交通隧道工程碳排放核算及研究进展分析

为应对日趋严重的全球气候变暖问题，中国政府提出了“双碳”目标。交通隧道生产活动排放的温室气体是土木工程领域碳排放的主要来源之一，其节能减排工作开展的成效是按时按质完成“双碳”目标的关键。通过统计调研近10年来的相关文献，总结目前交通隧道碳排放计算分析的研究现状。结果表明，目前国内外常基于生命周期评价开展隧道生命周期的碳排放研究，同时选用排放系数法进行计算；多数文献主要围绕公路隧道、盾构隧道施工期的碳排放开展计算和减排分析，并且一般将隧道施工期碳排放划分为材料生产、材料运输和现场施工3个阶段。对隧道施工碳排放的影响因素、预测公式等方面的研究进展进行综合性叙述，可为后续研究提供参考。     

基于机器学习的铁路隧道施工碳排放预测模型研究

为构建适用于铁路隧道施工建设阶段碳排放预测的算法模型，以某铁路隧道建设工程为研究案例，首先基于碳排放计算体系量化得到案例隧道的施工碳排放量与各子阶段碳排放占比；然后采用多种机器学习算法构建不同预测模型，结合动物优化算法对预测模型进行参数调优，选用R²、MAE、MSE、RMSE、MAPE、SMAPE等评价指标对比分析拟合效果，筛选最佳预测模型，并基于SHAP值分析各参数变量的重要性程度。结果显示：建材生产阶段对隧道施工碳排放的贡献最大，建材运输阶段的碳排放最小；BP神经网络相对随机森林、LightGBM、SVR、极限学习机等算法的回归效果更好，并且通过对比使用PSO算法、WOA算法和SSA算法优化后的回归预测模型，WOA-BP算法的拟合效果最好；基于SHAP算法的分析，各参数变量的特征重要性排名依次为：开挖面积>围岩等级>开挖工法>埋深。     

围岩支护作用关系中的温度影响因素研究

隧道围岩支护作用关系是隧道研究领域的关键问题之一,衬砌混凝土的温度变化会影响隧道围岩与支护的相互作用。当衬砌混凝土的温度升高或降低时,衬砌结构会膨胀或收缩,由于受到围岩的约束会产生围岩温度被动反力。文章通过建立简化的圆形隧道分析模型,得出了围岩温度被动反力随衬砌温度变化的计算公式,分析了影响围岩温度被动反力的因素,并采用既有隧道衬砌置换工程的现场监测数据进行了验证。研究结果表明:围岩温度被动反力是衬砌温度变化量、材料参数和几何参数以及围岩材料参数的函数,可以进行量化计算;在衬砌施作初期,由于水化热的影响,温度被动反力增长较快,峰值达到0.4 MPa左右。随着水化热的消散,温度被动反力逐渐减小。研究成果可为衬砌围岩松动压力现场监测提供一种温度修正方法。     

柔性比对隧道地震动力响应影响研究

地震作用下隧道与围岩动力相互作用的强弱与隧道和围岩的相对刚度关系密切,为分析地震作用下隧道衬砌与围岩相对刚度对结构内力的影响,文章引入柔性比的概念进行抗震数值计算分析。通过对地震波、边界条件进行处理,建立计算模型分析在不同围岩等级、衬砌厚度、混凝土强度等级、隧道直径情况下结构内力的变化情况,并给出了不同柔性比条件下隧道衬砌地震反应的基本规律。结果表明,柔性比越大,地震作用下隧道的内力越小;在进行隧道结构多道设防时,相邻结构的刚度应逐渐变化,且每一层的厚度不应过大。     

