全球最深超大型竖井工程顺利贯通

全长18．02km的秦岭隧道为了实现各种运营条件下的通风要求,采用了3座竖井的纵向通风方式,宛似在隧道上方开了三个“天窗”,将隧道分成自成体系的送排风区间。从北向南通风区间的长度分别为3930m,4316m,4949m,4825m,从而缩短了送排风的距离。在隧道顶部的射流风机与竖井内的轴流风机相结合形成了“接力传递”式通风系统,从而能有效地改善隧道内的空气质量。     

基于流体力学相似理论的“互补式+排烟竖井”组合通风模型试验研究

为研究"互补式通风+排烟竖井"组合通风方式隧道内风速变化规律,采用物理试验研究手段,对初步拟定的隧道通风方案进行模拟研究。针对营尔岭隧道建立1∶10的通风物理模型,观察隧道模型各区段内气体的流动状态。研究结果表明:竖井采取排风状态,打开上行隧道竖井阀门,增大竖井风机频率时,上行隧道送风段及其短道段风速保持稳定,排风段风速减小;下行隧道送风段内竖井到隧道出口段风速减小,竖井到右线横通道段风速保持稳定,短道段和下行隧道排风段风速增大;打开下行隧道竖井阀门,增大竖井风机频率时,上行隧道内的风速均保持增大;下行隧道排风段风速有缓慢增加趋势,但总体上各个区段的风速基本保持稳定。     

公路隧道通风竖井温度应力三维数值模拟与分析

采用三维数值模拟的方法,对单井中隔板分离送排风一体的井筒温度应力进行分析和研究,揭示通风竖井井壁、中隔板和地层温度的季节性变化规律,并分析温度附加应力的动态变化规律,为通风竖井井壁和中隔板的应力、应变监控量测提供理论支撑,保障通风竖井的安全运营.模拟和分析的结果表明,进风筒井壁和地层中温度分布受气温季节性变化的影响而呈周期性变化,排风筒井壁和地层中温度分布基本上不受气温变化的影响;由温度产生的附加应力很大,主要以竖向温度应力为主,最大值达到12MPa左右;温度应力随季节呈周期性变化,排风筒一侧,上半年递增,在夏季达到峰值,下半年递减,而进风筒一侧和中隔板恰好相反;温度应力随着井深的增大逐渐增大,竖向温度应力峰值出现在基岩层的竖井井壁和中隔板中;进风筒一侧的温度应力远大于排风筒一侧.     

矩形断面综合管廊线缆舱通风阻力系数数值仿真研究

为探究城市综合管廊通风阻力影响因素和计算方法,通过调研综合管廊通风系统设计和交通隧道通风阻力的相关研究成果,得到综合管廊线缆舱单位长度通风阻力系数的计算公式。建立综合管廊线缆舱三维数值模型,利用ANSYS FLUENT软件并采用标准双方程模型对通风障碍物比例约为15%的综合管廊线缆舱室内部支架、线缆和热效应对通风的阻力影响进行模拟。分析得到： 1)相较于内部无支架、线缆的综合管廊线缆舱,有支架、线缆时对通风阻力影响极大; 2）随着通风风速的增大,综合管廊线缆舱通风阻力逐渐增大,而通风阻力系数减小,且逐渐趋于稳定; 3）进口空气温度、线缆发热及舱内温度产生的热效应对通风的阻力效应有一定的影响,且随着进风温度增大,通风阻力和通风阻力系数逐渐降低。     

三维激光扫描技术在桥塔监测上的应用

为了降低米仓山竖井联络风道的施工难度,加快施工速度,从通风风阻的角度对联络风道取消二衬的可行性进行研究,通过采用FLAC3D软件对右线送风通道风机与隧道间变截面段建模,对在有二衬和无二衬(壁面平滑处理)2种情况下的风道中心面压力和速度大小随入洞距离的变化进行研究。研究结果表明,取消联络风道二次衬砌会增大风道横截面积、减小风速,有助于减小通风摩擦阻力,减少压力损失,最终降低建设成本和运营成本。     

