隧道施工引发粉土地面沉降模拟与分析

为研究黄泛区粉土地层内开挖双线地铁隧道对地上及其周边地面沉降的影响,以某双线地铁隧道开挖工程为例,考虑地下水、隧道间距对地面沉降的影响,采用流固耦合数值方法和理论分析方法对隧道施工引起的地面沉降规律进行分析。将数值模拟数据与Peck公式进行反演计算,并考虑隧道间隔和埋深的影响提出修正Peck公式,再结合叠加原理建立适用于双线隧道开挖引起地面沉降的修正叠加公式。结果表明:隧道开挖扰动地层将引起超静孔隙水压力现象;数值模拟与理论计算得到隧道间隔为4 m时,地面沉降曲线呈现“V”型,隧道间隔为8 m、12 m时,则沉降曲线呈现“U”形;粉土内开挖双线地铁隧道,地面容易受到扰动且沉降量大,随着隧道间距的增加,隧道上方土体沉降量逐渐减小;基于修正Peck公式计算结果与数值模拟结果基本一致,相对误差在3%左右,表明该公式具有很好的实用性。研究可为粉土地区隧道及地下工程建设提供理论依据和技术支撑。

泄洪洞补气洞面积对洞内空气流动特性的影响

为研究泄洪洞补气洞面积对洞内空气流动特性的影响,采用数值模拟法,主要分析了补气洞面积对空气流场和风速的影响规律。结果表明,增大补气洞面积,洞内平均风速随之减小,但向洞内补充的空气量反而增大,且能够提升洞内空气的流畅性;补气洞面积的变化对水流自由面上方空气流速的衰减规律影响较小,仅改变流速大小;建立了补气洞内风速与水流流速和面积系数(补气洞面积/洞顶余幅面积)三者之间的关系式,利用锦屏一级原型观测数据进行验证,误差小于10%。研究结果可为水利工程中的补气洞设计提供参考。

城市隧道防淹技术体系研究

为解决近年来频发的极端暴雨天气导致的城市隧道淹水问题,首先,通过相关文献及新闻报道梳理国内外城市隧道发生淹水致灾的原因和已有城市隧道相关的防淹经验;其次,对现有全国主要城市关于隧道防淹的现行政策、标准以及城市隧道运营阶段涉及防淹工作的内容进行研究总结。在此基础上,对城市隧道的防淹措施开展研究,将城市隧道防淹措施分为6大系统:1)挡水系统,提升隧道出地面范围的防洪能力;2)截水系统,提前截流隧道外部水;3)排水系统,确保隧道内部排水系统顺畅并满足高标准暴雨重现期的排水需求;4)控制系统,保证隧道排水系统正常工作的供配电和控制系统;5)预警系统,增加隧道内外淹水预警装置进行提前防范;6)应急系统,提出发生淹水事故后的应急保障措施。综合城市隧道养护等级、隧址范围内城市内涝风险等级,确定城市隧道的防淹分级可分为1级、2级和3级,并根据城市隧道的防淹等级确定已有城市隧道的防淹改造方案或待建隧道的防淹设计要求。

黄土隧道围岩局部浸水静力特征分析

中国西北地区湿陷性黄土分布广泛,由于其具有孔隙大、强度低等性质,导致黄土隧道修建时面临极大的困难与挑战。为了深入研究黄土隧道围岩局部浸水后对隧道结构稳定性的影响,依托定西锦屏隧道,借助Midas/GTS建立隧道模型,分别针对正常开挖和局部浸水两种工况进行对比分析。研究局部浸水后黄土隧道围岩和衬砌结构的变形规律和力学特征。结果显示:正常开挖与浸水后,围岩最大沉降值均出现在隧道拱顶,开挖后最大沉降值为9.60 mm,局部浸水后围岩最大沉降量增大到13.18 mm;正常开挖后围岩最大主应力为59 kPa,浸水后,围岩最大主应力出现在拱顶与仰拱处,最大值为89 kPa。黄土隧道围岩局部浸水后,衬砌结构的最大压应力为5.06 MPa,最大拉应力为2.08 MPa。最大压应力为设计强度的42%,最大拉应力超过抗拉设计强度。

