地铁隧道倾斜检测仪设计

应实际工程需要,开发了一种基于嵌入式系统的地铁隧道倾斜检测系统,详细设计了该系统的数据采集终端、嵌入式系统终端及系统的传输通信等。以嵌入式终端设备为主体,全面阐述了系统的总体设计与实现,最后在该硬件系统上移植了嵌入式操作系统LINUX,并对系统的软硬件进行了测试、调试,达到了设计目的,并克服了原有设备的不足。

一种地铁隧道倾斜检测仪设计

应实际工程需要,开发了一种基于嵌入式系统的地铁隧道倾斜检测系统,详细设计了该系统的数据采集终端、嵌入式系统终端及系统的传输通信等部分。以嵌入式终端设备为主体,全面阐述了系统的总体设计与实现。最后在该硬件系统上移植了嵌入式操作系统LINUX,并对系统的软硬件进行了测试、调试。

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。

倾斜隧道贴壁火灾顶棚烟气最大温升模拟研究

目的 研究在火灾浮力效应、壁面辐射热反馈及空气卷吸限制效应的协同作用下倾斜隧道贴壁火灾发展的特性。方法 利用FDS软件对倾斜隧道贴壁火进行数值模拟,分析顶棚烟气最大温升及其位置;考虑火源中心与侧壁的距离、坡度,建立了无量纲预测模型,进行拟合分析。结果 当贴壁火热释放速率分别为2.7、4.0和5.0 MW时,隧道贴壁火的顶棚最大温升分别在坡度为2%、1%、0时达到最大值,之后随着坡度的增大呈指数衰减;与轴线火相比,当坡度小于10%时,贴壁火的最大温升点与火源中心更近,坡度大于10%时,贴壁火的最大温升点位置更远;贴壁火和轴线火的拟合结果很好,相关系数分别为0.98和0.95。结论 侧壁限制对最大温升的影响随着火源中心与侧壁距离的缩小而更加显著;随着隧道坡度增大,倾斜隧道贴壁火的火焰同时向火灾上游和侧壁倾斜,空气卷吸和对流换热作用不断增强,从而影响火焰的受力机制和火源表面接受到的辐射热反馈,顶棚最大温升随坡度增加呈指数衰减。

高烈度地震区倾斜隧道洞口段抗减震技术研究

为提升高烈度地震区倾斜隧道洞口段的抗震性能,依托某隧道工程,利用有限差分数值软件FLAC3D研究了注浆加固和减震层的抗减震效果。结果表明:(1)隧道纵向应力极值和位移最大值出现在洞口中间过渡段,监测面内应力极值和位移最大值均出现在衬砌结构拱脚;(2)与无抗减震措施相比,注浆加固与施作减震层均能减少隧道二次衬砌位移差,施作减震层后隧道竖向位移差减少最多,减震效果达到74.83%;(3)工况1(无措施)最小主应力峰值最大,为-28.64 MPa,施作减震层后为-20.05 MPa,减震效果达到29.99%;(4)随着隧道纵向长度的增加,最小安全系数先减小后增大,最小值出现在中间过渡段监测面S3处;工况1安全系数为1.95,工况2为2.24,但仍低于安全阀值,工况3为2.56,符合安全要求。综合位移、应力和安全系数,采用减震层的抗减震效果优于注浆加固。研究成果可为倾斜隧道洞口段抗减震设防设计提供参考。

自然通风倾斜隧道火灾烟气最大逆流长度研究

为探讨纵坡隧道利用烟囱效应诱导气流进行火灾烟气控制的可行性,系统开展了烟囱效应作用下倾斜隧道火灾烟气流动规律研究。揭示了倾斜隧道中由坡度产生的烟囱效应作用对火灾烟气蔓延规律的影响,分析了自然通风条件下的倾斜隧道火灾烟气非对称流动效应。结果表明,随着高程差的增大,正向流动的烟气、空气质量流量从50%增加至约100%;而负向流动的烟气、空气质量流量从50%衰减至约0%。利用高程差作为特征参数进行定量表征,提出了火灾烟气与新鲜空气的质量流量经验公式,并推导出了烟气最大逆流长度预测公式。

倾斜隧道火灾烟气分层稳定性研究

隧道内的烟气分层特征对分析疏散和救援的难度以及制定有效的应急策略具有至关重要的作用。倾斜隧道中的烟气流动受到浮力和烟囱效应的共同影响,导致烟气的分布和运动规律与水平隧道存在显著差异。在倾斜隧道中,烟气分层稳定性受到多种因素的影响,且相关研究较少。本文采用数值模拟方法对倾斜角度为1%~15%的两端开口的倾斜隧道火灾烟气分布特性及其影响因素进行了研究。研究表明:Newman提出的判定烟气分层状态的临界无量纲温差在倾斜隧道火灾中仍然适用(坡度在1%~15%范围内)。倾斜隧道火灾发生后,火源与低端入口之间的烟气层始终能够保持稳定的烟气分层。而火源与下游出口之间的烟气层则随着烟囱效应的增强,稳定分层被破坏的区域不断扩大,并逐渐扩展至整个下游区域。火源功率和火源与下游出口之间的高差可直接影响隧道内的烟囱效应和烟气自身浮力,进而影响烟气分层状态。在此基础上,提出了用于预测倾斜隧道火灾烟气分层特性的计算模型,并确定了烟气分层区域1和区域2之间的临界Froude数为0.9。本文研究可为隧道火灾排烟及疏散设计提供指导。