米仓山隧道深大竖井建井新法

为解决目前公路行业面临的大直径竖井建设缺乏相关规范支撑和竖井主要采用复合式衬砌及单行掘砌作业带来的工序复杂、建井速度慢、缺乏相应施工机械配套和安全性较差等难题,通过吸收煤矿深大竖井主流支护与掘砌技术,结合公路运营情况考虑送风井与排风井分设或通过中隔墙合设的布置方式,在公路行业现有支护与掘砌技术的基础上,对米仓山隧道通风竖井进行多方案研究,最终选定单层模筑混凝土衬砌与短段掘砌混合作业单井布置方案,并采用该方案安全快速地建成净直径9 m、深431.8 m的深大竖井。工程实践表明： 1)在同等通风面积下双井工程量要小于单井工程量,但由于其配套施工设备造价高,单井造价要低于双井造价; 2)单层模筑混凝土衬砌与短段掘砌混合作业方式在进度和施工安全等方面优于复合式衬砌及掘砌单行作业方式,可作为公路深大竖井建井新方法。研究结果可为今后深大竖井的修建提供技术支撑和为规范的修订积累经验。     

曲线公路隧道沿程阻力损失数值模拟

基于不可压缩粘性流体的N—S方程和k—ε两方程湍流模型,采用CFD方法对曲线隧道通风沿程阻力损失进行模拟计算。结果表明:曲线隧道中即增加了摩擦阻力损失也增大局部阻力损失;曲线隧道断面形式和通风速度对沿程阻力系数的影响较小,在距入口600m后沿程阻力系数基本达到稳定,入口段沿程阻力系数偏大;沿程阻力系数随半径的减小逐渐增大,半径较小时,增大尤为明显,并提出了小半径隧道沿程阻力系数的计算方法。     

特长公路隧道正洞送排风口间短道流态数值分析研究

结合特长公路隧道竖井送排通风系统设计方案,运用了计算流体动力学(CFD)方法对隧道正洞送排风口间短道流态进行三维数值分析,确定出短道流态的影响因素,并给出确保短道流态满足设计要求的土建设计方法和运营风量调控措施,结论可供相关通风工程设计参考.     

华蓥山特长公路隧道地下风机房设计与施工

为解决长大隧道通风问题,通常采用的是竖井、斜井分段送排风方式并配备地下风机房,而我国对地下风机房的研究正处于起步阶段。结合正在施工的四川省南充—大竹—梁平(川渝界)高速公路华蓥山特长公路隧道,介绍地下风机房的适用条件、布置方式、结构支护、防排水及施工方案等。实践证明:地下风机房能有效地解决隧道通风运营及管理问题,虽然施工难度大、工程造价较高,但具有占地少、风机房内四季温差小、便于管理等优点,值得推广应用。     

特长公路隧道联络风道的通风方案优化

为了降低米仓山竖井联络风道施工难度、加快施工速度,从通风风阻的角度对联络风道取消二衬的可行性进行研究,通过采用FLAC3D软件对右线送风通道风机与隧道间变截面段建模,对有二衬和无二衬(壁面平滑处理)两种情况下的风道中心面压力和速度大小随入洞距离的变化进行研究。结果表明,取消联络风道二次衬砌会增大风道横截面积,减小风速,有助于减小通风摩擦阻力,减少压力损失,最终降低建设成本和运营成本。     

公路特长隧道分段通风与主体工程一体化设计研究

文中指出当前公路特长隧道存在分段通风方案制约主体工程进度的问题,通过分析分段通风方案与主体工程之间的关联要素,提出一体化设计理念作为解决方案,并制定一体化设计流程"六步法"和关键原则。同时针对分段计算、通风井断面、设计风压、排风口面积等重要参数进行分析,结合运营需求给出通风区段划分计算方法,弥补了通风设计细则中关于隧道通风分段个数规定的不足,从而加快了通风井长度、通风井断面等关键因素的确定速度,缩短了项目建设周期。     

公路隧道互补结合竖井送排的改进型混合通风方式研究

针对特长公路隧道常规分段纵向式通风系统运营费用昂贵的问题,提出采用双洞互补与竖井送排相结合的改进型混合通风方式。在理论分析的前提下给出换气横通道与竖井的合理结合方案,详细推导适用于超出常规双洞互补通风方式限制长度的隧道的改进型混合通风方式计算方法;通过比较传统分段通风方式和改进型混合通风方式的交通风与隧道结构利用效率,对改进型混合通风方案的经济效益进行工程实例分析。结果表明：改进型混合通风方式与常规分段纵向式通风方式相比,前者有效地提高了交通风的利用率,降低了由于交通风太过富余而对隧道通风产生的不利影响,同时减少了资源的浪费;在最不利的行车阻滞工况下,改进型混合通风方式需要通过竖井进行送排的风量之和由1 723.06 m³·s^-1降至804.62 m³·s^-1,降幅达53.3％,有效地减少了轴流风机的功率,降低了对竖井的设计要求;在隧道通风最不利工况下,射流风机的配机功率提高了84%,轴流风机配机功率降低了52.4%,虽然射流风机购置费用增加,但总配机功率仍然减少13.1%,极大地节省了运营费用;在土建方面,改进型混合通风方式增加了2个横风道,取消了部分送排联络通道,相互抵消,但竖井的规模减小,土建费用有所下降;改进型混合通风方式增加了2条排烟通道,解决了双洞互补通风方式中火灾排烟困难的问题。     

