考虑分岔角度和火源位置的地铁分岔隧道火灾临界风速研究

为探究地铁分岔隧道的分岔角度和火源位置对隧道火灾烟气蔓延的影响规律,使用火灾动力学模拟软件FDS对不同火源位置、火源功率以及分岔角度等火灾场景下的地铁分岔隧道烟气温度分布、临界风速进行研究。研究结果表明:地铁分岔联络隧道的临界风速受表征顶棚最高温升系数α和表征分岔隧道分流量的速度损失系数ζ的耦合影响;临界风速时,隧道火源下游烟气温度符合双指数模型衰减;在本文研究的火源功率范围内,分岔隧道内无量纲临界风速与无量纲火源功率的1/3次方成正比;相同火源功率下,分岔角度对临界风速影响较小,而火源位置对临界风速影响较大,火源位于分岔后的临界风速大小约为分岔前的1/(1-ζ)倍。研究结果可为地铁分岔联络通道的通风排烟系统工程设计提供一定程度的参考。

基于人工智能方法的隧道塌方风险预测研究

为了对隧道塌方风险展开研究,整理246起隧道塌方事故案例,通过建立塌方风险评估指标体系,基于人工智能预测方法,分别采用随机森林算法、径向基函数神经网络、BP神经网络模型、粒子群算法优化BP神经网络模型,对塌方风险进行预测。结果表明,随机森林算法、径向基函数神经网络、BP神经网络模型、粒子群算法优化BP神经网络模型的塌方预测准确率分别为81.67%、83.33%、86.67%、93.33%,F_(1)值分别为0.645、0.642、0.5、0.833。粒子群算法优化BP神经网络模型预测准确率和F_(1)值均大幅提高,预测效果最好,大大减少了评估结果的主观性,为隧道塌方风险研究提供了新的研究思路。

钓鱼台隧道洞口崩塌成因分析与处治措施研究

对池祁高速钓鱼台隧道洞口大型崩塌的成因进行了深入分析,提出了相应的崩塌处治措施,并通过现场监测分析对崩塌处治效果进行了验证。研究结果表明,钓鱼台隧道洞口崩塌是地形、地质、降雨、施工措施不当等多种因素共同作用的结果,其中地形和地质条件是形成崩塌的内因,降雨和施工措施不当等因素是诱发崩塌的外因。基于以上影响因素并结合隧道洞口实际情况,提出了“临时支护+永久性防护”的综合处治方案,即采用洞内背拱加固、掌子面反压回填、崩塌体卸载、洞口双层小导管支护、接长明洞以及洞顶仰坡锚杆框架防护的方案。现场巡视与监测数据表明,隧道洞口崩塌处治措施得当,工程效果显著,实现了预期目的。

基于组合权重的文一路地下空间开发适宜性评价

对地下空间开发适宜性进行科学、合理的评价,是避免地下空间资源浪费,保证其健康可持续发展的前提。基于地形地貌、工程地质、水文地质、不良地质作用和建设现状构建地下空间开发适宜性评价指标体系,通过数值模拟确定盾构隧道施工的影响范围,完成建设现状评价指标分级量化;分别采用层次分析法和熵权法计算评价指标主观和客观权重,通过博弈论确定组合权重。在此基础上,利用综合指数法对杭州市文一路地下空间开发适宜性进行评价。通过评价结果对比分析和学院路地下工程实例,验证了评价模型的可靠性,为地下空间开发规划提供指导和借鉴。

基于驾驶者信息感知机理的隧道光环境等效照明理论构建研究

传统照明技术在提升隧道光环境质量方面还不够合理,需进一步改善人-车-隧道光环境耦合作用下的照明理论和技术。为解决隧道运营中存在的隧道照明负荷与生物感知效果非对等特征这一问题,提出隧道光环境等效照明理论构建思路,通过模拟试验、实车试验和理论计算开展基于照明灯具和侧壁材料合理匹配的等效照明理论论证研究,最后总结提出生物感知效果提升和照明负荷下降的等效照明理论“一升一降”研究框架。结果表明:1)物理量参数(如侧壁材料反射系数与灯具布设)的合理匹配最多可提升入口段和中间段25%和21%的路面照度、9%和15%的总均匀度,节约33%的灯具数量。2)物理量参数(如光谱、色温)的合理选择最多可降低驾驶者7%的反应时间、提升26.2%的小目标可见度。3)物理量参数(如不同侧壁材料类型)的改变可使驾驶者的心率、呼吸频率、注视时间、扫视幅度和瞳孔面积降低,脑电功率上升,变化幅度更平稳。4)进一步研究不同物理量指标对驾驶者信息感知的等效作用机理可有效降低隧道照明负荷、提升生物感知效果。

