场和应力场,结果表明:不同温控工况下,坝体温度场和应力场的分布规律基本一致,施工期温度应力与混凝土入仓温度相关,运行期坝体应力随环境气温变化;应力线性化后最大拉应力分别为1.68 MPa、1.60 MPa、1.48 MPa。因此,堆石混凝土运用于高拱坝时,在分缝浇筑的情况下,仅需采取简单温控措施即可满足温度防裂要求。

复杂地质条件处理前后高拱坝施工期倒悬变形研究

【目的】高拱坝坝址通常面临复杂的地质条件,包括深部卸荷带、节理、裂隙等。深部节理是深部岩体卸荷破裂引起的一种特殊地质缺陷,在自重、温度和混凝土徐变等因素的综合影响下高拱坝的应力分布和变形情况将进一步加大施工期的倒悬变形,不利于高拱坝的工作状态,从而影响到其稳定性和安全性。【方法】采用全坝全过程反馈仿真分析方法,以西南某在建大坝为例,建立大坝复杂地质条件下的精细模型,根据坝体混凝土整体浇筑、封拱灌浆计划,开展对大坝全坝段施工的仿真模拟分析,全面反映温度场、应力场和施工期变形状况,研究了包括Ⅱ级结构面、Ⅲ级结构面和建基面置换块等地质缺陷对倒悬变形和大坝工作性态的影响。【结果】结果显示,高拱坝从坝基开始随浇筑高度的增大,倒悬度不断增大,1/3坝高以下的倒悬变形值较小;在1/3~2/3坝高内产生倾向顺河向上游的倒悬变形,在2/3坝高以上倒悬变形消失,产生顺河向下游方向的变形。全坝全过程仿真计算结果显示,顺河向上游方向倒悬变形的最大值约为20.000 mm,在1/3~2/3坝高间产生;顺河向下游方向变形的最大值约为13.000 mm,在2/3坝高以上产生。同一高程下,上游面至下游面受温度荷载、徐变等综合因素影响,变形波动在3.400 mm范围内,实际安装布置时需考虑此误差对倒悬变形监测的影响,Ⅲ级结构面和建基面置换块对拱冠梁坝段施工期变形影响较小,Ⅱ级结构面(F_(2)、F_(2-1)断层)位于14^(#)坝段下方,对施工期倒悬变形和坝顶下游方向变形影响较大,最大倒悬变形增幅约为4.000 mm,坝顶顺河向下游变形增幅约为7.500 mm。【结论】根据计算结果,在进行施工期变形数据反演时不仅要考虑高拱坝坝体材料的力学参数,也要重点反演Ⅱ级结构面弹性模量和力学参数。

斯里兰卡港口城海域施工期波浪场数值计算

斯里兰卡港口城项目通过吹填造陆为城市建设提供用地,施工期内需要使用大量的挖泥船、交通船、货船等,因此需要进行施工期的波浪场模拟,评估波浪对工程船舶的影响。文中基于GFS海面风场数据以及GEBCO水深数据,将海浪数值模型WaveWatch Ⅲ和SWAN进行多层嵌套,建立了适合斯里兰卡港口城区域的波浪场的数值模拟系统,并通过与实测数据对比对该系统进行验证。基于该系统对港口城施工区域处于不同施工阶段的波浪场进行了数值分析,得到了典型船舶施工地点波高、周期、波向在整个施工期内的变化规律。为近岸海域波浪场数值计算提供了一种有效的方法,为合理地安排工程船舶作业窗口期、提高施工效率提供了参考依据。

李家岩水库施工期洪水预报方案编制

针对李家岩水库施工期洪水预报方案编制的技术路线和相关成果进行总结。根据李家岩水情测报系统站网选取预报依据站,结合流域地形及水系进行分块和划分计算单元,选择三水源新安江水文模型进行模型参数率定,对铁索站10场次洪水的模拟结果进行统计分析,并初步确定预报方案精度等级达到乙等。开发实时洪水预报功能进行方案验证分析并提出相关应用改进建议。由于收集的历史洪水资料年限及数量均没有达到规范要求,且存在雨量站资料缺失、水文控制站流量精度难以校核、流域未建代表性蒸发站等问题,会在一定程度上影响模型参数率定及其预报精度。期望该预报方案在实际应用中通过进一步积累洪水资料,能进行定期修订并达到较好成效。

