流线隧道式涡轮增压器转子动力学特性分析

为研究流线隧道式涡轮对涡轮增压器转子动力学特性的影响,将某型号车用涡轮增压器叶片式涡轮替换为流线隧道式涡轮,建立了密封流体激振、叶尖间隙激振和隧道涡轮轮缘间隙激振耦合条件下的转子系统模型,计算分析了涡轮材料和轮缘间隙对转子临界转速、稳态响应以及瞬态响应的影响。结果表明,K418高温合金隧道涡轮转子一阶临界转速大幅降低,稳态响应稳定性较好,但瞬态响应振动剧烈、失稳,表明隧道涡轮采用K418高温合金需要调整结构设计;SiC陶瓷隧道涡轮转子一阶临界转速下降、稳态响应振幅增加,但对转子稳定性影响不大,二阶临界转速有微小增加,稳态响应振幅下降,瞬态响应稳定性较佳。

高原地区隧道净空绝缘间隙修正

高原地区雷害频繁,电气外绝缘性能降低。修建高原铁路隧道需要对隧道净空绝缘间隙进行修正,其中隧道-架空接触网气隙间距是确定隧道净空间隙的重要依据,雷电冲击放电电压是确定该气隙最小间距的控制因素。国内外现有高海拔修正系列标准均不适用于3000 m以上地区,考虑放电基本特性和原理,在人工气候实验室搭建铁路隧道的典型结构,并模拟高原地区气候特点,研究300~700 mm 5个短间隙在243~4000 m 5个海拔条件下的正、负极性雷电冲击放电特性。基于大气实际参数提出了3种隧道净空绝缘间隙修正方法,建议在2、3、4 km海拔处分别按照340、390、440 mm进行隧道-架空接触网绝缘间隙修正,从而确定最小隧道净空高度。该方法可为高海拔地区铁路的电气化设计和改造提供指导,具有工程应用意义。

大跨度人防隧道工程下穿施工对既有地铁隧道区间结构稳定性的影响

[目的]为分析新建大跨度人防隧道工程小净距下穿既有地铁线路施工时对地铁隧道区间结构稳定性的影响,需对人防隧道下穿施工过程进行模拟研究。[方法]依托青岛某扁平大断面人防隧道下穿既有地铁区间隧道工程,建立了三维有限元模型,模拟人防隧道开挖的全过程。重点分析了人防隧道设置的中隔墙在开挖过程中的力学响应及变形规律,以及整个施工过程对既有地铁车站及其区间隧道的影响情况。[结果及结论]人防隧道中隔墙在先行洞和后行洞施工过程中呈现出明显的偏压趋势;人防隧道初期支护结构受既有地铁隧道的上部拱顶效应与中隔墙的双重作用,呈现出罕见的前大后小的“四象限”分布规律,且右侧沉降值大于左侧沉降值;既有地铁车站及其区间结构受人防隧道开挖空间效应的影响明显,其变形趋势均表现为向开挖侧移动,但其变形值均小于规范规定的预警值。

考虑黏土蠕变特性的大埋深盾构复推总推力增量解析解研究

由于黏土存在蠕变效应,黏土地层中盾构长时间停机会诱发盾构复推总推力增量过大、盾构姿态难以控制、管片易破损等次生风险等问题,将黏土地层视为Burgers黏弹性体,构建考虑地层应力和蠕变特性的大埋深圆截面隧洞简化力学模型,根据黏弹性理论推导盾壳-地层径向接触应力的黏弹性解,进而通过积分和分段计算求解复推总推力增量与停机时间的理论关系式。结合水工盾构隧洞停机实例,对比复推总推力增量实际值与理论值。研究结果表明:复推总推力增量实际值与理论值平均相对误差为13.81%,验证了该解析解的可靠性;隧洞埋深越大,复推总推力增量越大,表明大埋深段停机需更关注复推推力控制;盾壳-地层界面摩阻力随超挖间隙增大而减小,而复推总推力增量随之增大;此外,总推力增量随着盾壳-地层界面摩擦因数减小而显著减小。因此,设置合适的超挖间隙和长时间停机时采取往盾壳外注入膨润土等润滑减阻措施能有效预防大埋深段停机的次生风险。

