V形坡铁路隧道火灾模式下烟气流动分布特性研究

以宝(鸡)兰(州)客运专线渭河特长隧道为例,对"V"字线形隧道火灾模式下烟气流动特性和分布特征进行三维数值模拟研究,对含竖井区段进行计算模拟,分析火灾烟气在隧道内的流动特性和分布特征。通过对不同火源位置、不同纵向通风形式和不同横通道通风状态下火灾工况的模拟计算,分析纵向通风对火灾烟气流动、横断面烟气分布、拱顶中心和一人高处温度分布的影响,得出温度控制的可用安全疏散时间曲线。当救援通道位于火灾上风区时,为避免高温烟气回流,应保证有≥1.0 m/s的纵向通风;当救援通道位于火灾下风区时,为确保疏散人员安全,应改变纵向通风方向,使救援通道处于上风区。     

纵向风对高海拔铁路隧道火灾烟气时空分布的影响

目前对高海拔铁路隧道火灾的研究较少。本文应用火灾动态仿真模拟软件(Fire Dynamic Simulation,FDS)对海拔500,3000 m铁路隧道内的火灾烟气蔓延进行了数值模拟分析,对比了高海拔环境低温、低压、低氧等显著特征及纵向风速对隧道火灾的影响。结果表明,在本文的火灾计算条件下海拔3000 m时隧道内的最高温度比低海拔时低24.8%,CO浓度增大30%~50%;海拔3000 m时随着纵向风速增加,拱顶最高温度显著下降,最大降幅达62.5%,且最高温度点向下游偏离火源区边缘上方;火源上游温度减小且升温范围逐渐减小,纵向风对上游烟气的“稀释”“阻拦”作用强于下游。     

某铁路水下隧道通风设计

某水下隧道长9.64km,但由于其地处水下的特殊性和重要性,需要在考虑运营通风的同时考虑隧道的防排烟通风。通过对运营通风和防排烟通风采用全纵向通风模式进行了详细的设计计算,综合考虑运营与防排烟通风,两者共用一套风机,采用切换控制策略来实现运营通风与防排烟通风效果,有效节约了成本,为以后的类似隧道建设工程提供设计经验和参考。     

渭河隧道水文地质条件分析对“V”形坡设计方案的优化与施工建议

在条件允许的情况下,地下水发育的特长隧道防排水一般优先采用人字坡设计。宝兰客运专线渭河特长隧道进口端,受不良工程地质和建筑物的控制,隧道采用V形坡形式下穿籍河河谷阶地区,下穿段及各斜井、竖井在施工中风险相对较大,存在涌水涌泥等风险,且隧道V形坡地下水需永久抽排。通过分析宝兰客运专线渭河隧道水文地质条件,研究隧道下穿籍河河谷段地表水、地下水及含水岩组的特征,进而对隧道涌水量进行预测,提出优化的下穿线路及辅助坑道方案并被采用,对通过富水地段的隧道和辅助坑道施工及运营安全提出具体建议。     

中国首条水下铁路隧道贯通

广深港客运专线是中国中长期铁路网规划“四纵四横“之“北京－广州－深圳－香港”客运专线的重要组成部分,对于拉动珠三角经济圈的发展具有重要意义。全线控制工程狮子洋隧道全长10．8公里,速度目标值350公里／小时,     

中外铁路水下长隧道消防系统对比研究

研究目的:在我国高速铁路大规模建设的背景下,铁路技术水平迅速提升,对越江、越海铁路水下长隧道工程消防系统设计技术标准的需求日趋紧迫,需要深入的研究和探讨。本研究拟为铁路水下长隧道的消防系统设计提供借鉴和参考。研究结论:对广深港客运专线珠江狮子洋隧道和英法海峡隧道消防系统对比研究得出如下结论:狮子洋隧道在消防硬件系统配备更加完善,灭火的效率和可靠性有保证;消防的水量、水压保证设施到位;消防设施的监控力度加强,监控设备的技术水平和可靠性大大提高;其它辅助设施的功能和性能得到了改进和加强。     

隧道开挖对坡体稳定性的影响研究

以罗家村隧道进口段坡体为研究对象,采用有限元强度折减法对隧道施工过程中坡体抗滑稳定状态进行动态模拟,得到坡体抗滑稳定安全系数的变化曲线。分析表明,隧道开挖对坡体稳定性影响较大,且在隧道开挖进尺20～45 m区段影响最为明显,合理施工可以确保隧道结构安全穿越进口段坡体,不会导致坡体的滑移破坏。     

某特长水下隧道气动效应试验研究

采用CRH2-061C动车组,以180～320km.h-1速度往返运行,对某特长水下隧道下行线进行气动效应试验研究。研究结果表明:隧道内瞬变压力、列车风、气动载荷和隧道洞口微气压波值均随着车速的增加而增加,车厢内舒适度随着车速的增加而减少;隧道南口的微气压波值、首波压力梯度均小于北口,这主要是由于南、北口的缓冲结构型式存在差异;隧道内附属设施受到的气动荷载、车内气压3s变化值均在相关标准的要求值之内;车速大于250km.h-1时,乘员有耳鸣和不舒适感。根据研究结果提出如下建议:CRH2-061C动车组通过该隧道的合理速度为260km.h-1;开启隧道内联络通道或布置吸能材料以衰减压力波的传播能量;研究制订复合型舒适度控制标准。     

