Allowance of Lateral Breakthrough Error for Super Long Tunnels from 20km to 50km

Up to now there is no specification about the allowance of lateral breakthrough error for super long tunnel from 20 km to 50 km. On the basis of the design of GPS networks located outside and inside tunnel traverse network, we propose a method for calculating the influence value caused by control surveying errors. Through a lot of simulative calculations and combination with piercing practice of super tunnels in Wan Jiazai Project, Shanxi province, we present an allowance table of lateral breakthrough error for super long tunnels from 20 km to 50 km.

截至2023年底中国10km以上特长公路隧道统计与分析

在隧道行业相关单位的大力支持及既有统计数据的基础上,对截至2023年底中国已建成运营、正在建设、规划设计的共计74座长度10 km以上的特长公路隧道进行统计,其中,已建成运营特长公路隧道25座,正在建设特长公路隧道31座,规划设计特长公路隧道18座。从隧道长度、所在省份、公路等级、地理位置、技术标准、施工工法、设计与施工单位等方面,对中国已建成运营、正在建设、规划设计的长度10 km以上的特长公路隧道建设情况进行分析,其中:长度在10~14.9 km的隧道共62座,长度在15~19.9 km的隧道共10座,长度大于20 km的隧道共2座;隧道主要集中在中国西南部,约占63%,四川省最多,其次是云南省;高速公路隧道达65座,占比约为88%;山岭公路隧道68座,水下隧道6座;隧道技术标准以双向4车道为主;隧道施工工法以钻爆法为主,近些年出现了TBM+钻爆组合工法;隧道设计单位主要有31家;隧道施工单位主要有52家。

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。

高原高铁特长和超长隧道单列车通过时空气阻力变化规律研究

为研究列车通过高原高铁隧道时隧道长度、坡型、坡度、海拔和列车速度对列车平均空气阻力、最大空气阻力以及隧道平均空气阻力因子、最大空气阻力因子4个空气阻力指标的影响规律,基于一维可压缩非定常不等熵流动模型特征线模拟隧道压力波,将列车空气阻力分解为头尾车端部的压差阻力、车厢摩擦阻力、全列车压差阻力和列车周围空气重力沿列车运行方向的分量阻力(简称空气重力分量阻力),建立反映坡度的单面坡隧道空气阻力计算模型。研究结果表明:1)单列车通过有坡度隧道时,空气阻力变化规律与车外压力波和空气重力分量阻力有关,受到压缩波和膨胀波的作用增大或减小;单列车通过不同隧道长度的单面上坡/下坡、人字坡和平直隧道时,存在基于平均空气阻力的最不利坡型和临界隧道长度。单列车通过长10 km的单面上坡隧道时平均空气阻力最大,为47.05 kN。2)单列车通过单面上坡隧道时,平均空气阻力和最大空气阻力随着坡度和列车速度的增大而增大,随着海拔的升高而减小。3)通过对平均空气阻力与列车速度拟合得出,列车通过单面上坡、下坡隧道时,平均空气阻力分别与列车速度的1.92次方和2.14次方成正比。

超长隧道平面控制测量横向贯通误差预估研究

相向开挖20 km以上的超长隧道,洞内施工环境复杂,相关的洞内外横向贯通误差影响因素的综合分析案例较少,也无超长隧道测量的相关标准规范,导致洞内测量横向摆动难以控制。为给超长隧道建设提供贯通前误差预估,本文分析了横向贯通误差来源,研究了洞外、洞内控制测量对横向贯通误差的影响规律,估算了洞外GNSS、测角误差、测距误差等对横向贯通的影响值,设计了洞内仿真计算试验,试验顾及了对中误差、观测误差等因素。在不同测角精度、不同导线边长条件下,推导并仿真计算了20~30 km范围内不同隧道长度的洞内横向贯通中误差值。结果表明,提高测角精度对横向贯通精度增益效果明显,仿真计算的结果准确可靠,且以2 km隧道长度为划分区间,获得了超长隧道洞外、洞内横向贯通中误差的推荐值。