超大跨多塔跨海斜拉桥施工期抖振响应分析与控制技术研究

超大跨多塔跨海斜拉桥悬臂施工阶段,相对于成桥状态具有刚度小、自振频率小和阻尼比低的特点,在沿海高设计风速作用下容易产生较大的抖振响应。准确地计算桥梁施工期抖振响应有利于提高桥梁建设的安全性。为了实现桥梁抖振响应的精细化计算,以黄茅海大桥为工程背景,将分离式双箱梁的三维导纳考虑进抖振频域计算方法,通过最大双臂状态气弹模型风洞试验验证该计算方法相对于传统的定常假设和Sears函数具有更高的准确性。然后基于该计算方法探寻了超大跨度多塔跨海斜拉桥施工期抖振响应的发展规律:在0~200 m悬臂范围内悬臂端的抖振竖向和横向位移极值对施工悬臂端长度不敏感,而悬臂长度一旦超过200 m后抖振竖向和横向位移极值则对悬臂端长度非常敏感,呈现指数增长,最大抖振竖向位移极值可以达到4.9 m;悬臂端抖振扭转位移极值与悬臂端长度基本呈线性关系。分析抖振响应频响函数,提出了利用模态分析进行临时墩布置位置初步设计的理念,通过抖振精细化计算方法计算9种临时墩布置位置下的桥梁抖振响应,并进行了其中推荐方案的风洞试验验证了该理念的可行性。结果显示:临时墩的布置最多可以降低75%的悬臂端抖振竖向位移极值;需要综合考虑在悬臂施工过程中悬臂端的抖振位移极值随着跨度的增长而增长,临时墩布置在离桥塔2/3最大悬臂长度处最为合理。

地下水封洞库施工期洞室围岩变形松弛典型特征与规律

基于地下水封洞库工程特征与典型洞库工程实例,整理分析大量洞室围岩内部变形、表层变形、波速与锚杆应力等监测数据.结果表明:预埋的多点位移计测点位移主要为0.5~3.0 mm,收敛位移监测值主要为4~8 mm,拱顶沉降监测值主要为3~6 mm,围岩时效变形不明显;围岩变形与爆破开挖有关,当掌子面或后续台阶开挖面接近监测断面时,变形出现陡增;围岩质量越差,开挖面空间效应越不明显.提出洞室围岩损失位移确定方法,发现损失位移占最终收敛位移50%~60%;基于波速变化率提出围岩松弛程度评价指标,发现围岩最大松弛程度约为0.47,松弛深度为1.5 m;洞室围岩锚杆受力普遍较小,锚杆拉应力与围岩变形基本同步变化.

北京丰台科丰桥新建雨水管涵施工期周边用地风险评估研究

极端暴雨事件和排水设施不足极易导致城市雨洪发生,基于周边环境安全评估的大型雨水管涵建设则是城市防御雨洪的重要举措。本文以北京丰台科丰桥新建雨水管涵工程为对象,引入风险链理论,采用模糊综合评价法与MIDAS/GTS数值模拟法,评估了该工程施工期周边用地风险。研究表明:(1)该工程施工期周边不同地类风险等级不同,周边土体变形集中在工程外侧0~18 m范围内,其中0~4 m为变形高危区;(2)该工程与城市地下管线相交点周围80 m范围内土体变形呈上隆起趋势,交点0~12 m区域为隆起高危区,需进行重点风险监测预警。综合而言,本文研究结果对于我国同类工程质量监测、施工期周边用地风险防范具有参考价值。

平面不对称超高层钢结构施工期变形控制因素参数分析研究

以平面不对称超高层钢结构项目——广商中心为工程背景,以施工周期、巨型斜撑和环带桁架的闭合时间为影响因素,通过有限元软件Midas Gen分析了上述因素对平面不对称超高层建筑施工期水平、竖向变形以及关键结构构件应力的影响规律。分析结果表明:施工周期对超高层钢结构的变形以及关键构件应力的影响均较小;相较于滞后闭合,环带桁架同步闭合的结构竖向变形差以及环带桁架的应力最小;同时,巨型斜撑闭合时间对竖向变形差基本没有影响,但越早闭合,结构水平楼层位移越大,巨型支撑和环带桁架的最大应力也越大。基于分析结果提出了相应的施工期变形控制措施。最后,在采用上述变形控制措施基础上对广商中心施工期的变形和关键构件的应力进行了预测。