隧道风对隧道火灾烟气扩散的影响研究

采用火灾动力学分析软件FDS模拟空旷隧道、有车辆隧道但无隧道风和有车辆且存在隧道风3种火灾场景的烟气蔓延扩散特征,讨论和分析在纵向排烟模式和横向重点排烟模式下,由车辆行驶和通风诱导的隧道风对烟气温度分布及其扩散距离的影响。研究结果表明:对于纵向排烟模式,由车辆行驶诱导的隧道风可将烟气遏制在整个火源下游区,上游烟气扩散较少;对于横向重点排烟模式,由卫生通风形成的低速隧道风,亦可遏制部分烟气向火源上游扩散,并能有效降低上游烟气的浓度,但不如车辆行驶诱导风有效。烟气扩散距离的计算结果则表明,纵向排烟中由车辆行驶诱导的隧道风可将烟气沿上游扩散距离控制在30 m内,远小于无隧道风情形;而对下游烟气扩散情形,隧道风则显著增大下游烟气的扩散速率。在横向重点排烟中,由卫生通风形成的隧道风对遏制烟气向火源上游扩散有一定作用,但不利于火源下游集中排烟。     

铁路隧道排水对环境的影响分析

西铁车2号隧道位于山东省境内,全长7 851 m,洞身围岩主要为寒武系中统灰岩,无大规模岩溶现象,施工过程中,局部段落存在渗水现象,为了分析隧道排水对周围环境的影响,首先通过大口径井抽水理论计算分析隧道区域内的抽水影响半径,其次根据区域内的水文地质条件分析其补给、径流、排泄的关系,最后根据历年区域内的月降雨量综合分析隧道施工排水对区域水文地质环境的影响。根据影响半径预测隧道排水可能影响宽度为136~208 m,根据径流状态分析,隧道排水对泉峪村水井基本无影响,对西埠村水井有一定的影响,根据降雨量分析,2013年降雨量比2012年少了42.8%。综合上述分析,隧道开挖排水对泉峪村水井基本无影响,对西埠村水井有一定的影响,地下水水位下降的主要原因是该地区降雨量的大量减少。     

水库蓄水对铁路隧道安全的影响

为定量分析隧道施工及水库蓄水对隧址区地下水及周边生态环境的影响,以某铁路大梁山隧道为例,运用地下水渗流理论和三维有限差分方法,对比分析隧道施工降水前后隧址区地下水的运移变化情况,并结合剖面二维渗流模拟,开展了瓦沟台水库蓄水对隧道施工安全的影响研究。结果表明:瓦沟台水库和隧道DK56+724～DK57+000段位于大梁山山脊东西两侧不同的地下水流系统中,它们之间的水力联系并不紧密;水库蓄满水后,周边地下水位呈现先快速上升后渐平缓的现象,在水力梯度作用下,起初地下水接受水库水补给,但在历时近2年后,地下水将向水库排泄,该水力联系发生转变的时间远小于地下水从大梁山山脊流动到水库所需时间。综上可以判断,瓦沟台水库蓄满水对大梁山隧道安全的影响不大。     

铁路转体V形桥墩跨越既有线的应用研究

近年来,我国铁路建设步伐正在加快,路网密度逐渐加大,立交位置越来越多,交叉关系日趋复杂,特殊桥墩成为解决铁路间小夹角立交问题的重要结构。以兰州至中川机场城际铁路上跨既有兰新铁路的立交关系为背景,通过分析两线间的平面和空间关系,结合现场地形地貌特征和桥下建筑限界要求,拟定V形桥墩方案,并为减小新线施工对既有铁路运营的不利影响,在墩底设置球铰进行转体施工,成功创造出一种构造新颖、外形美观、结构安全、工艺合理的新型桥墩,在国内铁路尚属首次应用,且自铁路开通以来V形桥墩运营状况良好。     

库区蓄水对铁路大桥岸坡的稳定性影响

与库区岸坡相关的工程一直很受重视,不同行业的相关规范也提出了较为成熟的计算公式。这些基于极限平衡法的稳定性计算公式需要假定滑移面,不能较为真实地反映坡体内部的应力、应变特征。FLAC3D有限元模拟分析可以很好地展示坡体内部变形特征,辅助寻找不利结构面。以跳蹬河铁路大桥的坡岸地质情况为例,在认清坡体结构及变形机理的基础上,采用FLAC3D有限差分法和极限平衡法相结合分析岸坡的稳定性。     

川藏铁路隧道零刷坡进洞理念与实践

针对川藏铁路隧道工程数量巨大,且沿线环保要求严格,生态脆弱,隧道洞口边仰坡高陡、稳定性差的工程特点,开展了隧道安全进洞方案的研究,并在两隧一桥先期开工段进行试点示范建设.通过研究和实践,提出零刷坡安全环保进洞的理念,主要包括四不三全二尽一保护环保进洞措施和五不安全进洞方法,并在后续开工的隧道设计中进行推广和应用...     