双洞八车道特大跨度隧道Ⅴ级石质围岩开挖工法

为减小双洞八车道特大跨度隧道洞口Ⅴ级石质围岩后行导坑爆破对已完成支护结构的不利影响,该文以平潭牛寨山隧道工程为例,针对原设计双侧壁导坑法在后行的临近导坑爆破时,易将原先已施工完成的临时钢支撑震塌,提出取消临时横向支撑的变更方案1,以及带竖向支撑的上下台阶法(变更方案2),再利用有限元法计算,模拟3种不同开挖工法对隧道变形及受力的影响。计算结果表明:3种方案引起的拱顶沉降相差较小,最大相差约11.8%;变更方案2引起的围岩应力最大,但变更方案2同时取消了左右侧壁导坑的横向支撑以及左右侧壁导坑下台阶的竖向支撑,大大简化了施工工序。最后,结合监测数据进行分析,隧道结构安全稳定,变更方案2不仅合理可靠,而且加快了施工进度,节约了造价。

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。

龙岗特长铁路隧道矿山法段施工通风方案研究

隧道内二氧化碳、一氧化碳、瓦斯等有毒有害气体浓度过高不仅会降低作业人员施工效率,影响工程进度,还会对作业人员的生命安全造成严重威胁,由于特长隧道掘进距离长,隧道内有毒有害气体更易积聚,研究特长隧道施工通风方案尤为重要。以新建深圳至深汕合作区铁路龙岗隧道为工程背景,通过对风量计算及设备选型完成了特长隧道施工通风方案设计。由风量计算可知,隧道最小风速需风量Q风>隧道排烟需风量Q排>内燃机需风量Q内>作业人员需风量Q人,最大计算需风量为Q风=1371.6 m^(3)/min;由风压计算可知,风管最大风压为1800.2 Pa,为了确保风管接头处的气密性,可采用具有阻燃性PVC材质的柔性风筒;工程实践表明,采用斜井独头压入式的施工通风方案能够满足工程需求。

特长公路隧道无辅助通道火灾烟气控制方案研究

为探究5000 m以上隧道的火灾烟气蔓延特性及无辅助通道排烟方案的可行性,以慈利隧道为例,采用FDS火灾模拟软件模拟隧道火灾情景,分析了无辅助通道时慈利隧道烟气蔓延规律及温度场、CO浓度、能见度分布情况,并将不同风速下隧道烟气蔓延规律进行对比。结果表明:1)隧道排烟风速设置为4 m/s时,不设置辅助通道对火灾上游人员疏散安全性无影响,采用全射流纵向通风能够保证人员安全疏散,且烟气不会窜流;2)慈利隧道取消辅助通道方案是可行的,该方案极大地降低了隧道的建设和运营成本。

棉桠特长公路隧道通风方案研究

为解决棉桠特长公路隧道采用全纵向射流通风无法满足运营通风需求的难题,根据已有工程设计实践经验,基于对该隧道的线形指标、地形地貌、地质条件、施工条件、施工工期、工程造价等方面的综合分析,并结合通风计算,拟定了该隧道采用结合地下风机房的分段纵向式通风方式。在重点兼顾施工工期和工程造价前提下,通过对仅设置竖井、分设斜竖井、竖井结合施工横洞的两区段通风和斜井结合平导的三区段通风4种分段通风方案比选,提出了棉桠隧道采用分设送风斜井和排风竖井,结合地下风机房分两区段全纵向通风、三区段排烟的总体通风方案。该方案可供在穿越山体浑圆、洞身无法设置斜井和工期受控条件下的公路特长隧道借鉴。

高铁隧道斜井通风方案与管理方法

在隧道施工过程中,为确保有限空间内施工产生的有害气体和粉尘等尽快排除,保证隧道施工的新鲜风流,必须强化通风建设和管理工作。该文以某高铁隧道超长斜井施工为例,基于施工特征和通风设计原则,制定相应的通风方案,并对通风量和风压等进行计算,并制定相应的通风管理方法和措施,旨在为类似工程施工提供参考。

