Excavation-induced microseismicity and rockburst occurrence:Similarities and differences between deep parallel tunnels with alternating soft-hard strata

Excavation-induced microseismicity and rockburst occurrence in deep underground projects provide invaluable information that can be used to warn rockburst occurrence,facilitate rockburst mitigation procedures,and analyze the mechanisms responsible for their occurrence.Based on the deep parallel tunnels with the maximum depth of 1890 m created as part of the Neelum–Jhelum hydropower project in Pakistan,similarities and differences on excavation-induced microseismicity and rockburst occurrence between parallel tunnels with soft and hard alternant strata are studied.Results show that a large number of microseismic(MS)events occurred in each of the parallel tunnels during excavation.Rockbursts occurred most frequently in certain local sections of the two tunnels.Significant differences are found in the excavation-induced microseismicity(spatial distribution and number of MS events,distribution of MS energy,and pattern of microseismicity variation)and rockbursts characteristics(the number and the spatial distribution)between the parallel tunnels.Attempting to predict the microseismicity and rockburst intensities likely to be encountered in subsequent tunnel based on the activity encountered when the parallel tunnel was previously excavated will not be an easy or accurate procedure in deep tunnel projects involving complex lithological conditions.

Magnetic-Flux-Controlled Giant Fano Factor for Coherent Tunneling Through a Parallel Double-Quantum-Dot

We report our studies of zero-frequency shot noise in tunneling through a parallel-coupled quantum dot interferometer by employing number-resolved quantum rate equations. We show that the combination of quantum interference effect between two pathways and strong Coulomb repulsion could result in a giant Fano factor, which is controllable by tuning the enclosed magnetic flux.

煤矿智能快速掘进关键技术研究现状及展望

针对煤矿巷道掘进智能化建设情况,探讨了现阶段分别以连采机、掘锚一体机、全断面掘进系统、掘锚机为核心的四大类智能快速掘进成套装备发展现状,分析了四大类智能快掘装备与地质条件适用性,提出了实现煤矿智能化掘进需要解决的关键技术的问题,探讨了以信息传输与智能分析技术、智能感知技术、精确定位导航技术,自主定型定向截割技术、掘进机远程自主截割控制技术以及多级多工序智能协同控制技术为基础的智能化掘进实现途径;基于复杂地质条件下煤矿巷道掘进亟待解决的关键问题,提出了以掘进作业功能需求、掘进工艺要求为依据的系统化分析、模块化设计、功能优化组合的设计方法;研究了以虚控实、虚实结合的多级数字孪生构架,基于掘进巷道设备、环境、地质构造多维信息再现实现掘进机远程控制;提出了单机智能化、系统协同化、井下智控与地面远程监控相协同的控制方法。开发了新型的无重复碾压柔性超前支护技术、截割部多级伸缩截割技术、智能锚固机组多钻机并行作业等技术,研制了具有掘、支、锚、运、探多工序并行作业的新型快速掘进作业联合机组,提出了掘进机器人、超前支护机器人、锚固机器人、辅助运输机器人组柔性并行作业技术;提出了基于数据驱动的多机多工序协同控制行为规划决策方法。提出构建完整的煤矿井下跨系统全时空信息数字感知体系,构建集井下现场生产状态、掘进巷道空间信息、掘进装备状态、风险信息等多参量、多尺度、全时空特性的数据感知智能化监控平台,实现虚拟系统与实际掘进系统实时通信,通过数据驱动规划分析实现智能化、少人化掘进。

