纵向风对高海拔铁路隧道火灾烟气时空分布的影响

目前对高海拔铁路隧道火灾的研究较少。本文应用火灾动态仿真模拟软件(Fire Dynamic Simulation,FDS)对海拔500,3000 m铁路隧道内的火灾烟气蔓延进行了数值模拟分析,对比了高海拔环境低温、低压、低氧等显著特征及纵向风速对隧道火灾的影响。结果表明,在本文的火灾计算条件下海拔3000 m时隧道内的最高温度比低海拔时低24.8%,CO浓度增大30%~50%;海拔3000 m时随着纵向风速增加,拱顶最高温度显著下降,最大降幅达62.5%,且最高温度点向下游偏离火源区边缘上方;火源上游温度减小且升温范围逐渐减小,纵向风对上游烟气的“稀释”“阻拦”作用强于下游。     

隧道火灾模型试验中列车对烟气控制的影响

分别对太行山铁路隧道缩尺模型内有无列车两种工况进行火灾试验,讨论列车阻塞对隧道火灾临界风速的影响,比较有无列车两种工况下临界Froude数,并分析烟气回流长度的影响因素。结果表明:铁路隧道内有列车时控制火灾烟气回流的临界风速明显降低;阻塞比为0.2时的临界风速比无列车时的临界风速减小23%,说明临界风速差异比接近且稍大于隧道阻塞比;计算临界风速时使用的临界Froude数与火灾热释放率相关,不是一个常数。无量纲回流长度与Froude数近似呈线性关系,在相同Froude数下无列车时回流长度明显更长。     

顶部隐伏充水溶洞隧道施工阶段围岩稳定性分析

结合某岩溶隧道施工过程,利用有限差分软件对顶部存在水压充填溶洞的某隧道围岩稳定性进行数值模拟研究,并将数值计算结果与现场监测结果进行比较分析。结果表明：围岩塑性区主要集中在隧道拱顶、仰拱底、拱腰和溶洞顶部处,溶洞顶部与隧道底部的塑性区有相互连通的趋势。随着隧道接近并通过充水溶洞,拱顶和墙脚两处围岩最大主应力先减小后增大,拱肩处一直增大,拱腰和仰拱底处先增大后减小,主应力最大值位于拱肩区域,其值约为3.0 MPa。     

大断面隧道小净距上跨既有隧道施工方案优化北大核心

成都市轨道交通17号线二期工程阳公桥站—龙爪堰站区间隧道上跨既有7号线盾构隧道采用交叉中隔壁法施工。通过数值仿真结合现场监测,分析大断面隧道以小净距上跨施工时既有隧道拱顶隆起与地表沉降的变化规律,并通过分析新建隧道初期支护厚度、钢拱架间距、单次拆撑长度对既有隧道拱顶隆起和地表沉降的影响,对原施工方案进行了优化。结果表明:先行开挖的两个导洞施工对既有隧道拱顶隆起与地表沉降影响明显;既有隧道拱顶隆起与地表沉降随钢拱架间距和单次拆撑长度增大而增大,随初期支护厚度增加而减小。建议新建隧道上跨施工时采用初期支护+二次衬砌+三次衬砌的复合衬砌结构,钢拱架间距取0.4 m,单次拆撑长度取6 m。     

富水砂层水平旋喷拱棚的力学特性北大核心

为研究水平旋喷拱棚(简称拱棚)在富水砂层中的力学特性,以江门隧道工程为依托,采用模型试验和数值模拟方法,通过变化地下水位、地层渗透系数和覆土厚度,分析在开挖过程中拱棚挠度和轴力。模型试验结果表明:随着开挖深度增加,拱棚挠度增大,越靠近洞口拱棚挠度越大;在有地下水工况下,掌子面附近拱棚挠度比无水工况低,说明拱棚在富水砂层的预支护效果较好;拱棚最大轴力位于掌子面附近,且地下水位越高轴力越大。数值模拟结果表明:覆土厚度小于13 m时,随着覆土厚度增加,拱棚挠度和轴力近似呈线性增长;覆土厚13 m时,随着地下水位升高,拱棚挠度和轴力增大,当地下水位与拱顶净距大于3 m后,随着地下水位升高拱棚轴力增速变大;地下水位对拱棚轴力影响较大,为保证隧道施工安全,建议采取降水措施减小拱棚受力。     