小净距隧道洞口抗震设防研究

为明确净距与岩体等级对隧道洞口段抗震设防长度的影响规律,以云南玉溪宝山高陡边坡段小净距隧道为工程依托,利用FLAC3D有限差分软件建立小净距隧道数值模型,根据室内力学试验确定模型参数,以校正后的汶川地震波作为震动荷载输入,针对震动荷载作用下隧道洞口段围岩稳定性进行分析,探明隧道围岩与支护结构在不同工况下的动力响应特征,进一步确定合理的隧道抗震设防长度。研究结果表明:同一净距条件下,围岩等级越高,衬砌结构位移及轴力、应力的响应值越小,反之亦然;宝山隧道最不利工况条件为Ⅴ级围岩、0.5B净距,在震动荷载作用条件下,隧道峰值位移最大值为62.5 cm,衬砌轴力最大值产生于左、右拱脚处,洞口段峰值达1320 kN,位移曲线下降率升高临界点最大值为78 m(6.0B),最终确定宝山隧道洞口合理设防长度为78 m。

高速公路隧道出口至互通入口最小净距研究

高速公路隧道出口至互通入口路段的净距过小,易导致驾驶员合流时判断决策失误,增加合流区事故风险的发生几率.在深入研究隧道出口至互通入口车辆行驶特点和交通冲突的基础上,分析小净距路段车辆的主要驾驶过程(包含明适应、判断决策、车辆减速或车辆换道),建立隧道出口至互通入口最小净距计算模型.通过该类路段实测交通数据调查分析,对隧道出口路段运行速度及隧道出口明适应时间等小净距计算模型中关键参数进行了标定.在综合考虑车辆运行速度、驾驶员明适应时间、车辆减速特点、车辆换道轨迹及互通入口合流区主线安全视距的基础上,提出基于路段限速的隧道出口至互通入口最小净距建议值,以及基于车道行车安全诱导管控系统的车道限制、车速管控、减轻视觉负荷及加强视线诱导等交通安全保障措施.

小净距隧道后行洞爆破对先行洞的振动影响分析

为分析后行洞爆破施工时对先行洞造成的影响,依托蒙古道隧道工程并以大断面小净距隧道为研究对象,进行有限元数值模拟。结合现场测试对现场爆破后振动测试信号进行HHT分析,确定了爆破振动影响信号的时频特征。研究表明:当后行洞在进行爆破施工时,先行洞初期支护的垂直振动速度和切向振动速度都明显的小于径向振动速度;后行洞迎爆侧的径向振动速度明显大于背爆侧,后行洞爆破的最大振动速度相对应的频率主要集中在20~80 Hz之间。受后行洞爆破影响,小净距隧道的先行洞迎爆一侧的拱脚处出现拉应力易导致隧道衬砌出现拉伸破坏,建议在该部位进行喷射钢纤维混凝土等措施进行加强。

急曲线电力盾构隧道侧穿桥桩扰动特性研究

为探究急曲线电力盾构隧道施工对邻近桥梁桩基受力特性的影响,以转弯半径50 m的急曲线电力盾构隧道为例,建立不同水平净距下急曲线隧道侧穿桥桩的三维有限元模型,分析隧道和桥桩的水平净距对桩基变形和受力特性的影响。结果表明:数值模拟的地表沉降值与Peck公式理论值的计算相对误差在4%~19%之间,属于正常范围,说明数值计算结果是可靠的;当水平净距从3.6 m减小到1.2 m时,桩基的竖向变形值和横向变形值均增大,增率分别为143.24%和55.56%,同时最大轴力和最大弯矩分别增大了2.08倍和3.00倍;隧道埋深处曲线内侧的桩基附加弯矩最大,受力最不利,施工过程中应重点监测;墩柱在净距为1.2 m时的差异沉降值为0.32 mm,倾斜率为0.014%,均小于规范允许值。

软土地质条件下长距离重叠隧道施工技术

该技术依托天津地铁5号线成林道站~津塘路站区间为上下重叠隧道施工中各项难题,通过模型计算分析、先建隧道结构加强和可拆卸环形支撑加固等综合技术,有效地解决了施工中的各项难题,完成了长距离盾构重叠施工。该项技术成果取得了显著的社会效益及经济效益,对城市地铁设计和施工具有积极的借鉴意义,推广应用价值前景广阔。

