隧道岩溶施工处置技术研究

岩溶隧道处置技术一直是工程界的重点及难点问题,结合某高速铁路贵州区段施工状况,将隧道岩溶分为串珠型或管道型的线状溶洞、洞穴型溶洞及洞厅型溶洞,根据其不同的填充性质提出了不同的施工处置措施。并具体结合丫口寨隧道、斗磨隧道、大独山隧道,对典型岩溶,包括无充填型溶洞群、暗河、富水填充型岩溶、过水通道型岩溶及黏土填充型岩溶的处置措施进行分析,主要结论为,针对岩溶隧道,应综合考虑岩溶类型和特征,因地制宜进行设计、施工。

关于我国山岭隧道钻爆法施工技术发展的一些思考

为进一步提升我国山岭长大隧道钻爆法施工技术水平,结合我国山岭隧道钻爆法施工技术现状,重点从超前地质预报、机械化施工、新能源电动装备应用、装配化施工、智能化施工、碳减排以及施工管理的高效化等7个方面进行总结分析,并指出我国山岭隧道钻爆法施工技术的重要发展方向。得出:1)隧道超前地质预报应重视超长水平钻的研究和应用,重点开展多源地质信息采集技术和智能融合解译2个方面的研究,提高隧道超前地质信息的靶向采集水平以及预判精度。2)要进一步完善和细化隧道大型机械化配套施工相关标准及行业规范,攻克大型工装的核心技术,实现关键工序装备的研发及应用。3)对于新能源电动工程装备,需进一步提升其电池储能能力以及实现隧道洞内智能化快速拆换电池技术。4)加强受限于隧道狭小空间下不中断交通的衬砌拼装专有设备与相关施工组织的研究,是实现隧道钻爆法施工衬砌装配化的重要途径。5)隧道实现智能化施工的2个阶段为装备智能化及施工智能化。6)要加强隧道建设期与碳排放相关的理论研究及实践应用。7)施工管理高效化的实现需进一步推进和完善设计施工总承包模式,建设单位要充分发挥设计及施工单位应对隧道施工复杂多变环境的自主性和灵活性,施工单位要加强在隧道施工关键路径和关键链中的资源倾向和配置,以及提升基层管理水平。

岗乌隧道岩溶角砾岩段大变形控制技术

隧道软岩大变形一直是工程界的难题,依托岗乌隧道深埋岩溶角砾岩区段大变形实例,基于数值模拟、隧道变形和结构受力现场测试,针对隧道产生大变形的机理及相应控制技术开展研究。分析结果表明:岗乌隧道岩溶角砾岩大变形区段存在明显的构造应力,属于典型的挤压型大变形,隧道开挖导致围岩形成较大的塑性区域,使得初支结构承受了较大荷载,导致拱架扭曲、初支开裂;工程实践中采用“增强超前支护+强化初支参数+优化工法+增强二次衬砌”的措施,具体包括“T76自进式超前管棚+三台阶留核心土法加临时仰拱+大预留变形量+HW175型钢+T76S大锁脚+增强二次衬砌”等手段进行预防和控制。通过对支护结构的长期监测及安全性评价,证明相应处置措施的有效性。

基于BP神经网络算法预测近海隧道施工涌水量

为准确预测近海隧道突涌水风险及其涌水量,基于青岛地铁近海隧道地质资料和勘察报告,建立训练样本集,提出MATLAB构建BP神经网络模型预测近海地铁隧道涌水量的方法。以青岛地铁四号线静沙区间不同段的数据作为测试样本集,验证模型的有效性和准确性。结果表明输出值与实测值的平均绝对误差为0.0399,拟合优度接近1,范数小于0.01,均满足要求。采用BP神经网络模型可以有效地对近海隧道突涌水风险等级和涌水量进行预测,为相关工程提供参考。

高应力炭质板岩隧道开挖支护结构受力评价研究

为探究高应力下炭质板岩隧道开挖过程中围岩位移、支护结构内力变化规律,依托渭武高速木寨岭公路隧道,采用有限差分软件FLAC3D建立三台阶七步开挖法下炭质板岩隧道的数值模型,提出强、中、弱3种支护方案;分析开挖距离对围岩位移、支护结构内力等因素的影响,并对支护设计参数合理性评价。研究结果表明:开挖过程中围岩累计沉降和收敛变形量比较:强支护<中支护<弱支护;开挖相同距离下,随着支护强度上升,支护提供的弹性抗力越强,围岩沉降和收敛变形减小;以强支护为例,支护结构轴力呈现先增大后减小的趋势,最终轴力不断上升但趋势变缓的特征,开挖距离50 m趋于稳定;支护设计参数评价时,开挖距离(50 m)结束,强、中、弱3种方案钢架受压安全系数最小值分别为3.903、3.718、3.264,#1拱顶处强支护钢架较喷射混凝土先破坏,混凝土安全系数最小值分别为3.491、2.987、2.666,#2左拱腰处喷射混凝土较钢架先破坏,故选择中支护方案,材料I25b×C25、初衬厚度26 cm、钢架距离0.8 m。研究成果可为类似软岩隧道开挖和支护结构的设计提供一定参考。