城市隧道允许变车道分界线设置方法研究

为了缓解低速车辆对隧道行车安全的影响,探讨城市隧道内部允许变车道分界线的设置方法,采用VISSIM仿真软件,分析城市隧道内部车道分界线设置为允许变道和禁止变道两种状态下低速行驶车辆对隧道交通流的影响。结果表明:城市隧道内低速行驶车辆对本车道的交通流平均速度影响最大,车道分界线设置为允许变道时可以明显缓解低速行驶车辆对交通流平均速度的影响。低速车辆的存在显著增加了本车道的平均延误时间,且车辆时速越低、道路交通量越大,平均延误时间越长;禁止变道状态下,低速车辆的存在造成本车道后方车辆的排队积压,导致交通密度显著增大,设置允许变道能够缓解低速车辆对交通流的影响。研究成果可为城市隧道的运营管理提供科学依据。

基于波动应力信息的隧道地质三维超前探测技术

在隧道施工过程中,地质超前预报技术是必要手段和工序,也是制约隧道施工技术发展的关键技术难题。地震波法隧道超前地质预报施作是一个力学过程。本文将隧道围岩假设为固、气(孔隙)双相介质,在Biot波动理论的基础上,通过分析人工地震波引起的围岩应力应变关系,结合反射面处的地震波入射、折射、透射连续方程及波阻抗与反射系数关系,得到了围岩广义应力梯度与地震波瞬时振幅与瞬时频率之间的关系表达式,并建立了围岩应力信息与地质信息的联系。在此基础上,将隧道围岩广义应力梯度作为评价地质灾害的重要指标,形成了基于围岩应力信息的地震波超前地质预报方法,解决了现有预报多解性问题。经过现场试验验证,围岩应力信息能够很好地表达地质岩性变化,结合波速和走时,可以准确判定地质灾害规模、类型及位置。

波纹腹板内衬混凝土组合梁高温下抗剪性能研究

文中采用有限元软件建立波纹钢腹板组合梁(CBCW)和波纹钢腹板内衬混凝土组合梁(CBCWC)在火灾下的数值模型,研究组合梁高温下主应力、剪应力演化和组合梁截面各部件的承剪比.结果表明:在高温条件下,内衬混凝土中温度梯度改变了内衬混凝土的承剪能力和传力路径,进而影响CBCWC的剪力分配机制.相对于CBCW,高温下CBCWC中波纹钢腹板的抗剪性能得到显著提升.在临界状态时,CBCW的失效机理为波纹钢腹板发生严重的剪切屈曲,CBCWC的抗剪机理可等效为力学“桁架”模型,失效机理为等效拉杆和等效压杆丧失承载能力.CBCWC中布置的内衬混凝土抑制了波纹钢腹板的高温剪切屈曲,显著提高了组合梁高温下的耐火极限.

地表清方新建复杂构筑物对既有隧道的安全影响研究

在铁路隧道工程建设过程中,当前研究更多注重于新建隧道下穿既有构筑物,重点分析新建隧道对既有上部构筑物的结构安全影响及如何保护上部构筑物,而忽视了在已建成隧道上方的地表清方工程对既有隧道结构、运营安全的影响。文中结合成昆铁路米易至攀枝花段冉家湾隧道实际工程案例,采用FLAC^(3D)计算分析隧道开挖支护完成后地表建设场地平整清方引起的隧道结构位移及内力变化。

