为分析层状岩体隧道爆破引起的围岩稳定性问题,采用LS-DYNA数值模拟方法对不同层理倾角下隧道支护体系的动态响应特性进行研究.研究结果表明:(1)围岩层理倾角为60°时,掌子面后方25m处拱顶水平切向峰值振速出现1.74倍的增大现象;(2)不同围岩层理倾角下左右拱腰和边墙位置处均呈现质点非对称振动特征;(3)不同层理倾角下,左右拱腰和边墙位置处水平径向和垂向峰值振速随与掌子面距离的增大呈现先减小后增大的变化趋势;(4)拱腰位置横向和竖向压应力非对称受力系数在围岩层理倾角为60°时出现明显转折,呈现先快速增大后又快速减小变化趋势;(5)随着围岩层理倾角从0°变化到90°,锚杆动态拉应力峰值呈现先增大后减小变化趋势,在隧道环向上的分布也不同.现场监测结果显示:30°围岩层理倾角下隧道爆破引起的锚固支护结构质点振动规律与研究结果具有一致性.
为解决泥水盾构隧道施工中废弃泥浆难以处置、污染环境、回收利用困难等问题,以粉质黏土地层盾构废浆经过压滤处理后的废渣为研究对象,提出了利用废渣制备免烧建材的方案.研究不同固化剂体系对免烧试样单轴抗压强度的影响规律,获取最优固化剂种类、掺入比及合理的河砂掺入量.研究结果表明:(1)以盾构废浆压滤处理后的废渣制备免烧建材技术具有可行性和实用性,制得的免烧建材强度满足《非烧结垃圾尾矿砖》(JC/T422-2007)MU15等级产品要求;(2)水泥作为固化剂制备的免烧试样强度显著高于石灰作为固化剂制备的试样强度,且水泥的最适宜掺入量在20%～30%之间;(3)复合固化剂中水泥石灰之比宜为3∶1,才能达到最佳的固化效果;(4)废渣与河砂的掺入比在3∶1时,能够最大程度利用废渣,同时免烧试样符合规范要求的强度和耐久性指标.
对玉磨铁路安定隧道二次衬砌裂缝的分布进行统计分析,并提出一种更接近实际荷载情况的模拟方法,对二次衬砌的裂缝发展规律和控制因素进行研究.采用正交试验研究四因素(混凝土强度等级、衬砌厚度、钢筋直径、保护层厚度)三水平条件下衬砌裂缝情况.结果表明:现场衬砌裂缝分布情况统计显示裂缝主要分布于拱脚和拱腰位置,拱顶次之,拱肩裂缝较少,纵向裂缝比例达到63%,环向裂缝和斜向裂缝占比分别为18%和19%;衬砌各部位损伤出现的顺序为拱脚、拱顶、拱腰、拱肩,而裂缝发展程度一般为拱脚>拱腰>拱顶>拱肩;二次衬砌结构参数对拱脚裂缝宽度的影响程度为混凝土强度等级>保护层厚度>衬砌厚度>钢筋直径;随着因素水平的提升,混凝土强度等级、衬砌厚度、钢筋直径的影响程度逐渐减小,衬砌厚度影响趋势则相反.
激光点云技术具有高精度、高密度和适应性良好的特点,将其应用于公路隧道形变监测中,研究基于固定站激光扫描数据的公路隧道断面连续提取、滤波和多期形变监测的方法.为保证多期形变的观测断面在同一位置,在隧道中安装位置固定的扫描仪,利用三维中轴线和配准算法保证多期断面的同一性.提出一种两次迭代的椭圆曲线拟合方法,该方法第一次迭代基于椭圆形状约束对隧道拱顶断面的非拱顶断面点云进行滤除,第二次迭代利用迭代最小二乘拟合算法对滤波后的拱顶断面进行椭圆曲线拟合.基于拟合的椭圆曲线和极坐标法监测断面的多期形变.与传统RANSAC方法进行对比,两次迭代的椭圆曲线拟合方法在提取隧道椭圆曲线方面表现出更好的滤波效果和更高的精度.搭建隧道模型进行形变模拟和监测试验,对提取的多期数据进行分析,结果表明所提出的方法在公路隧道多期形变监测中具有可行性,且中误差小于2 mm,具有较高的精度.