高压岔管衬砌混凝土施工期温控防裂研究

高压岔管承受高压水和高速水流冲刷,为了满足这一结构和工作特点,混凝土常采用泵送混凝土,利用其强度高的优点,但其温升高、弹性模量大,且一般是早强混凝土,容易产生温度裂缝。针对这一问题,以阳江抽水蓄能电站高压岔管为例,结合结构和材料特点,借助三维有限单元法,对高压岔管施工期的温度应力进行研究,筛选温控防裂措施。计算结果表明,高压岔管分缝长度对防裂影响显著,同时降低入仓温度,采用内部通水降温,可起到更好的温控防裂效果。高压岔管混凝土在有通水冷却措施条件下,浇筑温度控制在26℃以内,最小安全系数可达1.50以上,可作为工程现场浇筑施工方案。

基于监测数据的重力坝施工期-蓄水期-运行期工作性态仿真分析

在“双碳”背景下,由于抽水蓄能电站大坝初次蓄水后运行水位升降变化频繁,致使大坝不同阶段边界条件不断变化,其施工期-蓄水期-运行期工作性态值得重视和研究。针对这一问题,以周宁抽水蓄能碾压混凝土重力坝为例,结合监测数据分析和三维有限元仿真计算程序Saptis,对重力坝施工期-蓄水期-运行期工作性态进行全过程研究分析。结果表明:施工期混凝土实际监测温度与仿真计算温度过程基本吻合,混凝土最高温度受浇筑季节和材料分区影响,混凝土最大应力不超过1.5 MPa,满足抗裂要求;蓄水期水位以下混凝土表面温度基本等于库水温,随着库水温变化而发生周期性变化,水位变化区的混凝土变形和应力随着水位的变化而变化;长期运行后,大坝变形逐渐增大,坝顶最大可达到16 mm,大坝混凝土长期应力小于混凝土允许应力,抗裂安全满足要求。

长周期波作用下防波堤施工期掩护效果的波浪场数值分析

研究波浪绕过防波堤进入港内的波高分布和传播方向,对于港口的合理设计、安全运营、施工期合理的作业安排有着重要意义。基于Boussinesq方程模型,以秘鲁钱凯港口施工期的主防波堤为研究对象,对防波堤掩护后的波浪传播过程进行数值模拟,得到典型中长周期海况和3种防波堤推进里程组合工况下的防波堤后波浪场分布,研究发现:当防波堤推进到K0+2100时,防波堤对于码头内侧区域产生良好的掩护效果,但是对防波堤口门处的掩护效果越弱;防波堤对波浪周期的影响较小;防波堤对于SSW浪向的掩护效果要优于SW浪向。研究成果为防波堤处于施工期的掩护效果评估提供了一种有效方法。

简支活载钢板组合梁施工期屈曲稳定措施研究

简支活载钢板组合梁是目前常见的桥型之一,具有方便快速施工且造价合理的特点,很适合作为城市高架桥梁的主力桥型。但其在桥面板施工过程中需特别注意施工期的屈曲稳定,避免发生非强度的脆性破坏。本文以跨径45m某简支现浇活载钢板组合梁为例,运用三维有限元模型,对组合梁施工期稳定的影响因素进行参数化分析,发现横向支撑间距、上翼缘宽度、桥面板施工过程都会对其施工期稳定有一定的影响,通过分析结果对该类桥型施工期提出优化措施。

软弱地层大型泵站深基坑工程施工期安全监测分析

结合台州某大型泵站工程,对软弱地层大型深基坑工程施工期土体与围护结构变形特征进行研究,通过对不同施工节点围护桩表面变形、深层水平位移等4个监测数据,探究其变形规律,进行安全性分析,对比总结软土深基坑的变形特点。结果表明:围护结构变形与开挖深度大小紧密相关,且变形量在基坑开挖期间发展迅速,变化速率在开挖至设计标高后达到峰值;在底板浇筑到结构施工阶段,各监测项目变形速率呈现逐渐减小的趋势;泵站施工对周围环境影响主要在基坑开挖期间;处于软弱地层下的围护结构,其水平位移相较于一般地层变形较小而竖向沉降变形较大;对于基坑底处于淤泥质土等软弱土层的工程,地基处理能起到较好的沉降控制效果。

