考虑开挖过程的瓦斯隧道施工通风影响机制——以鸡鸣隧道为例

为研究瓦斯隧道开挖过程中通风设备布置对通风效果的影响机制,以城开高速鸡鸣隧道为研究对象,考虑风筒直径、出风口与掌子面距离、风筒高度三个因素,基于数值模拟方法,进行三因素三水平正交试验;以瓦斯平均浓度数据为基础,研究了瓦斯浓度在施工通风影响下的分布特点,通过极差分析和方差分析研究了9种布置方案下三个因素对三种施工情况下通风效果的影响。研究结果表明：上掌子面顶角、底角及下掌子面底角处,瓦斯分布较为集中,实际施工过程中应加强对该区域的监测;回风侧瓦斯浓度高于进风侧。不同的施工情况下,三个因素对通风效果的影响程度存在差异;即在整体掌子面或仅有上掌子面施工的情况下,三个因素对通风效果的影响程度从大到小依次为：风筒高度、风筒直径、出风口与掌子面距离;仅有下掌子面施工时则依次为：风筒直径、风筒高度、出风口与掌子面距离。在本文研究结论的基础上,提出针对台阶开挖过程中可能出现的不同工况下的以提高通风效率为目的的通风设备布置建议。     

考虑风筒破损对隧道施工过程中CO排出的影响机制

为研究隧道施工通风过程中风筒破损对一氧化碳（CO）排出的影响,依托城开高速鸡鸣隧道,运用孔口流量理论,考虑风筒内流速、孔口与开挖工作面距离和孔口数量三个因素,基于数值模拟方法,研究风筒破损对CO排出的影响。研究表明：在风筒破损面积相同的前提下,漏风率随送风量的增加而增大;开挖工作面处的CO浓度在通风1min后达到峰值,约为3.5%;风筒破损会对隧道内的CO稀释产生滞后效应,滞后时间为1~3min并且送风量越小滞后效应越明显,最终导致距洞口25m范围内的CO浓度高于规范要求;通风长度区域内,三个因素中对CO排出的影响依次为：风筒内流速>孔口与开挖工作面距离>孔口数量;整体隧道内,影响依次为：风筒内流速>孔口与开挖工作面距离>孔口数量。并提出了通风设计和孔洞修补两方面的建议。     

山区高速公路隧道仰拱拆换结构变形机制

仰拱是隧道支护体系的关键构件，当运营隧道的仰拱结构因腐蚀等原因难以满足其受力要求时，就需对其进行拆换。为研究不同拆换工况下隧道结构的变形机制，本文拟通过数值计算的方法对不同拆换工况进行模拟。基于西南山区某高速公路隧道，本文使用Midas GTS NX有限元软件，建立了三维数值模型，分析了不同拆换距离、拆换顺序等因素对结构变形的影响。结果表明：（1）仰拱拆换造成隧道断面向内收缩，其中拱脚、拱顶、拱底的变形较大；（2）单次跳槽拆换的影响范围为3倍单次拆换距离；（3）应尽量选择能使新浇筑的仰拱尽早闭合成环的拆换方案，可以减小隧道因仰拱拆换产生的变形；（4）在不同的拆换距离情况下，单次拆换距离越小，隧道结构的变形就越小。在本文条件下，单次拆换距离在小于1.2D（D为隧道等效直径）时，隧道结构均处于稳定状态。研究成果可为类似工程提供借鉴和参考。