公路隧道群洞口污染物扩散特性与窜流机制研究

随着多条隧道洞口近接的公路隧道群数量不断增多,隧道洞口间污染物集聚及交叉影响问题日益突出,然而现有研究中参数范围较小,尚缺乏隧道污染物窜流机制的系统分析。采用CFD模拟结合比尺模型试验研究了公路隧道群洞口污染物扩散过程,分析了20～320 m间距下隧道洞口的污染物扩散流场特征和窜流比变化规律,结合上游射流、下游抽吸影响范围,构建了污染物窜流模型,并得到了可用于工程计算的窜流比经验公式。结果表明：（1）隧道污染物扩散受到上游隧道洞口射流发展和下游隧道抽吸的共同作用。上游隧道污染物扩散符合三维壁面射流理论,开口段各断面的风速、污染物浓度扩展范围及衰减率相近,在分布上满足相似性。下游汇流段长度较短,抽吸未改变上游射流形态。（2）隧道污染物窜流受结构参数L/D（隧道洞口间距/隧道水力直径）和运营参数vup/vdown（上下游风速比）的共同影响,两者对窜流的作用相互独立。随L/D增大,窜流比φs与窜流浓度比φc同步减小;随vup/vdown的增大,φs先保持不变后逐步减小,而φc则先增大后趋于稳定,且该规律并不受隧道断面形式影响。（3）研究构建的窜流比经验公式,与已有研究吻合良好,且适用范围更广...     

基于不同优化算法的隧道洞口段拱顶沉降SVR预测模型及其比较评价

准确预测隧道洞口段沉降变形是保障安全进洞的重点工作，如何解决输入层维度高的问题以及准确描述机器学习预测模型的性能意义重大。因此，将主成分分析法（PCA）、优化算法和支持向量回归机（SVR）相结合，提出6个基于PCA和优化算法的SVR组合预测模型。首先，通过PCA筛选影响拱顶沉降的主要因素；其次，采用遗传算法（GA）、粒子群算法（PSO）和灰狼算法（GWO），对SVR的惩罚因子和核参数进行寻优；最后，将组合预测模型应用到温州市石鼻头隧道，采用相关性系数（R）、均方根误差（RMSE）和平均绝对误差（MAE）对预测模型的性能进行比较评价，并构建模型查询表。结果表明：组合预测模型均有较高精度，R≥0.987 0,RMSE≤6.792 4 mm,MAE≤3.493 7 mm;PCA降维后，GA优化后的SVR预测模型的预测效率提高了65%,PSO和GWO优化后的SVR预测模型减少了输入层维度，但需要更大的k值，降低了预测效率，PCA-GWO-SVR模型尤为明显；PCA-PSO-SVR预测模型的鲁棒性更强。     

新大瑶山隧道砂岩区高压突水的注浆技术

新大瑶山隧道穿越砂岩段揭露一高压出水点,出水点压力为3～4 MPa,流量为430 m3/h左右,水头喷射距离达47m,在突水治理中采取了引排水、施作止水墙、顶水注浆和全断面帷幕注浆综合技术措施,成功地封堵了高压突水,取得了理想的技术经济效果.文章介绍了新大瑶山隧道的工程概况、工程地质及水文地质条件,以及涌突水情况和治理措施.     

局部水压作用下单线铁路隧道衬砌设计参数研究

隧道运营后衬砌开裂的主要原因之一是由于衬砌受到了较大的局部水压作用。为解决局部水压显现明显地层中衬砌设计依据不足的问题,文章采用现场试验和数值模拟手段,研究局部水压作用下铁路单线隧道标准设计图的Ⅱ级围岩曲墙带底板衬砌形式和Ⅲ级围岩曲墙带仰拱衬砌形式的受力特征和安全性,并对衬砌安全系数提高措施的作用效果进行分析,提出了局部水压作用下衬砌的设计参数。研究结果表明:衬砌各部位的安全系数分布较离散,衬砌受局部水压作用的部位是薄弱部位;采用增大衬砌厚度和增加钢筋量的措施可明显提高钢筋混凝土衬砌的安全性,提高混凝土等级措施不能提高衬砌安全性;曲墙带仰拱衬砌的安全性明显优于曲墙带底板衬砌,通过增大衬砌厚度和增加钢筋量的措施,曲墙带底板衬砌最大能承受0.2 MPa水压,曲墙带仰拱衬砌最大能承受0.5 MPa水压力,在较大水压力作用下建议优先采用增大曲墙曲率的方法提高衬砌的安全性。     

