铁路隧道内道床机械化清筛作业通风技术

以一座长500 m既有铁路单线隧道为工程依托，对隧道内清筛机组加装射流风机，通过理论推导计算和流体仿真分析，确定与隧道通风要求匹配的射流风机参数。结果表明：隧道内风机组中轴线处最高风速约13.6 m/s，随距风机出口距离加长风速逐渐减小，距风机出口40 m处风速已减少至2.9 m/s；将两组射流风机以间距40 m安装，可形成长距离通风传导，明显改善通风效果。经工程现场测试，清筛机组加装单组射流风机作业3 h，隧道内一氧化碳、氮氧化物、颗粒物浓度分别为18.0、4.6、2.9 mg/m³，均符合规范要求。     

超大断面低瓦斯隧道独头施工通风流场研究

为揭示超大断面低瓦斯隧道独头施工通风的流场特征及瓦斯分布及运移规律，依托新建成自高铁长征隧道，选择压入式通风方式，采用有限体积法对隧道内各平面进行流场分析，并结合现场监测数据验证数值模拟所得出规律。结果表明：(1)通风时间10 min后，隧道内流场基本稳定，从掌子面由内到外风速减小，隧道内不同位置风速均大于0.25 m/s,满足隧道施工通风要求；(2)风流稳定后，在风管出风射流区域两侧会产生涡流区，瓦斯容易在涡流区循环流动难以排出，需对该区域进行重点监测；(3)施工通风初期，掌子面瓦斯浓度显著增大，随后风管出口正对位置瓦斯浓度很快减小，最终在远离风管一侧的墙脚容易发生瓦斯聚集，此处是施工通风重点局部加强和监测位置。     

渝怀二线新白沙沱隧道瓦斯突出及工区判定

研究目的:渝怀铁路增建二线新白沙沱隧道四次穿过二叠系上统吴家坪组煤系地层，煤层层厚0.35～0.81 m不等，隧道设计和施工均需要确定瓦斯突出危险性及瓦斯工区类型。本文在调查、收集临近既有煤矿、铁路隧道煤层瓦斯资料的基础上，采用瓦斯压力梯度法计算并判定瓦斯突出危险性，采用绝对瓦斯涌出量公式计算并判定瓦斯工区类型，旨在为隧道结构设防、风险管理、施工组织等提供依据。研究结论:(1)新白沙沱隧道埋深位于瓦斯风化带以下，场区瓦斯压力梯度约为4.5×10^-3～5.1×10^-3 MPa/m;(2)隧道揭煤处开挖工作面瓦斯初始压力超过了0.74 MPa的临界值，为瓦斯突出危险工作面；(3)隧道穿煤系地层段绝对瓦斯涌出量约为2.0～2.2 m³/min,为高瓦斯工区；(4)本研究成果可作为瓦斯隧道设计和施工依据，研究方法可为临近矿井和既有铁路的瓦斯隧道工区及突出判定提供参考。     

高原多年冻土隧道施工技术及方案研究

青藏铁路格尔木至拉萨段昆仑山隧道和风火山隧道位于青藏高原海拔4500m以上的多年冻土区，是目前世界上在高原多年冻土区这一特殊气候及围岩条件下修建的最高海拔的隧道工程。在高寒缺氧的高原环境下，隧道施工中保护冻土以及隧道的支护是本工程的技术难点。本文通过对高原多年冻土隧道施工方案及施工技术的实践研究，提出在施工过程中为保持洞内气温而采用两种送风方式：加温预热通风系统和普通通风系统，以及昆仑山隧道采用的背负式供氧技术、风火山隧道采用的洞内弥漫式施工供氧技术的方案，并且介绍了湿喷混凝土支护和模筑衬砌混凝土施工技术以及防水隔热层施工的关键施工工艺，给出了施工过程中的各项工程技术指标。对同类隧道施工具有借鉴作用．     