基于修正Loganathan公式的非水平布置双线平行盾构隧道施工引起土体位移计算方法

[目的]为研究双线平行盾构隧道非水平布置方式下,由施工引起的周围土体位移规律,提出一种基于修正Loganathan公式的土体位移计算方法。[方法]介绍了Loganathan公式及相关假设;考虑盾构隧道开挖扰动引起的地层损失、土体卸荷回弹和土体损失率沿掘进路径变化的综合影响,修正Loganathan公式并建立单线盾构隧道周围土体位移解;建立双线平行盾构隧道非水平布置方式下,由施工引起的土体位移计算方法;通过实际工程的现场监测和数值模拟结果,验证所提计算方法的工程适用性。[结果及结论]所提计算方法能够考虑隧道轴心连线与水平面夹角、双线隧道半径、隧道轴心间距、双线隧道埋深等双线隧道布置因素,以及隧道盾构施工扰动造成的地层损失、土体卸荷回弹和土体损失率沿掘进路径变化等施工因素对土体位移的影响。地面沉降及土体水平位移的理论计算结果同现场监测结果和数值模拟结果之间的平均误差分别为5.6%、0.6%和5.5%、5.3%,均满足工程经验规定的20%的精度要求,说明所提计算方法能够有效解决双线平行盾构隧道非水平布置方式下施工引起的土体位移计算问题,具有良好的工程适用性。

隧道分岔形式对分流局部通风阻力特性的影响

目的:随着城市建设水平和强度提高,带匝道的分岔隧道日趋增多。针对分岔隧道通风设计难题,亟待获取隧道分岔形式对分流局部通风阻力特性的影响规律。方法:通过搭建同步满足阻力和压力相似的1/13缩尺分岔隧道通风试验平台,构建分岔隧道三维CFD模型,探究了分岔隧道不同分岔形式气流的流动特征和局部阻力系数,并进一步分析了分流结构与减速车道等隧道分岔形式特征对局部阻力系数的影响。结果:表明主线与匝道局部阻力系数随分流比增大呈现先减小后增大的趋势,且在分流比为0.4时达到最小。平行分岔隧道相比定向分岔隧道,主线局部阻力系数差别不大,而匝道局部阻力系数存在较明显的差异,分流比较小时,平行分岔隧道匝道局部阻力更大,分流比较大时则相反。增设减速车道,分流比较小时会减小匝道局部阻力系数,但会增加主线局部阻力系数,分流比较大时则相反。结论:研究结果可为分岔隧道的通风设计提供参考。

超大埋深软岩隧道平行导洞合理超前距离研究

为解决滇藏铁路丽香线哈巴雪山隧道施工过程中产生的大变形问题,采用数值模拟、现场监测的方法,对哈巴雪山隧道不同平行导洞超前距离下隧道变形及正洞区域应力进行研究,提出平行导洞的合理超前距离。研究结果表明:1)哈巴雪山隧道平行导洞超前正洞的距离应设定为100 m,此时平行导洞对正洞区域的应力释放效果已达90%以上。2)平行导洞的设置使正洞拱顶沉降减小6.92%,上台阶水平收敛减小14.58%,下台阶水平收敛减小10.8%。由此可知,平导超前开挖能够减小正洞支护变形,对正洞水平收敛的控制效果大于拱顶沉降。

两条轴线平行布置的泄洪洞出口联合消能工布置形式研究

针对芝瑞抽水蓄能电站下水库两条轴线平行布置的泄洪排沙洞,原设计方案出口联合消能工存在消能效果差的问题,通过选用单体正态水工模型,基于水力相似准则进行水工模型试验,对出口联合消能工的布置形式进行研究。试验实测数据表明,最终推荐方案可有效提高消能效率、改善水流流态、优化设计方案,并达到了减少工程投资的目的,有效地解决了轴线平行布置的泄洪洞出口联合消能问题。

平行导洞压入式通风对特长隧道污染物分布的影响

为探究横通道开启方式对平行导洞压入式通风的特长隧道内污染物分布规律的影响,研究了不同横通道开启方式下的隧道内纵向风速、风压损失及污染物分布规律。所建立的隧道模型包含17个横通道,其中5个为车行横通道,12个为人行横通道,横通道均匀布置。考虑了5种不同的车行横通道开启方式进行研究。结果表明,在平导压入式通风时,主隧道内的纵向风速呈分段式分布,隧道中心风速最小,越靠近隧道出口的风速越大。当对称开启偶数个横通道时,由于风压平衡,隧道中心两个横通道之间的纵向风速几乎为0,无法有效稀释CO;当对称开启奇数个横通道时,隧道内风速为从隧道中心往两侧洞口方向,当平导通风风量足够大时,可将隧道内CO体积比稀释到符合规范的要求。此外,当对称开启奇数个横通道时,在相同的平导通风量下,横通道开启个数较多反而不利于降低隧道中心区域的CO体积比。所研究隧道模型中对称开启3个横通道的临界通风量最小,临界通风风量为631 m^(3)/s,与根据规范计算得到的所需通风量相差不大。因此,在进行此类隧道通风设计时,可参考规范进行通风量的计算。研究结果可为此类隧道的通风设计提供参考。

