Influence of traffic on the temperature field of tunnel in cold region:A case study on the world’s longest highway spiral tunnel

The impact of the piston wind caused by vehicle traffic on the temperature field distribution of the tunnel cannot be ignored,especially in spiral tunnels,where the temperature field distribution is more complicated than that in straight tunnels.Based on the world’s longest highway spiral tunnel,this study explores the influence of traffic on the temperature fields of spiral and straight tunnels,and proposes a new design method for laying length of insulation layer.The results show that traffic has a significant effect on the temperature field dis-tribution in the tunnel.The influence degree of different traffic elements decreases in the following order:average vehicle speed>daily traffic>morning rush hour>evening rush hour.The temperature field distribution of spiral tunnels is asymmetry on the left and right compared with straight tunnels,while the influence degree of traffic on the outside of spiral tunnels is similar to that of straight tunnels.Due to the difference of wind direction and traffic direction at different tunnel openings,an asymmetric insulation layer laying method is proposed.It is suggested that the lengths of the insulation layers of the Jinjiazhuang Tunnel should be 1200 m for the right tunnel inlet,700 m for the right tunnel outlet,700 m for the left tunnel inlet,and 1400 m for the left tunnel outlet.

基于灰狼优化算法的盾构机刀具螺旋布局优化研究

以济南轨道交通4号线盾构隧道为例,提出了一种基于灰狼优化算法(GWO)的刀具螺旋布局优化模型,旨在提高盾构机在硬岩条件下的性能。首先分析了影响盾构机性能的关键因素,重点探讨了岩石属性、盾构机参数及刀具设计对盾构效率和成本的影响。为优化刀具布局,开发了一个螺旋布局模型,并通过GWO算法求解。通过实际工程数据进行数值模拟,优化后的刀具布局显著降低了横向力(减少84.07%)和偏心扭矩(减少21.09%),同时x轴和y轴偏心率分别降低了54.09%和16.28%。研究结果表明,该优化模型不仅能提升盾构机的整体性能,还具有广泛的应用前景。

充分利用隧道窑热量同步焙烧煤矸石轻集料技术研究

主要介绍了充分利用隧道窑热量同步焙烧煤矸石轻集料技术及节能焙烧设备的研究情况,依据以内螺旋筒为特征结构的节能焙烧工作原理,研究、设计、试制了实验炉模拟设备,并以辽源市煤矸石为原料进行了相关焙烧试验,验证了其所形成的煤矸石轻集料焙烧新工艺。模拟实验表明,利用隧道窑热量(余热)同步焙烧煤矸石轻集料技术具有可行性。

双面叠合装配式管廊侧墙面外抗震性能试验

为研究采用螺旋箍筋套筒底节点连接的预制双面叠合式管廊侧墙在面外荷载作用下的受力变形性能,对2个采用该节点连接的足尺侧墙试件进行了不同轴压比下低周往复加载试验,并与对应2个现浇试件作对比,初步揭示了螺旋箍筋套筒底节点和竖向轴压比对管廊侧墙面外抗震受力变形性能的影响。试验结果表明:两种试件滞回曲线均较为饱满,具有良好的抗震耗能能力,满足装配式结构抗震变形设计要求;叠合装配试件上部区域剪切变形均高于现浇试件,且裂缝遍布整个墙体高度范围,具有良好的面外变形能力。

金家庄螺旋形隧道照明频闪消除技术研究

以金家庄螺旋型隧道为例,讨论和分析了隧道灯具频闪的3个诱因:灯具引发的频闪、布置间距引发的频闪以及调光方式引发的频闪,然后针对性地提出了调整灯具布置方式、提高灯具电源输出质量、选择合适的调光方式3种消除频闪的措施。通过驾驶员对隧道实际行车环境的满意度调查显示,金家庄隧道频闪消除措施很好地消除了隧道频闪现象。

弯扭柱-螺旋梁观光塔结构设计与静力分析

对重庆长江艺术湾区中岛艺路项目的观光塔结构设计要点进行阐述和分析。观光塔分为塔身和飘带,塔身高38.1m,飘带高25.66m。塔身是由三根逆时针旋转的弯扭箱形柱和顺时针旋转的螺旋箱形梁正交组成的螺旋结构,飘带是由两根弯扭箱形梁和中间连系梁组成的弯扭结构。该结构体型复杂,依据风洞试验确定了结构的风荷载体型系数。对结构的关键构件和关键节点进行了设计,并采用有限元软件MIDAS Gen和ABAQUS对结构的变形、构件内力、应力、结构整体稳定性和节点极限承载力进行了详细分析。结果表明,结构具备较高的安全可靠度。