特长城市复杂隧道通风系统运营优化研究

为解决特长城市复杂隧道通风系统因计算复杂而导致的运营规划困难、验证初始理想运营设计方案是否可靠等问题,针对某特长城市复杂隧道,采用SES通风软件,对南北线隧道在不同运营工况下的通风量进行模拟计算。计算比较不同车速工况下隧道风机总装机功率和洞口排污比例,确定隧道轴流风机和射流风机的开启位置和开启数量;分析阻滞工况下隧道内部和出口的污染物体积分数情况,验证优化方案的可行性。经研究发现： 车辆行驶产生的活塞风不能满足特长城市复杂隧道正常运营需风量的需求,需开启部分射流风机; 离隧道主线出入口过近的排风井排污效果较差,开启后会增大隧道通风能耗。     

公路特长隧道互补式通风模式的火灾安全性研究

互补式通风是近年来出现的一种新型、节能的通风模式。为了研究和评估其在火灾工况下的安全性,采用火灾模拟软件FDS建立了隧道局部模型。根据设备性能及管理水平,设定联络风道内风机及风阀关闭时间为120 s。然后分析了着火后相邻隧道内的火灾烟气蔓延规律、温度场分布以及能见度状况。分析结果表明:联络通道风阀关闭前,将会有少量烟气蔓延至相邻隧道,根据温度场和能见度场判断,影响程度在可控范围内;联络通道内风阀关闭后,相邻隧道不再受着火隧道影响。对照国际道路协会(PIARC)研究报告中的人员安全标准,互补式通风模式能满足火灾情况下的安全运营要求。     

米仓山公路隧道出口段施工通风方案设计

近年来中国基础建设事业蓬勃发展,公路里程大幅增加,随之涌现出了一大批长大隧道。在隧道施工和运营中,通风设计是必不可少且非常重要的一个环节。该文以米仓山特长公路隧道为例,对米仓山隧道施工期间通风方案进行设计,并对长大隧道通风方式的选择、施工工区的划分、风量风阻的计算以及通风布置等方面进行了探讨和分析。结果表明:①长距离独头掘进隧道计算需风量时应考虑隧道内作业人员、爆破、内燃机械以及最低风速4个因素,并应结合实际情况对某些参数的取值进行扩大;②在考虑射流风机克服隧道阻力的同时,还应增设局扇驱散局部聚集的粉尘及有害气体,如二衬施工处;③长距离独头掘进隧道应充分利用斜井、竖井进行通风,从而减小通风距离,达到理想的通风效果。     

开孔开槽交通标志板风荷载风洞试验（双语出版）

为了研究局部开孔或开槽等措施对减小交通标志板风荷载的影响效果,设计了可以实现多种开孔开槽方式的标志板试验模型。通过刚性模型测压风洞试验,得到16种不同开孔、开槽方式下的非均匀开孔板表面风压数据,获得不同工况下板表面的平均风压分布特性,分析单排孔位置、单列孔位置、多排多列孔位置及单槽双槽等因素对交通标志板表面平均风压分布、阻力系数和扭矩系数的影响规律,进一步分析各工况下板平均阻力系数随孔隙率的变化规律,以及扭矩系数随风向角的变化规律。研究结果表明：风向角为0°~45°时,板的阻力系数变化很小,风向角为45°~90°时,板的阻力系数呈线性减小;0°风向角下,开孔或开槽板迎风面风压系数基本不变,背风面孔或槽附近平均风压系数幅值增大;当孔隙率小于5%时,板阻力系数对孔隙率、孔位置和开槽数量均不敏感,标志板风荷载减少的主要原因在于受风净面积的减少;孔隙率较大时,减小板阻力系数的效果相对明显;给出了非均匀开孔情况下,板阻力系数与孔隙率的建议公式;板在45°斜风向下产生最大扭矩系数,开孔或开槽都能够显著减小斜风向下绕板竖向中心轴和边缘竖轴的平均扭矩系数,其中45°风向角时影响更为显著;孔隙率较大时,扭矩系数减小效应更为显著。     