军功特长隧道水文地质条件浅析及涌水量预测

G227线贵德至大武公路工程GDSC-2标段勘察项目军功特长隧道勘察工作于2022年5月结束。军功特长隧道全长12 km,所处区域大部分为高山区,海拔4000 m以上的地区广泛发育着岛状多年冻土。受高寒湿润气候的影响,蒸发作用相对微弱,大气降水(雨)较丰富,大量的降水直接沿裂隙、孔隙渗入地下形成冻结层水,水文地质条件中等。此次勘察布设洞身工程地质(兼水文地质)勘察孔3个,分别为ZK06、ZK07和ZK08,孔深分别为338、211、124 m,钻孔口径为75 mm。待钻孔施工达到设计孔深后,在ZK06、ZK07和ZK08号钻孔内分别进行提桶抽水试验及含水层划分(一般视岩芯破碎、节理裂隙发育地段为含水层),求取区内水文地质参数(渗透系数K、降深S、涌水量Q、影响半径R等)。此次勘察根据所求水文地质参数,采用地下水均衡法和地下水动力学法对隧道涌水量进行计算预测,左洞涌水量为13214.1 m^(3)/d,右洞涌水量为13192.5 m^(3)/d。

超长联络通道冻结温度场发展特性分析

掌握超长地铁联络通道冻结温度场的变化规律,能够预测分析地层冻结温度场的发展状况。本文首先研究超长联络通道冻结设计方案,从冻结效果、冻结施工难度等方面进行分析,决定采用双侧隧道安装冻结机组的施工方案。根据监测数据验证土体冻结方案的可行性。最后进行冻结温度场数值模拟分析,采用ANSYS有限元软件建模,对比模拟结果和工程施工现场实测结果,两者的吻合程度高,验证了有限元数值模拟分析方法的可靠性,现场温度监测结果显示,冻结温度场具有阶段性发展规律特性:第1阶段,平均降温速率为1.37℃/d,盐水与土层温差较大使得土层温度快速下降;第2阶段,土体降温速度达到0.90℃/d;第3阶段,降温速度放缓,由于热交换趋于平衡而下降至0.5℃/d以内,至此则基本完成了超长联络通道土体的积极冻结。积极冻结期结束能够安全地进行超长联络通道施工活动。

超长距离沉管浮运技术研究及应用

深中通道沉管预制场位于珠海市桂山岛,与隧址区距离约为50 km,这是目前国内最长的沉管拖航距离,并且需要穿越多个社会航道。经过方案比选选择了浮运安装一体船的拖航方式,并开展了船管连接、航道设计,并针对不同的航道特点,选择不同的浮运操控方式,减少了社会航道的航道管控时间,保证了浮运的安全,可为类似项目提供参考。

浅埋黏质黄土隧道变形控制机制及措施研究

为弥补当前超长管棚研究经验及模拟精度的不足,以黏质黄土地层中高铁隧道下穿运营铁路的变形控制方法为研究对象,针对以超长管棚+临时仰拱组成的“纵横支撑”体系的结构受力特征和变形规律开展研究。首先,采用实体单元进行超长管棚的精细化建模,分析地层变形及管棚应力分布规律;其次,运用光栅光纤测试技术实时监测管棚纵向应力,揭示隧道开挖对超长管棚纵向应力的影响范围;最后,分析“纵横支撑”体系的作用机制。研究结果表明:1)整体性好的超长管棚将竖向应力沿纵向大范围转移,减少了掌子面附近钢架应力;2)临时仰拱与开挖后的支护结构形成闭环结构,提升了钢架整体承载能力,有效控制了黄土隧道的变形;3)管棚和支护结构形成的纵横支撑体系中,管棚的最小距离应大于2倍掌子面到支护结构闭合的距离;4)隧道开挖对超长管棚纵向应力的影响范围为掌子面前30 m至后20 m,强影响范围为掌子面前方10 m至掌子面后方5 m,管棚的长度越大,其承载效果越好。