隧道火灾模型试验中列车对烟气控制的影响

分别对太行山铁路隧道缩尺模型内有无列车两种工况进行火灾试验,讨论列车阻塞对隧道火灾临界风速的影响,比较有无列车两种工况下临界Froude数,并分析烟气回流长度的影响因素。结果表明:铁路隧道内有列车时控制火灾烟气回流的临界风速明显降低;阻塞比为0.2时的临界风速比无列车时的临界风速减小23%,说明临界风速差异比接近且稍大于隧道阻塞比;计算临界风速时使用的临界Froude数与火灾热释放率相关,不是一个常数。无量纲回流长度与Froude数近似呈线性关系,在相同Froude数下无列车时回流长度明显更长。     

盾构施工对既有铁路隧道影响研究

随着我国城市化的进程不断的深化,城市轨道交通的发展越来越迅速。新建轨道交通线位不可避免的会与已经建成的国有铁路线路相互交叉,因此,如何有效的减小新建轨道交通建设对既有国有铁路的影响已经成为一个工程界较为瞩目的问题。根据某新建轨道交通区间下穿既有的国有铁路线路来研究盾构施工过程中地层损失率和掌子面所处位置对既有铁路隧道的影响。     

下穿高速公路铁路隧道对高速公路的影响研究

以草帽山隧道工程为背景,采用数值模拟的方式,对铁路隧道下穿高速公路时对高速公路的影响进行研究。分析高速路面在7种隧道埋深时的沉降量,得出路面沉降和隧道埋深的关系曲线,将隧道合理埋深确定在30 m左右;并且对埋深32m时的隧道围岩变形以及公路路面沉降进行详细分析,得出隧道施工对高速公路的影响范围,即公路荷载的压力扩散对隧道的影响长度为路面宽度的4倍,路面产生较大沉降的范围约为隧道跨度的2倍。从而对工程设计和施工提供参考。     

V形天窗既有铁路CPⅢ技术方案探讨

由于既有铁路运营V形天窗的特殊性,在天窗时间无法跨线测设点对式自由测站边角交会轨道控制网(CPⅢ)。提出单侧布点自由测站边角交会测设CPⅢ的解决方案,并在工程项目中与点对式CPⅢ进行测量对比实验。数据对比分析表明,其成果的各项精度指标可以满足既有200 km/h运营铁路轨道控制网的精度要求。     

铁路标准断面隧道节理倾角效应研究

以郑万铁路黄家沟隧道标准断面为研究对象,对不同产状岩质隧道进行稳定性分析,研究围岩力学响应、变形特性以及锚杆力学特征,阐明不同于传统松散介质的层状岩质隧道失稳模式及锚杆支护要点。结果表明:节理面极大削弱了岩体稳定性,开挖会引起沿层理面滑动,导致明显地质偏压。隧道开挖使得层间节理首先被破坏,节理离层区不是发生在最大主应力方向上,而是发生在节理垂直方向。水平层状或倾角较小时,顶部和仰拱节理之间产生离层区,易引起岩层弯折破坏;随着倾角增大,顺弱势节理面滑动趋势增大,破坏主要取决于节理面强度和层状节理之间滑移;当倾角为75°～90°时,破坏主要为边墙岩块弯曲压溃;竖向节理时,中间垂直土体挟持作用减弱,易剪切破坏失稳引起冒顶坍方趋势。从群锚效应来看,锚杆与滑移面夹角大于23°时,锚杆支护效果发挥较为明显的效果。     

铁路隧道复合式衬砌作用效应统计特征分析

研究目的:作用效应的概率统计特征分析是隧道可靠性分析的重要内容之一,本文运用Monte-carlo随机有限元法对铁路隧道复合式衬砌进行计算,从抽样次数、分布特征及各参数对结果的敏感性方面展开分析,试图给出定性结论。研究结论:(1)在用Monte-carlo随机有限元法对隧道支护结构进行作用效应概率统计特征分析时,可以选择抽样1万次对随机变量进行模拟;(2)复合衬砌作用效应的变异系数和荷载的变异系数基本相当;(3)通过直方图和假设检验可以得到作用效应接受服从正态分布;(4)通过分析基本随机变量对作用效应影响程度可知,等效塌方高度是影响初期支护和二次衬砌轴力的最主要的因素,其次是材料的弹性模量和结构的厚度,而对偏心距影响最大的因素是弹性反力系数,在今后的工作中应该加强对围岩压力和弹性反力系数的研究;(5)该研究结果可为《铁路隧道设计规范》的修订提供理论依据。