考虑经济性的高速铁路隧道气动效应关键参数优化方法

以某预留400 km·h^-1速度条件的高速铁路为研究背景，基于代理模型和优化思想，从系统设计层面提出考虑经济性的高速铁路隧道气动效应关键参数优化方法。首先，采用流体力学软件建立隧道气动效应数值模型，并基于列车以300 km·h^-1速度通过隧道的实测数据，验证数值模型的有效性；然后，以隧道净空面积和车辆动态密封指数为变量，依托既有350 km·h^-1高速铁路数据，构建列车以400 km·h^-1速度通过隧道时车内气压变化3 s极值的Kriging代理模型；最后，以建造成本为目标函数，构建考虑经济性的高速铁路隧道气动效应关键参数优化模型，设计布谷鸟搜索算法，求解满足舒适度标准的最优隧道净空面积和车辆动态密封指数。结果表明：代理模型预测的相对均方根误差为0.59%、相关系数为0.999 9，能够精确描述车内气压变化3 s极值与车辆动态密封指数、隧道净空面积的非线性关系；对于400 km·h^-1高速铁路，建设成本最小时隧道净空面积为100 m²、车辆动态密封指数为1...     

隧道出口危岩发育规律与运动特征研究

为探究隧道出口高陡边坡危岩对交通线路运营安全的威胁，采用无人机摄影和野外精细化调查手段，获取了隧道出口高陡边坡岩体的岩层与节理产状，岩体沿着倾向坡面60°方向存在双滑面(楔形体)滑动破坏，危岩处于欠稳定到不稳定状态。通过数值模拟，边坡上部危岩体停留在隧道口上方高程1 452～1 480 m的坡面处，而下部危岩体将停积于河谷距隧道出口34 m位置；下部危岩体失稳后到达隧道出口的最大弹跳高度5.51 m,平均速度15.5～15.6 m/s,最大速度30.9 m/s,最大冲击动能5.60×10¹⁰ J。其能量在水平距离440 m达到峰值后迅速下降，直到452 m能量趋于消失，表明隧道出口需向外延伸22.5 m才能保障线路运营安全，为隧道防护提供了理论支持。     

粤东城际铁路隧道热环境特性及控制研究

为确保采用单洞双线且包含多个连续地下车站的粤东城际铁路隧道热环境满足设计规范要求，通过一维数值模拟方法，从行车对数、活塞风井面积、轨排风量及排热系统开启方案4个方面出发，对汕头至潮汕机场段中山路隧道热环境特性及控制方案进行研究。结果表明：不开启轨排系统下，初期、近期夏季晚高峰隧道内空气温度均不超40℃,但远期汕头一中、时代广场站及区间2温度不满足热环境控制要求，且远期中间车站区域温度明显高于两端车站；通过增大活塞风井面积降低隧道空气温度的作用有限，即使单个活塞风井面积增加至75 m²,区间2及汕头一中站温度仍超过40℃;车站轨排系统开启后，远期夏季晚高峰全线隧道空气平均温度降幅较明显，当单个车站轨排风量为50 m³/s且活塞风井面积不小于30 m²时，隧道内各区域温度及新风量均满足要求；优化后的轨排系统开启方案可行，建议远期夏季晚高峰仅开启汕头一中站及时代广场站的排热系统，以减少通风设备运行能耗。     

铁路瓦斯隧道等级划分方法研究

研究目的:目前规范以绝对瓦斯涌出量0.5 m3/min作为铁路隧道高、低瓦斯等级界限值,如今随着高速、大断面铁路瓦斯隧道的不断涌现,施工通风方式和工艺已发生很大变化,这种分类方法不能完全适用于大断面瓦斯隧道,将增加不必要的设备投入及工程措施,造成投资浪费。本文通过分析国内外矿井、公路及铁路隧道的瓦斯等级划分,结合隧道断面面积、需风量和瓦斯浓度等影响指标提出铁路瓦斯隧道等级划分标准,从而满足瓦斯隧道设计与施工的使用。研究结论:(1)根据安全瓦斯浓度,并结合隧道断面大小和通风要求提出了铁路瓦斯隧道等级划分方法,据此对成贵铁路瓦斯隧道进行分级,分级结果可减少工程投资,加快施工进度;(2)提出了微瓦斯隧道,明确低瓦斯与高瓦斯的浓度分界值为0.3%,微瓦斯与低瓦斯的浓度分界值为0.1%;(3)按断面面积将铁路隧道分为Ⅰ类(30~70 m~2)、Ⅱ类(70~110 m~2)、Ⅲ类(110~140 m~2)和Ⅳ类(≥140 m~2);(4)提出了用于瓦斯隧道分级的临界通风量计算方法,低瓦斯与微瓦斯临界通风量按0.15 m/s乘以隧道面积计算,低瓦斯与高瓦斯临界通风量按0.2 m/s乘以隧道面积计算;(5)本研究成果可为铁路瓦斯隧道设计和施工提供借鉴。     