为研究双层公路盾构隧道内部结构对隧道横向抗震性能的影响,以某特大直径双层公路隧道工程为依托,建立施作上层板和不施作上层板2种不同内部结构的双层公路盾构隧道三维精细化有限元模型,采用隐式动力时程法进行盾构隧道管片-内部结构复合体系横向抗震性能研究.结果表明:(1)双层公路隧道内部结构可以增大隧道横向刚度,减小隧道变形,施作上层板的内部结构对横向刚度的增大更为显著;(2)内部结构可以减小隧道局部峰值弯矩和峰值轴力,其中拱脚处轴力最大减小732.16 kN,拱肩、拱脚和拱腰处弯矩最大减小723.59 kN·m;(3)内部结构施作上层板时,管片损伤小幅减小,内部结构损伤增大,不施作上层板时,拱腰处管片外侧出现新损伤,考虑到内部结构并非主要受力结构,施作上层板隧道的震后可修复性优于不施作上层板隧道的震后可修复性;(4)内部结构施作上层板在减小隧道变形、应力和内力方面均优于不施作上层板,但施作上层板后内部结构损伤增大,建议采取对应的加强措施.
以某大直径泥水盾构隧道施工通风方案设计为例,采用ANSYS Fluent计算流体力学软件仿真分析隧道施工通风效果,通过实地测量验证了数值仿真模型计算结果的准确性,总结了通风状态下流场分布及风流运动规律,并对比研究风管出口风速、风管直径、风管出口位置3种通风参数对隧道通风的影响,提出了通风参数的优化方案.结果表明:隧道通风流场的风速分布呈现回风侧风速整体大于进风侧风速、隧道上部风速整体低于下部风速的特点;增大风管出口风速对改善隧道施工通风效果最为显著;采用优化方案后的隧道中心平均风速可提高约59.3%,各工作区域空气流速均达到0.15 m/s以上的施工通风标准,可经济高效地改善隧道盾构段工作区域通风效果.
在城市建设明挖基坑工程中,大量采用内撑式支护结构,其中钢支撑端部节点是控制基坑变形和稳定的关键.为了改进支撑端部的受力方式,研发了高脚螺栓-模袋混凝土固支端,阐述了其结构组成和特点,加工4组试件进行室内试验,研究了试件在轴向和偏心荷载作用下的力学性能,获得了试件的破坏形态、荷载-位移曲线和荷载-应变曲线,得到了该固支端的弹性承载力和刚度.试验结果表明:(1)该固支端的设计承载力高于4 000 kN,超过ϕ609钢支撑轴向设计承载力,满足强节点设计要求,且固支端屈服后,具有良好的塑性变形能力,极限承载力超过6 500 kN;(2)试件的最终破坏形式为钢管短接段鼓曲、模袋混凝土开裂及高脚螺栓弯曲,增加模袋混凝土成型预压应力和强度可提高固支端承载力;(3)所研发的固支端结构简单、性能稳定,有助于提高基坑施工的安全性.
近日,随着"草原安达号"TBM在隧洞终点破岩而出,由中铁隧道股份承建的引绰济辽4标隧洞工程全部贯通,成为引绰济辽工程全线首个完成全部开挖任务的TBM标段. 引绰济辽工程全长390.3 km,从嫩江支流绰尔河引水到西辽河,向沿线城市及工业园区供水,是内蒙古自治区规模最大、最重要的水利工程,对蒙东地区乃至全自治区经济社会发展有着重大意义.
为解决越岭隧道工程地质灾害频发、救援难度大、灾后修复困难等问题,将韧性理论引入隧道工程系统安全体系中,提出基于DEMATEL-BN的隧道工程系统韧性评价模型.并从"人、机、料、法,环"5个方面初步识别出22个影响因素.通过DEMATEL剔除关联度较小的影响因素并构建贝叶斯网络拓扑图;结合贝叶斯网络和GeNIe软件正向推理计算系统韧性值;通过逆向推理及敏感性分析识别关键影响链及敏感因素;最后,以冰草湾隧道为例进行实证研究.结果表明:冰草湾隧道具有中高韧性水平,关键影响链为"应急救援演练→应急决策与响应→恢复能力",敏感因素为"复杂的地质条件、安全文明施工、应急决策与响应",结合分析提出阶段性提升建议.
为提高强震作用下隧道洞口段结构抗震性能,依托高烈度地震区某管道隧道工程,研究采用整体式反应位移法进行隧道洞口段抗震计算时的误差影响因素,引入结构位移放大系数,提出一种适用于隧道洞口段结构抗震计算的改进整体式反应位移法,并结合算例分析,对改进后计算方法进行验证.结果表明:采用整体式反应位移法进行隧道洞口段抗震计算时误差主要是由洞口段隧道顶底部的相对位移引起,可引入结构位移放大系数对其进行修正;结构位移放大系数与洞口仰坡坡角和地震动强度正相关,与坡高和相对埋深负相关,不同围岩级别中的放大系数偏差小于10%,可忽略围岩条件对其的影响;改进整体式反应位移法在0.6g地震动下误差基本小于10%,比整体式反应位移法精度更高,可应用于隧道洞口段的抗震计算.
