漫谈矿山法隧道技术第十四讲——隧道涌水及其控制方法

分析制定隧道控制地下水对策的基本观点:既要考虑隧道施工对地下水的影响,也要考虑地下水对隧道施工的影响。指出控制地下水的对策必须符合3个条件:1)确保施工作业安全、顺利地开展;2)不对周边环境产生有害的影响;3)以合理的工费和工期来实现。隧道涌水视其发生位置、涌水量、发生时期、涌水量的历时变化等是各种各样的,应对隧道涌水进行合理分类,以便有的放矢地采取相应的对策。介绍了日本统计的地质构造和涌水现象的分类。涌水处理应达到3个基本目标:1)确保隧道施工在无水的条件下进行,或者是在可以接受的渗漏水条件下进行,或者是在对周边环境"可接受干扰"的条件下进行;2)二次衬砌原则上不承受水压作用,不得已时把水压控制在二次衬砌容许的范围内;3)运营中的隧道洞内不能成为地下水流经的通道,隧道衬砌背后必须形成一个纵横交错的、不易堵塞的、通畅的排水系统。达到上述目标的基本方法是:充分利用和提高围岩的隔水性能,合理地处理好"排"与"堵"的关系。针对涌水处理的3个基本目标,分别介绍了国内外相应的经验和措施。1)一些国家的指南、标准对隧道的涌水量进行了分级,认为涌水量≤2.5 L/(min·m)时基本上可以认为是在无水条件下施工;一般的线状流水、经常涌水可以用自然排水法排水;而针对突发大量涌水,则需要采取特殊的地下水对策予以解决。2)按照二次衬砌是否承受水压,隧道可分为3种情况:1衬砌不承受水压,即所谓的完全排水型隧道;2衬砌承受全部水压,即所谓的非排水型(防水型)隧道;3衬砌背后设置注浆域,分担衬砌承受的水压,衬砌只承受部分容许的水压。从目前的隧道设计实际来看,在山岭隧道中多数采用方案1,在城市隧道中多数采用方案2,在高水压和突发大量涌水的极端情况下采用方案3。介绍了日本、美国的设计经验。3)我国铁路隧道采用把地下水引入隧道,再从洞内两侧边墙附近设置的排水沟排出地下水的做法是值得商榷的;特别是在可能发生冻害的地区,更不可取。在国外,日本、德国、法国等国家的铁路、公路隧道基本上是把中央排水管设置在仰拱内或仰拱下方,而在隧道两侧只留有用于排出流入隧道内的雨水或隧道清洗水的排水沟;因此,建议立项研究取消洞内排水沟,设置中央或两侧脚部排水管的问题。最后指出,实现涌水处理的3个基本目标我们尚需努力,特别是"目标"的定位问题,尚需进行基础性的研究才能解决。在隧道施工中,涌水是不可避免的、客观存在的现象,我们积累的经验非常丰富,但缺乏系统的、认真的总结和归纳。     

EA4T车轴钢的超声冲击表面强化

利用超声冲击设备对EA4T车轴钢进行了表面强化处理.采利用金相显微镜和透射电镜表征了车轴钢表面结构的变化,并对超声冲击处理前后试样表面粗糙度和显微硬度进行了分析.结果表明:经超声冲击处理后,试样表面发生了剧烈的塑性变形,晶粒明显细化,显微硬度呈梯度化.随着超声冲击功率的增加,变形层厚度增加,粗糙度减小,表面硬度增大;与未经超声冲击处理的试样相比,在超声冲击功率180瓦作用下,表面粗糙度降低了6.5倍,试样的表面硬度提高了25%,变形层厚度大约为80μm.     

不锈钢地铁车辆侧墙焊缝缺陷率分析

由于非熔透型激光叠焊工艺的局限性,侧墙焊缝处会产生内外钢板局部未焊透的现象即焊缝缺陷.为研究这种焊缝在不同缺陷率下的拉剪强度及其对车体静强度的影响,结合某不锈钢地铁车辆激光焊车体,通过建立不同焊缝缺陷率的车体有限元模型,分析各个工况下不同焊缝缺陷率的车体侧墙焊缝剪应力的变化,以此确定在静载工况下不锈钢激光焊车体侧墙焊缝缺陷率的限值.     