侧部承压溶洞与深埋隧道间隔水岩体安全厚度研究

为保证深埋隧道安全通过侧部高压富水溶洞区段,在隧道突水发生机制分析与隔水岩体最小安全厚度划分的基础上,结合突变理论、鲁宾涅特方程及相关工程经验对隧道边墙岩体安全厚度进行研究,导出最小安全厚度计算公式,建立突水判据,分析相关影响因素对隧道边墙隔水岩体最小安全厚度的影响规律。结果表明:隔水岩体最小安全厚度H_(min)与围岩力学参数弹性模量E、内摩擦角φ呈正相关,与溶洞水压力q_(w)、岩梁跨度L及隧道埋深h呈负相关;各因素对H_(min)影响程度由大到小依次为h、φ、E、L与q_(w),其中h与φ影响程度相近,E在超过3 GPa的情况下H_(min)变化趋于平缓,E的影响程度与L相近;结合有限元模拟结果和工程实例分析,验证了H_(min)理论计算公式及突水判据的准确性与可行性,对相关工程建设具有指导意义。

地铁入口空间布局对室内空气质量的影响研究

城市地铁地处繁华地区,结构封闭,周边环境污染源较多,室内易积累污染物。本研究重点关注地铁口空间布局对室外颗粒物进入的影响,在调研中选取地铁站入口方向、顶棚形态、入口高宽比3个形态指标作为影响因子,经过实测验证CFD模型的可行性后,选择RNG k-ε模型模拟不同风速下各地铁口形态的室内污染情况。结果表明:(1)侧向比正向入口颗粒拦截率高一倍;(2)入口高宽比小于1∶1时入口宽度越大,地铁站整体空气质量越好;(3)顶棚形态对室内颗粒物的消减排列为:斜顶>平顶>无顶;(4)地铁口空间形态对不同直径的颗粒拦截效果不同。形态设计可以改善站内颗粒物进入情况,通过空气对流、回流减少室外污染物的直接灌入。

上海轨道交通提升盾构隧道结构本质安全的创新实践

[目的]盾构隧道是柔性结构,具有多缝特征。受施工初始质量缺陷、周围载荷变异、外部环境恶化以及管养不到位等因素影响,易出现结构变形超限、渗漏超标以及耐久性劣化等问题,仅依靠运营期加固和整治无法彻底解决。且随着线网规模的扩大,维修成本和夜间天窗时间资源的代价也会急剧增加,最终影响城市轨道交通全网的运维效率和质量。因此需研究提升盾构隧道结构本质安全的技术措施。[方法]分析了上海轨道交通盾构隧道的主要病害及影响盾构隧道结构安全的主要因素;介绍了上海轨道交通提升盾构隧道结构本质安全的技术措施以及确保盾构隧道结构本质安全的创新实践。[结果及结论]上海轨道交通采取的提升盾构隧道结构本质安全的技术措施包括优化扩大盾构隧道内径、采用错缝拼装方式、提升接缝密封防水设计,确保盾构隧道结构本质安全的创新实践包括采用预埋承插式管片新型盾构隧道结构、采用推拼同步智能盾构装备及隧道智能建造技术。从源头把握盾构隧道结构本质安全,通过优化隧道结构设计、创新拼装技术以及采用智能化装备,在建设阶段提升盾构隧道的成型质量、减少结构初始缺陷,能够降低运营期盾构隧道结构发生病害的可能性,可为隧道的长期运营安全奠定坚实基础。

倾斜隧道双火源双竖井对自然通风隧道火灾烟气流动特征的影响

为研究城市倾斜隧道发生火灾后的烟气流动特征,通过FDS数值模拟仿真软件模拟了自然通风状态下不同坡度与垂直多竖井耦合作用时的温度分布及烟气运动,分析了由隧道及竖井温度场表现的烟气层吸穿现象、竖井上部开口处烟气速率及质量流率变化。结果表明,水平隧道中,隧道下游处竖井发生烟气层吸穿现象,隧道坡度增大,烟气聚集于下游,隧道下游处竖井内烟气层吸穿现象的消失对竖井排烟效率起正向影响;坡度是自然通风状态下影响竖井排烟效率的主要因素;竖井内烟气流动特征主要由坡度决定,存在临界坡度使竖井内发生边界层分离现象且该现象不会随坡度增大而消失;固定长度段隧道中多竖井的存在一定程度上延缓了由坡度导致的排烟效率下降的过程。

