高岩温隧道初期支护应力场及安全性研究

为评价高岩温隧道施工过程中初期支护的安全性,研究了高岩温隧道初期支护温度场、应力场的施工期特征和演变规律. 首先通过热-应力耦合三维数值模拟和现场测试,研究了不同原始围岩温度场中,高岩温隧道开挖过程中初期支护温度场的变化规律;其次考虑围岩荷载和温度荷载共同作用,分析了高岩温隧道开挖过程中初期支护应力场的变化规律;最后基于初期支护应力值,评价了高岩温隧道初期支护的安全性. 研究结果表明:受施工通风影响,初期支护温度在隧道开挖后急剧降低,约5 d后基本与洞内气温一致;受施工工序影响,初期支护最大拉应力先增后减,最大压应力持续增加;随着围岩初始温度增大,在不同施工步序中,初期支护的最大拉应力和最大压应力均增大;初期支护安全性由喷射混凝土抗拉强度控制,当围岩初始温度大于60℃时,C25喷射混凝土将发生拉裂破坏.      

寒区隧道温度简谐波传热特征与影响因素的敏感性

为探究寒区隧道温度场的时空演化规律, 以波的视角从时间尺度和空间尺度建立了寒区隧道温度简谐波径向传热模型, 基于傅里叶传热定律推导了寒区隧道温度简谐波径向传热表达式; 依托兴安岭公路隧道温度测试结果, 验证了温度简谐波径向传热表达式的可行性, 分析了温度简谐波沿隧道径向深度的分布特征与随冻融周期的变化规律; 采用系统稳定分析法, 研究了温度简谐波对各影响因素归一化的敏感度因子。研究结果表明: 沿隧道径向深度0.00~4.00 m, 温度振幅呈负指数函数形式衰减, 变化范围为11.67℃~0.45℃; 温度相位移呈正比例函数形式增大, 变化范围为0.00~75.24 d; 年平均温度呈线性升高的趋势, 变化范围为-0.62℃~1.98℃; 受隧道区气温逐年变暖趋势的影响, 隧道进口端壁面年平均温度从2016~2019年升高了约0.75℃, 年平均温度随冻融周期逐年增大, 2.00 m深度内年平均温度受冻融周期影响较大, 超过2.00 m年平均温度受冻融周期影响相对较小; 隧道进口端壁面温度振辐从2016~2019年衰减了1.48℃, 温度振幅随冻融周期逐年衰减, 2.00 m深度内温度振幅衰减较快, 超过2.00 m温度振幅衰减较慢; 隧道进口端壁面日相位从2016~2019年延迟了7.20 d, 日相位随冻融周期逐年增大。温度简谐波对各影响因素的敏感性由高到低依次为壁面温度振幅、壁面年平均温度、围岩含冰率、围岩含水率、围岩孔隙率、骨架颗粒的质量热容量与导热系数。      

寒区隧道冻胀效应测试与分析

为研究寒区隧道冻胀力随时间和空间的分布规律, 基于温度场变化定义了测试冻胀力, 通过衬砌压力和钢架应力间接反映真实冻胀力的变化规律; 提出了冻胀力简化测试方法, 研发了温度场-冻胀力同步测试系统; 以四川省省道215线鸡丑山隧道为例, 布置5个测试断面开展大规模现场测试, 并选取典型断面K117+700 (简称700断面) 和K117+600 (简称600断面) 分析了隧道环境温度、围岩温度、衬砌压力与钢架应力; 以围岩冻结(12~次年2月) 和未冻(7~9月) 时对应的衬砌压力和钢架应力差值为测试冻胀力, 结合温度场分析了隧道周边各测点测试冻胀力; 采用现有冻胀模型计算理论冻胀力, 并与测试冻胀力进行了对比, 研究了寒区隧道冻胀规律。分析结果表明: 隧道环境温度随时间呈季节性正弦函数变化, 受环境温度影响, 围岩温度呈季节性正负温变化, 并出现季节性冻融现象; 当围岩为负温时处于冻结状态, 支护系统受到围岩压力和冻胀力的共同作用, 且温度越低冻胀效应越明显, 各断面测点应力峰值均出现在1月, 700断面衬砌和钢架最大应力分别为149kPa、31MPa; 当围岩为正温时处于未冻结状态, 支护系统仅受到围岩压力作用; 同一断面不同测点的测试冻胀力差值可达5.23MPa, 说明冻胀力除与围岩温度有关外, 还与富水条件和围岩级别有关; 最大冻胀力实测值比理论计算值小1.25MPa, 因此, 寒区隧道支护设计时建议考虑89.17%的冻胀力折减系数。      

长大隧道双侧壁导坑法施工通风优化研究

针对长大隧道施工中爆破生成的CO对施工产生的不良影响.本研究在双侧壁导坑法施工中,采用压入式通风,测试在长大隧道中的通风效果,利用Fluent流体力学软件对不同导坑、台阶长度与风筒位置的隧道通风模型进行数值模拟,分析了其流场特性与CO气体扩散规律.研究结果表明:隧道内导坑和台阶的存在,会影响射流发展;导坑和台阶工作面前方有涡流区形成,会影响通风效果;相同风筒布置条件下,随着导坑和台阶长度的增加,涡流区范围越明显,CO气体越难排出;隧道导坑和台阶长度相同的条件下,风筒布置于隧道拱顶时,CO气体的排放效果最好.该结果可为采用双侧壁导坑法施工的长大隧道通风提供参考依据.     

