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。     

薄基岩顶板隧道爆破施工围岩稳定性分析

为更有效地进行薄基岩顶板条件下隧道施工安全控制,以某高速公路隧道为工程背景,运用数值模拟的方法,分别研究不同顶板厚度下隧道爆破施工引起的围岩振速分布特征及其对围岩的损伤情况,并进行围岩稳定性分析。结果表明:1)当顶板厚度在5 m及以上时,围岩是稳定的;2)当顶板厚度为3 m时,最危险横断面上基岩顶板内开始产生严重的拉伸裂缝及一些径向裂缝,将形成超挖;3)当顶板厚度≤2 m时,径向裂缝贯穿顶板岩体,围岩稳定性较差,在掌子面后1 m内可能发生塌落、掉块等事故。     

考虑结构面黏聚力损伤变化的洞室块体稳定分析

为研究隧道开挖过程中临空面块体的稳定情况,进一步探究在其结构面具有胶结强度情况下块体的稳定性,运用黏聚力模型模拟具有填充和胶结的结构面的抗拉强度和黏聚强度,以及相应的滑移和脱开行为。选取甘肃北山某典型花岗岩研究区域搜索出的块体,以及获得的结构面参数区间,分4种方案研究块体的稳定性,同时考虑初始地应力、开挖诱导的二次地应力等因素的影响。方案1赋予抗拉强度和黏聚强度一个很小的数值,从而可以分析块体仅受结构面摩擦应力影响下的稳定性;方案2、3、4分别考虑不同位置的块体可能的失稳情况,通过调整不同块体结构面的抗拉强度和黏聚强度,分析块体稳定性。分析结果表明： 黏聚力模型能较好地模拟具有填充和胶结的结构面的抗拉强度和黏聚强度,并且能模拟结构面的滑移和脱开行为,可作为块体稳定性分析计算的工具;此外,也为模拟胶结结构面损伤随时间的渐进性发展提供一个新思路。     

基于圆形断面的隧道温度场有限差分计算模型

除了少数圆形隧道外,大部分山岭交通隧道断面采用马蹄形或端墙式等形状。在隧道温度场的预测中,圆形断面模型能否代替马蹄形等实际隧道模型,其适应性值得研究。应用基于空气－衬砌－围岩的对流－导热耦合作用控制方程的有限差分方法,建立圆形断面模型对东北寒区马蹄形隧道温度场进行计算,并与现场实测温度场进行对比。结果表明： 1) 圆形断面隧道模型有限差分计算方法克服了通用有限元软件建模复杂、对硬件要求高的弊端,考虑了隧道内风流速度和入口风流温度的影响,在隧道温度场的预测计算中能够满足工程使用要求。2）隧道内风流速度和入口风流温度对隧道温度场影响较大。本文算例中,入口风流温度每升高10 ℃,二次衬砌表面温度升高约7.2 ℃,增幅均匀;从1～5 m/s,洞内风流速度每增大1 m/s,二次衬砌表面温度降低的幅度为6.6、2.7、1.5、0.9 ℃,降幅越来越小。     

微上台阶开挖法在甘姆奇克隧道岩爆段的应用

为了研究一种既能保证隧道岩爆段施工进度,又能降低围岩能量释放剧烈程度的应力释放方法,结合乌兹别克斯坦安琶铁路甘姆奇克隧道岩爆大部分出现在拱顶-拱腰段的特征,制定了微上台阶开挖法的应力释放方案。通过数值模拟计算和现场应用效果分析,该方案能够实现拱顶和拱腰处围岩应力的释放和转移,使围岩应力集中区提前得以消散,有效地降低了围岩发生岩爆的程度。同时,通过该方案的初步现场施工实践,证明： 相对于其他应力释放措施（如应力释放孔、超前导洞等）,微上台阶法在形成首次微台阶后基本不改变原有施工方案和工序,无额外工期,能够实现连续作业,可为类似工程岩爆防治提供理论依据和有益借鉴。     

