富水裂隙围岩隧道涌水量计算方法与规律分析

富水裂隙区隧道涌水量预测精度较差,涌水问题尚未得到较好的解决。针对此问题,视裂隙围岩及注浆区为非均质各向异性介质,初期支护及二次支护结构为均质各向同性介质,构建了裂隙围岩下隧道涌水简化计算模型,基于地下水力学理论及流体质量守恒定律推导了富水裂隙区隧道涌水量计算公式。通过退化分析及案例工程现场实测数据验证了构建富水裂隙区隧道涌水简化计算模型的合理性及涌水量计算式求解的正确性,最后基于解析解揭示了各特征参数对富水裂隙区隧道涌水的影响规律,探讨了富水裂隙区隧道涌水机制。结果表明:理论计算值与现场实测值最大相对误差为8.1%,验证了构建模型的合理性及公式推导的正确性;隧道涌水量随裂隙最大宽度的增加而增大,受堵水结构的联合制约,两者近似呈线性关系;注浆区厚度与隧道半径比值在2倍以内时,隧道涌水量受注浆区厚度的影响显著;富水裂隙区隧道涌水受裂隙分布规律及支护结构的制约,应重视对裂隙分布的调查。

公路隧道衬砌病害分析与处治方案研究

文章以G35济广高速公路安徽段隧道衬砌病害问题为背景,针对桃墅岭隧道定期检查过程中发现的衬砌病害问题,通过外观检查、雷达检测等检测手段,系统分析了隧道衬砌病害产生的原因,并结合以往隧道维修加固的经验,制定了隧道衬砌病害处治方案,取得了良好的效果,可为今后类似隧道衬砌病害的处治方案设计与施工提供参考。

隧道分岔形式对分流局部通风阻力特性的影响

目的:随着城市建设水平和强度提高,带匝道的分岔隧道日趋增多。针对分岔隧道通风设计难题,亟待获取隧道分岔形式对分流局部通风阻力特性的影响规律。方法:通过搭建同步满足阻力和压力相似的1/13缩尺分岔隧道通风试验平台,构建分岔隧道三维CFD模型,探究了分岔隧道不同分岔形式气流的流动特征和局部阻力系数,并进一步分析了分流结构与减速车道等隧道分岔形式特征对局部阻力系数的影响。结果:表明主线与匝道局部阻力系数随分流比增大呈现先减小后增大的趋势,且在分流比为0.4时达到最小。平行分岔隧道相比定向分岔隧道,主线局部阻力系数差别不大,而匝道局部阻力系数存在较明显的差异,分流比较小时,平行分岔隧道匝道局部阻力更大,分流比较大时则相反。增设减速车道,分流比较小时会减小匝道局部阻力系数,但会增加主线局部阻力系数,分流比较大时则相反。结论:研究结果可为分岔隧道的通风设计提供参考。

公路隧道装配式仰拱研发现状与应用前景分析

仰拱是隧道重要下部结构,针对公路隧道仰拱常见缺陷(仰拱深度不足、厚度不足等)对结构承载安全和交通运行的影响,采用调研与精细化仿真相结合的方法,对国内外不同时期、不同类型装配式仰拱结构进行研究,分析了装配式仰拱的发展历程与趋势,总结了各类型仰拱在制备难度、施工难度、质量保障、功能性等方面的优缺点、适用性及应用前景。通过精细化仿真分析发现,仰拱中部局部加厚和下部垫块注浆的特殊设计可显著改善仰拱受力状态,提高承载性能;结合工程需求,提出了装配式仰拱结构在定位安放、回填灌浆、管片连接、结构设计等方面的注意事项。研究结果为隧道装配式仰拱结构的选型与优化设计提供了科学支持,有助于提升仰拱整体性能与结构稳定性。

基于标准火灾曲线和热释放率的衬砌温度分布数值计算研究

为探明火灾下衬砌温度的分布特性,基于隧道火灾-衬砌辐射对流传热数学模型建立了衬砌温度数值计算方法,并对HC标准火灾曲线和30 MW火灾热释放率火灾工况进行计算分析。结果表明,标准火灾曲线最高温度普遍大于目前我国规范的要求。采用火灾温度作为衬砌壁面边界条件将显著增大衬砌温度荷载,2小时HC火灾曲线和30 MW火灾工况衬砌最高温度分别为778℃和351℃。标准火灾曲线工况衬砌内部的高温影响范围和高温值均显著大于30 MW火灾工况。

高速公路黄土隧道施工质量控制关键技术研究与工程应用

高速公路黄土隧道开挖扰动变形大,建设难度高,容易受支护、施工方法等影响,亟需研究施工质量控制关键技术,提高工程建设水平。文章以某高速公路黄土隧道工程为例,简要阐述了工程黄土地质条件及其缺陷,提出隧道超前预支护、洞口开挖与边坡防护技术、隧地加固技术、仰拱施工控制技术、防排水技术等,并分析工程关键技术应用效果,以期为相关工作者提供参考。

