腐蚀环境下盾构隧道管片钢筋锈蚀规律研究

腐蚀环境下盾构隧道管片钢筋锈蚀严重影响隧道结构的长期安全使用性及耐久性。针对这一现状,采用数值模拟的方式,通过考虑时间效应,探究在不同环境条件下盾构隧道100年服役期内管片钢筋锈蚀规律,得到的结论主要有:随着隧道服役时间的延长,钢筋表面累积的离子浓度不断变大,但不同位置处累积的最大离子浓度不同,越靠近接缝面位置处离子浓度越大;管片外侧水压越大,钢筋同一位置处累积的离子浓度越大,出现锈蚀的时间越短;改变管片外侧表面氯离子浓度同样会影响钢筋位置处离子浓度,其值越大,钢筋同一位置处累积的最大离子浓度越高,出现锈蚀的时间越短;提高腐蚀环境中盾构隧道管片衬砌保护层厚度,是延缓钢筋位置达到锈蚀临界浓度时间以及保障隧道结构安全承载的有效手段。     

钻孔灌注桩机械化施工方法的经验介绍

武汉市建设局最近修建一座大桥中,采用钻孔灌注桩新工艺。在施工的过程中,由于爬杆式钻杆只能向一个方向转动带动钻头,每钻进20厘米便需要提升出土。出土时反转钻杆,使杆头插销脱出凹槽后用手摇卷扬机将钻头沿钻杆上提到孔口(即钻架底层)。为了使斗内土方不致落到孔内,不打开斗门出土,只好用铁锹将斗内土方挖除,这样既费力又费时,操作     

曲线寒区隧道保温层铺设长度计算方法研究

为探究隧道曲率对保温层设计以及隧道纵向温度场分布的影响,以河北延崇高速金家庄隧道为研究对象,采用理论推导、CFD模拟的方法探讨隧道曲率对寒区隧道温度场分布特征的影响,并推导出不同曲率下的隧道保温层铺设长度计算方法。研究结果表明:1)隧道的曲率造成了隧道内空气的非对称流动,进而造成隧道左右侧对流换热不对称,以及温度分布的不对称,且曲率越大,非对称现象越明显;2)隧道内外侧的边界层空气速度差异随曲率的增大而增大,由于离心力造成的偏移效应在隧道进洞深度150m处出现并迅速达到稳定;3)提出的保温层铺设长度计算公式考虑了曲率造成的隧道内温度非对称现象,可用于计算不同曲率隧道的保温层铺设长度。     

特长海底公路隧道排烟孔数模分析及优化

针对某海底特长公路隧道火灾工况下重点排烟方案,运用CFD方法建立1∶1的三维数值仿真模型,模拟不同火灾工况下,不同排烟孔型式对应隧道内的风速、静压以及污染物浓度的分布,得到结论:2×1.5m×2m组合排烟孔附近区域静压变化梯度较小,风流分布较均匀,有利于将有毒气体控制在一定范围内排出,排烟效果较好;在排烟能力满足要求的情况下,仅开启风道一端排风机时,排烟孔风量分布沿隧道排风方向呈减小趋势,距事故位置最近的排烟孔风量最大,有利于控制有毒气体扩散范围.     

盾构下穿近接公路隧道影响规律研究

盾构下穿近接公路隧道引起的不协调变形、结构内力的重分布等问题易导致结构病害,甚至影响结构的正常使用。研究盾构施工全过程中对公路隧道的影响规律对保证土体和结构物的稳定性、安全性尤为重要。结合实际工程,采用有限差分方法对地铁盾构下穿公路隧道全过程(即盾构到达公路隧道前、穿越过程中、盾尾离开公路隧道)进行了三维数值模拟,得出了盾构下穿近接公路隧道的影响规律。由于公路隧道对土层的约束和底板立柱桩的屏蔽作用,距离公路隧道侧墙越近,地表受盾构施工的影响越弱,地表土层沉降值越小;盾构下穿公路隧道过程中,公路隧道出现一定程度倾斜,左右侧墙相对高差达1.91mm,底板最大剪切压应力较盾构掘进前增加了29.8%;盾构穿越全过程中公路隧道立柱桩轴力最大值发生在距桩顶5m处,且轴力在盾尾脱环阶段增加较明显,可见土体损失引起立柱桩负摩阻力不可忽视。     