浅埋大偏压双洞六车道无中导洞连拱隧道进洞施工技术

云南省国家高速公路网G56楚雄（广通）至大理高速公路扩容工程金山隧道为六车道无中导洞连拱隧道。隧道侧穿岩层破碎的陡峭山坡，全隧道均为浅埋大偏压地形，且侧下方临近既有高速公路和乡道。隧道进口洞口段偏压尤为严重，存在大范围负埋深段落。为保证金山隧道进口进洞施工顺利开展，避免山体扰动影响既有公路运营，从隧道结构、山体加固及开挖施工等方面提出综合技术方案：（1）隧道洞口负埋深段以桩基承台+薄壁耳墙结构提供外侧竖向基础及横向支撑，抵抗山体偏压作用；（2）上部锚索与下部钢管桩加固方式增强洞口坡体横向稳定性；（3）隧道洞口实施半明半暗盖挖施工，减小围岩扰动。金山隧道进口进洞方案现场成功实施，不仅为全线按计划顺利通车创造了良好条件，还为大偏压大跨度无中导洞连拱隧道洞口段施工积累了工程经验。     

盾构接收钢套筒内填料压力主动调控试验研究

地铁隧道工程盾构钢套筒接收施工中，钢套筒内填料与地层之间的压力平衡控制是保证工程安全的关键。为实现主动调控钢套筒内填料压力，将常规钢套筒的固定盖板改进为可沿套筒纵向自由滑动的活塞式盖板，并提出相适应的液压调压法和机械调压法。按照1∶5的比例设计钢套筒模型试件，针对注水增压、泄水减压、低内压水平下的机械增压、高内压水平下的机械增压和机械减压等工况开展模型试验，研究填料压力随外接液压、机械推力的变化规律和影响机理以及千斤顶反力和钢套筒筒身变形规律。研究结果表明：液压调压过程钢套筒内填料压力随外接液压呈线性、等比例变化；较低填料压力（≤0.15 MPa）条件下的机械增压，填料压力随千斤顶压力变化展现出多段非线性特征；较高填料压力（>0.15 MPa）条件下，填料压力随机械调压过程稳定变化。两种方法均可达到可控的钢套筒内填料压力主动调节效果，需根据调控方法特点、工程施工能力和调控技术需求进行灵活选择。     

山岭隧道爆破效果神经网络评价模型及爆破参数优化决策方法研究

针对山岭隧道爆破开挖普遍存在的超欠挖过大、渣体块度不适等问题，分析了造成这些问题的主要因素，确定了隧道爆破开挖效果评价指标体系，建立了以爆破块度和超欠挖量为预测目标的隧道爆破效果神经网络评价模型，提出了基于深度学习的隧道爆破渣体块度实例分割算法，形成了山岭隧道爆破参数优化决策方法，进而开展了工程应用与验证。结果表明：（1）基于深度学习的隧道爆破渣体块度实例分割算法检测出的块体大小与真实值误差小于6.9%（置信度为95%），实现了隧道渣体块度样本数据的快速获取；（2）经148组工程实践样本数据训练后的隧道爆破效果神经网络评价模型能够较为准确地预测出爆破渣体块度与超挖量；（3）爆破参数优化后试验断面的平均线超挖量均在10%左右，较原方案降低了50%以上；实测得到的渣体块度与超挖值与模型预测结果一致性良好，偏差小于20%。     

采用压密注浆定量纠偏运营地铁盾构隧道技术研究

为解决运营地铁盾构隧道受周边建设项目施工影响发生偏移的问题，提出一种可量化回调量的注浆纠偏方法。通过对压密注浆过程的理论研究和有限元分析，重点研究压密注浆对盾构隧道的纠偏机理，提炼出关键参数，建立注浆作用下盾构隧道竖向位移和水平位移的理论模型和计算公式。分析结果表明，地层压密注浆可有效回调运营地铁盾构隧道发生的位移和变形，可采用体积应变法进行压密注浆模拟，隧道位移可通过分层总和法进行计算，纠偏效果主要控制因素为注浆距离、注浆压力和注浆范围。通过对比现场试验及计算公式结果，验证了该理论模型的合理性和结论的可信性。     