驮英水库泄洪隧洞方案比选

驮英水库泄洪隧洞方案选用“龙抬头”连接型式(不共用进水口布置方案)与短斜坡连接型式(共用进水口布置方案)等两种方案。本文从结构安全、运行调度、工程施工、工程投资等方面进行比选,推荐短斜坡连接型式(共用进水口布置)方案为实施方案。

驮英水库泄洪建筑物方案比选

驮英水库需进行泄洪建筑物方案布置比选,首先采用“单独溢洪道”与“溢洪道+泄洪洞”联合泄洪等两种泄洪方式从结构安全、运行调度、防汛抢险、工程投资等方面进行比选,确定“溢洪道+泄洪洞”联合泄洪的泄洪方式。从结构安全、运行调度、防汛抢险、工程投资等方面对“左岸溢洪道”及“右岸溢洪道”进行方案比选,最终确定水库的泄洪建筑物的布置方案。

驮英水库泄洪隧洞水力学计算

驮英水库泄洪隧洞由施工导流隧洞改建而成,考虑到泄洪隧洞兼有水库放空功能和冲沙功用,因此泄洪隧洞兼具三洞合一的功能。水力学计算也考虑了导流隧洞、泄洪隧洞及放空隧洞的要求。泄洪隧洞运行时,水流条件较为复杂,因此建立了水库枢纽1∶80水工整体模型及1∶80施工导流整体模型进行水工模型试验,验证了泄洪隧洞设计的可行性。

基于VR的城市隧道淹水仿真系统

自然灾害对社会和经济构成严重威胁,人类提高对灾害的认知能力和应对能力至关重要。作为新兴技术的虚拟现实技术具有安全、可控、实时、成本低和可重复使用等优点,在自然灾害模拟方面具有广泛的应用前景。以郑州2021年7月20日京广路隧道淹水事件为例,开发一款基于虚拟现实技术的城市隧道淹水仿真系统,模拟了该隧道从开始进水到被水淹没的全过程。该系统可以真实还原灾害发生的全过程,提高人们的灾害认知能力和应对能力,为相关人员改进应急预案和救援方案提供强有力的支撑,从而更好地应对自然灾害挑战。

不良地质条件下分洪道工程隧洞施工技术应用研究

分洪道可以有效改善河流流域内的洪水,而在分洪道工程施工中,对不良地质条件的处理是施工顺利进行的前提。乐山市竹公溪分洪道工程隧洞段施工过程中不良地质现状情况复杂,经分析,提出并应用了活动性断裂带及断层破碎带,软岩大变形,岩溶渗涌突水、突泥,预防洞口边坡失稳与反坡排水等处理措施。监控量测结果显示,隧洞段的变形逐渐趋于稳定,表明该技术可以为后续类似分洪道工程的施工提供有效参考,并为大规模的水利工程建设提供实例借鉴。

综合管廊兼顾应急排水防涝分析

我国降水主要集中在夏季,随着“极端天气”“城市内涝”现象频发,内涝治理尤为重要,极端天气条件下如何保障城市安全成为近期研究热点。随着雨污分流改造的实施,大部分地区雨水设施在非雨季处于闲置状态,而在雨季超标准降雨时又易形成洪涝灾害。为提高城市应对超标准降雨的能力,在城市建设管理中可树立平急两用、平急转换的理念。综合管廊作为地下线性构筑物,占用地下空间较大,廊体内大部分时间无人员活动,雨季可做到廊内无人巡检,雨水短暂进入廊体后能够快速恢复,具有作为应急排水防涝的条件。通过管廊和雨水管沟融合能够扩大综合管廊与雨水管沟市政基础设施服务范围,提高综合管廊与雨水管沟的使用率,提升基础设施建设投资效用。通过对雨水入廊研究现状进行分析,提出了4类利用廊结构本体排水模式,对每类场景的优缺点和适用场景进行分析,为综合管廊兼顾应急排水防涝更具实施性提供思路和借鉴。