为降低多竖(斜)井复杂运营通风系统的能耗,将运营通风多模式转换系统应用于特长公路隧道分段纵向通风中.基于隧道内回路风压平衡和通风网络理论,提出隧道通风模式初拟、极限交通承载量计算、动态化通风模式选择、射流风机台数确定及通风能耗对比优化的通风设计流程,研究多模式通风转换系统的运作方式,对比分析常规分段纵向通风方式和多模式转换通风方式的运营能耗.结果表明,隧道远期设计高峰小时交通量达到最大值3 137 veh/h时,需开启29组射流风机,此时隧道各段风速小于8 m/s;一天中31.25%的时段通过模式1即能满足通风要求,52.08%的时段需要通风模式4才能满足通风要求,多模式转换通风较仅通过模式4进行通风总功率减少20.71%;交通量小于1 726 veh/h时,3#竖井排风量可降低为93 m3/s,隧道内风机总功率可减少37.57%.
隧道排水系统快速结垢堵塞,将引起支护背后水压增大,诱发衬砌渗水、变形、垮塌等二次病害.以广东某隧道在建设期间出现严重的初期支护渗漏结晶与排水系统结垢堵塞现象为例,通过分析围岩水流向、水质中离子浓度的时空变化与结垢矿物组成,分析了排水管碳酸钙快速结垢的成因,明确了初期支护混凝土对排水系统结垢堵塞起到关键作用.进一步研究有碱速凝剂、无碱速凝剂及密实疏水材料对初期支护混凝土抗溶蚀性能的影响.结果表明:初期支护混凝土析出Ga2+与OH-,促使围岩水pH值约从7.5提升至约10.5,加速碳酸钙结垢产物的生成;相较于初期支护单掺有碱速凝剂,复掺无碱速凝剂与疏水材料,初期支护28d抗压强度提升35.3%、RCM降低26.6%、吸水率降低68.1%,通过基体密实疏水协同技术,内部氢氧化钙的溶解与析出得到显著抑制;工程应用则直接证实初期支护混凝土基体密实疏水技术可有效缓解排水系统结垢堵塞现象.
针对城市隧道中环境监测存在的监测方案不完善、监测数据量大、数据受影响因素多等问题,提出基于多传感器的隧道环境监测数据协同融合方法以提高环境监测的准确性.首先,使用箱线图法检测环境监测数据中的异常值,并基于均值替代法修正异常值,提高数据的精度;其次,利用自适应加权平均算法实现对同质传感器的数据融合,有效降低系统冗余;最后,基于PSO-BP神经网络算法实现对异质传感器的数据融合.结果表明,经过PSO算法优化的BP神经网络融合模型对隧道环境等级的判断准确性超过80%,优于传统BP神经网络,证实该方法可对隧道整体环境质量得出较可靠的评价,能为隧道内机电设施智能控制提供重要决策信息.
9月26日,由中国中铁旗下中铁二局、四局、五局、广州局、工业、科研院等单位参建的新建宁波至广州高铁广州至汕尾段(以下简称广汕高铁)开通运营.汕尾站至广州东站、深圳北站最快分别73 min、70 min可达,汕尾融入广深地区"一小时"交通圈.
以香炉山输水隧洞为研究对象,利用小尺度物理模型试验和数值模拟手段,开展走滑断层错动作用下铰接式隧洞衬砌错断响应特征、破坏形态和错断破坏机制研究.对比分析有无采用铰接设计的隧洞在走滑断层错动条件下的衬砌破坏特征、整体变形和细部破坏形态,系统研究衬砌结构的纵向位移和纵向应力变化趋势,以及包括弯矩、轴力、剪力在内的纵向内力分布规律,揭示穿越走滑断层隧洞错断破坏机理,剖析铰接式隧洞衬砌抗错断机制.研究表明:(1)在走滑断层的错动作用下,断层带附近衬砌应变较大,易发生屈服破坏;(2)断层错动作用使得主动侧隧洞衬砌产生纵向裂纹,随着错动量的增加,纵向裂纹逐渐演变成环形裂纹,衬砌发生隆起破坏,同时衬砌截面形状变为椭圆形;(3)铰接式衬砌破坏主要集中于断层错动面附近,表现为衬砌节段之间发生大角度转动和断层带内变形缝压剪破坏.