硬质地层下近接隧道爆破振动影响分区及动力响应研究

为探究硬质岩地层下立体交叉隧道近接爆破施工对既有隧道的影响程度，依托福厦客专新大帽山1号隧道和既有新刘塘1号隧道，以基于国内爆破振动规范的“频率-振速”双判据作为分区标准，对新建隧道爆破振动影响分区及动力响应展开研究。首先，通过三轴试验和Hoek-Brown准则得到计算参数；其次，对不同工况下新建隧道爆破振动规律开展研究，得到爆破振动影响分区；最后建立三维有限元模型，探究新建隧道在既有隧道正下方爆破时既有隧道的动力响应规律。研究结果表明：（1）通过迎爆侧最大振速衰减曲线，分析得到依托工程的爆破振动影响分区，判断既有隧道处于弱影响区；（2）爆破对上下方向的影响范围大于左右方向，得到硬质岩地层单线铁路隧道的爆破振动影响总分区；（3）爆破对未开挖段上方既有隧道的影响范围大于已开挖段的影响范围，且由于介质反射，导致已开挖段上方既有隧道振速衰减较慢；（4）通过现场监测结果验证了数值模拟的正确性，且既有隧道结构变形及受力均满足影响控制要求。     

砂板岩互层隧道掌子面突水灾变发生模型试验研究

为深入研究砂板岩隧道突水灾变机制及规律，以中老铁路新平隧道为工程背景，通过模型试验再现了隔水板岩渐进破坏型突水灾变演化过程，分析了围岩应力-应变特征、渗透压力与流量随隔水层厚度减小的变化规律。结果表明：（1）砂板岩突水灾害经历了渗流、涌突和衰减3个阶段，本质上是在开挖卸荷和应力-渗流耦合作用下，隔水层中薄弱部位裂隙逐步扩展、贯通直至突水通道形成，隔水层稳定性逐渐丧失的渐进过程；（2）围岩的应力-应变曲线及渗透压力和流量的关系均具有明显的前兆特征和阶段性特征，其变化规律反映了灾害的孕育、发展和演化过程；（3）渗透压力和流量变化过程中均存在一个突变点，突变点可作为隔水层阻水能力劣化的特征点，该点所对应的隔水层厚度即为隔水层临界安全厚度。     

近距离桩基施工对既有盾构隧道的振动影响分析

为分析预制桩打桩施工中冲击荷载作用下邻近既有盾构隧道的动力响应，依托成都轨道交通18号线倪家桥站—火车南站区间隧道工程，引入无限元静-动力统一人工边界，结合实际工程地质条件构建“桩-土-隧”三维动力有限元-无限元耦合模型进行数值试验，对比土工离心试验结果，验证了数值模型的有效性。基于此，研究了不同打桩参数对邻近既有隧道振动的影响规律，提出针对类似工程打桩施工引起的隧道峰值振动界限值。研究结果表明：（1）衬砌最大振动速度的分布位置反映振源与隧道的相对方位。隧道受打桩影响最不利的振动位置一般出现在隧道近桩侧1/4圆弧或者1/2圆弧上；（2）振动速度随打桩深度的增加而增大，当打桩深度超过隧道底部时，打桩深度增加对隧道振动的影响不再显著；（3）当在隧道上覆土柱范围内进行打桩施工时，桩隧水平间距对隧道振动的影响小于打桩深度的影响。     

地铁隧道穿西安地裂缝的研究进展及“先盾后扩”法的应用展望

西安地裂缝是一种几乎覆盖整个市域范围的黄土地区典型地质灾害，其蠕变活动严重危害地铁隧道安全，是地铁建设面临的一个重大技术难题。结合西安地铁十几年的地裂缝防治经验，从地裂缝分布及活动特征、地铁面临的危害、设防理念与措施、设防参数、设防结构营运情况等方面进行了系统性梳理，着重分析了常规“暗挖+盾构空推”工法存在的问题，并提出了一种“先盾后扩”新型建造技术。主要结论如下：（1）地铁隧道穿地裂缝段的常规建造工法涉及竖井及横通道开挖、CRD法人工作业、盾构空推等一系列复杂流程，设防必要性及现有建造技术复杂性之间的矛盾严重制约了西安地铁建设进程；（2）给出了“先盾后扩”新工法的建造流程、需解决的问题及工程应用前景；（3）“先盾后扩”法通过结构及工法优化，确保了盾构作业的连续性，避免盾构洞内始发及接收，进而在同等设防参数条件下减小设防断面，是实现地铁隧道便捷、低成本穿地裂缝段的一次重要探索与尝试。     