组合式通风对特长高瓦斯隧道瓦斯分布规律的影响

为研究特长高瓦斯隧道运营期不同通风方案下瓦斯浓度的分布规律,通过数值模拟软件Fluent建立瓦斯在隧道内的运移模型,分析了运营期隧道在自然通风+竖井通风、自然通风+射流风机、自然通风+竖井通风+射流风机等3种不同组合通风方式下的隧道内气体速度流场和瓦斯分布规律。结果表明：1)当瓦斯释放点位于竖井位置下游时,会导致下游瓦斯浓度变高;2)射流风机开启后,隧道内气体流速会相应增大,在射流风机前方的风速可达10 m/s以上;3)自然通风+射流风机的组合通风方式优于其他组合式通风方式,其隧道内瓦斯平均浓度值为0.48%,较自然通风+竖井通风、自然通风+竖井通风+射流风机组合的最优值分别降低了44.83%、31.43%。研究结果可供运营期特长高瓦斯隧道通风参考。     

骡马寨隧道数值模拟与施工控制技术研究

山岭隧道埋深受到地貌的影响,同一隧道埋深是不断改变的,因此在隧道开挖过程中变埋深会带来一定的技术难题,采用数值模拟结合现场监测的方法,研究了骡马寨隧道不同埋深位置隧道围岩变形规律,得到了不同埋深对应的围岩变形规律、应变能密度变化规律和地表沉降规律以及三者的分布情况;确定出垂直下沉最大值、垂直应力最大值和应变能密度集中位置。同时分析了骡马寨隧道现场光面爆破技术效果,得到超限最大值低于200mm,光面爆破效果较好。     

内河中游沉管隧道管节浮运沉放水文窗口选择研究

沉管隧道工程管节浮运沉放对浮运水位和流速的要求高。南昌红谷隧道为国内首座内河中游沉管隧道,受季节降水影响,水位和流速变化幅度大,满足浮运条件的水文窗口较少。通过对管节受到的水流力和拖轮拖力计算,确定水文边界条件。采用声学多普勒流速剖面仪（ADCP）对浮运航道内关键点和控制断面流速、水位进行监测作为水文预报的基础。采用相应水位（流量）法和合成流量法相结合的方法预测隧址位置水位、流量,将预测的水位、流量结果导入数值计算模型计算浮运航道内的流场分布。现场实测表明,水位和流速预测误差为±30 cm、±0.15 m/s,满足管节浮运水文预报精度的要求,并有效指导浮运沉放水文窗口的选择,保障红谷隧道管节浮运沉放施工的安全。     

港珠澳大桥工程沉管隧道建设采用航天科技

<正>港珠澳大桥工程中6 km的沉管隧道由33节沉管在海底次第对接而成,是整个工程的核心。其沉管隧道为世界首次在槽深30m左右位置安装长度超过3 km的沉管。在第10节沉管隧道安装时,水下40 m处的流速远远大于水下10 m处。这个深槽中的海流不符合一般规律,其现象叫紊流。     

复杂地质大直径钻孔灌注桩施工难点及处理措施

马鞍山长江公路大桥左汉主桥北塔地质复杂,为确保北塔大直径钻孔灌注桩施工顺利,采用JZP300钻机,制备不分散、低固相、高粘度的优质PHP泥浆,按护筒内钻进、土层内钻进和调浆清孔3个阶段成孔.施工过程中,针对该桥塔实际复杂地质情况,采取加大钻头锥角、加密梳齿刀头和采用优质硬质合金刀片对原四翼梳齿钻头进行改进;采用球齿滚刀钻头替换合金滚刀钻头;将进气管改成软胶管,放在导管外侧送风进行清孔;利用冲击钻预先扫孔.对施工中遇到的钻杆漏气、卡管、进尺慢及掉钻等问题进行判断并提出了相应的处理方法.该桥在7个月内完成了所有基桩施工,经检测所有基桩均达到Ⅰ类桩的标准.     

列车振动下隧道外承压水砂土层液化特性研究

依托湛江海湾某下穿隧道，运用有限差分软件进行动力-地下水耦合数值计算，研究承压水砂土层的列车振动液化特性，并对其影响因素进行研究。结果表明:初始阶段超孔隙水压力主要集中在拱底位置，之后逐渐向拱顶处累积，因此拱顶和拱底处土层均为可能发生液化的薄弱位置；各监测点处超孔压比变化趋势较为相似，在短时间内迅速增至峰值，之后逐渐趋于稳定，且短期内不会消散，但拱顶处的超孔压比始终大于拱腰处，说明拱顶处地层更易发生液化。总体来看:各监测点最大超孔压比远小于1.0，均未达到液化条件；承压水水头越高、列车行驶速度越快、隧道覆土厚度越小、地层超孔压比数值越大，承压水砂土层越容易发生液化。     