水下隧道常呈两端高中间低的"V"形,火灾风险高,掌握其火灾烟气蔓延特性是开展消防应急响应和疏散救援工作的基础.采用火灾动力学模拟软件(FDS)构建自然通风条件下非对称V形坡隧道火灾模型,研究不同坡度组合下火灾烟气的扩散过程,分析隧道两侧洞口的压力和速度变化.结果表明:变坡点处发生火灾后,非对称V形坡隧道烟气扩散呈现出与单坡隧道相似的多阶段蔓延特性,但高坡度侧烟气蔓延速度较单坡隧道更慢,低坡度侧更快,且烟气稳定回流长度更短;在非对称V形坡隧道烟气扩散过程中,存在着流场重塑、正向动力循环重构、保持稳定3个特征阶段;低坡度侧隧道烟气的最大回流长度、稳定回流长度,以及各自对应时刻,受两侧隧道坡度和坡度差的共同影响,并且存在临界坡度差(4%),当大于该坡度差时,火灾烟气蔓延特征将不再受坡度差的影响.
为解决盾构机在高黏性黏土地层掘进时可能遭遇的掘进效率低下、盾构姿态控制困难等问题,依托某大直径泥水盾构越江隧道工程,针对该大直径泥水盾构掘进时出现的掘进异常和姿态失稳问题,结合盾构掘进参数和掘进断面内的地层变化情况,探讨了高黏性黏土地层大直径泥水盾构掘进姿态失稳原因,提出并实施了相应的处理措施.结果表明:(1)盾构掘进异常段与高黏性黏土地层的分布情况重合,地质条件的变化是盾构姿态失稳的根本原因;(2)盾构在高黏性地层掘进时刀盘实际正面阻力与理论计算结果相近,而盾壳与地层间的实际摩阻力远高于理论值,且打开盾壳径向注浆孔后未发生喷浆渗水情况,据此推断造成盾构掘进异常并导致盾构姿态失稳的直接原因是高黏性黏土颗粒在盾壳外表面不断附着堆积形成了致密的黏土包裹体,改变了盾壳与地层间的相互作用状态;(3)借鉴采用分散剂处置泥饼措施,采用向盾壳径向注浆孔注入分散剂方案清除盾壳外的黏土包裹体,通过室内黏土分散试验优选了分散剂溶液;(4)在盾壳外持续注入一段时间的分散剂后,在隧道埋深不断增大的情况下盾构总推力迅速减小约30 000 kN,盾构姿态得到持续调整,再次打开盾壳径向注浆孔后发生喷浆现象,表明分散剂可有效剥除盾壳外表面的黏土包裹体.
以广佛环线东环隧道大源站—太和站工程项目为依托,通过开展大埋深盾构隧道结构内力现场测试,探究实际施工不同阶段管片内力的变化规律,并结合数值模拟对管片内力现场实测值与模拟值进行误差对比研究,分析施工因素对管片内力的主要影响位置及原因.结果表明:盾构施工过程中管片内力最大值出现在脱环后4～8环时的壁后填充阶段,最小值为拼装完成阶段,在盾尾脱环12环之后管片受力基本达到稳定阶段;管片内力实测值皆较大于模拟值,二者弯矩分布规律相似,轴力分布有一定差异,豆砾石充填可使实际轴力沿环向分布更均匀;实测值与模拟值最大相对误差约为40%,出现在拱顶及拱底区域,拱腰处相对误差较小;大埋深盾构隧道掘进时,壁后填充及稳定阶段管片内力的主要影响因素为豆砾石充填及围岩蠕变等.
依托广州地铁18号线南延线横沥站—万顷沙站区间盾构隧道下穿孤石段工程,对孤石探测、预处理技术进行研究.提出一套以HSP水平声波/地震波剖面法和井中虚源法联合快速侦查孤石体发育范围,以地质钻探法确定孤石垂向和横向边界的精准定位组合探测技术,减少地质钻孔勘察工作,然后对地质钻孔揭露的孤石进行爆破处理.结果表明,提出的孤石探测方法先进可靠,能够及时发现孤石并降低探测成本,缩短施工工期;爆破参数设计合理,孤石段处理效果良好;左右线爆破后孤石段盾构平均掘进速度为34.63 mm/min,接近常规地层平均掘进速度.
为实现盾构机的姿态控制,保证隧道施工的安全和质量,提出一种将随机森林(RF)和非支配排序遗传算法-Ⅲ(NSGA-Ⅲ)相结合的混合智能框架.以武汉地铁为工程背景,选取17个影响因素作为输入变量,通过RF算法建立输入参数与盾构姿态之间的非线性映射函数关系作为NSGA-Ⅲ的适应度函数,然后通过RF算法确定关键影响因素.以盾构姿态参数绝对值最小化为目标,建立RF-NSGA-Ⅲ多目标智能优化模型,基于所提出的优化原则进行案例研究,以测试所提方法的适用性和有效性.结果表明,通过RF算法对工程实测数据进行训练模拟,得到的预测模型的精度较高;通过研发的RF-NSGA-Ⅲ智能算法,对盾构姿态的优化控制效果显著.