不同开挖方案下隧道围岩稳定性及变性特征分析

不同的开挖进尺会引起隧道相应的围岩位移变化,围岩位移超过容许值将会影响隧道的安全性。以长茂山双车道浅埋隧道为例,采用有限元软件ABAQUS对台阶法不同开挖进尺条件下的隧道施工进行三维数值模拟,从位移及应力两方面来分析台阶法不同开挖进尺的围岩变化规律。研究表明:围岩位移变化主要在拱顶及拱顶附近且侧拱两侧位移曲线呈对称分布;围岩的最大位移变形量随开挖循环进尺增大而相应增大,当开挖进尺增大到6 m后,围岩发生最大位移增长滞缓;围岩竖向位移和拱顶应力随开挖进尺变化的规律可以采用Logistic增长函数进行拟合;提出了循环开挖进尺为4 m的合理施工方法。     

通风速度和外界气温对秦岭隧道温度的影响

应用传热学理论，对隧道及围岩中的热传递进行分析，推导出相应的传热基本方程式。应用这些方程式，计算分析了通风速度和外界气温对秦岭道内温度影响，其结果可做为特长隧道运营通风设计的参考。     

软弱破碎地层偏压小净距隧道群施工力学响应研究

软弱围岩条件下,偏压小净距隧道群施工极易诱发围岩失稳,造成施工安全事故。 以大山隧道工程为依托,基于有限元分析软件 ABAQUS建立数值模型,研究地层条件、隧道净距以及隧道埋深等因素对软弱围岩条件下偏压小净距隧道群施工的影响,分析施工诱发的围岩变形规律及其受力特点。研究表明:由于地层偏压的影响,小净距隧道施工引起的围岩变形规律具有显著的非对称性特点;在竖向位移和水平位移叠加的情况下,左右两侧机动车隧道顶部呈现更大范围W形沉降槽;围岩条件越差,隧道埋深越小,净距越小,隧道施工诱发的围岩变形越大;围岩的力学性质直接影响衬砌结构的受力状态,靠近中夹岩处的衬砌结构受力状态更不利。     

横通道对双洞互补式公路隧道通风效果的影响

以采用双洞互补式通风方式的某公路隧道为对象,运用ANSYS软件,对不同数量、不同位置的横通道设置条件下隧道内速度场进行三维数值模拟,对比分析了横通道对公路隧道双洞互补式通风效果的影响.研究结果表明,对于长度为1000m的隧道,3条横通道比2条横通道的通风效果好,横通道间距100m比间距50 m的通风效果好,研究结论为可为类似隧道的运营通风方案确定提供参考.     

基于FDS公路隧道火灾仿真研究

针对公路隧道突发火灾事故问题,采用模拟软件对隧道发生的火灾进行研究。分析火灾条件下公路隧道内被困人群的疏散行为特点,给出隧道内人员疏散的安全依据,按照隧道火灾条件下通风风速不同时火灾烟气蔓延情况,确定火灾可利用疏散时间(ASET),通过分析人员疏散特点计算出所需的疏散时间(RSET),通过对比得出:通风风速至少为3m/s时才能保证人员的安全疏散。     

面向综合监控的区间隧道TFDS系统设计与研究

从区间隧道火灾的特殊性出发,分析面向地铁综合监控的区间隧道光纤感温探测系统设置必要性和重要性,对其在地铁内的设置方案、与综合监控的接口及其系统功能进行研究与设计,最后,给出不同温度下,系统联动区间隧道通风模式的具体实现流程。     

段家坪隧道区域初始地应力场反演分析

为解决地应力释放导致隧道初期支护变形失稳难题,以隧道区域地质资料为基础,结合现场地应力实测数据,采用多元线性回归分析方法,进行了隧道工程区域初始地应力场的数值模拟反演计算分析,获得隧道围岩初始地应力场分布规律。研究结果表明:隧道测区段围岩处于高地应力状态,测点地应力反演值与实测值误差较小,反演结果合理、可靠。通过隧道围岩强度应力对比分析,隧道DK453+500m～DK454+400m段为高应力状态,地应力释放会导致隧道初期支护开裂变形,与现场实际情况相一致。     

无竖井纵向通风隧道通风效果影响因素研究

通过实验研究的方法对无竖井纵向通风隧道的通风效果影响因素进行研究。选择南京玄武湖隧道为测试对象,设置合理的测试方案,通过对数据进行分析得到隧道内的污染物浓度分布规律,得出隧道长度与车流量两因素对隧道内CO浓度影响最大,为无竖井纵向通风隧道的设计与运营管理提供一定指导作用。     