洪涝诱发城市下穿隧道工程灾害风险评价研究

为解决城市洪涝诱发下穿隧道工程灾害风险的量化分析问题,分析了隧道工程洪涝的致灾、孕灾、承灾和减灾等因素,构建了城市下穿隧道洪涝风险评价模型。采用AHP-FCE模型评价法,选择某下穿隧道工程作为应用实例,借助AHP法获得了各层级指标的两两权重数据,依靠FCE法实现了各层级指标的评判得分。结果表明:1)防灾减灾能力指标对隧道工程洪涝灾害的影响程度最显著,承灾体脆弱性指标诱发隧道工程洪涝灾害的可能性最大,该下穿隧道在综合评价中获得“中等”风险等级,对施工质量和进度产生较大影响,需采取基本预防措施;2)提出了在城市下穿隧道洪涝风险治理方面应重点关注和改进的风险指标,实现了下穿隧道工程在洪涝情景下灾害风险的定量评级。

福建某县泄洪隧洞工程地质及水文地质条件分析

福建某县炭坑溪呈不规则弯曲、深切状,分布在拟建南三环路与南二环路区段,困扰着该区段的交通路网布置和新区规划建设。为疏畅河道及解决新区规划问题,确定在炭坑溪南三环路上游侧筑坝拦水,拦截上游来水,经新建泄洪隧洞排水至蓝溪。此次设计泄洪隧洞工程是项目的重要组成部分,探究其工程地质及水文地质条件是必不可少的环节。文章以该泄洪隧洞工程为例,通过调查、钻探、野外原位测试、水文地质试验、室内(外)土工试验等方法对其工程地质及水文地质条件进行了深入探究,以期为类似工程提供参考和借鉴。

竖井旋流泄洪洞的水力特性研究

为了探究竖井旋流泄洪洞的水力特性,以山东某水利工程的竖井旋流泄洪洞为研究对象,通过压强测点获取泄洪洞的压强数据,并提出基于数值模拟的水力分析数值。结果显示,研究使用的数据获取方法可以有效完成泄洪洞的压强数据收集,且研究所得的水力分析结果与试验值之间误差保持在3%以内。表明研究方法能有效进行数据旋流泄洪洞的水力特性分析,对工程设计具有一定的指导意义。

子威水库泄洪方式与洪水调节分析

泄水建筑物是水库枢纽的重要组成部分,是影响大坝特征水位选择和水库防洪安全的重要因素,而泄洪方式的选择和洪水调节计算是设计的重点。为解决水库枢纽所在支沟来水量不足问题,子威水库采用主坝、副坝结合的布置方式,通过库区内的连通隧洞将副坝所在主沟水量引至主坝进行补水。考虑地质条件和工程投资限制,主坝不设泄洪设施,提出了主坝泄洪采用库区内连通隧洞引洪至副坝溢流坝进行下泄的方式,同时结合了水库枢纽泄水建筑物的布置形式,提出了子威水库枢纽主坝和副坝联合洪水调节的计算方法,可为中小型水库泄洪建筑物工程布置与调洪计算提供借鉴。

新建排洪隧洞工程围岩参数及衬砌设计研究

为解决排洪隧道建设过程中地质条件复杂影响稳定性的问题。本文以木里县梭罗沟金矿新建排洪隧洞工程为例,首先对隧洞工程地质条件进行了分析评价,然后将隧洞围岩分级及各级物理力学参数进行了试验分析,以掌握围岩的岩土力学参数,最后根据对新建排洪隧洞洞身进行了设计。该设计可以有效的支撑后续工程施工,保证施工过程的安全。

浑源抽水蓄能电站泄洪排沙洞出口工程地质研究

浑源抽水蓄能电站泄洪排沙洞出口区围岩岩体单薄,发育有断层,隧洞施工难度大,风险高,运用工程地质分析原理与有限元数值模拟相结合的方法进行研究、分析,围岩类别为Ⅳ类,岩体较破碎,围岩不稳定,不同进洞点工程地质条件相同,边坡及隧洞开挖导致隧洞围岩塑性变化、位移、应力变化大小及规律基本相同,单纯变更进洞点位置的施工方案是不能降低隧洞施工难度的,也不能避免隧洞的施工风险。研究为泄洪排沙洞出口方案确定指明了方向。