我国高原隧道制氧供氧技术现状与思考

为进一步提高我国高原隧道建设水平,结合已建典型高原隧道工程案例,对近年来我国高原隧道制氧、供氧技术相关研究成果进行总结分析,并对其存在的不足及发展方向进行讨论。已有研究成果主要体现在:1)变压吸附制氧工艺方法的改进完善、吸附剂的改良及小型便携式制氧装备的研发;2)整体上形成了优化隧道施工通风方案+洞外变压吸附制氧+洞内弥散式供氧+个人携带氧气瓶供氧的通风制氧方案;3)根据劳动等级,建立了针对隧道不同施工阶段的供氧量方案。目前仍存在的不足及发展方向主要包括:1)开发新型高效吸附剂仍是高原隧道供氧技术发展的最重要的途径;2)加强高原地区真实环境下工艺参数对制氧效率的影响及数学关系模型的研究;3)关注隧道掌子面空气质量及氧气实际体积分数,进一步完善不同施工阶段人员氧气需求标准,加强隧道通风方案阶段化的科学设计;4)进一步研发、推广高效电动型隧道施工装备。

青岛上软下硬复合地层隧道开挖变形规律研究

如何控制隧道变形和地表沉降是隧道安全施工的重要问题。青岛地铁四号线静沙区间位于上软下硬的复合地层,以此隧道开挖工程为背景,总结岩土体变形的因素,通过有限元模拟软件建立隧道开挖的三维数值模型,对隧道洞身处于不同的地层开挖造成的围岩变形和地表沉降进行分析,结果表明,隧道穿越的土层类型由较坚硬岩变为全坚硬岩时,围岩稳定性逐渐变好,隧道开挖对土层的扰动减小,致使地表沉降逐渐减小并趋于稳定。

岩溶隧道突水机理研究

岩溶隧道修建过程中极易发生突水灾害,是工程界的热点及难点问题。针对岩溶隧道突水机理进行讨论剖析,首先将其概化为灾害源、突水通道形成及防突层岩体破坏3个过程,并将岩溶隧道防突层破坏类型分为整体拉剪破坏、水力劈裂、充填体渗透滑移、关键块体缺失以及综合型突水模式。结合典型案例并利用数值模拟或理论分析对相应的破坏机制进行研究,指出实际工程中的突水多为综合型突水模式,是多种突水类型相互联系、相互作用的综合结果,且不同突水类型在一定条件下存在相关的连续性和递进演化关系。

青岛复合地层双洞隧道开挖变形规律

双线隧道开挖不同于单线隧道,为研究复合地层地铁双洞隧道开挖施工引起的地表沉降规律,文中基于青岛地铁四号线静沙区间的相关数据,通过数值模拟对双洞隧道上覆土层的不同组合施工沉降变形规律进行研究。分析结果表明,隧道上覆土层中砂土与黏土层厚度的变化,对双线隧道开挖地表沉降最大值、地表沉降和围岩的应力状态的影响较小,变化幅度也影响较小,即不同的上覆土层条件下,对双线隧道开挖地表沉降规律的影响相对较小。

基于改进鼠群优化算法的起重机主梁轻量化设计

为提高元启发式算法求解桥式起重机主梁优化问题的寻优精度与效率,文中提出一种改进的鼠群优化算法(IRSO)。该算法采用Hénon混沌随机反向学习初始化种群,提高算法的初始寻优性能;在追逐行为中,引入随机反向学习和高斯变异混合策略对鼠群进行逐维学习,增强算法的全局搜索能力;在搏斗行为中,采用翻筋斗搏斗搜索策略更新鼠群位置,增强算法的局部搜索能力;在算法中引入自适应余弦控制因子,实现算法控制参数之间的动态平衡,提高算法的整体寻优能力。仿真结果表明:与其他算法相比,IRSO算法寻优能力更优、收敛精度更高、稳定性和鲁棒性更强;同时,IRSO算法可高效地解决桥式起重机主梁轻量化设计问题,减重效果可达20.72%,具有较好的工程实际应用能力。

