特长公路隧道平导抽吸式排烟策略数值模拟研究

为探讨利用平导作为排烟道的平导抽吸排烟新模式，建立含平行导洞的特长隧道数值模型，研究平导抽吸排烟时隧道内的烟气蔓延特征及温度分布规律。结果表明，使用平导抽吸模式进行排烟可以有效抑制主隧道内的烟气蔓延。火灾发生后100 s时，主隧道内基本上没有烟气，900 s时基本上达到稳定状态，烟气不再往主隧道两侧蔓延；随着平导两端排烟量的增大，烟气稳定时在主隧道内的蔓延距离逐渐变小。当平导两端总排烟量为600 m3/s时，烟气被完全控制在开启的3个横通道范围内；当开启3个横通道进行排烟时，顶棚最高烟气温升随排烟量的增大而降低；当对称开启2个横通道进行排烟时，隧道顶棚最高烟气温升随排烟量的增大变化不明显。在平导抽吸排烟模式下，隧道顶棚下方的烟气温度沿纵向呈指数衰减，并且烟气温度的衰减速率与横通道开启模式、排烟量的大小几乎无关。     

竖井烟囱效应对隧道火灾影响的数值模拟分析

文章采用三维CFD方法对竖井的烟囱效应对隧道火灾的影响进行了数值模拟,分析了火灾时隧道内的温度、压强及烟流速度分布特征,证明了烟囱效应能有效增强隧道火灾的排烟能力,并定性分析了竖井高度与烟囱效应的关系,即在一定高度范围内,烟囱效应随竖井高度的增大而增强,但竖井高度的烟囱效应存在着一个临界值.     

公路隧道火灾人员逃生条件研究

公路隧道火灾中对人员危害最大的是烟气。在已有的隧道火灾人员逃生研究中,关于烟雾对人的伤害大都是以某一气体的绝对浓度为判断指标,但是在隧道火灾过程中,不仅隧道内的烟气浓度在变化,而且逃生人员的位置也在改变。在研究隧道火灾过程人员的逃生时,应该同时考虑隧道内烟雾浓度的变化和逃生人员在隧道内逗留时间,即必须考虑有害气体在人体内的累积程度。文章在已有的LC_(50)指标值、N-气体模型预测值、FED模型预测值的基础上,给出了一个更为合理的公路隧道火灾时的人员安全逃生判别条件,为公路隧道火灾时的人员逃生研究提供了技术支持。     

基于正交设计的半敞开式隧道火灾模型试验

为了研究竖井不同尺寸参数组合变化时,自然通风半敞开式隧道发生火灾时的防排烟性能,文章设计并开展了一系列小尺寸模型试验,选取竖井宽度、高度、组间距以及每组竖井数量作为可控因子,选择顶棚附近最高烟气温度、烟气扩散速率和烟气沉降速率作为考核指标,分别得到了降低顶棚附近最高烟气温度、减小烟气蔓延速率和烟气沉降速率的竖井优化方案。研究结果表明,各工况顶棚附近最高烟气温度均小于100℃,竖井宽度对顶棚附近最高烟气温度影响最大,而竖井高度对烟气扩散速率和烟气沉降速率影响均比较大,竖井组间距对烟气扩散速率影响显著。     

热载荷作用下天然气管道泄漏扩散特性分析

文中考虑热载荷作用,采用k-ε湍流流动模型和涡耗散燃烧模型,建立了架空天然气管道泄漏扩散模型,研究了环境风速对泄漏天然气扩散燃烧及相邻火灾作用下扩散过程的影响。研究结果表明,在泄漏天然气扩散并且燃烧时,环境风速小于1 m/s虽对天然气扩散方向影响明显、但对其扩散范围和速度影响较小,环境风速超过7 m/s时,天然气扩散范围和速度明显增大;在相邻火灾作用时,低风速时天然气扩散受热源作用更大,但随风速增大其对天然气扩散速度和范围影响明显增强。     