黄土公路隧道结构设计与施工中的若干问题

针对黄土公路隧道结构设计和施工中的理论研究滞后于工程实践的现实情况,结合白虎山隧道、新庄岭隧道、土家湾隧道三座黄土公路隧道衬砌结构力学性状研究成果,提出了以黄土公路隧道拱顶中心线侧压力系数为判据的深、浅埋界定的新方法,指出应结合黄土特性及埋置深度进行隧道衬砌设计,不宜按计算摩擦角或围岩类别确定隧道的围岩压力;设计时除进行荷载计算外,还应根据工程地质条件,经工程类比及综合研究后确定衬砌结构。应根据不同的地质条件确定设计原则和施工方法,例如,地质条件较差地段应采用微台阶或分区微台阶法施工,而不采用侧壁导洞法或双侧壁导洞法;在取得同等支护效果的条件下应加强初期支护;在湿陷性黄土地区应特别注意水的处理。     

天山胜利隧道隧址区污水处理全过程碳排放特征和碳减排模式研究

为揭示超长隧道建设过程中污水处理全过程碳排放特征，以乌鲁木齐至尉犁段天山胜利隧道隧址区污水处理为例，采用全生命周期法、过程分析法、污染物参数归一化方法，建立污水处理全过程新型混合生命周期碳排放计算模型。根据污水处理工艺流程碳排放足迹，将污水处理全过程产生的碳排放分为直接排放和间接排放，并进行定性、定量分析。结果表明：2021—2022年天山胜利隧道隧址区污水处理全过程总碳排放量为4 242.43 tCO₂eq，排放量强度约为1.17 kgCO₂eq/t；其中，电耗、去除BOD₅、物耗、去除TN、污泥外运处置等过程碳排放量占比分别为85.3%、11%、2.1%、1%、0.6%；通过提升出水水质标准、污泥再利用为土壤肥料开展节能减排，年均碳排放量下降约15.6%，碳减排效益明显。     

鹧鸪山隧道二次衬砌开裂机理及支护时机探讨

隧道二次衬砌开裂成因复杂,只有分清隧道二次衬砌开裂原因,才能对其提出合理的处治对策,以保证隧道施工、运营安全。文章以某高速公路(炭质)千枚岩隧道为例,基于隧道出口段二次衬砌开裂特征,结合现场监控量测以及工程地质条件,分析该隧道二次衬砌开裂主要原因是围岩地质条件差、围岩级别低且二次衬砌施作过早。然后进一步采用数值计算分析不同二次衬砌施作时机下的应力特征,结果表明:二次衬砌施作过早导致边墙和拱腰附近二次衬砌内侧产生较大的拉应力,且二次衬砌施作越早,拉应力越大,这将导致二次衬砌张拉开裂;在初期支护变形量为隧道最终变形收敛值的65%~70%之后施作二次衬砌较适宜。建议在类似隧道施工中加强监控量测,严格控制二次衬砌支护时机。     

照明对公路隧道全寿命期碳排放的影响分析

为了应对全球气候变化，中国宣布将提高国家自主贡献力度，采取更加有力的政策和措施推动碳达峰和碳中和工作。隧道工程在建造和运维过程中会产生大量的碳排放，对其碳排放进行准确量化分析与评估对推动双碳工作具有重要意义。通过LCA方法进行隧道碳排放边界划分，并建立隧道全寿命期的碳排放计算模型；依托工程实例，对隧道全寿命期的碳排放进行计算与评估。结果表明，隧道建造阶段碳排放的主要来源是材料的生产，运维期的碳排放大小与隧道长度有着密切的联系；根据不同长度隧道照明区段能耗占比结果，可得出随着隧道长度的增加，隧道中间段的照明碳排放占比不断提高；由于隧道的照明设置与交通量相关，在结合粒子群算法和考虑交通量变化的因素下开展隧道照明能耗的不确定分析，结果表明，在长度为500～4 000 m的隧道中，入口段照明能耗产生的碳排放在整个照明区段中的占比十分显著，具有较高的节能减排潜力。     