不良地质条件下盾构法施工隧道地表沉降规律研究

结合我国某市地铁某标段工程实例,采用数值模拟的方法对该标段不良地质条件下盾构法施工隧道地表沉降规律进行研究。研究结果表明:盾构法施工隧道因其不易受到外界环境的影响,在隧道开挖过程中围岩变形较小,变形区域基本呈槽型;数值模拟结果和实测数据结果基本吻合,最大沉降为4.5mm左右,且发生在隧道正上方。     

出口南非内燃机车动力室冷却CFD计算

以出口南非内燃机车动力室通风系统为研究对象,利用计算流体力学软件ANSYS-FLUENT对其湍流性能和散热效果进行仿真分析,计算结果表明不同工况下动力间内平均温度均高于设计要求.对初始方案的速度场和温度场进行具体分析,选择在其出风口位置增加了两个风机的方式进行结构优化.采用ANSYS-FLUENT分析结构改进前后动力室内空气的流动情况,可以看出优化后的结构加快了通风口处的空气流速,显著增强了流体的湍流性能,从而强化了通风系统的换热效果,降低了动力室内部温度.     

出口南非内燃机车动力室冷却CFD计算

以出口南非内燃机车动力室通风系统为研究对象,利用计算流体力学软件ANSYS-FLUENT对其湍流性能和散热效果进行仿真分析,计算结果表明不同工况下动力间内平均温度均高于设计要求.对初始方案的速度场和温度场进行具体分析,选择在其出风口位置增加了两个风机的方式进行结构优化.采用ANSYS-FLUENT分析结构改进前后动力室内空气的流动情况,可以看出优化后的结构加快了通风口处的空气流速,显著增强了流体的湍流性能,从而强化了通风系统的换热效果,降低了动力室内部温度.     

高原区螺旋隧道CO运移规律研究

高原区螺旋隧道受低气压、空气稀薄及曲线半径等因素的影响,隧道内CO运移规律不同于常规隧道。以卧龙沟1号隧道工程为依托,利用Fluent软件模拟分析,通过将高原区螺旋隧道与常规隧道进行对比分析,得到高原区螺旋隧道内CO浓度场的空间分布规律和分布特点,同时结合现场监测数据验证了结果的可靠性。并得到各海拔高度下R=700 m的螺旋隧道的通风安全时间相对常规隧道的增长率,该参数可作为隧道通风的参考依据;根据计算结果提出了高原区螺旋隧道通风管理的相关措施。     

双车道公路隧道施工过程监测及围岩稳定性分析

分析了隧道施工现场的监测情况,对围岩的形变过程进行了概述,选取某省双车道隧道IV、V级围岩作为研究对象,并选取两种级别岩石的典型断面,研究围岩拱顶的沉降和周边收敛规律。最后通过对围岩的稳定性分析,得出了围岩的形变最大值和最小值,以及在当前条件下,围岩形变稳定的合理控制值。     

孙家崖偏压-滑坡隧道围岩变形和受力特征分析

新奥法施工的核心思想是把隧道围岩和支护结构作为一个完整的支护体系来考虑,监控量测是新奥法施工不可缺少的环节.以奉(节)巫(溪)高速公路孙家崖隧道为工程背景,基于该隧道浅埋、偏压、隧道洞口段穿越滑坡体等工程特点,通过现场监测隧道内围岩变形和围岩应力,结合左右线施工方法分析得出,该隧道左右线围岩的变形规律;围岩压力的分布规律;围岩变形与压力的关系;隧道与滑坡体之间的相对稳定关系.研究过程为该隧道的信息化施工提供了保证,同时研究成果也可为设计和分析研究其它同类工程提供参考.     

基于三台阶七步开挖法的三车道公路隧道极限位移研究

为确定实际工程中大跨度隧道的变形基准,结合特征曲线法讨论了公路隧道极限位移的定义,给出基于三台阶七步法的初期支护极限位移确定方法;找出极限状态下各控制点的位移关系,即预警位移、容许位移和极限位移;基于三车道隧道设计洞形,采用连续体弹塑性有限元模型,按同一围岩级别中的物理力学参数分位值组合计算,分析了不同埋深条件下的三车道初期支护极限位移,并进行t分布统计,得出基于工法的三车道公路隧道初期支护相对极限位移基准值;对比分析同一围岩、同种工法在不同埋深及相同埋深条件下,隧道围岩表面的位移变化规律;研究同种工法、相同埋深条件下,弹性模量、黏聚力、泊松比、内摩擦角与位移曲线的关系;对比分析基于三台阶七步开挖法的现场监测数据,得出围岩变形的规律基本上符合计算结果的判断,即该方法的合理性得到验证。     

隧道围岩温度场特性浅析

隧道的防冻研究中,温度是传热学中主要的物理量,也是防冻设计的重要参数。隧道温度场研究影响范围内的围岩及结构温度随时间变化的规律和过程,是一相变、边界条件复杂的不稳定热导问题。把握寒区隧道围岩及结构温度场的分布,是做好隧道防冻设计的前提。