大断面公路隧道临近溶洞开挖稳定性模型试验研究

为探明三台阶开挖中半揭露溶洞对大断面公路隧道稳定性的影响，以李洞隧道为研究对象，通过模型试验和理论分析，研究不同位置、不同尺寸溶洞对隧道围岩变形及初期支护结构受力特征的影响。结果表明： 1）不同位置、不同尺寸溶洞存在下隧道拱顶沉降及周边收敛时程曲线均呈“S”形变化，大致分为初期缓慢增长-突变-增长减缓-稳定4个阶段。2）掌子面挤出随溶洞内压变化呈现“指数型”增长，具有明显的内压突变点，仰拱位置处溶洞突变内压最低、边墙位置处溶洞突变内压最高，直径越小的溶洞对应的突变内压越高。3）溶洞位置对近侧的支护结构影响较大，对于远侧的支护结构影响偏小。改变溶洞位置，隧道钢拱架左侧的轴力呈现一定的波动，而右侧的轴力趋于稳定。     

峨岭关隧道岩溶段施工开挖控制技术研究

鹅岭关隧道位于典型的碳酸盐溶蚀地貌区,地勘发现,隧道右洞K124+614-K124+636段有一较大溶洞,为保证保证岩溶段隧道施工开挖的安全,本文采用FLAC3D软件对该段不同开挖方式和不同钻进进尺的施工过程进行数值模拟,研究了隧道施工开挖过程中隧道的拱顶和仰拱位移变化规律。结果表明:该段隧道采用三台阶法开挖,钻进进尺2m进行控制是可行的。     

浅埋软弱围岩隧道变形特征与施工控制研究——以拱北隧道为例

为研究浅埋软弱围岩隧道变形特征和施工控制措施,以拱北隧道为研究对象,分析隧道所处工程地质条件,并选取桩号D0+100~0+150洞段设置3层6处监测点,获取围岩变形位移数据,利用神经网络法反演获取隧道变形破坏参数与规律;以此为基础,利用ABAQUS有限元软件对比分析了软弱围岩隧道在不同施工方法、开挖方式和支护处理措施下的优缺点,并提出了针对性的解决方案。研究表明:拱北隧道初期支护过程中,拱顶部位沉降可达250~260 mm,拱脚部位变形较硬质岩隧道小,一般为197~200 mm,且仰拱初期支护过程中发生隆起的现象较为频繁;其次,隧道大变形的发生具有明显的时空效应特点,拱北隧道大变形发生部位集中在支护最薄弱位置,从这些部位逐步扩展为大变形破坏;采用分层开挖法,开挖台阶高度为3.5 m时较4.5 m高度台阶其顶拱沉降值缩小10.5%,水平向位移降低约5.2%,优势较大;借助可伸缩式锚杆和钢拱架等柔性和刚性支护措施相结合的方式,有效释放围岩压力,提高了拱北隧道围岩稳定性。对于浅埋软弱围岩隧道施工过程中采用以上施工及处理措施具有一定借鉴和推广价值。     

成渝客专新中梁山隧道上穿施工对既有襄渝铁路中梁山隧道的影响分析

成渝客专新建中梁山隧道上穿既有襄渝铁路中梁山隧道,两者最短垂直距离仅2.9 m,为保证上穿隧道与既有隧道的施工运营安全,采用数值模拟和现场测试进行研究。研究结果表明： 既有隧道在新建上穿隧道开挖后整体呈上移趋势,最大垂直位移在拱顶处,达到7.10 mm,最大水平位移在起拱线位置,为1.73 mm,最大拉应力出现在起拱线内侧,最大压应力出现在拱顶内侧;提出既有隧道加固措施,并根据计算结果布设拱顶位移测点和水平收敛测线;监测结果的垂直位移基本一致、水平位移略小于计算值,但两者规律性趋于一致;证明了研究方法的可行性和正确性。     

超大断面双层盾构隧道火灾特性及疏散救援研究——以深圳机荷高速公路隧道为例

为解决超大断面高速公路隧道的火灾排烟及疏散救援难题,以深圳机荷高速双层盾构隧道为依托,采用FDS数值模拟方法对隧道标准断面和分叉断面处火灾排烟特性、温度场和能见度的分布规律进行研究,确定火灾工况下各个位置能见度和温度随时间的变化以及烟气扩散情况,建议隧道内应控制纵向风速不小于3 m/s;结合高速公路隧道火灾的起因和特点,开展高速公路隧道火灾事故应急救援综合研究,运用仿真模拟法对多组楼梯参数取值情况下共计6种疏散工况进行计算,确定横通道间距为250 m、楼梯间距为80 m时,可满足人员安全疏散要求;最后,提出超大断面双层高速公路隧道火灾应急救援体系,并针对机荷高速双层盾构隧道给出救援疏散路线以及各位置发生火灾时的排烟疏散策略。     