并行双洞公路隧道平导巷道式通风方案优化研究

依托四川省凉山彝族自治州大凉山1号隧道,采用流体力学Fluent软件对平导巷道式通风方案进行数值模拟和流场研究,并对原方案进行优化和验证。研究结果表明:原方案存在污浊风循环现象,提出了在人行横通道上设置风门或射流风机,或在平导内更改风门的位置或增设射流风机群等优化方案;通过对优化方案进行数值模拟发现,平导增设射流风机群能解决污浊风循环问题,且建议采用SSF-6.3射流风机;并对平导增设射流风机群方案进行了验证,隧道内CO最大含量低于0.0024%,CH4最大含量低于0.25%,均满足施工通风要求。相关研究结论可为类似隧道通风方案优化提供参考。

基于滤波算法的隧道全时域激发极化超前探测正演方法

为进一步提高隧道全时域激发极化多参数超前探测的效果,采用滤波算法进行计算时间域等效电阻率,采用有限单元法进行计算,提出一种基于滤波算法的隧道全时域激发极化超前探测正演方法。该方法针对时间域Cole-Cole表达式计算收敛性差的问题,引入滤波算法进行时间域激发极化等效电阻率的计算,提高算法的收敛性;针对正演过程中大型矩阵求解影响计算效率的问题,引入OpenMP并行算法,实现隧道全时域激发极化超前探测正演的加速运算。最后,开展数值算例和物理模型试验。研究结果表明:该正演方法对异常体有敏感响应,且在加快正演速度具有显著优势。通过基于滤波算法的隧道全时域激发极化超前探测获得的观测数据与实际探测数据较为相符,这为基于全时域激发极化隧道超前探测提供了一种可行的正演算法。

双幅钢箱梁竖弯涡振气动力演变特性

双幅钢箱梁桥是工程实践中一种常用的大跨度连续梁桥型式,但并列双箱复杂的旋涡脱落和交互作用可能引发显著的涡激振动现象,影响结构的疲劳性能和行车舒适性。本文以某六边形双幅钢箱连续梁桥为工程背景,对大比例节段模型开展了测振、测压风洞试验,对比了双幅钢箱梁在不同间距下竖弯涡振全过程(涡振前、上升区、振幅极值点、下降区及涡振结束)的分布气动力演变特点,提出了有效控制双幅钢箱梁桥涡振的气动措施。研究表明,双幅钢箱梁桥涡振锁定区间长、振幅大,+3°为最不利攻角,涡激力的倍频效应与间距和双幅箱梁涡振的振幅均有关。在小间距及低风速时,上、下游梁背风侧的分布气动力对涡激振动起到增强作用;在大间距或较小间距且高风速时,开槽附近上表面和下游梁斜腹板位置的分布气动力对涡激力起主要增强作用,也是双幅钢箱梁产生大幅涡激振动的诱因。提出了槽间裙板与两端风嘴组合的综合气动控制措施,通过切断槽间涡的传播途径从而降低桥面处分布气动力对涡激力的贡献,该措施可有效减弱双幅钢箱梁桥的竖弯涡振。

隧洞平行摄影测量立体影像尺度差估计及匹配优化

为提升平行摄影隧洞序列影像的同名点匹配率及精度,对成像规律及匹配方法展开研究。提出了一种窗口尺度自动改正的LK光流法,核心是利用物像空间关系构建尺度差模型,并采用可变窗口进行特征点光流跟踪。结果表明:隧洞序列影像像点尺度差呈对称性径向分布,差异值符合幂函数模型增长趋势;将该方法应用在多组尺度差立体像对的匹配实验中,均取得了优于0.3个像素精度的实验结果,较基本光流法至少提升34.3%,最大提升45.5%。研究成果可为顾及尺度差的匹配方法提供参考,也可为隧洞平行摄影立体影像匹配提供基础。