标准环加转弯环盾构管片排版及拼装选型算法研究

[目的]为解决人工进行标准环+转弯环(双面楔形)盾构管片排版和选点中存在的主观性强、计算繁琐、重复工作量大等问题,特对其进行算法研究,以解决实际工程问题。[方法]开发了标准环+转弯环管片自动排版、拼装选型及预测算法软件。基于成熟施工经验,依据隧道线形和管片转角计算管片排版计划,实现了管片排版的自动化计算。提出了综合考虑隧道线形、盾尾间隙、推进油缸行程和盾构机趋势的标准环+转弯环管片选型计算方法和决策算法,实现了管片自动拼装选点。在此基础上,通过建立盾构姿态变化与盾尾间隙和油缸行程变化量的关系式,实现了未来2环标准环+转弯环管片拼装点位和管片型号的预测。[结果及结论]研究成果在广州地铁12号线成功应用,显著提升了现场标准环+转弯环管片排版、选型的工作效率,降低了人力成本,并优化了盾构隧道施工工序。

基于多重约束的铁路隧道净空检测研究

为解决铁路隧道洞内无法准确获取扫描仪定位参数和高精度三维点云数据成果难题,基于激光扫描仪、惯性测量单元、里程计等传感器,提出多源数据融合处理算法,获得三维点云相对数据成果;利用隧道自身的环缝、螺栓孔洞结构形状特征,生成点云灰度及深度影像,实现管片环缝提取,结合环片固定宽度完成里程校准;根据误差传播规律引入靶标控制点联合解算,修正定位定姿误差和坐标转换,获取工程坐标系统下的三维点云数据;基于最小二乘二维ICP匹配算法进行点云模板匹配,提取轨道中心线。经实验测试,对里程及靶标控制等多重约束后,获得的三维绝对点云平均误差为3.2 cm;提取隧道断面,输入隧道设计断面线并等分处理,与轨道基准坐标系进行匹配,逐点计算断面激光点到设计轮廓线的垂直距离,完成了隧道净空检测。实验数据分析表明,基于惯性测量单元/里程计组合导航误差纠正模型,在里程及靶标控制等多重约束后,能够获得高精度的铁路隧道三维点云数据成果,实现铁路隧道的净空检测。

基于角度传感器的机械式盾尾间隙测量装置的研制与应用

[目的]针对在盾构或隧道掘进机掘进过程中,盾尾间隙时刻处于变化之中,为保证施工安全,必须对盾尾间隙进行实时测量。针对非接触式盾尾间隙测量装置环境适应性差、精度低、造价高等不足,开展了接触式即机械式盾尾间隙测量装置的研制与开发。[方法]采用磁敏角度传感器进行角度测量,再经数学计算将角度值转换成距离值,得到对应的盾尾间隙值,实现了盾尾间隙实时测量。[结果及结论]该装置在工程现场进行了试验与应用,达到了较好的应用效果:机械式盾尾间隙测量装置可实现对盾尾间隙的连续实时测量,测量数据可以本地存储和远程读取,故测量效率高;机械式测量不需要经过复杂的数据处理,测量精度相对较高,可以控制在1 mm以内;机械式盾尾间隙测量装置成本低,约为非接触式测量装置造价的1/5,有利于成本控制。

超浅埋特大断面小净距隧道开挖爆破对景区影响的分析

超浅埋隧道施工极易影响地表及邻近建构(筑)物。福州市某特大断面小净距隧道穿越城市景区,紧邻景区钢桁架架空桥梁森林步道。如何避免开挖爆破施工对景区及其敏感建构(筑)物造成较大影响,是工程建设亟待解决的难题。利用midas GTS软件建立了福道钢桁架桥简化模型,模拟了隧道开挖爆破施工对景区地表及钢桁架桥的影响,并与现场实测进行了对比分析。计算分析表明,在推荐的爆破方案下:(1)质点振动速度在距离爆心较近时迅速衰减,但衰减幅度在距离爆心较远时减缓;(2)景区地表及福道钢桁架桥面最大振速均能满足爆破振速控制标准;(3)爆破施工对景区影响甚微,为该工程的设计与施工提供了依据和指导。

空间受限情况下地下连续墙施工技术

地下连续墙施工过程中会受到施工环境的限制,空间受限是其一。基于工程实践,对空间受限情况下地下连续墙施工技术进行研究。根据不同的限制条件,将地下连续墙成槽施工空间受限条件分为三类:低净空限制、导洞内限制以及障碍物限制。对三类受限情况以及对应受限情况下地下连续墙施工技术分别进行阐述,并对低净空以及障碍物限制下地下连续墙施工进行了案例说明。