基于公路改扩建节能减排造价管理系统的研究

随着节能减排工作的深化和细化,公路基础设施建设的节能减排越来越受到重视。基于全国公路工程造价管理系统和中国生命周期核心数据库,可以快速实现改扩建公路生命周期能耗和碳排放的规范化核算,从而筛选出节能减排效益较优的设计方案。文章通过海南省某省道改扩建项目的实证研究,为设计方案节能减排核算及效益评价提供范例,为优化公路建设行业节能减排管理提供思路。     

基于SVM-MAUT的隧道低碳施工方案优选

在双碳目标背景下，隧道低碳施工方案优选成为一种迫切需求。在多属性决策综合评价体系基础上，对隧道施工过程在不同场景要求下的待评估稳定指标展开讨论，筛选出围岩稳定性、地层稳定性、支护稳定性3个因素，与非稳定性指标平行组构，着重考虑碳排放非稳定性因素，建立隧道低碳施工方案综合评价指标体系。基于支持向量机-多效用度函数法（Support Vector Machine-Multi-Attribute Utility Theory, SVM-MAUT）设计映射模型，以替换传统综合评价方法，探索低碳化隧道施工方案比选方法。将提出的比选方法应用于大凉山1号隧道破碎大变形软岩段施工方法优选，根据玄武岩段、黏土岩段和粉砂质泥岩段的方案效用度大小，选出最优方案组合，相较极端排放量该方案每延米分别减少2 313.01 kg、790.10 kg和717.84 kg的碳排放当量，隧道稳定性符合设计与规范要求，截面收敛变形均在设定控制值内。     

基于ANSYS的公路隧道衬砌结构安全分析

文章基于大型通用软件ANSYS,以深埋条件下隧道为例,采用荷载结构法,对考虑仰拱作用的各级围岩两车道公路隧道衬砌结构进行计算,求解其强度安全系数并进行相关安全分析,所得结论可为工程人员参考。     

海底隧道涌水量的预测及其应用研究

文章采用理论分析方法,推导了均质围岩中海底隧道注浆圈外表面、衬砌外水压力及涌水量的理论解析公式,并分析了涌水量与各量值之间的关系。通过对地下水渗流场数学模型研究,采用等效连续介质模型用数值方法分析了隧道渗流场的分布,计算出海底隧道的每延米涌水量,并与理论解析解进行了对比分析。结果表明,海底隧道的涌水量不仅与围岩和注浆圈的渗透系数的比值关系密切,而且还与隧道的半径、远场水压力、注浆圈的半径有关;数值计算所得结果与理论解析公式计算得到的涌水量基本一致;为了确保海底隧道施工及运营的安全,应采取"以堵为主,限量排放"的治水方案。     

冻融条件下的寒区隧道围岩压力计算方法

为了明确寒区隧道承受的围岩荷载,给其支护结构设计提供科学依据,节约隧道建设成本,文章针对围岩压力的计算方法进行了研究。分析并给出了不同冻土段考虑冻融作用的围岩压力计算方法:工程冻土段的围岩压力不考虑冻、融条件的影响,可直接用《公路隧道设计规范》的方法进行计算;多年冻土段浅埋隧道围岩压力,在融化条件下采用文章推导提出的公式计算;其余情况下围岩压力采用《公路隧道设计规范》中的方法进行计算,并根据冻融条件,分别采用冻、融条件下的围岩力学指标标准值,其中多年冻土深埋段围岩压力不考虑冻、融条件的影响,均取融化条件下的围岩力学参数进行计算。最后将该方法应用于姜路岭隧道设计荷载计算分析中加以阐释。     

基于有限元的隧道围岩稳定性分析

在隧道工程中,隧道围岩的稳定性至关重要,影响着隧道勘察、设计和施工的整个阶段。为了保证隧道建设过程中的安全、经济及其他问题,研究围岩的稳定性有着重要的工程意义。文章以广西某地隧道工程为依托,运用MIDAS/GTS软件,基于应力应变假设条件,对开挖后隧道三维及衬砌二维受力和位移进行分析,得出隧道围岩稳定性计算值与实测值的差异性及原因,并提出对应措施进行有限元结果的论证。分析结果表明:围岩主应力较大,使得拱顶出现较大下沉,拱底区域出现隆起,最大隆起值为3.7mm。     