软土地层双线隧道地表沉降计算公式修正

由于双线隧道存在复杂的耦合作用,盾构施工引起的地表沉降规律极为复杂,所以准确计算地表沉降较为困难。基于Peck公式和Chapman修正参数,考虑先行隧道的施工影响和双线隧道的相对位置关系,通过参数的经验量化,建立双线隧道地表沉降的计算公式。此外,依托苏州市轨道交通S1号线工程,讨论公式在不同土层中的适用性及参数取值范围,在此基础上采用PLAXIS 3D有限元软件对双线隧道盾构施工进行了数值模拟。结果表明:在软土地层中进行盾构施工,应用所建修正公式计算得到的地表沉降值与数值模拟和现场实测结果均较为吻合。所建修正公式考虑了双线隧道的位置信息,可以定量反映隧道埋深和双线隧道间距对地表沉降的影响。研究成果可为软土地区双线隧道盾构施工沉降计算提供参考。

间距对公铁双幅主梁气动特性影响的试验研究

为研究间距对非对称公铁双幅主梁气动特性的影响,以某大跨度公铁双幅斜拉桥主梁断面为背景进行节段模型风洞试验,在间距L/Br=0.2~2.0范围内,测试了2种不同来流方向下双幅主梁的气动特性,分析非对称双幅主梁气动力系数、表面风压分布并推断主梁周围绕流特征,明确间距对非对称公铁双幅主梁气动干扰规律的影响规律。结果表明:无论风向角α=0°或α=180°,上游主梁气动力系数、表面风压分布和绕流方式受间距影响程度相对较小,与单幅主梁气动特性和绕流方式相似;但下游主梁气动特性受间距影响较大,且完全不同于单幅主梁,间隙处的绕流形式随间距的增大而发生变化,下游主梁气动力系数、平均风压系数曲线和脉动风压曲线也表现出完全不同的规律;且间距越大,下游主梁气动特性和绕流方式越接近于单幅主梁。公路主梁的流线性相比于铁路主梁更强,这种气动外形差异导致2种来流方向下非对称双幅主梁气动特性和绕流形式不同,间距在L/Br=0.2~2.0范围内,气动干扰对其影响规律也完全不同。如α=0°时,双主梁上表面始终为“单一钝体流态”;但α=180°时,双主梁上表面属于“剪切层附着流态”,间距不同,上游公路主梁尾流附着于下游铁路主梁的位置不同,据此可再细分为2种不同的绕流方式。研究成果可为同类型非对称双幅桥梁间隙距离设计提供参考。

基于等效面积法的三孔并行海底隧道渗流场解析研究

目前对海底隧道渗流场的研究大多基于单孔隧道,考虑到实际工程常采用三孔并行的排布方式,而隧道互相靠近时渗流场会发生干扰,若采用单孔隧道模型其涌水量计算误差可能超过40%。该文对三孔并行海底隧道渗流场进行理论分析,首先分析了理论解析过程中采用等面积法将多心圆形断面简化为圆形断面的合理性;进而提出三孔并行海底隧道渗流场分析模型,以叠加原理为基础,采用镜像法推导出三孔并行海底隧道渗流场解析解,并将公式进行了退化和数值验证。研究结果表明:按照等面积法将多心圆形断面简化为圆形断面分析对隧道总涌水量影响较小;该文解析解具有一定的精度,可以快速预测三孔并行海底隧道涌水量;由于隧道间的泄压作用,三孔并行海底隧道主隧道周边涌水量分布呈现出非对称性。