单管双层特长盾构隧道内部结构预制施工技术——以南京纬三路过江盾构隧道工程为例

为解决单管双层特长盾构隧道施工距离长、施工空间有限和工期紧张等问题,结合南京市纬三路过江通道工程,研究双层盾构隧道内部结构构件的预制施工技术,采用结构构件预制与现浇相结合的梁-板-柱结构体系,合理组织施工步序,探索单管双层特长盾构隧道预制内部构件的施工方案。工程实践表明,现浇内部结构立柱及柱基础,预制上层车道板、烟道隔墙板、排烟通道板和逃生通道板,能够满足双层特长盾构隧道施工进度的要求,可大幅提高施工效率,缩短建设工期,节省工程投资。     

南昌红谷隧道管节沉放安装可视化监测技术

为了在保证管节安装精度的同时加快管节安装速度,以红谷隧道管节沉放安装为例,采用一种可视化监测系统,在全站仪测量法及GPS测量法的基础上,通过计算机采集处理测量数据,形成可视化模型,并实时反映在终端屏幕上供指挥人员参考。经实测数据与理论精度计算对比表明,可视化监测系统在其精度满足管节沉放安装要求的同时,具有高效、直观的特点,可有效加快管节安装速度。     

基于多任务学习和层次分析法的公路隧道支护方案优化设计

为提升公路隧道施工过程中支护的实时性和合理性, 以浙江省龙丽温高速的围岩地质特征和支护方案为研究背景。 分析围岩特征与支护参数的相关性, 确定了以围岩风化程度、 坚硬程度、 岩体完整程度、 地下水状态、 围岩稳定情况为输入围岩特征, 锚杆间排距、 锚杆长度、 喷混凝土厚度、 钢拱架型号为输出支护参数的多任务学习模型结构。 针对多任务学习模型获得的预测支护参数, 通过层次分析法评价预测支护参数中部分强于实际支护参数, 部分弱于实际的支护设计, 结果表明预测支护参数综合得分高于实际支护参数。 研究成果为实现公路隧道快速支护方案选型和评估提供了指导。     

近接隧道中减振孔的爆破振动控制效应研究

新建隧道爆破施工时, 邻近既有隧道在爆破应力波作用下会产生一定的振动响应, 严重时会引起既有隧道衬砌结构开裂、 崩落等, 对既有隧道结构的安全与稳定构成一定威胁。 为了有效降低新建隧道爆破作业对邻近既有隧道的危害, 研究近接隧道中减振孔的爆破振动控制效益就显得尤为重要。 基于此, 本文分析研究了不同减振孔直径、 间距、 位置、 排数条件下的岩体质点振速及减振效率的变化规律, 得出描述减振率与减振孔参数间的关系式。 并借助数值分析软件 ANSYS / LS-DYNA, 分析近接隧道爆破中减振孔的降振效果。 研究结果表明: (1) 减振孔直径越大, 减振孔间距越小, 对爆破应力波的衰减作用越显著。 (2) 减振孔距爆源越近, 减振孔排数越多, 对爆破应力波的衰减作用越显著。 (3) 四个因素对爆破振动强度的影响程度由大至小依次为减振孔排数、 减振孔位置、 减振孔直径、 减振孔间距。 (4) 既有隧道中心断面前后 10m 范围内是关乎结构安全的重点部位, 单排减振孔对中心断面各部位的减振率达到 30% ~40%。     

Perspectives in Intelligentization of Tunnel Boring Machine (TBM)（对全断面隧道掘进装备智能化的一些思考）

The development status of artificial intelligence (AI) technologies, the development trend of intelligent engineering machines and the urgent national needs for the future intelligent TBMs are introduced briefly. It is pointed out that the intelligentization will be the hot spot of the tunnel engineering area and the focuses of future industry competition. The scientific challenges due to the complexity of the working environment, including state recognition and environment perception, correlation law between geological environment and operation parameters, intelligent planning and coordinated control of multi systems, are raised. In addition, the existing research foundation are analyzed and the inadequacy of the theory including environment and state perception, adaptive & dynamic control of construction parameters, multi system coordination control and multi objective optimization are obtained. At last, some thinking from the aspects of design, manufacture and operation, such as excavation perception, the adaptive dynamic control of excavation parameter condition, the excavation parameter data collection and calculation, intelligent optimization and decision making of tunneling parameters and the multi system coordination intelligent control are proposed.