大跨隧道二衬施工期力学行为演变特征

为研究大跨公路隧道施工期二次衬砌力学行为的演变特征,依托实际工程展开现场监测和数值计算。通过对比分析揭示了施工期隧道二衬内力和衬砌接触压力的分布情况和演化特征,并以此评估现场二衬的荷载分摊比和衬砌施作时机,为公路隧道二衬设计提供参考。结果表明:数值模拟与现场测试结果吻合较好,二次衬砌的荷载分摊比约为0.4,表明现场二衬的施作时机合理;二衬浇注后,水化反应引起的结构体积膨胀对二衬力学行为的影响较大,水化反应的影响在3 d内达到峰值,影响时间约为二衬浇注后的2~3周;现场测试表明,水化反应结束后,二衬拱顶、拱肩和拱脚处的接触压力基本趋于稳定,各部位的接触压力分别在0~20,70~80,5~10 kPa范围,而拱脚接触压力随施工进度呈先减后增的发展趋势,并最终稳定于200 kPa左右;二衬内力随着施工进度不断增长,施工完毕时,二衬拱顶、拱墙、拱腰处的轴向压力分别为450,140,200 kN,各部位的弯矩量值较小,结构安全冗余度充足;数值计算的结果表明,当二衬浇注断面在研究断面15 m以内时,拱脚接触压力的增长速度较快,当二衬浇注断面超过研究断面45 m后,衬砌接触压力和二衬内力趋于稳定。

河南黄河引黄涵闸改建工程施工期临时供水方案研究

为保障黄河下游两岸引黄灌区用水、城镇居民生活用水、工业用水及生态用水,开展河南黄河引黄涵闸改建工程施工期临时供水方案研究。基于2018—2020年黄河河南段15座引黄涵闸的日供水量,采用大数据分析方法确定施工期临时供水量和设计流量,提出建设临时扬水站、明渠引水、临时租赁移动式浮船泵站3种方案,并进行比选。对工期要求、取水情况、安全可靠性、施工难度、占压维护等因素综合考虑后,选择临时租赁移动式浮船泵站方案。浮船泵站与主体工程基坑开挖相结合的供水措施,降低了工程投资,安全性高,简单易行。

寒区隧道施工期空气幕保温系统现场试验研究

当隧道内气温低于5℃时,混凝土的硬化速度会减缓,进而影响工程质量。本文以京兰高速铁路(北京—兰州)在建尚山隧道工程为依托,首先通过现场试验对比了搭建防寒门、搭建防寒门+生炉子和搭建空气幕保温系统三种措施下洞内浇筑混凝土处气温的变化情况,然后通过数值模拟分析风幕机的射流风速、射流温度对洞内浇筑混凝土处气温的影响。结果表明:搭建防寒门保温时洞口风速3.21 m/s、气温-12.68℃条件下洞内浇筑混凝土处气温开始降至5℃以下,搭建防寒门+生炉子保温时洞口风速5.36 m/s、气温-19.13℃条件下洞内浇筑混凝土处气温开始降至5℃以下,均须联合采用其他保温措施;洞口最大风速4.56 m/s、最低气温-15.83℃条件下,搭建空气幕保温系统后洞内浇筑混凝土处气温为7.36℃;适当增加风幕机的射流风速或增加射流温度均可以提高洞内气温,为了降低系统运行能耗,建议适当增加风幕机的射流风速。

基于工程预算的高速公路施工期碳排放估算研究

减少交通基础设施碳排放被认为是应对气候变化的潜在途径之一。为了估算高速公路施工活动二氧化碳排放量,确定施工期主要碳排放源,提出一种基于工程预算高速公路施工期的碳排放估算方法,将施工期分为材料运输和现场施工两个阶段。研究结果表明:75%以上的碳排放来自于施工机械设备,材料运输和人工分别占13%和8.5%,并且材料运输、人工和施工机械平均碳排放为211.43、136.06、1236.54 t CO_(2)/km;同时,路基、路面和桥梁涵洞的平均单位里程碳排放为1038.05、1038.05、2925.68 t CO_(2)/km,单位建安费平均碳排放水平为0.47、0.05、0.28 t CO_(2)/万元;此外,在材料运输中,超过75%的碳排放来自于自卸汽车;在现场施工中,77%以上的碳排放来自打桩钻孔机械、金属木石料加工机械、土石方工程机械和起重及垂直运输机械。总体而言,研究结果可以为施工单位开展碳排放管理、机械设备选择提供参考。