跨断裂地铁隧道地震动力响应特征研究

研究目的:活动断裂在我国分布较广,然而在长距离工程选线及设计中,线路往往会穿越或邻近活动断裂带。断裂粘滑作用常造成地震发生,加之地震动力作用下地铁隧道的地震响应和受力变形问题又是隧道设计的重点和难点,因此本文对地铁隧道跨越活动断裂进行地震荷载时程分析,从定量角度研究跨断裂地铁隧道地震动力响应特征。研究结论:(1)地表断裂位置处PGA放大系数最大,向两侧逐渐减小,具有典型的上盘效应;(2)地震作用改变了断裂附近隧道结构接触压力,在地震过程中,拱顶最大接触压力在上盘增大下盘减小,而拱底最大接触压力在上盘减小下盘增大,接触压力的主要变化范围在上盘40 m和下盘30 m范围内;(3)地震荷载下断裂附近隧道结构拱顶轴力在上盘增大下盘减小,而拱底轴力在上盘减小下盘增大,此外,在断裂位置处隧道结构弯矩和剪应力数值明显增大;(4)基于地震作用下跨断裂地铁隧道内力显著变化范围,给出了地震动力作用下跨断裂地铁隧道的纵向设防长度建议值为上盘40 m、下盘30 m,在此区域内应采取设置减震层、加固围岩和采用柔性接头等抗震设防措施;(5)本研究成果可为跨断裂地铁隧道抗震设防提供科学参考和理论依据。     

自然通风隧道火灾的烟气特性和控制标准

建立自然通风隧道火灾三维数值计算模型,并应用缩尺隧道试验数据对数值模拟进行验证,采用验证过的数值计算方法对自然通风地铁区间隧道的火灾烟气特性和安全控制标准进行三维数值模拟研究。结果表明,数值模拟结果与试验结果吻合较好;孔口尺寸对隧道顶壁烟气温度、人员高度处的CO浓度和能见度的影响较大,但对人员高度处的温度几乎没有影响;在隧道火灾4种安全控制标准中,人员高度处的能见度起主要控制作用。     

市域快线列车内不同位置火灾对隧道温度场分布的影响研究

区间隧道火灾时的温度场分布是保障隧道结构安全与制定人员疏散方案的重要依据。根据市域快线列车车厢内部不同因素引发火灾的常见位置,通过数值模拟的方法研究市域快线列车内部不同位置火灾对隧道温度场分布的影响。研究结果表明：1)在1～3 MW火灾中,行李火灾、人为纵火常见位置对隧道拱顶温度影响较大;在4～5 MW火灾中,设备火灾常见位置对隧道拱顶温度影响较大。隧道拱顶的高温区出现在火灾车厢某个客室侧门上方。2)隧道拱顶最高点处温度峰值的最大值常出现在车厢端部客室侧门处。在火灾车厢范围外,隧道拱顶最高点处温度呈指数衰减,且纵向轴线上的火源越靠近车厢中心,隧道拱顶最高点处温度衰减越慢。3)当火源位于车厢内,疏散平台上方的拱顶温度受影响范围较小、峰值较高,当火源位于贯通道内其受影响范围较大、峰值较低,且每个客室侧门处均形成了峰值。4)市域快线列车内部火灾会对3～4节车厢范围内的疏散平台2 m高处温度产生显著影响,在此范围内客室侧门正对的位置形成峰值。当火源功率达到3 MW时,疏散平台开始出现危险区域;当火源功率达到4 MW以上,不同火灾位置时疏散平台均会出现危险区域。行李火灾、人为纵火常见位置的火灾场...     

达成高速铁路岩溶隧道围岩稳定性分析

结合达(州)成(都)高速铁路某岩溶隧道工程,建立岩溶隧道三维实体模型,利用三维快速拉格朗日法FLAC3D对隧道底部含有溶洞的围岩稳定性进行数值模拟研究,并将数值计算结果与现场监测结果进行比较分析.研究结果表明随着隧道施工接近并通过溶洞顶部,隧道拱顶处围岩向下变形,其值不断增大,拱腰处围岩沿隧道径向收敛,其值变化较小;仰拱处围岩最初向上变形,在隧道施工到溶洞顶部时变为向下变形,且其下沉值不断增大;围岩塑性区主要集中在隧道拱顶、仰拱底、拱腰和溶洞顶部处,溶洞顶部与隧道底部的塑性区有相互连通的趋势;隧道拱顶左右各约45°的范围、隧道底部以及溶洞周围的部位为应力释放区,拱腰处为应力增高区.     