开孔开槽交通标志板风荷载风洞试验

为了研究局部开孔或开槽等措施对减小交通标志板风荷载的影响效果,设计了可以实现多种开孔开槽方式的标志板试验模型。通过刚性模型测压风洞试验,得到16种不同开孔、开槽方式下的非均匀开孔板表面风压数据,获得不同工况下板表面的平均风压分布特性,分析单排孔位置、单列孔位置、多排多列孔位置及单槽双槽等因素对交通标志板表面平均风压分布、阻力系数和扭矩系数的影响规律,进一步分析各工况下板平均阻力系数随孔隙率的变化规律,以及扭矩系数随风向角的变化规律。研究结果表明:风向角为0°～45°时,板的阻力系数变化很小,风向角为45°～90°时,板的阻力系数呈线性减小;0°风向角下,开孔或开槽板迎风面风压系数基本不变,背风面孔或槽附近平均风压系数幅值增大;当孔隙率小于5%时,板阻力系数对孔隙率、孔位置和开槽数量均不敏感,标志板风荷载减少的主要原因在于受风净面积的减少;孔隙率较大时,减小板阻力系数的效果相对明显;给出了非均匀开孔情况下,板阻力系数与孔隙率的建议公式;板在45°斜风向下产生最大扭矩系数,开孔或开槽都能够显著减小斜风向下绕板竖向中心轴和边缘竖轴的平均扭矩系数,其中45°风向角时影响更为显著;孔隙率较大时,扭矩系数减小效应更为显著。     

在逆断层下盘开挖时距离对隧道围岩的影响研究

基于数值模拟方法,对隧道在逆断层下盘开挖时,隧道与断层之间的距离对隧道围岩的影响进行了研究.研究发现,隧道的开挖导致了断层的活化;随着隧道边界与断层边界之间的距离L变大,围岩的最大位移和最大增量位移逐渐由隧道的向断层一侧转向隧道的顶部,且随着L的增大,围岩最大位移和最大增量位移非线性减小,最后趋于稳定值;当L较小时,隧道两侧应力不均衡,随着L的增大,隧道两侧的应力逐渐变得均衡;断层对变形和应力有屏蔽作用;隧道稳定安全系数开始时随L的增大而增大,但当L增加到一定值后安全系数就不再增大.结果表明,随着隧道离断层距离的不同,断层对隧道围岩的影响也不同;本文的研究结论可为隧道的布置和施工措施提供重要依据.     

某SUV气动减阻优化及其流场机制

为了提高整车燃油经济性,本文以某款SUV车型为研究对象,将仿真与试验相结合改善汽车行驶过程中的气动阻力系数。首先通过风洞试验确定对整车气动阻力有重要影响的区域或部件,其次对气动阻力系数贡献值较大的部件或区域进行减阻优化。结果表明,前轮阻风板、尾灯和尾翼对整车气动阻力系数贡献值较大。对前轮阻风板的改型,有效降低正压区面积以及减弱车轮干扰阻力;对尾灯和尾翼的优化设计,改善了尾部负压区,缩短了分离流在后窗上部的再附着的距离。基于本征正交分解方法进行局部流场信息的提取和分析可知,1阶与2阶模态主要构成了该SUV尾流场的关键流态。经试验与仿真验证,相比于初始方案,气动优化组合设计减阻率可达7.5%。本文为新一代SUV改型与升级换代提供了理论基础与技术支持。     

高墩稳定性研究分析

以矮寨刚构桥为工程背景,利用MIDAS/Civil建立有限元模型,对高墩进行稳定性分析,主要考虑风荷载、初始偏心及局部材料缺陷对高墩稳定的影响.结果表明,在风荷载作用下,高墩稳定性较好,表现为顺桥向弯曲失稳;随着初始偏心距的增大,桥墩的稳定安全系数逐步减小,同时由于高墩的细长比较大,其位移效应不能忽略,在对其进行稳定性分析时,应考虑几何非线性的稳定安全系数;高墩的稳定安全系数随着局部材料强度的降低而逐渐减小,局部材料缺陷发生位置越靠近墩底,其安全稳定系数越低.