隧道钻爆法施工对围岩及近接桥梁结构的影响

为研究隧道钻爆法施工对围岩及近接桥梁的影响,通过ANSYS/LS-DYNA数值模拟软件进行三维数值模型计算,对爆破过程中围岩的损伤及桥梁振动响应进行分析研究,结果表明单孔爆破下隧道爆破对围岩损伤较小,隧道轮廓线处基本没有损伤,拱底的有效应力最快变化最大值也最大,拱顶次之,拱腰变化最慢有效应力也最小;桥桩最大振速达到了1.73 cm/s,大于规定的0.5 cm/s,不符合安全要求,应考虑其他施工方法。

基准排放因子更新对隧道需风量的影响研究

为解决交通车辆持续更新导致的城市隧道内通风系统设计浪费和运营闲置,研究基准排放因子更新对隧道需风量的影响,并建立2种应对车辆更新的基准排放因子计算方法.首先,通过理论分析明确需风量计算式中随时间更新的关键参数为基准排放因子;随后,根据定量分析得到基准排放因子和纵坡-车速系数更新对需风量的影响;最后,结合国外理念和实际设计经验,提出2种考虑时间更新的基准排放因子计算方法.研究结果表明:我国道路隧道通风设计规范在制定基准排放因子时参考了世界道路协会(PIARC)通风报告,并分析得到了参考理由;与2000年相比,2021年的CO、NOx和PM基准排放限值分别降低了81.6%、76.7%和97.9%;建立了使用机动车污染物排放限值作为基准排放因子的最不利设计方法,计算出2018年各污染物基准排放因子(CO为0.0011 m^(3)/(辆·km),PM为0.4610 m^(2)/(辆·km)),相比于2014年《细则》分别降低84.3%和77.0%.建立并验证了基准排放因子计算方法,为城市道路隧道通风系统设计提供参考.

高应力炭质板岩隧道开挖支护结构受力评价研究

为探究高应力下炭质板岩隧道开挖过程中围岩位移、支护结构内力变化规律,依托渭武高速木寨岭公路隧道,采用有限差分软件FLAC3D建立三台阶七步开挖法下炭质板岩隧道的数值模型,提出强、中、弱3种支护方案;分析开挖距离对围岩位移、支护结构内力等因素的影响,并对支护设计参数合理性评价。研究结果表明:开挖过程中围岩累计沉降和收敛变形量比较:强支护<中支护<弱支护;开挖相同距离下,随着支护强度上升,支护提供的弹性抗力越强,围岩沉降和收敛变形减小;以强支护为例,支护结构轴力呈现先增大后减小的趋势,最终轴力不断上升但趋势变缓的特征,开挖距离50 m趋于稳定;支护设计参数评价时,开挖距离(50 m)结束,强、中、弱3种方案钢架受压安全系数最小值分别为3.903、3.718、3.264,#1拱顶处强支护钢架较喷射混凝土先破坏,混凝土安全系数最小值分别为3.491、2.987、2.666,#2左拱腰处喷射混凝土较钢架先破坏,故选择中支护方案,材料I25b×C25、初衬厚度26 cm、钢架距离0.8 m。研究成果可为类似软岩隧道开挖和支护结构的设计提供一定参考。

城市道路隧道晚高峰环境参数时空差异性分析

隧道内晚高峰的出现会导致交通流量的时空分布发生很大的变化,并进一步影响隧道内的环境参数及CO浓度。为了改善隧道内环境质量,研究人员于晚高峰时段对玉涵路隧道内空气温度、风速、CO浓度、CO_(2)浓度和颗粒物浓度进行了详细的现场实测。测试结果表明:节假日的交通晚高峰时长更短以及高峰车流量更低,从而引起节假日的风速、温升、CO_(2)增量较工作日平稳且状况更优;工作日洞内风速减小1.7~3.2 m/s,纵向温升为6.1~7.7℃;随着车辆行驶速度延迟时间的增大,风速、温升、CO_(2)增量延迟时间呈增大趋势,最大延迟时间可达70 min;工作日隧道通风应考虑交通高峰开始后20 min至交通高峰结束后70 min时间段的延迟时间。