B型地铁列车侧壁材料耐火性分析

以典型B型地铁车辆为研究对象,利用Pyrosim软件分别建立侧墙墙板材料为铝合金和玻璃钢的模型进行数值模拟仿真,并对两种模型发生火灾时车厢内部的热释放速率、温度、CO浓度进行对比,分析两种不同材料侧墙的车辆的火灾危害程度。结果表明:铝合金墙板侧墙具有更好的防火能力,火灾安全性更高。     

岩溶隧道排水系统堵塞机理的调查与分析

针对岩溶隧道中普遍出现的排水系统堵塞的问题,调研部分工程实例并探讨相关问题的发生机理和影响因素的作用。由岩溶发育和沉积机理可知,岩溶隧道排水系统的堵塞可分为化学结晶和碎屑沉积两方面的作用。从岩溶沉积的化学反应过程来看,岩溶动力系统是一个三相动态平衡体系,当其中的变量发生变化即可能会造成岩溶隧道排水设施结晶堵塞,主要影响因素包括CO_2分压、流速、温度、pH值、离子种类和浓度。从工程影响因素来看,混凝土衬砌的溶出物、排水系统的设计和施工、隧道开挖造成地下水均衡状态都会造成岩溶隧道排水系统堵塞。     

铁路隧道旅客列车火灾热释放速率的确定方法

热释放速率(HRR)是影响火灾发展和严重程度的重要指标。受自身结构影响,铁路隧道内旅客列车一旦发生火灾,影响极为严重,因此需在确定热释放速率的前提下对隧道火灾进行预防设计,但目前并无针对我国普通旅客列车和动车组的实车试验成果可供设计采用。为此,在充分调研欧洲、美国等国内外学者对HRR的有关研究成果和规定的基础上,现场实测我国铁路列车参数及乘车人特征,通过数值模拟和现场试验对比分析的方法,得到不同火灾增长速率(FGR)条件下,最高温度和HRR之间的关系类似;同一FGR条件下,随HRR峰值的增大,最高温度随之升高。并结合国外大尺寸列车火灾试验曲线,对不同火灾规模、不同FGR下列车HRR峰值展开研究,最终确定动车组的HRR峰值为15MW,普通旅客列车的HRR峰值为20 MW,FGR为慢速,为防灾规范的修订和相关工程设计提供理论支撑。     

特长隧洞施工运输车辆调度控制系统

研究目的:根据青海省引大济湟调水总干渠引水隧洞工程采用双护盾TBM快速施工和长距离运输的特点,研究如何通过调度集中控制系统对隧洞内的有轨运输车辆实施远距离集中自动调度控制,从而保证隧洞内运输车辆安全、快速、连续、有效运转,提高运输效率。研究方法:在分析研究轨道施工运输特点和铁路信号闭塞设备的基础上,通过调度集中控制系统对隧洞内的有轨运输车辆实施远距离集中自动调度控制。确定了特长隧洞采用单线运输轨线,并根据进度目标所需的运输量及运输系统的能力,每隔一定里程设一固定会车站来完成运输作业。研究结果:总结了特长隧洞施工有轨运输车辆调度控制系统的设备组成、控制原理及车站联锁控制与道岔转换实现区间闭塞的技术;提出了列车进路控制和区间闭塞接发车控制两种控制模式,提出了采用光缆传输、计算机联锁、PLC控制的现场总线式分布控制系统的方案。研究结论:特长隧洞施工有轨运输车辆调度控制系统可极大地提高单线运输轨线的运输能力和效率。     

高速列车通过长隧道引起的热、力效应研究

研究目的:针对列车横截面积与隧道横截面积比值阻塞比的不同,分析计算长隧道内运行的高速列车在不同速度下,由于空气动力学效应引起的列车阻力及热量增加,综合考虑辅助设备发热及隧道壁面热传导导致的能量损失,合理预测不同阻塞比下高速列车运行引起的隧道内温度升高及隧道内温度随时间的变化,得出长隧道内由于高速列车运行引起的热、力效应.研究结论:通过计算与分析表明,列车高速运行导致隧道内阻力变化及热效应的大小,受到列车隧道系统阻塞比的影响比车速的影响更大,列车空调放热是隧道内温度升高的主要因素,壁面摩擦等因素也会导致隧道内热量的进一步增加,行车密度对温度的影响将是非常关键的.对于高阻塞比的列车隧道系统,隧道中部残留的热量还较多,热量积聚效应不容忽视.     