闸门开度对泄洪排沙隧洞水力特性影响研究

为揭示闸门开度对泄洪排沙隧洞水力特性的影响规律,建立了不同闸门开度下的排沙隧洞二维模型,采用VOF法和标准κ-ε紊流模型对泄洪排沙隧洞易磨蚀断面流场进行三维数值模拟计算,获得了闸门附近的流态、流速、压强等水力特性,并对比分析了不同闸门开度下的水力特性,得到了闸门处至挑坎之前的空化数。结果表明,当闸门小于1/2最大开度运行时,闸门开度越大,隧洞水流流态越平顺,临底流速过渡越平顺,且隧洞底板上下游压力差越小;闸门开度越小,有压洞内流速越小,容易造成泥沙淤积;闸门开度越大,对隧洞整体运行越有利。研究结果对水工隧洞闸门的运行开度优化及闸门底坎抗磨修复具有指导意义。

基于NB-IoT的智慧巷道水位监测系统研究

研究提出一个基于NB-IoT技术的物联网巷道水位监测系统架构及模型设计,尝试将传感网技术应用于解决巷道水灾的监测问题上。系统利用树莓派作为传感节点中各监测节点的控制核心,收集、过滤巷道周边传感器获取的信息,并通过传感网传递信息给后台服务器,记录所有水位信息与处理结果。系统包含一个能够识别出水位信息的传感网络模型,通过架设于巷道中的传感器网络去感知水位情况后,通过NB-IoT网络传递信息,记录异常信息与处理结果,如果出现信息异常,传感节点可自动报警。

公路隧道抗洪涝灾害能力指标体系研究

洪涝灾害是公路隧道运营期常见的自然灾害之一,为合理评价公路隧道抗洪涝灾害能力,需要对公路隧道抗洪涝灾害能力指标体系进行研究。采用文献调研法,调研了近年来18起典型公路隧道洪涝灾害案例,把公路隧道洪涝灾害场景按承灾体部位划为洞口段和洞身段2个部位,按破坏表现形式分为7种灾害场景;然后针对不同灾害场景采用事故树分析模型对其致灾因素进行识别,以初步识别出的影响因素为基础,结合相关行业规范标准内容中对隧道抗洪涝灾害的建议与要求,从地质水文因素、隧道结构因素和运营管理因素3方面进行指标分析;依据指标体系构建原则,构建了以公路隧道抗洪涝灾害能力为目标层指标,地质水文因素、隧道结构设计因素、隧道运营管理因素为准则层指标,12项指标层指标以及28项具体指标的4层次指标体系。所建立的公路隧道抗洪涝灾害能力指标体系具有较强的科学性、合理性、系统性、层次性和应用价值,能够为公路隧道抗洪涝灾害能力的评价提供参考依据。

隧道防汛监控预警系统设计

下穿式隧道是城市交通中快速通道的重要形式,但在雨季汛期容易发生积水现象,影响交通安全和效率;目前常用的隧道积水检测方法存在测量不准确、反应不及时、维护成本高等;为了实现下穿式隧道水位的实时监测预警,设计了一种基于STM32F103C8T6主控芯片、HC-SR04超声波传感器和nRF24L01通信模块的水位检测系统;从机位负责采集隧道口易积水地区的水位高度,并通过无线方式发送给主机位;主机位负责接收并处理水位信息,并在OLED12864显示屏上显示实时水位及相应警告;该系统具有测量精度高、响应速度快、功耗低、安装简便等特点;实验结果表明,该系统能够准确地测量隧道口易积水地区的水位高度,并在OLED12864显示屏上显示相应警告信息,达到了预期效果;为下穿式隧道积水检测提供了一种新颖有效的解决方案,并为其他类似场景中的水位监测提供了参考。