半封闭空间单侧冷风幕效应数值模拟研究

受外部冷空气影响,寒区隧道冻害问题日益严重,为阻止外部冷空气流入隧道,提出以外部空气为空气源的冷风幕隔冷方式,并开展半封闭空间单侧设置冷风幕阻隔外部冷空气流动换热过程的数值模拟研究。数值模拟模型设置参考相关室内试验,通过室内试验测试数据对数值模型进行验证后,利用数值模型研究风幕射流角度、射流速度、射流宽度对热压作用下冷风流入半封闭空间阻隔效果的影响。结果表明:射流角度为3°时,形成风幕形态较理想,半封闭空间平均温度较无风幕作用时有4~5℃的提高,此时增加风幕速度或宽度均会强化外部冷空气与半封闭空间内空气的换热,减弱风幕隔冷效果;射流角度为6°或9°时,风幕射流宽度需要与射流速度匹配,否则易出现风幕形态不理想,导致风幕隔冷失效。

基于Delphi法和模糊层次分析法的隧道突水风险评价

隧道施工过程常会发生突水涌泥灾害,严重危及隧道开挖安全。准确预测隧道突水风险等级,对预防突水灾害具有重要意义。以青岛四号线静沙区间隧道为工程背景,应用Delphi调查技术选取隧道突水突泥影响因素,通过层次分析法构建多层次隧道突水风险评价体系,结合模糊数学理论对隧道易发突水突泥段作出风险评价。研究结果表明,青岛四号线隧ZDK25+090.9~ZDK25+528段突水涌泥风险等级为IV级,和工程实际情况基本一致。本文研究方法可对相关隧道项目突水涌泥危险评价管理提供参考依据。

一种改进的自适应免疫遗传算法

为了解决免疫遗传算法(IGA)存在的“停滞”问题和“早熟”问题,提出了一种改进的自适应免疫遗传算法(IAIGA)。首先通过在IGA中加入疫苗动态自适应提取策略以及交叉和变异操作的自适应策略对其进行改进,然后分别采用IGA和IAIGA对6组基准函数进行了寻优仿真实验,比较了两种算法在搜索全局最优解、优化精度和收敛速度上的差别,最终结果表明,IAIGA可解决IGA存在的“早熟”和“停滞”问题,收敛速度更快,收敛稳定性更好,寻优精度更高。

一种新型智能化隧道衬砌台车力学特征研究

本文以陕西眉太高速太白山隧道为工程依托,利用数值模拟并结合现场实测对某新型智能化隧道衬砌台车作业过程中的动态、静态力学特征进行研究,结果表明:(1)台车结构存在局部应力集中,总体结构安全可靠,且有较大优化空间;(2)边模浇筑过程中台车变形最大,其中模板底部最大变形量为6.6 mm,建议对衬砌台车进行结构分析时要考虑混凝土初凝作用,而不是单次全环加载;(3)隧道现场实测结果表明混凝土凝固过程中发生膨胀,使得台车主体结构受力增加,增幅约为20%,建议在台车设计中要适当考虑混凝土凝固过程的影响。

寒区工程调温用相变材料水泥性能试验研究

寒区工程常因冻土在环境扰动下融化而发生工程稳定性问题,本文提出通过相变材料水泥抵抗外部环境扰动从而调控冻土温度的方法。选择摩尔质量比97.0∶3.0的正癸醇-棕榈酸混合物、液态石蜡、石蜡微胶囊三种相变材料,分别制备了相变材料水泥试样,对试样进行了一维升温过程响应试验,并对试样导热系数、单轴抗压强度等进行了测试。试验结果表明,掺入正癸醇-棕榈酸、石蜡微胶囊(包括含减水剂)的相变水泥试样具有有效的调温能力,且随着相变材料掺量的增加试样调温能力增强;从制样过程、试样潜热吸收、调温效果等方面看,微胶囊形式结合的相变材料制备水泥试样优于直接结合方式制备的试样。

充填型岩溶管道致灾机理研究

充填型岩溶管道是岩溶隧道突水突泥的一种重要致灾类型,且往往具有延滞性的特点,因此本文对充填型岩溶管道致灾机理进行研究,分别建立充填体滑移失稳力学模型及渗透失稳力学模型,并推导出充填滑移体临界安全厚度计算公式;利用数值分析揭示隧道开挖后,岩溶管道内部渗流演化过程。研究结果表明:充填滑移体临界长度随宽度的增加而增大,但增长速率呈现减小趋势;当充填体倾角小于45°时,充填滑移体临界长度随倾角近似线性增加,当倾角大于60°时,增长率明显降低;充填滑移体临界长度随侧压力系数的增加而减小,但其减小速率逐渐变小;临界长度随水压的增加而增大,但增速逐渐降低。对于渗透滑移类型,泥砂混合流体对管壁的拖曳力更大,扩径作用也更为明显。隧道开挖使得岩溶管道充填体的孔隙水压力呈现先减小后增大的变化规律,揭示了充填型岩溶管道致灾呈"滞后性"的内在机制。