公路隧道巷道式施工通风瓦斯分布研究

为探究瓦斯公路隧道巷道式施工通风中瓦斯的体积分数分布规律,利用流体力学研究软件FLUENT建立三维隧道模型并进行了数值仿真计算,通过对隧道内部整体、掌子面附近和主洞与横通道连接处瓦斯体积分数分布的研究,分析了隧道内部瓦斯分布的具体特点并深入探讨了内部回流区、涡流区和瓦斯容易聚集的位置。模拟结果表明： 瓦斯从一侧主洞涌出后,不会对另一侧造成污染; 涡流区瓦斯体积分数明显大于周围区域; 风管所在一侧截面上瓦斯体积分数分布明显低于异侧。     

TBM隧道施工SPS（持续、均衡、快速）作业法研究及应用

TBM法隧道施工技术在我国已经得以大力推广,同时施工的TBM数量已达40余台（套）,有TBM施工业绩的企业近20家。TBM法隧道施工规模的扩大,并未能带动整体施工水平的全面提升,TBM掘进施工速度差异巨大且不均衡已经成为较为显著的问题,导致工期延迟、成本增加,造成巨大的经济和社会效益损失。结合近20年的TBM施工实践,探索并实施SPS作业法,即TBM持续、均衡、快速施工技术,提出“3个基础”“10项措施”实现适宜地质条件下TBM持续、均衡、快速施工;而在恶劣地质条件下,通过完善设备功能与性能、改进施工工艺,提升TBM工程适应性; 从而促进TBM工法科学、可持续发展。     

特大型溶洞隧道综合处治方案及施工技术

为解决岩溶地区公路隧道修建过程中特大型溶洞难跨越的问题,采用理论与现场相结合的方法,综合考虑特大型溶洞的特点与处治难点,提出采用"承载桩基-纵横框架梁板-钢筋混凝土挡墙"组合处治结构与洞渣回填综合处治的方案,在此基础上建立一套以回填为基础、自下而上交叉施工处治结构的施工方法,并提出洞渣回填、承载桩基、纵横框架梁板结构及钢筋混凝土挡墙结构施工等关键技术。现场施工实践证明,该溶洞处治效果良好,能保证隧道施工安全与结构安全。     

海洋环境下混凝土中钢筋加速锈蚀研究

为研究海洋环境下氯离子渗透导致混凝土中钢筋电化学腐蚀行为、锈胀裂缝发展及锈斑分布情况,同时为青岛地铁高性能混凝土配合比的优化及耐久性能提供试验依据,设计了上置腐蚀溶液槽的钢筋混凝土试件,并针对C40、C50、C50S和C55 4类钢筋混凝土试件开展恒电位加速试验。试验结果表明： 采用本试验方法加速钢筋混凝土锈蚀,靠近混凝土保护层一侧的钢筋锈蚀严重,钢筋出现点蚀现象,与自然环境下钢筋锈蚀情况一致; 依据交流阻抗谱图拟合的钢筋电荷转移电阻随腐蚀时间增加而下降,依据计算的腐蚀电流密度,测试的钢筋电流演变拐点可确定C40、C50、C50S和C55混凝土中钢筋脱钝时间分别为60～70、80～90、90～100、100～110 h,钢筋混凝土锈胀开裂时间分别为120、136、176、264 h; 采用图像处理软件依据灰度值不同可实现锈斑分布的定量计算,混凝土护筋能力排序为C55>C50S>C50>C40。     

清华园盾构隧道复杂互层地层下的掘进参数研究

为探明北京地区大直径泥水平衡盾构在复杂互层地层下的掘进参数变化情况,依托北京地区目前最大直径泥水平衡盾构工程清华园隧道,使用数理统计的方法针对盾构由粉质黏土掘进至卵石土、砂、粉质黏土互层地层时盾构掘进参数的变化规律及波动情况进行研究。研究结果表明： 泥水平衡盾构在粉质黏土区域掘进时,盾构刀盘转矩及盾构推力波动情况不明显;泥水平衡盾构在复杂互层地质条件下掘进时,盾构刀盘转矩及盾构推力分别增长46.43%和46.03%,同时盾构刀盘转矩的波动情况较粉质黏土区域有所增长,而盾构推力的波动情况与粉质黏土区域类似。     