高海拔隧道内燃牵引运营通风标准研究

研究目的:目前国内高海拔地区(海拔>3 000 m)隧道内燃牵引运营通风设计中,有害气体容许浓度没有相应的规范可参照。通过国内外高、低海拔地区CO、NO2最高容许浓度的比较,国内外隧道运营通风与环境控制标准检索、分析,提出高海拔隧道内燃牵引运营通风控制标准建议值。研究结论:国内相关规范(标准)规定的有害气体最高容许浓度比国外发达国家的标准要求高。初步建议高海拔运营隧道内空气中内燃机车废气的容许浓度:NOx(以NO2计):工作日内平均容许浓度为10 mg/m3,工作日内任何一次30 min内接触废气的平均浓度不超过30 mg/m3。CO:工作日内平均容许浓度为30 mg/m3,工作日内任何一次30 min内接触废气的平均浓度不超过90 mg/m3。     

高海拔特长山岭隧道施工通风技术

高海拔特长山岭隧道由于其特殊的环境条件,空气稀薄、气候寒冷恶劣,给施工通风技术提出了更高要求。本文依托阿坝藏族羌族自治州九寨沟县勿角乡境内山岭隧道工程,通过理论研究与现场施工相结合的技术手段,对高海拔特长山岭隧道通风技术进行探讨分析,主要得出以下研究成果:(1)通过对高海拔地区隧道通风方式进行对比论证,确定采用独头压入式通风方式;(2)通过对高海拔山岭隧道施工各项通风参数进行分析计算,制定出高海拔山岭隧道通风专项技术方案;(3)通过在施工现场对隧道爆破施工后的粉尘与风速进行监测,验证了通风专项技术方案通风效果。     

青藏铁路旅客列车富氧技术条件研究

选择到拉萨的2列试验车和2列运营车,进行车内空气环境和人体影响试验研究.结果表明:格拉段车内氧气分压为12.78～13.70 kPa,同一列车各席别间氧气含量没有显著性差异,海拔高差使车内氧气平均下降0.133 kPa/100 m,车内满员使车内氧气分压比车外平均下降0.400 kPa;二氧化碳蓄积主要取决于旅客列车的满员程度;季节变化会引起人体生理适应性差异;随着海拔的升高车内人员高原反应症状发生率增加,当车内氧气含量达到相当于海拔3000～3 500 m的空气中的氧气含量时,可使旅客高原反应得到有效控制.根据试验研究结果确定高原富氧技术条件:提出高原旅客车最小供氧量计算公式;确定在海拔高度4 000～5000 m时高原旅客列车富氧控制标准、二氧化碳浓度建议标准;提出车内温度不得低于冬季18℃、夏季24℃;加强个体供氧管的使用、重点区段的供氧和巡诊.以此富氧技术条件可以满足现行用氧安全标准、车内空气洁净度和旅客高原反应控制的技术要求.     

隧道掌子面施工风管布设方式对稀释瓦斯效果影响研究

以成贵铁路白杨林隧道为研究对象,对瓦斯隧道施工压入式通风效果进行分析,利用CFD流体动力学软件,建立模型并进行数值模拟计算,得到不同风管出口距掌子面距离下,隧道内风速流场和瓦斯浓度的分布规律,并与现场测试数据进行对比,优化流场分布,减少瓦斯在掌子面附近积聚的现象。计算结果表明:一定风速条件下,风管末端距掌子面距离直接影响施工通风效果和掌子面瓦斯浓度分布。风管末端距离掌子面越大,稀释瓦斯效果越差,掌子面瓦斯积聚现象越严重。单侧风管通风情况下,掌子面瓦斯稳定浓度为0.07%,瓦斯浓度随风管末端距掌子面的增加而升高。根据白杨林隧道瓦斯溢出和施工通风情况,得出其风管末端距掌子面距离为13m可使瓦斯不形成聚集,保证施工安全。     