有限地层三孔并行海底隧道渗流场解析研究

研究目的:目前对海底隧道渗流场的研究大多基于半无限空间的单孔隧道,考虑实际工程常采用三孔并行的排布方式,且实际工程中隧道下方常存在相对不透水层或基岩等不透水边界,本文以渗流力学为基础采用镜像法和竖井理论推导有限厚度地层海底隧道渗流场解析解,将公式进行退化和数值验证,并对不透水边界距离、三孔隧道埋深、间距及注浆参数进行分析。研究结论:(1)隧道下方不透水边界对涌水量影响较大,当不透水边界距隧道中心为25r1时,对涌水量基本没有影响;(2)三孔并行隧道间渗流场存在相互影响,且随隧道间距的增加影响逐渐减弱,当隧道间距大于30r1时,涌水量基本没有影响;(3)三孔并行隧道涌水量随埋深增大呈现出先减小后增大趋势,埋深为2r1时涌水量最小;(4)三孔并行隧道涌水量随注浆圈厚度增大和渗透系数减小而减小,实际工程中应注浆密实度和注浆厚度并重;(5)本研究成果可为相关海底隧道工程的设计与施工提供参考。

双幅Π型叠合梁桥涡振特性的试验研究

采用弹簧悬挂节段模型风洞试验,研究了不同间距比和来流风攻角下双幅Π型叠合梁桥的涡激振动性能。通过对上、下游断面的涡激振动振幅、锁定区间、相位差等特性的详细分析,探究了双幅Π型叠合梁的涡激振动特性。结果表明:在各个攻角(α=±5°,±3°,0°)和间距比(L/D=6~8)下,双幅Π型叠合梁下游断面的涡激振动振幅因气动干扰的作用而被显著放大,而上游受干扰较小,其振幅较之单幅Π型叠合梁略小或接近;上、下游断面的涡激振动风速锁定区间以及涡脱频率几乎不受气动干扰效应的影响,与单幅桥基本一致,然而上、下游断面间的涡激振动存在显著的振动相位差,且其值随着振幅和风速的增大呈近似线性减小趋势。此外,与单幅Π型叠合梁涡激振动性能最不利发生在负攻角的特性不同,双幅Π型叠合梁的涡激振动振幅在正攻角下较大,导致其涡激振动最不利攻角发生在α=+5°。该文研究结果可为类似双幅桥梁的抗风设计提供有益参考。

三线盾构隧道渐次掘进扰动影响分析

对于三线并行盾构隧道,后行隧道多次侧穿会对已建先行隧道造成扰动影响.基于Mindlin解,采用两阶段分析法,得到了先行隧道在两次盾构平行跨越下的水平附加位移解析解.与国家科学中心核心创新项目上海硬X射线三线并行盾构隧道现场监测数据进行对比,验证了方法的有效性.对三线隧道水平净距、结构纵向刚度、地层损失率及地层剪切模量进行了影响因素参数分析,研究结果表明:先行隧道在后行隧道平行跨越关键断面下产生的水平附加位移峰值与并行隧道水平距离、隧道结构纵向刚度、地层剪切模量成反比,与地层损失率成正比.研究成果可为合理预测后行隧道侧穿施工对已建先行隧道的影响提供一定的理论依据.

TBM法在山岭高速公路隧道施工中的应用研究

随着我国经济的快速发展,交通基础设施的建设也在不断加强,其中,隧道工程更是表现出了“多、长、大、高、深”的特点,隧道工程建设难度越来越大,风险越来越高,TBM(岩石隧道掘进机)法应运而生。与传统钻爆法施工相比,TBM法具有机械化程度高、安全性好、施工速度快等优点,但因公路隧道断面较大,TBM法施工空间及造价要求较高等原因,目前在公路隧道中的应用较少。文章将从TBM施工平行导坑、TBM施工主洞超前导坑等方面阐述目前TBM法在山岭高速公路隧道施工中的应用。

大凉山1号隧道补风横通道位置优化及补风策略研究

乐西高速大凉山1号隧道设置了一条贯通平导,运营期平导用于向主洞补风,降低主洞未补风段的设计风速。为了探究补风横通道设置位置对通风系统能耗的影响并制定合理的补风策略,依据《公路通风设计细则》(JTG/T D70/2-02—2014),采用通风计算的方法,对补风横通道不同设置位置情况下通风系统的总功率进行了计算。结果表明:1)补风横通道存在最优设置位置,可使通风系统能耗最低;2)第一区段补风节能效果明显优于第二区段;3)当工况车速超过50 km/h时,建议只对第一区段左洞进行补风,关闭其余补风道。