风热水力耦合作用下风流对隧道冻胀力的影响研究

寒区隧道围岩冻胀对衬砌结构产生附加荷载,危害着衬砌结构的安全性、耐久性,冷风流作用下寒区隧道热-水-力耦合机理尚不明确,研究其对隧道冻胀力的影响具有重要的理论意义。基于冻融圈层整体冻胀理论,建立考虑风流与衬砌的换热特性、热-水-力的相互作用与冻胀变形的正交各向异性的多场耦合模型。结合青山沙隧道现场实测冻结深度与冻胀力值,利用COMSOL Multiphysics有限元软件验证了该模型的可靠性。采用单因素分析法,讨论了风流持续时间、风流湿度、风流速度、风流温度对青山沙隧道冻胀力的影响规律,并对该4个因素进行了敏感性评价。研究结果表明:不均匀传热导致冻结深度不一,冻胀力分布不均;冻结深度计算结果中,仰拱最大,拱顶其次,拱脚最小;冻胀力计算结果中,拱脚冻胀力最大,拱顶其次,仰拱最小。随着风流持续时间、湿度、速度的增大与温度的降低,拱脚、拱顶冻胀力均随之变大,仰拱冻胀力增减情况受变形释放的应力影响较大,但三者冻胀力增大率呈现拱脚最大,拱顶次之,仰拱最小的趋势;控制风流持续时间,保持风流干燥、低速、非负温,可以有效减少冻胀力。冻胀力影响因素敏感性呈现“风流持续时间>风流温度>风流速度>风流湿度”的结果。研究结果可为寒区隧道的保温防冻措施设置提供理论依据。

挡风墙对风区隧道火灾排烟效果的影响研究

烟气是隧道火灾中的最致命因素。针对处于风区的隧道受环境风影响,火灾烟气无法有效排出导致隧道内热量积聚和人员受困的问题,建议在风区隧道出口设置合理尺寸的挡风墙。以标准的2车道公路隧道为例,基于对公路隧道火灾载荷的调研,借助FDS(Fire Dynamics Simulator)软件建立典型的2车道公路隧道火灾模型,考虑风区10,20和30 m/s 3种横风速度,分别讨论有无挡风墙时的隧道内火灾烟气运动情况。无挡风墙时,横风会将烟气封堵在隧道内,造成隧道内热量的积聚,同时,隧道下部空间被烟气侵蚀,对人员逃生和救援工作产生不利的影响。进一步探讨不同宽度和高度的挡风墙对隧道内火灾烟气运动、隧道顶部温度、能见度及烟气层高度参数的影响,从而确定适合风区2车道公路隧道的最佳挡风墙尺寸。研究结果表明,隧道出口设置挡风墙可以有效促进风区隧道火灾烟气的排出,且能够大大降低隧道顶部温度。这是由于风流经过挡风墙时发生边界层分离,挡风墙内部形成负压驱使火灾烟气从隧道排出。当横风速度较大时,烟气倾向于全部从风区一侧排出,非风区一侧形成完全干净的空间,此时人员逃生和灭火救援可以从非风区侧进行。此外,挡风墙的尺寸并非越大越好,基于3个隧道火灾安全疏散指标,提出了优化的风区2车道公路隧道的挡风墙尺寸为4 m(宽)×8 m(高)。

围岩参数空间变异性对深埋隧道开挖条件下力学响应影响特性研究

为研究围岩参数空间变异性对深埋隧道开挖力学响应的影响,根据隧道工程物探结果分析围岩空间变异性特征,基于Weibull分布赋值实现围岩参数空间变异性的定量表征,通过数值模拟研究围岩弹性模量、黏聚力和内摩擦角参数空间变异作用下的深埋隧道开挖力学响应规律,建立了隧道开挖围岩力学响应同围岩参数变异性的关系。结果表明:弹性模量空间变异对围岩应力场分布影响最大,内摩擦角空间变异对围岩应力场、位移场及塑性区分布均产生显著影响,黏聚力空间变异对隧道开挖力学响应的影响最小。考虑围岩空间变异性作用的隧道力学响应结果与均质条件下的比值同均质度之间存在指数相关关系,研究结果可为深埋隧道勘测、结构设计提供参考。

隧道纵向开挖变形位移监测数值仿真分析

隧道纵向开挖变形位移监测数值仿真分析在监测过程中存在位移数据收集失误的情况,检测数值仿真的精准程度较低,在进行仿真的同时需调节位移数据收录系统的监测结构,影响最终的仿真效果。针对此类问题,构建隧道纵向开挖变形位移监测数值仿真模型,根据地基与隧道的模型结构设置参数,进一步调整预测的变形位移监测数据,精准录入收集的监测信息,获取精确度较高的位移数值,并构建数值仿真模型,完成整体数值仿真分析研究。结果可知,该数值仿真分析方法具有较强的监测精准度,在相同的地表数据沉降拟合条件下,监测的地表沉降值与实际值的误差为0.005%,隧道隆起值与实际值的误差为0.001%,能有效监测隧道变形位移状况,具有较强的监测性能。