高海拔特长隧道长距离独头掘进施工通风技术

施工通风是保证隧道内空气质量、人员健康、机械工作效率的重要工序,特别是高海拔特长隧道的施工通风更是一大技术难题。以某高海拔特长铁路隧道为工程依托,明确通风控制标准,通过理论计算方式得到需风量及风压,基于需风量要求计算不同漏风率、不同风机工效情况下的合理通风距离,并结合风机选型结果和隧道施工组织制定适用于高海拔特长隧道长距离独头掘进的施工通风方案。研究成果对后期高海拔特长隧道施工通风方案制定具有一定借鉴意义。

送风温度波动对恒温波荡器隧道温控精度的影响

在波荡器隧道中由于科学装置的特殊性,对隧道内空气温度稳定性的要求非常高。以某恒温波荡器隧道为研究对象,应用PHOENICS软件建立了物理模型,采用数值模拟方法研究了送风温度波动对隧道恒温区域温度稳定性的影响,以确定温度波动的临界值。结果表明:当送风温度发生波动时,越靠近隧道两端区域,空气温度波动幅度越小;当送风温度波动值为±0.200℃时,在30 min内,隧道内恒温区域轴向的温度波动值在-0.013~0.180℃之间,径向的温度波动值在-0.029~0.187℃之间。因此,为了满足波荡器隧道恒温区域的温控精度(±0.200℃)要求,送风温度波动不得超过0.200℃。

复杂环境超长超大顶管工程成套施工装备与技术研发及应用

项目紧扣城市基础设施建设和高质量发展需求,通过产、学、研、用联动模式,聚焦复杂环境超长超大顶管工程关键技术核心要素开展了重点攻关,分别从超长距离圆形顶管和超大断面矩形顶管工程施工力学特性及设计方法、成套装备与集成控制系统、关键施工工艺等方面进行研究。创新建立了基于管土水共同作用、阵列推进和环境安全的顶管分析方法和设计技术;开发了适应复杂地层、超长距离和特大断面的顶管掘进设备体系;研发了智能控制、精准顶进和静默穿越的顶管系列施工工艺。项目取得了大量原创性技术成果,有效解决了复杂环境超长超大顶管工程中的系列技术难题,保障工程与环境安全,引领了顶管技术的发展,推动了行业的科技进步,社会经济效益显著。

复杂地质条件下特长隧道关键施工技术研究

为解决特长隧道穿越复杂地质的施工难题,以米仓大道项目铁厂隧道工程为依托,采用现场勘查及实时监测等方法,深入分析了铁厂隧道施工中存在的不良地质问题以及工程难点,并从超前地质预报、隧道爆破开挖以及瓦斯检测及通风3个方面提出了复杂地质条件下特长隧道关键施工技术,实现了铁厂隧道的安全、高效施工,为铁厂隧道的顺利贯通提供了技术支撑,也为其他类似工程施工提供了经验参考。

特长引水隧洞洞内横向贯通精度仿真计算和分析

为解决特长引水隧洞洞内带状平面控制网精度难以提高、横向摆动和贯通误差大等问题,结合新疆某特长引水隧洞洞内平面控制测量的实际情况,设计一种混合固定测站和自由测站观测值的隧道洞内平面控制测量新网形。首先,利用计算机模拟仿真的方法生成该平面控制测量网形的模拟观测值,经过相应处理可以估算出隧道洞内横向贯通误差;然后,按照设计网形对该引水隧洞洞内平面控制网进行实际测量。实测结果表明,采用该网形观测得到的洞内平面控制网,各项精度指标均能满足隧道二等要求,并且根据实测数据估算的洞内横向贯通精度与仿真计算结果较为接近,从而验证了所采用的仿真计算方法用于估算隧道洞内平面控制网精度的可行性和可靠性。