地下隧道竖向疏散现场试验研究

近年来,隧道的疏散设计中普遍应用竖向疏散模式,但该模式的安全性缺少真实试验数据支撑和验证。为探究隧道竖向疏散模式下的人员疏散行为特征及关键参数,采用现场试验的方法,在某隧道内搭建火灾时的交通堵塞场景,组织188名参与者(109名男性,79名女性)开展大规模人群疏散研究,针对人员疏散时间、疏散行走速度、疏散楼梯人员通行能力、疏散楼梯盖板开启时间等参数进行分析。研究结果表明:1)隧道火灾时,人员疏散受到隧道熟悉度和疏散引导的显著影响,在紧急疏散过程中更容易发生拥堵,疏散引导可极大地改善人员的出口及路径选择,提高疏散效率。2)交通堵塞状态下,人员疏散行走速度因隧道熟悉度的提高和疏散引导而显著提高。行车道上,男性和女性的平均速度分别由1.38 m/s、1.39 m/s提高至1.94 m/s、1.99 m/s。但在下部安全疏散通道内,参与者出现懈怠和放松的情绪,平均疏散行走速度会略有降低。应考虑在疏散通道内设置一些警示标志以督促引导人员疏散。3)入口宽度为1.09 m的疏散楼梯的最大人员通行能力为38人/min;男性参与者开启楼梯盖板的平均时间为7.5 s,女性参与者开启楼梯盖板的平均时间为12.6 s,相比于女性,男性参与者更容易打开楼梯盖板。研究结果可为隧道疏散逃生方案设计、运营管理提供真实试验数据参考,提高隧道防灾疏散水平。

基于离散-连续耦合的岩溶隧道防突岩体安全厚度预测

为有效预防岩溶隧道施工中的突涌水灾害,首先,调研近年来国内岩溶隧道突涌水典型案例,总结隧道突涌水形成机理及其影响因素;其次,建立离散-连续耦合模型并采用多元回归理论的方法,明确防突岩体破坏的判定准则,划分岩溶隧道防突岩体破坏模式并提出裂缝发育规律;然后,基于对防突岩体最小安全厚度造成影响的各因素,针对溶洞位于隧道上方、下方及侧方3种情况分别建立防突岩体最小安全厚度预测计算式;最后,依托德庆隧道工程进行验证。结果表明:防突岩体破坏模式主要有弯折破坏、整体剪切破坏和复合破坏3种,可基于裂隙发展速度将其破坏过程分为初始阶段、快速发育阶段、平缓发育阶段3个阶段;各因素按影响显著程度由大到小依次为溶腔内水压、围岩黏结参数、溶腔跨度、溶腔高跨比和隧道埋深;计算得到德庆隧道3处施工段的防突岩体最小安全厚度分别为2.964,5.263和0.961 m,突涌水评估结果准确。防突岩体最小安全厚度预测计算式可用于预测并评估岩溶隧道突涌水风险。

亮度和速度协同下公路隧道口路段驾驶舒适度研究

为探究山区双车道公路隧道口路段驾驶心理负荷的变化特性,本文采用实车试验的研究手段,招募27名驾驶人作为被试,选择重庆市境内的9座隧道作为试验场景,采集驾驶人、车辆和驾驶环境的行车数据,使用驾驶人的心率增长率表征驾驶心理负荷。通过数据分析,对驾驶人在隧道口路段的驾驶心理负荷与亮度和速度的相关性进行研究。结果表明,山区双车道公路隧道入口段的驾驶心理负荷大于出口段;在环境亮度小于500 cd·m^(-2)时,驾驶心理负荷对亮度的变化更为敏感,进而提出亮度变化率的计算公式,当亮度变化率在60%时,黑洞和白洞效应对驾驶人的心理影响趋于相同;在隧道口路段,速度对驾驶心理负荷具有放大效应;根据驾驶心理负荷值,划分隧道口路段的驾驶舒适度区间,提出基于驾驶舒适度需求的亮度变化率和速度的安全阈值,并给出计及亮度变化率和隧道口净空高度的亮度曲线。

