Optimal Deployment Patterns for k-Coverage and k-Connectivity 3D WSNs in Underground Tunnel

In this paper,we first model the mining structure as a arched shape in terms of the tunnel geometry.Based on the regularly placement of nodes in that model,a set of deployment patterns for seamless coverage and k-connectivity is proposed,i.e.1-and 2-connectivity.Further,we figure out the maximum horizontal distance of tangent plane to determine the placement of nodes for k-coverage（k=1,2）.Besides,the mathematical relations between the communication radius and the sensing radius are derived,when the network keeps k-coverage（k=1,2） and k-connectivity（k=2,3） under certain regularity constrains for various patterns.Finally,we demonstrate the optimality of several approaches that we have proposed in the aspect of energy consumption and network lifetime.

大断面隧道初期支护中纵向连接与拱架联合承载效应

针对大断面隧道初期支护拱架在承载时易发生平面外失稳的问题,本文通过开展单拱架全比尺试验和考虑纵向连接的拱框架结构的数值试验以及现场对比试验,对纵向连接与拱架组成的拱框架结构进行优化研究,使其横向上有足够承载能力、纵向上有较高稳定性。研究结果表明,单个拱架的破坏模式是局部面外失稳导致整体承载力丧失,考虑纵向连接的拱框架结构的平面内承载力和平面外稳定性都得到增强。通过调整纵向连接间距和拱架间距也可以调整初期支护拱框架结构和喷射混凝土的内力分担比,以充分发挥初期支护的承载能力,但纵向连接间距应小于1500 mm,拱架间距也应小于1200 mm。因而,在不改变初期支护现有结构形式的前提下,通过合理地布设纵向连接与拱架形成的具有空间承载效应的拱框架结构,不仅可以保证初期支护的承载能力,而且还提高施工效率和经济效益。研究成果可指导大断面隧道初期支护结构设计。

矿山法隧道预制仰供与边墙连接型式的受力特征比较

在矿山法隧道工程中,采用预制仰拱的方法可以加快施工速度、减少病害等,其中预制仰拱与隧道边墙的连接型式对隧道结构的安全性和施工的可操作性有影响。采用数值模拟方法,研究了平面连接、碗扣式榫槽连接、方形榫槽连接、螺栓连接或预留钢筋连接和现浇二次衬砌连接等五种预制仰拱与隧道边墙连接型式的接头力学特性。研究表明:螺栓连接较为可靠,其力学特性与整体现浇类似,但施工较为复杂;方形榫槽连接型式力学特性虽弱于螺栓连接,但也满足强度要求,且施工方便,推荐采用方形榫槽连接。研究成果可为矿山法隧道预制仰拱与隧道边墙连接的设计与施工提供参考。

不同施工顺序对偏压连拱隧道结构稳定性的影响分析

采用弹塑性三维有限元数值模拟计算分析的方法 ,对桐油山隧道浅埋、偏压地段结构稳定性进行了模拟分析 ,主要模拟了不同施工顺序对围岩及支护结构稳定性的影响 ,重点对连拱隧道整体衬砌中的薄弱环节———中墙进行了分析。结果表明 :不管采用哪一种施工顺序 ,中墙均受偏压荷载的作用并向埋深较浅侧倾斜。但是先开挖埋深较深一侧时 ,中墙的受力和倾斜均较小 ,优于采用先开挖埋深较浅一侧的施工顺序。

高速公路双连拱隧道的中墙力学特性分析

通过结合广惠高速公路小金口双连拱隧道工程,根据现场对隧道Ⅱ类围岩中墙的监控量测结果( 1 - 1断面) ,对连拱隧道的中墙力学特性进行了深入的分析,发现中墙是连拱隧道的主要承载结构体,对中墙基底的承载力要求较高。隧道在由单侧施工过度到双侧施工时,中墙顶部围岩经过三次扰动后,围岩应力释放存在不均衡性,而导致中墙承受较大的偏心荷载,最终出现偏压现象。通过对中墙力学特性分析,提出了有利于连拱隧道结构稳定的中墙基底样式。