长隧道无轨运输施工通风参数与环境状况实验探讨

采用国产88－1型双级对旋式轴流风机配1．2m直径柔性风管，单机压入式送风1500m进行试验，结果风管出口风量达864m^3/min工作面风速达0.47m/s，管网平均百米漏风率＜1％，工人呼吸带粉尘浓度3.4mg/m^3m,CO浓度从未改造前555mg/m^3降低至40mg/m^3，粉尘和有害气体浓度均接近国家卫生标准和国际标隧道作业通风标准所规定的容许浓度。     

400 km/h高速铁路小半径曲线地段橡胶浮置板轨道参数优化研究

为了研究400 km/h高速铁路列车经过小半径曲线地段时的动力响应特性,建立小半径曲线地段CRH380B车辆-轨道动力学模型,结合列车实测数据验证模型的准确性,随后模拟列车以400 km/h速度通过7 000 m半径曲线路段的动力响应。结果表明：(1)相较于非减振轨道地段,当橡胶浮置板轨道的减振垫铺设刚度为0.019 N/mm³、0.033 N/mm³、0.042 N/mm³、0.1 N/mm³时,轨道减振效果分别为13.4 dB、13.4 dB、12.5 dB、8.6 dB;(2)道床板厚度、减振垫刚度的建议取值分别为300 mm、0.03 N/mm³。研究成果可为400 km/h高速铁路橡胶浮置板轨道结构设计提供理论依据。     

平型关隧道洞口帘幕通风效果的卫生学评价

平型关隧道全长6190m,为直线隧道,坡度3～5‰,两洞口高差24.4m。在低洞口端设有帘幕与风道吹吸式50A_4-11 NO22轴流风机两台并联作业,叶片角25°,电机功率每台70kW,通风量160m~3/s。帘幕为双扇左右平移式钢结构,由0.6kW电机通过钢丝绳传动。帘幕信号为遮断式,与车站联锁。该隧道铺设整体道床,洞内排水不良,相对湿度为82～100％。通过隧道的列车由东风4型(4000hp)内燃机车单机牵引,上坡载重960吨,下坡为1600吨,车速约35km/h,行车密度13对/日。1982年4月,太原铁路局对平型关隧道采用帘幕吹入式机械通风(列车上坡车尾进洞0.5分钟关帘幕     

含壁后空洞盾构隧道管片安全分析

为探究空洞对盾构隧道的影响机理,通过建立考虑环、纵向接头的盾构隧道精细化数值模型,研究不同空洞深度、面积、位置等多种情况下管片内力、变形及截面安全系数的变化规律,并探讨管片不同拼装点位对含壁后空洞隧道的影响。研究结果表明：隧道壁后不同位置空洞对结构安全不利影响的排序为：隧腰>隧底>隧顶;空洞面积为5.0 m²时,随空洞深度增加,隧顶或隧底空洞中心处隧道截面弯矩及安全系数呈先减小后反向增大的趋势,且管片椭变先减小至0后反向增大,弯矩分别在空洞深0.3、0.2 m时反弯,左隧腰空洞中心处截面安全系数不断降低,管片椭变及弯矩大幅提升;空洞深度为0.5 m时,隧顶或隧底空洞中心处隧道截面弯矩均在空洞面积3.75 m²时反弯;空洞范围内存在纵缝会降低空洞中心处隧道截面内力并提升其安全系数,但其最大张开为空洞内无接缝时的2.0～3.5倍。研究成果可为盾构隧道壁后空洞安全评价、拼装点位选取提供参考。     

尼格高地温隧道地热成因及地温分布特征研究

隧道高地温带来诸多工程难题,如施工环境恶劣、衬砌耐久性降低、通风效果不佳等。以中国最高温公路隧道尼格隧道为研究对象,兼具干热岩和湿热岩特征,开挖掌子面围岩温度88.8℃,涌水温度63.4℃。通过地质调查、水化学分析、地热储分析、放射性元素分析、现场实测等方法,研究隧道的地热地质构造特征、地热热源、传热通道及温度场分布。研究结果表明,隧址区位于红河断裂等4组断裂地块内,地表温泉水温高达53.8～87.9℃,新构造活动强烈,地质构造复杂,穿越三叠系中统个旧组(T2g)灰岩和燕山期侵入(γ35(a))花岗岩。隧道灰岩段地下水主要源自大气降水和浅表水下渗,裂隙水深循环与硅酸盐岩、表层与白云岩发生水-岩作用。运用SiO₂,Na+K,K+Mg和Na+K+Ca地热温标,推测隧址区的热储温度为122.47℃,热储埋深2 457 m。热源为地壳深部热异常体和放射性元素衰变生热,排除个旧燕山期花岗岩岩浆余热为热源的可能。花岗岩放射性元素衰变生热率10.01μW/m³,是滇东南燕山期花岗岩生热率的1.7～8.2倍。热源通过岩体向地表传递,断层F_n1     