大断面隧道水雾抑制熄灭柴油池火的试验研究

文章依据Froude相似准则开展1:10缩小尺寸模型试验,研究了不同喷嘴压力下水雾抑制熄灭柴油池火过程中的物理参数变化规律,重点分析了有,无水雾作用下火源上方顶棚处温度、火羽流竖向温度、火区辐射强度以及纵向烟气温度变化规律。结果表明:弱羽流火灾竖向最高温度出现在燃料表面上方20 cm高度附近的连续火焰区,而且火灾全面发展阶段中期至后期隧道火灾危险性最大;依据试验现象及温度数据,将水雾喷嘴工作压力分为非控火水雾压力(0.2 MPa)、控火水雾压力(0.4 MPa)以及灭火水雾压力(0.6 MPa、0.8 MPa),水雾与火羽流持续作用时隧道顶部流动的水汽烟气混合物及隧道整体烟气浓度降低;隧道顶部烟气温度纵向变化可分为大幅度衰减区以及平稳衰减区;水雾控火作用下火羽流降温明显且冷却后火焰温度低于燃点温度。     

地铁施工对邻近桥梁桩基础内力影响分析

文章采用数值方法研究了城市盾构隧道施工对邻近桥梁单桩、两桩、四桩基础的应力与位移的影响,研究结果表明:(1)隧道施工使单桩近隧道侧轴向应力减小,远隧道侧轴向应力增大,其影响程度随桩与隧道水平距离的增大而减小;(2)隧道施工下穿两桩或四桩群桩基础后,桩身近隧道侧轴向应力增大而远隧道侧轴向应力减小;(3)隧道施工对群桩的影响远大于单桩,其中距隧道较远桩顶两侧应力差在隧道施工后显著增大,承台距隧道较近时远隧道桩上部混凝土可能承受拉应力作用;(4)桩竖向位移随桩与隧道距离增大而减小,若桩底位于隧道底面以下,则隧道施工后桩产生较小沉降值;(5)桩受隧道施工影响一般在桩顶水平位移最大处,桩与隧道较远时位移值随桩深线性减小,较近时呈非线性减小趋势,其中桩上部位移沿桩深减小较快,桩下部位移收敛到定值,桩顶位移在桩与隧道一定距离时最大。     

基于不同固结度下地铁运营引起的地基土动力响应分析

地铁运营时,地基土会在列车荷载-轨道系统相互作用下产生扰动。基于此,文章建立了列车荷载竖向振动模型,计算得到了地铁隧道仰拱处的荷载随时间的变化规律;并采用三维有限元法分析了受施工影响下杭州地铁1号线某区间列车运行引起的地基土振动响应。结果表明:随着地表土体与隧道中心线距离增大,地表振动出现滞后性,且强度逐渐减弱;隧道纵轴线上,位于隧道上、下方不同深度处地基土的振动规律具有一定的差异;初始固结度越小,地表的振动响应越大,而隧道下方的土体受施工扰动的影响则较小。考虑地铁施工的扰动影响对合理分析地铁运营期间的环境振动具有重要意义。     

隧道纵向消防通风的对数理论

文章介绍了一种新的隧道防火通风理论.与目前通用理论不同的是,该模型没有从Froude相似准则出发,而是通过对基本热流体动力学方程组的简化、分析,揭示了火源放热率与隧道通风速度和隧道高度之间的逻辑关系,提出了以火势为特征的隧道火灾通风理论;依据这一理论,隧道通风临界速度为火势的对数函数,进而解释了大型隧道火灾中临界速度与火源放热率无关这一重要实验现象;利用新的火势概念,该理论给出了定量的火灾分类准则,并从数学上描述了各类火灾的物理特征;与现有实验数据比较,新理论无需任何实验修正,在所有火源放热率范围内成功地预测了隧道通风临界速度,从理论上克服了现有模型中临界速度随放热率无限增大的问题.由于新理论的二维性质,隧道侧壁面对防火通风的影响仍需进一步研究.     

隧道爆破引起路基边坡振动信号的规律研究

为研究精细化延时控制爆破引起的边坡振动信号的规律,文章以黑峪隧道改扩建洞口精细化控制爆破施工为工程背景,引入等效药量、等效距离,采用量纲分析法建立新的振速衰减公式;基于4次实测数据,对其进行拟合验证,并与萨道夫斯基公式进行对比;采用小波包分析法,研究其振动能量的分布规律。结果表明:传统的萨道夫斯基公式对本工程的预测误差较大,高达27.39%,且普遍小于实测振速,不利于指导施工,而改进经验公式预测误差最大为18.41%,说明改进公式具有良好的适用性;爆破振动能量主要集中在0～109.375 Hz范围内,但在0～46.875 Hz范围的能量最为集中,大于109.375 Hz的振动能量只有1%左右;随着距离的增加,振动能量向低频部分集中,高频能量逐渐被岩体吸收。     