软弱围岩条件下连拱隧道施工阶段的受力分析

使用弹塑性有限元方法对某双跨连拱隧道进行了数值模拟计算 ,分析了支护结构与围岩在不同施工阶段的受力、变形及塑性区的变化状态 。

双跨连拱隧道两种中墙的空间力学效应分析

针对双跨连拱隧道设计和施工中存在的问题,采用三维有限差分程序FLAC3D2.0,对两种中墙结构的空间受力特征进行了研究,对比分析各自的优缺点及适用条件,并提出了施工注意事项。研究结果表明,在II类围岩地质条件下浅埋连拱隧道采用分离式曲中墙结构受力较为合理;左洞掌子面距研究断面3倍洞径时,中墙内力已稳定;左右洞掌子面距研究断面(-1～+1)D的施工,是中墙内力变化较大的关键工序。

浅埋软弱围岩隧道快速进洞方法及稳定性控制技术研究

浅埋软弱围岩隧道一般采取CD法、CRD法和侧壁导坑法进洞,这些常规进洞方法需设置或拆除大量临时支撑,在一定程度上影响了整座隧道的工程进度。文章以某高速公路隧道为依托,建立了在超前大管棚和小导管联合预支护条件下采用CD法、CRD法、双侧壁导坑法和三台阶七步法进洞的三维数值计算模型,对比分析了不同开挖方法控制围岩变形和支护受力的优劣,提出了"地表注浆+扩大拱脚+拱架Z型连接+拱脚槽钢纵梁"稳定性控制措施下的三台阶七步法快速进洞方案。数值计算和现场实测结果表明:该进洞方案更有利于发挥支护结构的棚架效应,可有效控制地层变位,减小支护应力,在保障安全进洞的同时,加快了施工的进度,可为类似工程提供参考和借鉴。

连拱隧道与人防洞室连接段的空间受力分析

文章采用三维有限元数值计算方法,对连拱隧道与人防洞室连接段进行了空间受力分析,重点探讨了人防通道开挖对隧道正洞结构及中墙产生的影响。其计算结果为隧道的设计与施工提供了理论依据,也可为其它同类结构的设计提供参考。

桥隧过渡段实腹式RC拱桥上无缝线路纵向力分布特征

以西成高铁52 m实腹式RC拱桥为例,建立考虑CRTS I型双块式无砟轨道结构的钢轨-道床板-实腹式钢筋混凝土拱桥三维实体模型,研究其无缝线路纵向力分布特征;在此基础上,探讨隧道的遮挡作用下钢轨、道床板的纵向温差对无缝线路纵向力的影响;以及长期收缩徐变作用下主拱圈分层施工对桥上无缝线路纵向力的影响。研究结果表明:拱桥伸缩力最大值出现在跨中,且数值较大,为主要控制性荷载;桥梁两端隧道遮挡作用对钢轨应力影响明显,不同道床板纵向温差条件下,钢轨应力增幅为1.0%～5.5%,钢轨纵向位移最大增幅14.8%;钢轨纵向温差条件下,钢轨应力与纵向位移较大,设计时应予以重视;考虑混凝土10 a收缩徐变的影响,主拱圈分层施工与一次浇筑相比,钢轨压应力减小20.6%,钢轨纵向位移减小14.9%。

桥隧混合异型隧道结构设计

由于现场地形地质条件变化,拍盘隧道进口端采取"桥入隧道"方案,将原连拱结构变更为"上下双层桥隧混合异形隧道结构":即上层为双洞单跨隧道+下层为箱梁和上层为双洞连拱隧道+下层为桥台的两种异形结构。该型结构最大开挖跨径达25.77m,最大开挖高度17.25m,矢跨比仅为0.356,断面面积达346.6m2。这种桥隧混合异型结构的设计合理布置了洞口两端的桥梁和隧道结构,为特殊条件下的桥隧相接工程建设提供了一种新型的解决方案。

柏杨湾软弱围岩连拱隧道支护结构变形与受力分析

结合宜(宾)水(富)高速公路柏杨湾双连拱隧道的施工,通过对支护结构的现场监控量测,获得支护结构不同部位变形和受力的实测数据。分析在软弱围岩条件下双连拱隧道支护结构的变形和受力情况,并探讨时间因素对它们的影响,为同类隧道的设计和施工提供参考。