隧道防火门分流对端部临界送风风速的影响

在单洞双线轨道交通隧道发生火灾时,人员从火源上游防火门疏散,防火门的分流作用将影响端部送风风速。采用理论计算与数值模拟相结合的方法探究其影响关系,首先通过理论分析推导出了端部临界送风风速公式;随后,利用PyroSim软件建立了全尺寸模型,并针对不同数量防火门、火源热释放速率、隧道高度的分流情况进行了研究。结果表明:在相同火源热释放速率下,防火门的分流流速随着防火门开启数量的增多而减少;相同位置防火门的分流流速随火源热释放速率的增大呈指数增长的关系;防火门总分流量随防火门开启数量与热释放速率的0.3次方之积呈线性增长的关系,而受隧道高度的影响较小;结合理论推导,建立了端部临界送风风速的数学模型。研究结果为隧道火灾情况下的人员疏散和通风设计提供了科学依据。

水喷雾对隧道遮挡火灭火性能及顶棚温度的影响

水喷雾系统作为一种有效的火灾扑救设施,被广泛应用于隧道等场所中。本研究基于1:8的缩尺寸双层隧道火灾试验平台(36 m长、单层隧道净高0.58 m),在该模型的下层隧道空间内开展了水喷雾试验,探究了水喷雾系统工作压力、开启时间、喷淋区段和开启组数等因素对火灾控制效果的影响。研究结果表明,水雾与火焰作用过程中火焰强化和燃烧抑制作用共同存在,燃烧抑制作用随着水喷雾压力的增加而增强,喷水压强超过0.30 MPa后燃烧抑制起主导作用;火源熄灭时间随着水喷雾区段的增加而缩短;越早启动水喷雾系统,越能迅速有效地将火场温度控制在较低水平,较晚开启水喷雾,高温汽化产生大量水蒸气,对燃烧产生阻隔作用,减弱火势的增长,同时水喷雾区段作用范围对隧道火灾烟气温度分布具有显著影响。

雾天高速公路隧道入口区域驾驶人视觉行为特性研究

隧道入口区域和雾环境对驾驶人的视觉都有着重要影响,引起驾驶人的视觉行为变化,导致驾驶行为的变化,从而影响交通安全。为探究雾对隧道入口区域驾驶人视觉行为特性的影响,在河南三湖隧道和韩口隧道开展实车试验,选取24个驾驶人样本,以驾驶人的注视、扫视行为为主要研究对象,分析驾驶人在雾天和晴朗天气下隧道内外的视觉行为特性差异。研究结果表明:雾天驾驶人的视觉行为特性相较于晴朗天气存在显著性差异,①雾天驾驶人驶入隧道前,注视点分布更为集中,注视持续时间高于1000 ms的占比增加,夜间有雾达到29%、平均注视时间增加、注视频率减少、视觉搜索范围及效率减小,扫视幅度0~5°占比达88.89%,驾驶人对两侧环境关注度变小,努力寻找隧道洞口,驾驶行为更加谨慎;②雾天驾驶人驶入隧道后,注视点范围呈现出不同程度的扩大,平均注视时间和平均扫视时间增加,视觉搜索范围及其效率增加,驾驶人对隧道侧壁、隧道轮廓关注度提高;③雾天时,夜间相较于白天,对驾驶人视觉行为的影响总体而言更大,驾驶谨慎程度进一步提高;④在白天,雾使隧道洞口视线诱导设施可视性降低,隧道洞口视认性差,驾驶人视觉环境剧烈过渡,视觉负荷和心理压力增加,从而显著提升了行车风险。

基于OpenFOAM地铁隧道防火门的活塞风作用时变特性研究

为了研究地铁隧道联络通道防火门表面的活塞风压特征,基于OpenFOAM开源软件,建立了地铁隧道三维非稳态流动模拟模型,并使用动网格方法模拟了地铁列车在隧道内的实时运动。通过与既有试验数据的对比,发现该方法能够准确地模拟地铁隧道内的风环境。在此基础上,建立了完整的足尺地铁隧道-联络通道复合模型,分析了不同行车速度、不同联络通道设计和不同测点距离下防火门的表面风压及其周边的流动特征。计算结果表明,联络通道防火门的表面压力对行车速度最为敏感,对联络通道的几何形态不敏感,隧道-列车间的剪切流动对联络通道内部的流动特征影响较小。