高寒地区隧道围岩及洞内气体温度分布规律研究

文章依托内蒙古自治区绥满国道主干线博牙高速林场隧道工程,通过设置温度监测断面,对隧道洞内气温及不同部位、不同深度的围岩温度进行了监测分析。结果表明：（1）隧道洞内气温随时间呈三角函数变化;（2）离隧道洞口越远,洞内气温年平均值越高,年温度振幅越小;（3）隧道拱脚处的温度低于边墙、拱腰和拱顶的温度,在隧道未贯通时,拱脚与拱顶最大温差可达3℃。     

运营盾构隧道不同椭圆度变形情况下受力性能分析北大核心CSCD

地下结构施工不当会对邻近既有地铁盾构隧道结构产生巨大影响。文章以广州市某地铁线路下穿施工导致既有运营地铁盾构隧道产生较大变形的工程实例为背景,分析了既有隧道结构因地层损失产生不同椭圆度变形情况下管片结构的受力情况。基于工程实测数据,运用三维有限元分析软件,考虑了管片接头处的螺栓孔等细部构造,研究了管片椭圆度与结构应力状态之间的量化关系,并分析了结构的塑性变形情况及其发展趋势。结果表明:随着盾构隧道管片椭圆度的增大,结构最大主应力值与最大剪应力值均增大,且盾构隧道结构最大剪应力与椭圆度呈线性相关关系;盾构隧道结构最大主应力随椭圆度变化更加明显,与椭圆度呈非线性相关关系。     

钢壳混凝土沉管隧道管节结构热量传递规律试验研究

为了解钢壳混凝土组合结构的耐火性能，进而为其结构设计、防火保护提供依据，利用自主研发的多功能大型耐火试验炉，在不同防火保护方案下，进行局部全尺寸构件耐火试验，研究钢壳混凝土沉管隧道管节结构在火灾高温下的热量传递规律。结果表明，火灾中防火板对管节结构有明显保护作用，无防火板保护情况下构件竖向位置出现明显的混凝土脱空现象；防火板背火面测点温度值均随炉膛温度变化呈现规律性变化，但两者并不完全同步，防火板背火面测点温度变化滞后于炉膛温度变化；火灾高温下管节结构的温度影响深度达到距离底板上表面约550 mm，混凝土断面热量传递高度约400 mm。     

基于应力判据的鸿图嶂隧道岩爆发生规律研究

本文以大丰华高速公路鸿图嶂隧道工程为依托,选取典型计算断面,采用数值模拟手段分析洞周围岩二次应力分布情况,分析岩爆产生的范围及烈度,最终完成对鸿图嶂隧道的总体岩爆预测.分析计算结果得到结论:(1)洞壁最大主应力随应力释放率增大而增大,直至应力释放系数为1.0时达到最大;(2)压力系数λ>1时,σ1的最大值位于拱顶,当λ≤1时,σ1的最大值位于边墙;(3)王兰生判据最为符合鸿图嶂隧道的实际岩爆情况,将其作为综合预测判据;(4)得到了鸿图嶂隧道全线岩爆综合预测结果.     

基于FLAC3D的层面产状对软岩隧道变形的影响研究

为研究层面产状对软岩隧道变形的影响,文章依托某层状软岩地层的高速公路隧道实际工程,通过FLAC3D软件进行建模与计算,分析不同岩层产状下对围岩变形与应力的变化规律,得到如下结论:(1)围岩变形的主方向随层面产状的变化存在不同程度偏转,随层面倾角增大逐渐从以竖向变形为主过渡到以水平变形为主,围岩的变形方向垂直于层面时变形值最大;(2)随着与洞壁距离的增大,围岩的径向应力逐渐增大,切向应力先增大后减小,切向应力较大的区域围岩出现塑性区,且由于洞壁附近围岩的切向应力远大于围岩的径向应力,存在较大的压力差,导致洞壁附近的围岩发生塑性变形,甚至产生剪切破坏。     