单线铁路隧道预制装配式仰拱方案探讨

为解决隧道现浇仰拱受施工环境、人为等因素影响导致的质量问题,提出矿山法(钻爆法)施工采用装配式仰拱的结构方案。预制仰拱结构采用工厂化生产、养护,现场安装,质量更加可控,且能有效降低洞内作业量。在对装配式仰拱3种方案进行对比分析的基础上,进行相关计算,得到如下结论:(1)采用装配式仰拱结构方案,可以满足结构受力和变形要求,鱼腹式预制仰拱结构方案相比板式结构,有效降低结构内力,受力更加有利;(2)采用鱼腹式预制仰拱结构方案,将仰拱与仰拱填充一体化考虑,大大减少仰拱现浇作业,降低洞内工作量,减少对围岩的影响,实现了绿色施工;(3)预制仰拱方案通过设置孔洞减轻质量,降低了造价;(4)提出了预制仰拱拼装的施工工序,可为工程实际应用提供参考。

水磨房2^#连拱隧道施工方案探讨

连拱隧道跨度大 ,施工过程中由于各工序互相干扰 ,结构受力复杂 ,合理选择施工方案和开挖方法能明显降低临时支护成本 。

乔家双连拱隧道关键施工技术研究

结合具体工程项目施工技术对高速公路隧道建立起可靠的施工手段与施工措施,是指导隧道施工的重要技术基础。本文对乔家双连拱隧道施工主要技术方案——洞口段施工、正洞开挖方法中导洞开挖及中隔墙浇注等技术做以详细的介绍,以总结北方地区双连拱隧道施工技术经验,为以后类似工程施工做技术参考。

双跨连拱隧道防排水技术

结合广东猫山隧道的施工实践 ,介绍双跨连拱隧道的防排水技术 ,包括中隔墙顶部防排水 ,施工缝的处理 ,股状、线状水的处治。

遵义市子尹路南延线长距离双连拱隧道快速施工技术

为解决双连拱隧道独头掘进不能提前施工中隔墙进而导致正洞无法开挖的问题,子尹路南延线隧道工程提出"三导洞+联络通道"的施工方法,这在国内尚属首次提出和应用。介绍该工法的基本原理,详细阐述其在子尹路南延线隧道工程中的实施过程。得到的主要结论如下:1)通过设置联络通道及组织洞内多次交通转换,使得中隔墙得以提前施工,实现了快速施工;2)通过确定合理施工步序,采用拱架密排对联络通道处加固、加强监测等措施确保了施工过程的安全。

隧道上台阶无人化立拱纵向连接替代方案

针对新乌鞘岭隧道上台阶无人化立拱施工问题,通过定性地分析钢拱架的铆钉式连接、旋转连接及三角钢筋连接三种替代方案,选择三角钢筋连接并通过数值模拟将其与传统形式的纵向连接进行定量对比分析,验证了其力学可行性。数值模拟结果表明:两种连接方式下衬砌变形及拱架弯曲变形特征几乎一致;施作相邻两榀拱架时,下一榀需要较大的约束力,无人化立拱和传统连接方式下第二榀所需支座反力比第一榀分别提高了64.9%、59.0%;三角钢筋的应力状态较传统的连接筋更为均匀,仅拱顶局部出现应力集中现象,最大值为79.8 MPa。采用自主研发的新型钢拱架分节间卡扣连接的构造形式,根据新乌鞘岭隧道进口段断面尺寸最终将上台阶拱架形式设计为五节,拱顶拱架长7.3 m,拱腰5.7 m,拱脚1.6 m,并结合现场试验将三角钢筋优化为A形钢筋。优化后的连接方式满足喷射混凝土的回弹量与挂灰要求,现场施工效率明显提高,且具有一定的经济优势。

大跨公路隧道截面仰拱连接形式优化分析

为实现隧道截面仰拱连接处最小弯矩应力的目标，应用有限元原理对目前我国采用较多的大跨公路隧道结构截面形式进行内力计算，通过Ansys优化分析边墙与仰拱的连接部位，找到最优的隧道横断面连接形式；同时考虑到现场支模等施工的需要，优化找出与仰拱直线连接时最优直线段高度．发现直线连接相对于曲线连接弯矩最大值约增大20－30％．在满足净空及工程要求条件下，最大弯矩随直线连接段高度增加出现先减小再增大的趋势，最大弯矩随围岩级别增高增大速率较大．

浅谈连拱隧道复杂地质情况下浅埋偏压段施工

湖南常吉高速公路殿会坪隧道出口地质情况复杂,偏压严重,半明半暗及半隧半路段施工过程中出现坡面溜坍、山体持续位移等险情,文章通过介绍其处理和施工过程,就复杂地质条件下双连拱隧道半明半暗、半隧半路段的施工顺序、工艺及方法、特殊情况的处理等作了较为详尽的说明,并提出了相关看法和建议。