考虑孔隙水作用的盾构倾斜隧道开挖面可靠性分析

为研究倾斜隧道开挖面在孔隙水作用下的稳定性,将孔隙水作为外力引入倾斜隧道开挖面计算模型中,运用极限分析法求解孔隙水作用下倾斜隧道开挖面支护力的解析解,并通过序列二次规划(Sequence Quadratic Programing,SQP)算法求解得到支护力上限解.根据可靠度理论,构建倾斜隧道开挖面极限状态方程,分析隧道倾角、孔隙水压力系数、水位线高度和Hoek-Brown参数对隧道开挖面失效概率的影响以及不同安全等级下支护力的合理范围.结果表明:孔隙水及隧道倾角对隧道的稳定性有显著的影响,隧道开挖面失效概率随孔隙水压力系数的增加而增加.研究结果可为孔隙水作用下倾斜隧道支护提供理论支撑.

倾斜隧道内障碍物与烟囱效应协同作用对烟气蔓延的影响

采用FDS研究自然通风条件下坡度与障碍物耦合作用下的烟气运动,主要分析隧道顶棚下方的纵向烟气蔓延特性、障碍物区域的羽流特征以及竖井排烟性能。结果表明:障碍物高度对顶棚最高温度影响较小,其最高温度主要由竖井高度以及坡度决定,并随二者的增加而逐渐降低,最终趋于某一定值。在近火场中,障碍物和坡度均会使火灾区域的流场发生变化,烟气羽流长度受坡度的影响较大,隧道坡度和竖井高度决定竖井的排烟效率,障碍物对其影响较小。此外,竖井高度较低时会导致边界层分离现象发生,该现象并不会随着坡度的增加而消失,并且竖井内侧始终存在漩涡,当竖井高度达到一定值后,坡度能有效抑制烟气吸穿。

抑制倾斜隧道烟气流动热压主导模式的临界风压

为抑制纵向通风的倾斜隧道内火灾烟气流动的不确定性,首先,采用势函数分析法,建立只产生热压主导模式的临界风压P_(j,min)与完全抑制热压主导模式的临界风压P_(j,max)的理论模型;然后,开展小尺寸试验,验证该理论模型的科学性及有效性,并比较刚好实现临界风速的机械风压P_(jj,c)与上述2个临界风压的大小。结果表明:P_(j,max)恒大于P_(jj,c);若采用P_(jj,c)来实施纵向排烟,由于风机开启时间的不同,可能存在2种稳定状态,第一种状态为隧道内的纵向风速达到临界风速,进而使得全部烟气向下游流动,而另一种状态为热压压制风机风压,造成部分烟气向上游蔓延;当采用P_(j,max)时,则可在任何风机开启时间下实现有效纵向排烟。

考虑流固耦合作用下倾斜隧道的稳定性分析

为研究倾斜隧道在土层渗流作用下的稳定性,依托具体隧道工程为背景,通过数值模拟和现场监测等手段,基于FLAC3D软件模拟研究流固耦合作用下倾斜隧道的稳定性,分析对比有渗流状态下的隧道应力场、位移场变化规律,分析结果可指导隧道的盾构施工。

倾斜隧道内可燃液体连续泄漏漫流特征及其潜在火灾热释放速率试验研究

为研究倾斜隧道内可燃液体泄漏漫流引发的潜在火灾危险性,建立了双向坡度可调试验平台,对连续泄漏漫流形态、宽度、面积等特征随隧道坡度的变化规律进行了试验研究;同时开展火灾试验,研究燃料厚度对热释放速率的影响。结果表明:当隧道仅存在纵坡时,随着坡度的增加,液体漫流宽度及面积缩小;当同时存在横坡和纵坡时,液体流向隧道侧墙,漫流长度及面积缩小。液体漫流平均厚度为2 mm,该厚度下可燃液体热释放速率为经典模型计算值的30%~50%。结合上述试验研究,可对隧道内可燃液体连续泄漏漫流潜在火灾热释放速率进行估算。研究结果表明:隧道横坡由1%增加至2%,液体漫流面积可减少约50%,大幅降低潜在的热释放速率。

倾斜有曲率隧道火灾中烟气扩散的数值模拟

为了研究在倾斜有曲率的隧道内汽车发生火灾时烟气的蔓延规律,建立了南昌市红谷隧道一入口处的全尺寸模型,运用Fluent软件对不同风速和不同火源功率下的隧道火灾进行了数值模拟分析,探究了抑制火灾烟气逆流的临界风速;通过与经验公式所算的结果进行比较,验证了数值模拟的可靠性。结果表明:坡度的存在使得火灾烟气更多的向隧道上坡方向蔓延;纵向通风风速太小对烟气蔓延会产生不利的影响,风速达到或大于临界风速时对烟气的控制效果较好;当风速达到临界风速时,曲率的存在使得隧道内侧和外侧的温度呈现不对称分布;隧道火灾火源功率为5、10、20 MW时,临界风速大概分别为2.0、2.5、3.0 m/s,模拟结果与经验公式所算的值变化趋势相似。