弹簧支吊架在FPSO高温管道中的应用

高温条件下管道热胀、冷缩和端点附加位移产生的位移载荷是造成管道应力过大和相连设备管口扭矩、反力过大的主要因素。合理设计管道走向和支架布置来增加管道系统柔性是减小管道热载、降低管道应力的主要途径。以机舱排烟管道系统为例,在CAESAR II中建立数值模型,分析了排烟管道的热胀载荷对管道的影响,比较了弹簧支架约束与刚性支架约束对高温排烟管道一次、二次应力的影响。研究发现,在高温管道中,弹簧支吊架不仅能增加管道系统的柔性,减小管道热应力,而且能降低管道对支架的约束载荷,减小管道所受的集中力。     

球扁钢肋骨三角形加热仿真研究

针对球扁钢肋骨三角形加热矫正纵向弯曲变形,利用ANSYS软件和APDL语言编写仿真程序,实现了热-结构耦合场的数值模拟,得到了加热过程中温度场和结构场的求解结果。对于不同的加热速度与气流输入量,计算了肋骨表面最高温度和高度方向的变形量,利用MATLAB曲面拟合,得到了最高温度和变形量关于加热速度和气流流量的函数。并对这两个参数进行了优化,得到了满足温度约束下变形量最大的参数组合。研究内容和结果对球扁钢肋骨三角形加热的更深入研究和现场施工提供了一定的参考和指导。     

横骨架式结构装载钢卷的直接强度评估

目前的结构规范中对于装载钢卷的结构构件尺寸要求仅针对纵骨架式结构。但在实船设计时,仍有部分内底（如管弄）和底边舱区域会采用横骨架式甚至混合骨架式结构布置。文章基于协调共同结构规范关于纵骨架式结构装载钢卷时计算的理论背景,采用有限元法,探讨和建立一种可行的横骨架式结构装载钢卷的直接强度评估方法流程。经实船算例分析验证了方法的可行性和合理性,表明该方法具有实际工程价值。     

湛江深厚老黏土地区钢管桩沉桩规律

对湛江老黏土地基5个工程钢管桩施工进行总结,得出以下结论:老黏土地区持力层宜选择50击的中粗砂层或者40击以上黏土层,此时基桩承载力恢复系数为1.26~1.40,比一般黏性土高;打桩锤宜选择D128、D138柴油锤,二档档位终锤贯入度宜为2~5 mm击,三档档位终锤贯入度为6~10 mm击,能量传递系数为28.5%~47.6%;当持力层和桩锤符合上述情况时,直径在1 000~1 400 mm的钢管桩总锤击数小于2 500的占统计83.8%,打桩效率最高。     

嘉绍大桥4.1 m超大直径钢护筒施工关键技术

以杭州湾水域嘉绍大桥桩基准4.1 m超大直径钢护筒施工为例,介绍超大直径钢护筒的制作、运输、沉放施工工艺以及振动锤选型、导向框设计、钢护筒加强设计等,探讨强涌潮水域复杂水文条件下桥梁桩基超大直径钢护筒施工技术及控制要点,可供类似工程参考借鉴。     

喷水推进器进水流道的声传播特性分析

进水流道作为喷水推进泵脉动声源通过进水口向远场辐射的传递通道,声波经流道传播后流道进口处声压峰值频率相对流道出口声压峰值频率发生较为显著的偏移。为解释该现象,文章以进水流道为对象分析其声传播特性。首先分别利用阻抗出口边界和自动匹配层出口边界计算分析了轴对称变截面管道的声传播特性,计算值与文献值吻合较好,验证了大截面管路声传播特性数值计算的可信性。然后以进水流道为对象,并以面平均声压衰减量为评价流道声学特性的指标,利用自动匹配层出口边界分析了流道的声传播特性。结果表明:由于低频段流道内仅能传递平面波,高次波被衰减,导致该频段声压衰减量较大;声压衰减量的最小值对应频率与喷泵叶频或其谐频接近,使得流道进出口截面处最大声压对应频率产生偏移。     

半潜式钻井平台用钢DH36安定行为试验研究

为了给半潜式钻井平台的安全性和寿命评价提供可靠试验依据,在室温下对半潜式钻井平台用钢DH36钢进行了考虑加载波形、加载速率和应力比影响的多工况单轴棘轮安定试验。结果表明:循环硬化速率随循环周次的增加快速下降,在低于某一值的循环应力作用下,应变将最终趋于棘轮饱和状态;正弦应力波比三角波更快地趋于安定,采用较低的加载速率可以加速材料趋向饱和棘轮状态;峰值应力固定不变时,棘轮应变对应力比历史无明显的记忆性;波形和加载速率对饱和棘轮应变的影响有限,饱和棘轮应变随着应力峰值的增加而增大。