偏转风场下高层建筑设计风速的风向折减因子

提出了超高层建筑设计风荷载估算过程中考虑风场偏转影响的强风风速风向折减因子修正方法。在风洞中模拟了一个方形截面超高层建筑刚性模型。在偏转风场和无偏风场工况下,根据提出的修正方法计算了北京地区和南京地区高层建筑设计风速的风向折减因子,分析了风场偏转对高层建筑气动力风向折减效应的影响。结果表明,偏转风场会使建筑风压存在偏移现象,最不利风压出现的风向角与无偏风场下不同,而在考虑风向折减效应的风荷载估算方法中,如果忽略风场偏转的影响就可能导致超高层建筑风荷载的低估,使得结构设计偏于危险,提出的修正方法能够有效解决这一问题。

高速公路螺旋隧道圆曲线半径建议值研究

为探明山区高速公路螺旋隧道半径对车辆行驶速度和轨迹偏移的影响规律,获得圆曲线半径合理设计值,文章基于螺旋隧道典型设计参数和安全停车视距,利用驾驶模拟仿真技术与回归分析方法,通过构建四种工况(左转下坡、左转上坡、右转上坡、右转下坡)的仿真驾驶模拟场景获取行驶速度和轨迹偏移数据,分析螺旋隧道半径对车辆运行特性的影响,基于平均速度、横向偏移值以及“自解释”理论,得到螺旋隧道路段圆曲线推荐半径值。结果表明:在螺旋隧道圆曲线路段内,行驶速度呈现出下坡快于上坡、右转快于左转、半径大于930 m时速度变异系数增大等特征,且左转半径大于1 000 m、右转半径大于800 m时超速现象显著;横向偏移量呈现出下坡大于上坡、左转小于右转、随半径增大而减小等特征;螺旋隧道在左转下坡、左转上坡、右转下坡、右转上坡的工况下,推荐半径取值范围分别为640 m~880 m、630 m~870 m、630 m~840 m、620 m~820 m。研究结果可为山区高速公路螺旋隧道的平面线形设计提供参考。

基于对数曲线和塌落拱组合的砂卵石隧道开挖面稳定分析

合理的支护力对于砂卵石土隧道开挖面的稳定性至关重要。借助已有对数螺旋曲线破坏模式,将塌落拱模型与极限分析法结合,建立砂卵石隧道开挖面破坏模型,并提出适用于砂卵石隧道的开挖面极限支护力计算方法。然后,将本文理论解析与数值模拟、已有理论进行对比,获得不同内摩擦角和黏聚力下的破坏区域。最后,利用理论解析与数值模拟方法对北京某盾构隧道进行开挖面稳定性分析。结果显示,本文解析解与已有研究获得的极限支护力吻合较好,计算便捷,精度较高。极限支护力随着内摩擦角的增大呈非线性减小,且在摩擦角较小时,极限支护力对内摩擦角变化更为敏感。极限支护力随着黏聚力的增大呈近似线性减小。当埋深比较小时,其对极限支护力有着较为明显的影响。当C/D>1.0时,隧道埋深的增加对极限支护力的大小没有明显影响,摩擦角对破坏区域有非常明显的影响。随着内摩擦角的增大,破坏区域显著减小。黏聚力对破坏区域的影响非常小,即不同黏聚力下耗能面的大小几乎不变。针对北京某盾构隧道计算可以发现,基于极限分析法提出的破坏模式优化塌陷范围及形状后,使得破坏模式更加合理,同时破坏范围更大,取得了很好的工程应用效果。