延崇高速公路金家庄特长螺旋隧道温度场分布规律及保温层研究

为揭示寒区螺旋隧道温度场时空分布规律，依托金家庄特长螺旋隧道，采用现场监测方法研究寒区螺旋隧道温度场变化规律。基于此，通过数值模拟建立三维模型探究进口风速风温对温度场的影响，并拟合结果数据获得保温层敷设长度计算公式。研究表明： 1）随着进洞深度的增加，进、出口洞壁处空气年平均温度上升，而年温度振幅减小； 出口年温度振幅变化幅度略小于进口。2）隧道贯通后，洞内温度受两侧洞外相对低温的共同作用，同一断面处年平均温度下降，年温度振幅增大。3）隧道在直线段温度场分布规律与同条件的直线隧道一致，从曲线段开始内外径温度曲线发生分叉，外径侧温度较直线隧道温度大；而内径侧温度反之。4）进口风速越大、风温越低，对隧道温度场越不利，通过拟合公式，金家庄特长螺旋隧道进口的保温层长度至少需要1 239 m。     

隧道交通噪声数值模拟及调查研究

隧道交通噪声主要来源于轮胎与路面接触噪声,建立隧道内交通噪声数值模拟模型,通过有限元计算,分析了隧道不同位置交通噪声的变化规律.数值模拟结果表明,隧道内不同位置的交通噪声大小差别较大,随着距隧道洞口的距离增大,噪声水平增加,隧道中部比隧道进出口处噪声高约8～10 dB,比隧道外高16～18 dB,隧道洞体对隧道内交通噪声影响较大.通过现场测试隧道交通噪声,结果表明隧道内交通噪声数值模拟结果与实测结果较为吻合,说明所采用的数值模拟模型是可靠的.     

考虑通风与围岩条件的寒区隧道温度场模型及作用规律研究

为了解决寒区隧道温度场的预测问题,为寒区隧道抗冻设防提供指导,结合传热学、流体力学的基本方法,根据能量守恒原理,推导寒区隧道风流温度场的传热模型,并在此基础上,借助有限差分方法,探讨通风和围岩条件对寒区隧道温度场分布的作用规律。研究结果表明: 1)入口风温越低,风流速度越大以及断面越大,相同位置处洞内温度越低,这是由于进入洞内的冷空气更多,入口风温每降低5 ℃,同位置洞内风流温度平均降低3. 8 ℃; 2)风流温度决定了离壁面一定范围的围岩温度大小,风流温度越低,冻结深度与受到影响的围岩范围更大; 3)初始岩温越大,围岩温度分布曲线越陡峭,围岩导热系数则相反,且初始岩温每增加 5 ℃,冻结深度减少0. 24 m,受影响的围岩径向深度减少0. 32 m。     

均匀风量集中排烟隧道火灾烟气流动分析与足尺试验

隧道火灾集中排烟系统集纵向和横向排烟模式的优势,应用愈加广泛。然而在排烟过程中,大量烟气易从离风机较近的排烟阀排出,极大降低了排烟效率并浪费了能源,为解决此类问题提出均匀风量集中排烟模式的概念,通过调节排烟阀开启角度,使各排烟阀排烟量均匀一致,最大限度的将高温烟气由火源附近的排烟阀排出。基于质量、动量和能量守恒方程,以排烟道内烟流为控制体,建立均匀排烟模式下关于排烟阀流速、排烟量、排烟阀开启角度和排烟风机风压关系的理论预测模型并求出解析解;同时,以港珠澳大桥海底沉管隧道为原型,建立世界最大断面尺寸沉管试验隧道,开展足尺验证试验。研究结果表明：均匀风量排烟系统能够通过控制排烟阀开启角度平衡各排烟阀排烟量实现高效排烟的目的;提出火灾时应开启火源最近处排烟阀且在满足烟气流速限值的情况下,控制排烟阀开启数量,既能缩短烟气蔓延范围又能实现有效节能;均匀排烟模式下,各排烟阀排烟量均匀一致,排烟阀开启角度呈逐渐增大趋势,离火源越近排烟阀开启角度越小。最后,以10 MW火灾为例,通过足尺试验验证均匀风量集中排烟烟气运动理论模型的正确性。