复杂条件下高水压超大直径盾构出仓清障施工技术研究

上海某在建市域铁路超大直径盾构穿越既有运营轨道交通线路时,盾构掘进前方突遇障碍物。在确保既有轨交正常运营的前提下,通过采取制作高黏度泥膜稳定开挖面、合理设定压力与液位等技术措施,克服埋深大、高水压、强渗透等不利条件,实现在已扰动地层中高水压出仓,完成障碍物清理,为以后类似工程施工提供了参考经验。

小净距盾构隧道侧穿地铁车站对地表沉降及刀把段结构侧墙变形的影响

为研究小净距盾构隧道侧穿地铁车站对地表沉降及刀把段结构侧墙变形的影响规律,依托长沙轨道7号线云环区间段,对盾构施工引起的地表沉降和刀把段侧墙位移进行持续监测,采用有限元软件,分析在袖阀管注浆加固条件下侧墙的变形和应力特征,研究不同地层损失率条件下地表和侧墙的变形规律及不同侧墙厚度条件下侧墙的应力规律。结果表明,袖阀管注浆加固土体能有效减小由盾构施工引起的侧墙变形和应力;地表沉降和侧墙位移随着地层损失率的增加呈递增的趋势;侧墙厚度设置为800 mm时,侧墙所受拉应力可以控制在C40混凝土抗拉强度标准值之内。

层岩走向对偏压小净距隧道围岩稳定性分析

随着我国交通事业的不断推进,大量隧道需要穿越层岩地区,另一方面,偏压小净距隧道的施工也是近年来的难点。鉴于此,针对层状岩体在力学特性方面展现出来的各向异性,基于横观各向同性的节理岩体本构建立了有限元数值计算模型,对层岩走向与隧道轴向呈不同位置关系变化对围岩稳定性进行了对比分析。研究表明:①围岩变形主要集中在隧道拱顶沉降和仰拱隆起,拱顶沉降略大于仰拱隆起,由于左洞埋深大,左洞变形大于右洞变形。②层理的存在改变了围岩变形规律,围岩竖向位移增大,水平位移却得到了相应抑制。③围岩塑性区分布受岩层产状的影响明显,岩层走向与轴线平行时最大塑性应变最大,且在拱腰与拱脚处形成了类似“X”形的分布。④研究成果为类似工程的应用提供了一定的理论价值。

分离式特长小净距偏压隧道重难点控制下施工技术研究

高速公路特长隧道作为一段高速的控制性工程,其设计施工一直都是受到多方的关注。尤其对于洞口偏压、小净距的特长隧道,其在开挖过程中的控制变量多,开挖难度大,设计变更复杂等原因,需要在施工前期对其施工技术进行逐一分析和研究,以保障后续其施工安全以及施工质量。本文以四川某高速公路的特长隧道施工为例,对其重难点进行阐述后,提出相应的应对措施,并对其在施工过程中的开挖技术进行分析研究。

下穿既有铁路隧道施工安全技术分析

新建隧道与已有隧道在平面上相交时,通常需要在垂直方向上选择上跨或下穿的施工方案。其中,下穿已有隧道的暗挖施工尤其复杂,对既有隧道的影响较大。如果开挖方法和支护措施选择不当,可能导致已有隧道发生沉降变形,甚至危及运营安全。尤其是在下穿铁路隧道时,对轨道沉降的要求非常严格,不得超过2 mm。因此,控制既有隧道的沉降变形至关重要,这就需要选择适当的开挖工法和有效的超前支护措施,以确保既有铁路隧道的安全。在实际工程中,采用非爆破开挖、双侧壁导坑法和Φ299超前大管棚技术下穿既有铁路隧道,对既有铁路未造成不良影响,同时降低了暗挖作业的风险。这为类似的下穿暗挖工程提供了宝贵的经验和借鉴。

基于安全系数的小净距隧道后行洞开挖进尺

利用FLAC3D有限差分软件,模拟了在后行洞不同的开挖进尺下,小净距隧道围岩塑性区分布、先行洞与后行洞支护内力的变化规律,得到了不同工况下的隧道衬砌安全系数,确定后行洞合理开挖进尺,并通过实测数据验证了模型的可靠性。实践表明:随着后行洞开挖进尺的增大,先行洞塑性区无明显变化。先后行洞支护内力发生明显变化,先后行洞支护安全系数均有所减小。综合分析出后行洞的合理开挖进尺为2m。实测数据与模拟数据的误差范围为10%~20%,验证了后行洞开挖进尺数值模拟具有一定的可靠度。