极硬岩条件下TBM附属硐室同步施工关键技术

极硬岩条件下以TBM掘进为关键线路,随着螺旋斜坡道TBM掘进深度的延伸,TBM主巷道、附属硐室内的各类科研试验也大量同步开展,施工压力也随之增大,斜坡道TBM主巷道作为物料运输、人员进出的唯一通道;为解决TBM有限空间施工条件下,长距离大坡度物料运输困难、硐内人员进出频繁、交叉施工干扰大、作业风险高、TBM辅助设施运行和附属硐室爆破施工的安全性等施工难题,TBM与附属硐室同步施工的必要性就尤为重要;通过改进临时防护台架结构设计和安设位置,采用水磨钻轮廓开挖和台阶法分次松动爆破相结合的施工方法,优化附属硐室施工工艺和施工顺序,采取开挖台架与临时防护台架交替作业方式科学组织施工等,确保了斜坡道运输通道畅通,降低了交叉施工干扰和作业风险,实现了极硬岩条件下TBM附属硐室同步安全快速施工。

基于双层信赖域策略的矿用卡车非线性路径优化算法

针对矿区复杂环境下的路径规划问题,文章提出一种基于双层信赖域策略的矿用卡车非线性路径优化算法。首先,在优化过程中的外层循环中,为确保运动学约束和避障需求,在经典可行驶隧道技术的基础上,提出了“八邻域螺旋”可行驶避障隧道方法,通过动态调整搜索模式在8个邻域方向上进行扩展,使碰撞路径点可以在隧道中进行避障调整;接着,构建路径优化状态空间离散模型,内层循环采用回溯直线搜索方法来精细化调整内层搜索方向和步长,通过动态调整信赖域半径的大小,有效应对路径优化模型中的非线性特性;最后,对优化算法进行实车对比试验。试验结果显示,与学术界主流的LIOM、DL-IAPS和OBCA等优化方法相比,本算法在入铲作业环境下的平均求解耗时至少可降低2.75%;与离散点平滑算法相比,该算法对曲率和曲率变化率的限制效果分别提高了约16.36%和28.07%,与多项优化算法相比,其对曲率和曲率变化率的限制效果分别提高了约8.46%和19.61%;在障碍物避让的试验中,其在一定程度上增加与障碍物距离的同时还保持了较低的曲率。这一优化结果不仅提高了无人驾驶矿用卡车的规划效率,也显著增强了其在复杂环境中的作业安全。

基于多对数螺旋曲线破坏机构的富水软岩隧道开挖面支护应力分析

为了避免对胡克-布朗准则进行任何线性化处理,将广义胡克-布朗(generalized Hoek-Brown, GHB)强度准则直接引入到开挖面稳定性分析中,基于极限分析理论构建了富水地层浅埋隧道开挖面多对数螺旋线破坏机构。在考虑孔隙水压力的作用下,推导出能量平衡方程,得到开挖面极限支护应力表达式,并且通过程序优化得到支护应力最优上限解。在此基础上,分析了GHB强度参数、孔隙水压力系数、岩土体重度以及隧道埋深比对开挖面稳定性的影响。最后通过归一化处理得到不同情况下的开挖面极限支护应力稳定性图表,通过该图表能够快速便捷地获得富水地层隧道开挖面维持稳定性所需的极限支护应力,为盾构隧道初步设计提供理论依据。

高水头水电站“三洞合一”布置的体型优化试验

针对某水电站坝址河道狭窄现状,采用放空洞、旋流竖井泄洪洞与导流洞"三洞合一"技术优化枢纽布置。通过模型试验,分析旋流竖井泄洪洞泄流能力及相关水力特性,评价了结构尺寸设计的合理性。提出在放空洞连接段采用曲线型阶梯消能工的措施,通过试验得到了优化体型。研究表明,采用曲线型阶梯消能工后,连接段流态平稳,水流掺气充分,并且消能效果显著,在单宽流量为54.3 m3/(s.m)时阶梯段的消能率达到了43%。在洞内连接段布置阶梯消能工可有效改善枢纽布置。

螺旋隧道火灾特性小尺寸实验研究

为探明螺旋隧道火灾特性,防止人员高温伤害,基于Froude准则,搭建比例1∶67的小尺寸螺旋隧道实验模型,采用模型实验方法研究不同坡度和不同风速下螺旋隧道火灾温度分布规律及烟气蔓延特性。研究结果表明:低坡度条件下,螺旋隧道内高温区以火源为中点呈对称分布状态;随着坡度的增加,隧道内高温区逐渐向下游延伸,火源处拱顶下方温度呈现先增大后降低再升高的变化规律;无论是自然风还是机械纵向通风,新鲜冷空气的吹入对隧道温度的降低起到主导作用,且风速越大,温降幅度越大;随着隧道坡度和自然风速的增加,火羽流由竖直狭长型转变为燃烧不稳定的大截面火焰,同时坡度增加抑制了火灾烟气逆流,促进了烟气向火源下游的蔓延速度,大大提高了排烟的有效性,减少人员伤害。