深埋富水黄土隧道地表深孔袖阀管注浆加固机理及效果分析

黄土具有“强度低、变形量大、自承能力小、工程性质差”的特点，且对水特别敏感，一旦遇水，强度明显降低，工程性质急剧恶化。因此，富水黄土隧道的施工难度极大、安全风险极高。银川至西安高铁上阁村隧道穿越富水黄土地层，埋深102 m。施工中，通过降水试验无法取得明显的降水效果，同时隧道围岩变形大、进度缓慢。鉴于此，开展了地表深孔刚性袖阀管注浆试验研究。研究结果表明：（1）地表深孔袖阀管注浆可以有效加固地层，提高其自稳能力。加固机理主要表现为浆液对竖向原生节理的填充阻水作用、浆液结石体的空间骨架作用；（2）注浆后隧道拱顶累计沉降量明显减小，变形速率降低，仰拱闭合时间提前，隧道开挖进度可达到60～80 m/月。与未注浆工况相比，施工进度提高了3倍以上；（3）通过注浆，隧道基底黄土地层承载能力可提高3倍以上，从而可保证高铁隧道的长期运营安全。     

公路隧道格栅式遮光棚几何设计参数研究

为完善格栅式遮光棚的设计参数，利用眼动仪在雅康高速隧道群路段进行实车试验，以驾驶人瞳孔直径变化率以及驾驶人的主观舒适性作为评价指标，验证格栅式遮光棚的遮光效果；在此基础上利用DIALux软件建立了环形和门式2种格栅式遮光棚模型，计算得到格栅式遮光棚在不同洞口朝向和不同格栅间距情况下的遮光率，探明不同参数对遮光棚遮光效果的影响；基于隧道洞口处驾驶人瞳孔面积和环境照度的关系，给出不同设计速度下遮光棚内不同的位置照度要求。研究表明：格栅式遮光棚有效提高了驾驶员在隧道进出口路段的视觉舒适性；环形和门式遮光棚遮光效果并无明显差异；遮光棚两端5～10 m范围内受自然光和隧道洞内暗环境影响，存在较剧烈的明暗过渡；遮光棚中间段照度较为稳定，可作为计算格栅式遮光棚遮光率的依据；洞口朝向对遮光效果影响较大，东西洞口朝向遮光率高于南北洞口朝向遮光率5%～10%；遮光棚内逐级减光并非以线性降低为最佳，设计时可根据照度与速度及距洞口距离的关系式计算或根据现场照度测试结果进行取值。     

套孔应力解除法在大峡谷隧道出口端的应用

在高地应力环境下的深埋硬岩隧道中施工常常面临着岩爆等问题,严重影响人员安全和施工进度。本文依托大峡谷公路隧道工程,借助以应力解除法为原理制作的空心包体地应力计在隧道出口端K83+900处进行现场地应力测试,通过钻大孔-孔底磨平-钻小孔-安装空心包体应力计-应力解除等工序获得原岩受扰动到再平衡过程产生的应变,同时将取出的岩芯制备成标准试件进行单轴压缩等室内试验获得原岩力学参数,将这些数据带入后处理软件中计算得出原岩应力大小和方向。根据《工程岩体分级标准》（GB50218—2014）可知测点处应力环境处于高应力状态,说明隧道在开挖施工过程中会偶有岩爆发生,同时本文结尾给出了防治岩爆安全快速施工的相关建议。     