大型地下厂房变形综合评估方法研究

地下厂房围岩稳定性是大型水电站工程建设的关键问题之一,基于数值分析法、经验公式法、工程实例统计法和工程类比分析法评估地下厂房变形允许值及其稳定性。锦屏二级水电站地下厂房变形原位测试与变形综合评估的对比结果表明:地下厂房开挖支护完成后围岩不同部位非协调变形现象显著,上游边墙中部到上游岩锚梁范围围岩变形最大,其次为下游边墙下部位置,顶拱变形普遍较小;地下厂房变形值适中,整体稳定性较好。此外,大型地下厂房围岩变形与围岩类别、地应力水平、洞室宽度及高度等呈正相关。研究成果可为大型水电地下工程稳定性分析和设计优化提供参考。

公路隧道仰拱缺陷对整体结构的影响及结构分析

公路隧道仰拱是重要的下部承载结构与功能结构,其服役耐久稳定是隧道顺畅运营的基础。以仰拱结构病害现象为切入点,总结提出了仰拱病害的主要成因及最常见的质量缺陷类型,并针对仰拱底部虚渣、深度不足、结构厚度不足、材料性能弱化、上下部连接刚度不足等代表性缺陷,结合荷载-结构法开展了不同缺陷程度下承载安全影响部位、影响程度等规律性分析。结果表明:1)仰拱局部缺陷主要影响缺陷部位承载安全,仰拱整体缺陷除影响仰拱结构自身外,还会造成上部结构整体破坏;2)不同缺陷类型对承载安全影响程度有所差异,结构厚度不足、材料性能劣化缺陷>底部虚渣不密实、仰拱深度不足>上下部结构连接刚度不足>围岩荷载增加;3)仰拱建造时,可取3/5倍设计强度、刚度、尺寸等条件作为质量底线的辅助判别标准,以便快速判定特殊条件下的缺陷状态。研究结果可用于仰拱病害成因分析与施工质量控制。

单向四车道特大断面公路隧道断面优化研究

随着我国城市化进程的高速发展,传统单向两车道隧道已满足不了现有交通运输需求,特大断面隧道建设规模日渐增大。依托山东省某单向四车道特大断面隧道工程,利用ABAQUS进行数值模拟,研究并得出了8组不同扁平率下隧道围岩变形和支护结构受力变化规律,确定出隧道合理扁平率范围。研究结果得出当扁平率为0.66~0.70时,隧道断面受力较均衡,支护结构稳定性较好,并且隧道开挖费用较低。本特大断面隧道断面优化方法可为今后同等条件下公路隧道内轮廓设计提供参考。

高速公路隧道机电工程施工安全信息化管理

以高速公路隧道机电工程的主要工作内容及特点为切入,阐述高速公路隧道机电工程施工安全管理信息化的重要性。同时,结合高速公路隧道机电工程施工现状,总结施工过程中影响安全的核心因素,并提出具有针对性的施工管理策略,期望为后续施工安全管理升级提供可靠的信息支撑。

穿越多断层破碎带隧道自适应结构走滑错动特性研究

在活动断裂构造带地区,断层运动往往是沿断层带发生,自活动盘到破碎带错动位移表现出逐级传递的特征,因此穿越活动断裂带的隧道结构应力、变形特征也受到断层错动形式的影响。依托西部高烈度区某穿越大型活动断裂带的公路隧道工程,通过数值模拟分析穿越多断层隧道结构在断层多级走滑错动下的位移、应力响应规律,得出隧道结构纵向基于多断层蠕滑错动的影响分区;建立基于柔性初支、刚性二衬和节段铰接的穿越蠕滑断层隧道自适应结构,探究在错动区和缓冲区内设置隧道自适应结构的抗错性能。研究表明:隧道围岩性质的差异是影响穿越断层破碎带隧道结构变形和应力的最重要因素,隧道自适应结构在蠕滑错动过程中,柔性初支能够吸收部分围岩传递至隧道结构的变形,柔性接头的剪切变形和衬砌节段的刚性转动能够承担较大的位错,随着隧道衬砌节段长度的减小、接头数量的增加,各个接头的剪切变形角和衬砌节段偏转角都将减小,大幅提升结构的抗错安全性。

公路隧道突发事件中横向疏散特性研究

为研究双洞单线公路隧道在发生火灾时隧道内部人员的逃生问题,本文以G15沈海高速猫狸岭隧道“8.27”较大货车起火事故为背景,运用Pathfinder软件研究横向疏散通道间距、不同车型对公路隧道人员疏散的影响,以期为双洞单线公路隧道安全疏散通道设计、疏散路径设计等提供理论基础。结果表明:当疏散方式均为横向疏散时,车行横道由于其净空宽度较大,在人员疏散过程中对人员拥挤的影响较小,因此在安全疏散中起到关键性作用。相比之下,隧道两端的出入口在人员安全疏散过程中起到了次要作用。隧道内的车型对疏散有重大影响,尤其是大客车,内部人员疏散时间较长,导致整体疏散效率低下,是所有疏散人群中疏散速度最慢的群体。