螺旋隧道独头掘进压入式通风参数研究

以卧龙沟1号隧道施工通风工程为依托,采用CFD软件,进行不同风筒出口距离和不同风筒布置方式的流场数值模拟,从射流风速流场、风速变化曲线、涡流区风速等方面分析了流场特征。研究表明:在R=720m左右的螺旋隧道中,风管出风口置于隧道轴线螺旋外侧时通风效果最好,且出风口距掌子面距离不宜大于40m。

小湾水电站大型导流洞改建泄洪洞研究

针对小湾水电站高水头、大流量的泄洪特点 ,通过大量的优化试验研究 ,将旋流竖井式泄洪洞技术应用于小湾水电站导流洞改建工程 ,并提出了适合小湾工程特点的体形布置形式 ,解决了下游高水位淹没泄洪洞出口的技术难题。研究表明 ,这种旋流竖井式泄洪洞的消能效率可达 90 %左右 ,涡室与竖井的水流流态比较平顺 ,压力分布合理 ,导流洞内水流速度低于 2 0m/s,不失为高水头、大流量条件下导流洞改建为泄洪洞的有效方式之一。

高原区螺旋隧道CO运移规律研究

高原区螺旋隧道受低气压、空气稀薄及曲线半径等因素的影响,隧道内CO运移规律不同于常规隧道。以卧龙沟1号隧道工程为依托,利用Fluent软件模拟分析,通过将高原区螺旋隧道与常规隧道进行对比分析,得到高原区螺旋隧道内CO浓度场的空间分布规律和分布特点,同时结合现场监测数据验证了结果的可靠性。并得到各海拔高度下R=700 m的螺旋隧道的通风安全时间相对常规隧道的增长率,该参数可作为隧道通风的参考依据;根据计算结果提出了高原区螺旋隧道通风管理的相关措施。

强挤压型隧道锚杆支护参数的确定

针对强挤压型隧道锚杆支护参数因无工程类比而存在的问题,提出了基于对数螺线角确定强挤压型隧道锚杆支护参数的方法。围岩作用于锚杆的区域可分为竖向受拉力区和强挤压受剪或水平受拉区。建立了一套确定锚杆支护参数的方法,并已成功地应用于家竹箐隧道。

软岩巷道围岩剪切滑移破坏机理及控制研究

利用滑移线场理论得到了均质弹塑性围岩发生剪切滑移破坏的滑移线场及包含破坏特征参数的极限载荷计算公式,讨论了围岩内摩擦角、黏聚力以及支护阻力对围岩承载力的影响。研究表明:深部巷道围岩受到开挖应力重分布的影响发生剪切破坏,形成明显的剪切滑移线。圆形巷道围岩破坏区滑移线场为两族仅有旋转方向不同,其他参数都相同且极点在巷道中心的斜交同心对数螺旋线。围岩内摩擦角、黏聚力以及地应力是影响巷道围岩发生剪切滑移破坏的主要影响因素,同时也是巷道稳定性控制的关键。最后根据研究成果对某矿副井发生大变形破坏的原因进行了分析,提出了以"阻剪抗滑"为技术核心的支护方案,收到了良好的效果。

竖井旋流泄洪洞在抽水蓄能电站中的应用

水库泄洪设施是抽水蓄能电站建设的重要组成部分,将施工导流洞改建成泄洪放空设施,施工期临时导流,运行期常规泄洪,能够减少土石方开挖,保护环境,节省投资。基于水工模型试验研究,竖井旋流泄洪洞竖井进口采用无闸门潜水起旋墩,引导水流形成有空气腔的旋转流,结合竖井底部形成的环形水跃和盲洞、消力墩构成洞内消能工,后接顶压板形成退水隧洞无压流,这种设计不仅可以防止洞内空蚀,同时也可降低出口消力池的消能压力,研究成果可为同类工程提供借鉴。