超大截面倾斜隧道式嵌岩桩基础开挖施工工艺研究

通过对夜郎河双线特大桥超大截面倾斜隧道式嵌岩桩基础施工技术研究,探讨出一套适用于岩层破碎山区超大截面、大倾斜角隧道式嵌岩桩基础施工工艺。该工艺具有设计合理、步骤简单、投入成本低、机械化程度高等特点,能简便、高效、快速地完成超大截面大倾斜隧道式单桩基础施工。

倾斜隧道火灾时高温烟气流蔓延特征研究

利用FDS数值计算手段,针对倾斜隧道发生火灾时隧道内的环境场进行数值模拟。通过分析火灾时隧道内烟气蔓延规律、温度分布,以及能见度变化特征,研究隧道倾斜段对火灾时隧道内环境场的影响。结果表明:隧道坡段的存在对高温烟气的蔓延、温度,以及能见度具有较大的影响,并且给隧道内人员的疏散逃生带来新的问题。

基于拟动力法的盾构倾斜隧道开挖面抗震可靠性分析

为了研究倾斜隧道开挖面的抗震可靠性,运用拟动力法将地震力引入倾斜盾构隧道开挖面的计算模型,并考虑Hoek-Brown破坏准则,采用极限分析上限法求解了地震效应下倾斜隧道开挖面的极限支护力。基于极限分析上限定理和隧道开挖面失效模式,构建倾斜隧道开挖面的抗震可靠度模型,采用响应面法求解地震效应下倾斜隧道开挖面的失效概率。分析地震加速度系数、隧道倾角和Hoek-Brown参数对隧道开挖面失效概率的影响,给出不同容许失效概率下的最小安全支护力,本研究结果能为倾斜隧道开挖面的抗震设计及施工提供参考。

倾斜隧道的机械开挖

过去30年内,隧道掘进机经历了一段漫长的路程,在坚硬的、非常破碎的、易于渗透的或混合岩层内都进行了开挖隧道的尝试。此外,用隧道掘进机开挖上倾和下倾隧道也成为可能。最早这种工程利用佳瓦型隧道掘进机开挖,以后用威特型隧道掘进机开挖了大量的倾斜隧道。

考虑土体剪胀性的盾构倾斜隧道开挖面稳定性分析

考虑土体剪胀效应的影响,对盾构倾斜隧道开挖面的稳定性进行研究。通过构建的盾构倾斜隧道开挖面破坏模式,结合非线性破坏准则和极限分析上限定理,推导出开挖面支护力的解析解,求解了开挖面的最优支护力及潜在破坏面。研究结果表明,隧道倾角α小幅度变化时对支护力的影响较小,而非线性系数m和剪胀系数η对支护力影响较大。隧道倾角α,非线性系数m和剪胀系数η对潜在破坏面影响较为显著。

盾构偏仰角影响下隧道掌子面稳定性分析

为探究任意偏仰角影响下纵向倾斜隧道掌子面的稳定情况,以Hoek-Brown强度准则为例,考虑隧道纵向倾角的影响。利用空间离散和点生点技术,改进现有的隧道掌子面三维主被动破坏模型,求解了倾斜隧道掌子面的主被动破坏极限支护压力,并建立了非线性Hoek-Brown准则下倾斜隧道掌子面三维主被动破坏模型。通过本文模型计算结果与数值模拟结果对比分析,以验证本文所建立的非线性Hoek-Brown准则下倾斜隧道掌子面三维主被动破坏模型的合理性。结果表明:本文所建立的非线性Hoek-Brown准则下倾斜隧道掌子面三维主被动破坏模型与数值模拟结果之间最大误差小于5%,拟合效果良好,适用于倾斜隧道的掌子面稳定性分析问题;任意偏仰角引起隧道与水平面之间的倾角是影响掌子面稳定性的重要因素,在实际施工中应予以格外关注,可为类似隧道盾构施工的安全性提供有效的理论指导与参考。

纵向通风及坡度对隧道池火燃烧速率影响实验研究

采用1:15的缩尺模型隧道,隧道坡度范围为0~10%,进行纵向通风风速为0~2.5m/s的乙醇和正庚烷池火实验,研究坡度与通风风速对油池火燃烧状态的影响。油池采用厚度1mm的不锈钢板打造,边长为8cm和10cm。随着纵向通风风速的增加,乙醇池火的燃烧速率先下降后上升,正庚烷池火在水平隧道和坡度为5%的情况下,燃烧速率也呈现先下降后上升的趋势。但在隧道坡度为10%的情况下,正庚烷的燃烧速率单调增加。火焰倾斜角随风速的增大先迅速增加后缓慢增加。