高植被覆盖下铁路隧道口危岩落石风险评估

山区铁路选线受地形条件制约,高陡边坡或陡崖地段的隧道洞口常面临危岩落石风险,传统人工调查方法困难,尤其是高植被覆盖地区,受现场条件限制不能完全查明危岩分布,同时常用的落石运动轨迹模拟缺少横向范围控制,存在一定的安全隐患。以某铁路隧道进口工程为研究对象,以机载LiDAR和三维倾斜摄影数据为基础,查明了危岩形成机制及分布特征,利用自主研发的Rockfall Hunter软件分析不同破坏形式的危岩三维运动特征,并给出防护措施建议。研究表明：(1)基于定性分析和定量计算,建立的“数据、方法、意义”三阶段高植被覆盖区危岩落石风险综合评估方案行之有效;(2)利用精细化三维实景模型可准确提取危岩体几何信息,危岩落石发育区数字地表灰度影像表面坎坷不平、具粗糙感,危岩体截面地面点棱角显著、地势陡峭,原生孤石或滚石截面呈凸起状、有明显界限;(3)研究发现可能对工程造成危害的危岩体120处,总体积约15 541 m³,以倾倒、坠落式破坏为主,局部发生组合式破坏;(4)落石进入隧址区最大速度为17.3 m/s,最大弹跳高度为12.5 m,最大冲击能量超过8 000 kJ,建议采用避让、清...     

敞开式TBM施工隧道掘进段空气温度计算方法

以敞开式隧道掘进机(TBM)施工隧道为研究对象,基于热力学原理,分析掘进段热害影响因素,建立敞开式TBM掘进段空气温度的计算模型,对不同围岩级别、不同岩温下掘进段内空气温度进行计算研究。结果表明:自掘进开始,TBM掘进段内空气温度迅速升高,在掘进20min时升高至接近最大值并保持基本稳定,停机后空气温度迅速下降;掘进段空气温度随围岩温度的升高和围岩级别的提高显著上升;通风对掘进段内空气有明显的降温效果;围岩温度为18℃,Ⅱ级围岩无通风时掘进段空气温度为39.9℃,通风量为60m3·s-1时下降至27.9℃,通风控制空气温度低于28℃规范限值;围岩级别Ⅱ级,60℃岩温无通风时掘进段空气温度为81.9℃,通风量为60m3·s-1时下降至46.9℃,但空气温度仍然较高,可采用在正常施工通风基础上增加洞内局部降温措施。     

破碎带地层盾构隧道建造关键问题

断层破碎带是引起盾构隧道施工灾害的关键因素之一，其形态各异、岩性复杂以及高渗透性，都极易导致隧道涌水、塌方等施工灾害，给隧道安全高效掘进带来了巨大挑战。总结分析断层破碎带的形成机理，包括破碎带地层的形成原因、破碎带地层的岩体性质及其与盾构施工安全之间的内在联系。重点介绍了近年来盾构隧道穿越破碎带所面临的刀具磨损、开挖面稳定控制、同步注浆质量控制、衬砌外水土压力确定、破碎带地质预报和地层处理等方面问题。结果表明：断层破碎带岩体破碎，黏聚力低，渗透系数从10^-5～10^-3 cm/s不等，且含水率较高；对于高水压断层破碎带管片结构防水应采取防、排结合，以排为主、以防为辅；含断层破碎带盾构隧道工程建设应做好断层破碎带的综合超前地质预报，将传统的地质分析法、超前钻孔法等与新型探测技术、数字技术相结合。研究结果可为盾构隧道穿越断层破碎带提供借鉴与指导，对进一步提高中国隧道及地下工程建设水平有着积极意义。