基于全生命周期分析的高速公路减碳技术碳足迹核算研究

为了推动绿色公路建设,识别绿色低碳材料、工艺与技术,本文采用全生命周期碳排放测算方法,对延黄高速公路使用的绿色建造技术进行碳排放测算,采用帕累托法则分析各绿色建造技术建筑材料、机械设备的碳排放数据,结果表明：桥梁上部结构由钢桥变为混凝土预制的减碳率达到55.78%,隧道工程优化为路堑工程的减碳率达44.66%,拱形骨架护坡优化为CBS边坡防护的减碳率达21.36%;钢材和混凝土是公路建设材料的主要碳排放来源,是碳减排重点控制材料,应该通过优化设计、改进施工工艺或使用低碳排放的同类替换材料等方法降低原材料碳排放;小型装载机、凿毛机是混凝土预制桥梁机械设备的主要碳排放来源,30装载机是CBS边坡防护建设中的主要碳排放来源。     

某高速公路隧道严重变形分析及处理

本文从地质构造、设计和施工等因素分析造成软弱破碎围岩隧道初期支护严重变形的原因，用渐近线和双曲正切函数推导测点最终位移量和各阶段位移速率，研究变形隧道的开挖及支护对策，探讨提前施作二次衬砌的充分必要性。     

动态设计在新七道梁特长公路隧道建设中的尝试

根据兰临高速公路新七道梁隧道施工中围岩开挖和支护变形的实际情况,通过对隧道支护、衬砌结构进行动态设计的尝试,取得了预期的建设成果;提出了隧道建设动态管理的几点建议,对今后的公路隧道建设管理有一定的借鉴作用。     

附加荷载引起大跨扁平隧道变形破坏的模型试验研究

文章以深圳大跨扁平马峦山隧道为工程背景,采用模型试验法研究了Ⅳ级、Ⅴ级围岩条件下隧道结构在附加荷载作用下的破坏过程,分析了围岩压力、衬砌变形和结构内力的变化规律。研究结果表明:(1)拱顶围岩压力先增大后减小,当附加荷载达到至某一值时,拱顶围岩压力最大,且衬砌变形较小;(2)随着附加荷载的增加,衬砌变形均经历弹性阶段、塑性阶段、破坏阶段三个阶段,且Ⅴ级围岩衬砌变形较大;(3)随着附加荷载的增加,衬砌结构内力增大,衬砌弯矩分布形状近似呈"蝴蝶型",轴力分布形状近似呈"菱形",且分布不均匀性增大。     

现场监控量测技术在沐尘隧道工程中的应用与实践

50省道龙丽公路沐尘隧道新奥法施工中应用现代量测技术对围岩、支护衬砌进行监控取得实质性成果.重点阐述量测的实测过程、量测数据分析、信息反馈,得出围岩的位移变化规律,从而正确指导施工.同时提出量测监控中应当注意的事项.     

基于D-P准则有压圆形衬砌隧洞弹塑性解

随着大型水利工程的建设,出现了大量的深埋水工压力隧洞。由于深埋有压隧洞在施工和运营不同工况条件下,隧道衬砌和围岩主应力会发生变化。文章基于D-P屈服准则,在平面应变条件下推导了深埋有压衬砌圆形隧洞第一主应力分别为径向应力和切向应力时隧洞的弹塑性解。研究结果表明:该理论模型计算值与M-C准则计算值基本吻合,验证了该模型的正确性,且较M-C准则计算结果偏于安全;在不同地应力水平与内水压力工况下,衬砌与围岩的塑性区半径发生变化;随着内水压力的增大,塑性区分布可分为5个阶段,且在高水压阶段水压力增大对衬砌屈服半径的发展较为迅速。