蒙华铁路三荆段深埋软弱围岩隧道荷载研究

《铁路隧道设计规范》中的深埋围岩压力公式没有考虑隧道拱部围岩本身的承载作用以及超前预支护作用,荷载计算结果偏大。为验证深埋隧道初期支护结构实际承受的围岩压力荷载,以蒙华铁路三门峡至荆门段现场监测数据为依托,通过分析围岩变形监测资料,探讨蒙华铁路隧道围岩及结构在隧道开挖过程中的变形行为,并采用拱顶沉降与水平收敛相结合的位移反分析法,建立荷载-结构法平面有限元模型,反演推导围岩压力荷载。分析结果表明:双线隧道反分析得出的围岩荷载为同级别按规范计算值的70.7%~76.5%;单线隧道反分析得出的围岩荷载为同级别按规范计算值的88.8%~93.1%。研究成果对蒙华铁路隧道现场施工和优化支护结构设计起到了很好的指导作用,希望能对以后类似隧道工程的设计和施工提供参考。     

砂质黄土地下车站分幅施工变形规律研究

目前尚无地下车站主体结构分幅施工的先例,也没有此种情况下明确的不均匀沉降控制标准。兰州中川机场地下车站采取主体结构分幅施工,通过调研相关规范与文献,制定该地下车站不均匀沉降控制标准。采用FLAC3D软件,分析不考虑结构顶部回填土和考虑结构顶部回填土2类共7种工况下的地基不均匀沉降变形潜势及车站结构受力情况。结果表明:兰州中川机场地下车站变形潜势可分为安全、单指标预警、双指标预警、临界(一指标达到即可)、超限(一指标达到即可)等5个级别;对不均匀沉降而言,设后浇带左右半幅施工在施工期和长期均有利。对结构受力而言,设后浇带左右半幅施工在施工期有利,但对长期受力不利,推荐采用不设后浇带左右半幅施工方案;砂质黄土条件下地下车站主体结构不同施工工况变形潜势差异明显,左右半幅2种工况分别出现双指标预警和单指标预警的变形潜势等级。     

基于磨损比耗指数的滚刀磨损定量预测方法

为定量预测盾构掘进复合地层时不同刀位的滚刀磨损量,以滚刀磨损的逐刀量测及相应的破岩体积的分层统计为基础,将位置各异的滚刀磨损比耗指数(SWI)——滚刀磨损增加量与破岩体积之比,按滚刀掘进地层进行分类统计,得到以掘进参数为自变量、适用于4种均质地层的SWI回归方程。将SWI回归方程与磨损量的分层求和法相结合,提出基于磨损比耗指数的复合地层滚刀磨损的定量预测方法。研究表明:1)磨损比耗指数同时考虑磨损量与滚刀安装位置、掘进距离的关系,物理意义明确;2)SWI回归方程预测精度较高,可为刀圈极限磨损预测提供掘进参数预警值。通过分析方程系数与岩性的相关性,提出在不同地层中有利于减缓滚刀磨损的掘进参数调整方法。实测结果表明,复合地层滚刀磨损定量预测方法在磨损量预测,尤其是滚刀寿命预测中具有较高的精度。     

盾构隧道开挖面涌水对地表沉降及管片内力的影响分析

土压平衡盾构在高水压砂层中掘进时,施工措施不当会使开挖面发生涌水涌砂险情,进而引起较大的地表沉降,土体下沉会使得管片严重变形,威胁施工人员的生命安全。以武汉地铁7号线小东门至武昌火车站盾构区间为研究背景,通过建立精细化数值模型,考虑水土流固耦合作用,研究土压平衡盾构在砂土层中掘进时开挖面涌水对地表沉降及管片和螺栓内力的影响。结果表明:开挖面涌水量与地表沉降呈线性关系,与管片螺栓内力呈非线性增长关系,较大的涌水量使隧道拱顶处发生严重的挤压变形,进而引起管片破损及螺栓屈服。因此,当开挖面发生涌水涌砂险情时,为防止地表严重下沉及管片破损,应尽快采取紧急措施减小涌水量。     

瓦斯突出隧道掘进工作面瓦斯涌出强度影响因素分析及控制措施研究

为掌握和控制瓦斯涌出的危险性,结合煤层瓦斯流动理论,分析隧道掘进时瓦斯涌出的规律,提出瓦斯突出隧道瓦斯涌出强度的计算方法及控制措施,并指出瓦斯抽放是控制瓦斯突出隧道瓦斯涌出强度的重要措施。研究结果表明:采取合理有效的瓦斯涌出强度控制措施后,掘进工作面瓦斯涌出强度可以控制在0.5 m~3/min以内,可以极大地提高瓦斯突出隧道的施工安全性。