复杂地质条件深埋特长隧道地应力场智能反演研究

为提高复杂地质条件深埋特长隧道地应力反演的精度和效率，构建了一种基于构造分析+RBF（径向基函数）神经网络的复杂地质条件深埋特长隧道地应力智能反演方法，该方法的主要流程包括：首先通过区域地质条件及构造分析，建立隧址区三维地质模型，通过海姆假说和金尼克假说共同确定构造应力边界条件的范围，作为智能反演的训练样本，利用RBF神经网络方法计算寻优，获得最优应力边界条件，再以此最优应力边界条件进行地应力反演计算。选择西南地区某深埋特长隧道作为研究对象，将建立的地应力场智能反演方法应用于实际工程，并将反演计算获得的地应力值与实测地应力值进行拟合对比，其中最大主应力反演值拟合误差总体在10%左右，拟合精度近90%，说明该方法可行且反演计算结果较合理。     

岩土松散体内开挖救援通道的套筒式螺旋驱动掘进机自行进功能研究

在发生山体滑坡或泥石流、隧道塌方、地震等地质灾害的岩土松散介质中快速、高效、及时地开挖救援通道到达有人员被困（埋）地点是抢险救援的首要任务。文章介绍一种新型的依赖多根平行装设于圆筒式掘进机外周的长螺旋体旋转，驱动整个掘进机在岩土松散体内自主穿行开挖救援通道的掘进技术和装备，分析了掘进机的机构构成和自主前行动作机理，推导了套筒式螺旋驱动掘进机自主前行的条件。利用室内试验得到的螺旋齿高、齿根距和牙型角各参数的合理数值，研制了螺旋驱动套筒式试验样机。现场试验中，样机在松散土体内自主前行了10 m距离，证明了掘进机利用螺旋驱动原理在松散岩土类介质中自主前行开挖救援通道的可行性，为类似灾害事故中抢救被困人员的救援通道施工提供了安全、快速的施工技术和装备。     

马蹄形隧道初期支护结构力学及变形性能足尺试验研究

针对马蹄形隧道初期支护结构，采用足尺试验，通过埋设传感器对结构内力、结构表面应变及变形进行监测，分析了钢拱架与喷射混凝土初期支护结构的承载能力和变形性能。研究结果表明：（1）在弹性阶段，支护结构各截面所受弯矩和轴力关于结构中性轴左右对称，对应的径向位移幅值较小。（2）在塑性阶段，随着外加荷载的增加，支护结构的弯矩和轴力快速增大；支护结构呈现“拱底外凸，拱腰内凹”的变形状态，且近似关于中性轴左右对称。（3）支护结构最终在右拱肩型钢连接处失效破坏，破坏位置处混凝土与型钢呈大范围剥离状态，裸露的型钢外凸发生弯折破坏，结构极限承载力约为设计荷载的1.32倍。     

自由面预割缝下底切滚刀铣削破岩机理研究

为提高底切滚刀铣削破碎硬岩性能、降低其破岩载荷，建立预割缝下底切滚刀铣削破碎硬岩数值模型，研究不同铣削厚度和割缝参数（割缝间距、割缝深度）组合对底切滚刀破岩性能的影响规律，揭示预割缝对底切滚刀破岩的影响机制。结果表明，割缝间距和滚刀直径相同时滚刀铣削预割缝条件下的岩石可以等效为滚刀铣削无侧限压力岩石，与无割缝岩石相比截割力减小率降低超30%；底切滚刀铣削厚度和割缝间距的匹配关系对破岩比能的影响显著，在最佳破岩比能时其组合关系为截深20 mm、割缝间距100 mm；分析岩屑分形维数和破岩比能之间的关系，比能耗随着分形维数的增加呈线性增大。     

机场冬季（降雪）运行效率评价方法

降雪是影响民航冬季运行的典型天气之一，对航班在机场的安全正常运行会造成较大影响。因此，深入分析影响机场冬季运行效率的因素，并建立科学有效的评价方法具有较强的现实意义和应用价值。然而，当前关于此问题缺乏较为全面系统的研究。本文结合近年民航冬季运行保障实际，从资源保障、机制实施、航班运行和除冰雪水平等维度出发，提出了一种机场冬季（降雪）运行效率指标体系和评价方法，应用欧几里得距离函数、层次分析法、有序加权平均算子对指标权重进行组合赋权，采用里克特五级计分法确立评价标准，并通过实例分析验证。结果表明，该评价方法可以较为全面有效地反应机场冬季（降雪）运行保障水平，为运行效率评价提供可参考的思路和方法。