围岩空间变异性对隧道结构可靠度的影响分析

采用随机场模型能够有效地模拟围岩参数的空间变异性。文章将局部平均随机场理论、有限差分法和Monte-Carlo模拟结合在一起,得到了Monte-Carlo随机有限差分法,基于该方法编制了可考虑围岩空间变异性的隧道结构可靠度计算程序;并将围岩密度、弹性模量和内摩擦角等参数视为三维正态随机场,研究了围岩的竖向与水平向相关距离的变化对隧道结构可靠度的影响。计算结果表明,围岩空间变异性会显著影响隧道结构的可靠度,为了获得更为经济合理的支护方案,在支护设计时考虑围岩参数的空间变异性很有必要;围岩竖向或水平向相关距离的增大均会引起隧道结构失效概率的增加,但影响程度不同;隧道结构失效概率对围岩竖向空间变异性更加敏感,故在工程勘察费用较少时,可考虑将勘察费用更多地投入到竖向相关距离的勘测,水平向相关距离可参考已有经验数据取值。     

高水压单线铁路隧道二次衬砌水压设计限值研究

随着我国高速铁路建设的快速发展,深埋长大山岭隧道的修建数量明显增加,隧道遭遇高水压的问题也更为突出。如何合理地进行高水压隧道的衬砌设计,是目前隧道工程界重点关注的问题之一,其中二次衬砌水压预测及设防等级的确定是制约设计的关键环节。文章通过对已建典型高水压隧道的分析及理论计算,研究了高水压隧道二次衬砌水压设计的限值。研究表明:(1)高水压隧道衬砌的设防等级应有一个上限;(2)二次衬砌厚度取值以不超过1 m为宜,继续增大厚度对提高结构安全性效果不明显;(3)单纯通过提高混凝土强度来达到提高二次衬砌结构承载力的目的并不是很理想,高水压隧道二次衬砌合理强度等级以取C40~C50为宜;(4)从衬砌安全性综合考虑,高水压隧道抗水压的最大限值以取1.2 MPa为宜,不宜过大。当实际预测水压超过此值时,应采取综合措施将衬砌水压调整在合理范围内。     

拱肩裂纹对隧道稳定性影响的数值分析与试验研究

文章利用Abaqus软件,分析了拱肩裂纹对直墙拱形隧道整体稳定性和强度的影响,归纳了模型的破坏规律;数值模拟计算出了隧道周边各点的Tresca应力和裂纹尖端的应力强度因子YI和YⅡ,并采用模型试验对模拟结果加以验证。结果表明,拱肩处的贯通裂纹会降低直墙拱形隧道的整体稳定性及强度,随着裂纹与侧壁夹角θ的变化,裂纹对隧道的影响程度有所不同,当θ=130°时,裂纹对直墙拱形隧道的整体稳定性及强度影响最大,裂纹尖端的无量纲应力强度因子YⅡ也最大,应力集中现象最为明显。     

散岩堆积体中特大断面公路隧道洞口段合理施工工法研究

为研究散岩堆积体中隧道洞口段最适宜的开挖方式,文章以火凤山隧道(双线隧道)为工程背景,采用拉格朗日有限差分软件FLAC3D建立土体三维计算模型,对施工期隧道洞口段分别采用三台阶、三台阶预留核心土、三台阶七步法、CD法和CRD法共五种工法进行数值模拟开挖,分析不同施工工法下围岩应力分布及变形规律,提出适用于散岩堆积体地层条件下的隧道洞口段施工工法。研究结果表明:从隧道竖向位移分析得出,五种工法对应的最大位移分别为28.18cm、25.90cm、21.43cm、18.58cm、14.13cm;从围岩应力来看,五种工法围岩应力分布规律上并未出现明显区别,只是在量值上有一定差异;随着围岩的不断开挖,隧道埋深逐渐增大,隧道各特征点的最大位移值也不断增大;在掌子面前方一定范围内,即开挖断面还未达到监测断面的部分区域已经产生了一定的变形,但是变形较小;当开挖断面推进到监测断面时,随着开挖面的推进,拱顶下沉不断增大,其特点是初期下沉速率很大,而后随离开掌子面的距离变大,其速度逐渐减缓,并趋于稳定,围岩收敛先快速增长后逐渐平稳。     

广巴高速某隧道不同岩性围岩变形特征分析

通过对某隧道右线典型断面监控量测数据的回归分析,结合该隧道围岩性状的变化,阐述了泥岩和砂岩两种不同岩性围岩变形随时间变化的基本规律,并建立模型分析了其动态变形特征。根据该隧道围岩具有急剧变形和缓慢变形两个明显阶段的特点,在分析和评价围岩稳定性的基础上,预测了与实测结果基本吻合的二次衬砌的施作时间,并通过ANSYS进行了验证。结果表明,应力对岩体稳定时间的影响与模型稳定时间吻合。