地铁列车阻塞工况下温度场分析

城市人口的激增使得交通压力倍增,地铁成为大型都市必备的交通运输工具,地铁运行过程中的异常工况也日益被人们关注.本文和用CFD技术,建立模拟地铁隧道区间发生阻塞工况时空调列车周边热环境(照明、辅助设备、人员散热等)的物理模型,对圆形、矩形及马蹄形3种不同截面形状的隧道阻塞工况进行数值求解.结果表明:通风使得隧道内的温度明...     

车辆编组对区间隧道活塞风设计的影响

对天津地铁原设计采用车辆"小编组、大密度"运营,近两年高峰时段不能满足客运要求的实际,提出将6节编组改为8节编组,由此增加区间隧道内散热量,对此进行论述与分析。分析与计算表明,6节改8节编组后,若将区间隧道温度仍控制在规定的40℃内,需将车站内的活塞风道、活塞风孔、风阀及活塞风井扩大至原面积的4/3倍,或增加1/3的通风量,同时引起机房宽度的增加,此项土建费用每个标准站将增加约200万元。     

软弱围岩中桥隧搭接多源损伤影响因素分析

对软弱围岩(Ⅳ和Ⅴ级)中的桥隧搭接工程进行了室内模型试验研究和影响因素分析。研究结果表明:桥隧搭接工程在其施工及运营中的力学行为及多源损伤情况受围岩等级、桥梁跨径及基础形式、搭接长度、汽车荷载等级及汽车冲击等的影响,长期状态下易导致桥梁、隧道衬砌各关键部位的结构损伤,对桥梁结构、隧道衬砌、桥台与桩基础的耐久性以及洞口围岩的稳定性不利;为防止桥、隧各关键部位因不利作用而损伤甚至破坏,避免洞口围岩出现失稳、坍塌及滑坡等病害,应对桥、隧及围岩关键部位局部加强,且宜采用桩基础、减小桥梁跨径、加大搭接长度、减小汽车荷载及其冲击影响。     

多年冻土区天然地面耦合热管的数值传热分析及优化

为了青藏铁路多年冻土路基耦合热管优化设计的需要,建立多年冻土区天然地面耦合热管的相变传热模型,利用该模型研究不同热管管径、气候条件和冷凝段与蒸发段长度比对热管传冷量的影响。结果表明:大管径的热管对于提高热管的传冷量是有利的;在冷凝段与蒸发段长度比大于0.9的条件下,热管传冷量随长度比增大得并不明显,因此建议优化的冷凝段与蒸发段长度比取为稍大于0.9的值;与年平均气温较高的多年冻土区相比,年平均气温较低的多年冻土区更有利于热管的传冷。对比模型计算值和现场实验值表明,提出的模型与实际拟合良好。     

地铁运营初期区间隧道气温变化规律研究

对苏州地铁2号线3个连续区间的隧道气温进行测试,分析隧道气温在夏季最热月和冬季最冷月的特征及动态变化规律。结果表明夏季隧道气温比冬季隧道气温高,夏季和冬季隧道气温分别在23.5~27.5℃和16.5~20℃之间变化;当室外气温达到30℃以上时,隧道风机对隧道气温有提升作用,车辆运营和停运时分别可提升约1.5℃和2℃。车辆运行时,冬季和夏季隧道气温均以行车间隔为周期呈锯齿形变化,冬季可能出现倒锯齿形变化;车辆运行与停运时隧道气温比较,夏季车辆运行时高,冬季车辆运行时低;夏季区间隧道中部气温与隧道长度呈正相关关系,冬季时隧道中部气温与隧道长度无规律性关系。