深埋公路隧道高地应力场特征分析及岩爆预测

深埋隧道岩体中有较高地应力,在岩石强度较高的围岩处易发生岩爆,影响围岩稳定性。笔架山公路隧道埋深大,为降低其安全建设风险,通过工程区岩样岩体力学实验对围岩性质进行研究,结合地应力资料建立三维有限元地质模型反演隧址区地应力场,最终利用谷-陶岩爆判据和强度应力比岩爆判据对笔架山隧道岩爆状态进行预测。结果表明：隧道工程区内岩体有中等-强烈岩爆倾向;隧道沿线地应力场由自重应力场主导,大多数区段岩体处于极高应力状态,且水平最大主应力与隧道夹角较小,有利于围岩稳定;开挖后沿线围岩最大主应力峰值为63.2 MPa,均发生在断面侧壁,因此在该部位发生岩爆的可能性较大;隧道沿线24%区段有发生岩爆的可能,且以中等-高岩爆活动为主,岩爆预测结果可为隧道开挖施工和灾害防治提供参考。     

浅层有害气体成藏特征对隧道施工的影响

地下浅层有害气体是影响地下交通工程施工与后期运营的重要危险因素,对其地质成藏特征的研究可有效指导治理措施的设计部署。以昆明地铁2号线工程为例,通过对工程中有害气体喷发重点区段现场勘察与实验分析,研究分析了浅层有害气体成藏特征。该工程区段地下浅层有害气体是赋存于第四系泥炭质土层中以甲烷组分为主的小型、低压生物气。含气层空间分布特征显示,福保路段揭露两层含气层中的下部含气层与地铁结构线为纵贯关系,施工危险性较大;而该段上部含气层以及官南路段含气层均不与地铁结构线交叉,危险性较小。尽管由于前期工程施工导致勘察区段地下有害气体压力与流量降低,但不排除勘察区间或周边存在小型高压气体聚集区的可能性,故建议在施工过程中要对地下有害气体进行同步探测,对于高压气层采取提前排气与压入式机械通风处理措施,同时加强现场有害气体监测。     

季冻区隧道冻胀力影响因素交互性及敏感性正交试验分析

为探究影响季冻区隧道衬砌冻胀力各个因素的交互性及敏感性,依托承担冬奥会人员转运工作的延崇高速主线翠云山隧道,通过建立ANSYS数值模型,对冻胀率、冻融圈厚度、衬砌弹性模量等冻胀力影响因素进行了正交试验。研究结果表明：(1)考虑各个因素对冻胀力的影响时可只考虑其主效应。(2)融圈厚度、冻胀率、衬砌弹性模量、冻结围岩弹性模量以及未冻结围岩弹性模量均对冻胀力的影响较为显著;各因素敏感性排序为：冻结围岩弹性模量>冻胀率>未冻结围岩弹性模量>冻融圈厚度>衬砌弹性模量。(3)相比于原始参数,实验最优参数各部位冻胀力均有所减小且降幅均超过30%,最小降幅发生在拱顶为34.20%,并据此提出了控制冻胀力的措施,为河北地区季冻区隧道建设提供指导。     

非圆形隧洞解析应力空间分布特征

隧洞开挖过程中快速获取掌子面附近围岩空间应力分布信息对其灾变防控至关重要。基于收敛约束法,将非圆形隧洞围岩解析解与可视化软件Tecplot相结合,提出一种高效、直观的隧洞解析应力空间分布呈现方法,利用该方法对引汉济渭岭北深埋隧洞掌子面附近的空间应力分布特征进行了分析,并在基础上探究了初始主应力场水平倾角对隧洞空间应力分布特征的影响。结果表明：沿隧洞纵向逐渐远离掌子面时,隧洞环向应力集中分布呈现出应力集中大小增长区、应力集中区域扩展区与应力集中区域稳定区三阶段特征。对于深埋硬岩隧洞,沿隧洞纵向远离掌子面的三阶段分布区间分别为0.5D(D为隧洞最大洞径)范围内,0.5D～2.0D范围之间,2.0D范围外。此外,初始主应力场水平倾角对隧洞应力分布影响主要体现在环向分布方位,而对其纵向分布影响较小。     

成兰铁路特长深埋隧道岩爆段应力特征

为了探究高地应力环境下深埋隧道岩爆发生机理,掌握岩爆孕育规律,通过现场测试、数值分析及室内实验,对平安特长深埋隧道岩爆段围岩的二次应力场进行了分析,探明了隧道岩爆发生的力学机制,并运用经典应力岩爆判据指标,预测判断出岩爆发生强度及位置。研究表明：隧道侧壁处存在较大的压应力,是造成岩爆发生的主要原因;高地应力条件下,由于结构面等不利因素的存在,造成掌子面中部处原岩应力突发释放而引发高烈度的岩爆;在岩爆区段进行应力释放孔的布置,能够有效地释放原岩应力,减少岩爆发生的可能性。相关研究成果能够深化人们对于高地应力环境下岩爆发生机制的认识,为类似工程岩爆的防控及建设提供科学依据。     

超长高海拔公路隧道火灾烟流扩散及温度分布规律

天山胜利隧道全长22 km,是目前世界最长的在建高海拔高速公路隧道。采用FDS(fire dynamics simulator)软件火灾动力学计算模型模拟了不同通风条件下海拔高度2 850 m的天山胜利隧道火灾发展过程,明确了不同通风条件下天山胜利隧道内火灾烟流的扩散规律以及温度的时空分布规律,提出了主隧道烟气的控制标准。结果表明：(1)考虑天山胜利隧道车型比例、多车辆串燃以及高海拔环境等因素,确定天山胜利隧道火灾火源规模折减为22 MW;(2)当隧道不通风时,火源上方拱顶温度由于隧道坡度影响,具有明显先增大后衰减的趋势,相比于无坡度条件下,前者达到最高温度快,且最高温度低;(3)隧道内温度随着通风速度的增加和远离火源而降低,隧道内可视度随着远离火源先增加后减小、随着风速增加而增大;(4)随着风速增加,人眼特征高度处温度高于60℃、可视度低于10 m的范围逐渐减少;(5)主隧道坡度为1.367%对应的火灾控烟临界风速为4 m/s,横通道坡度为-7.5%时无通风条件下进本无烟气进入。     

基于烟囱效应的高海拔超长公路隧道横通道设计参数研究

为研究烟囱效应作用下高海拔超长公路隧道的横通道间距及宽度等设计参数,以天山胜利隧道为例,运用火灾动力学模型FDS(fire dynamics simulator)建立了不同坡度的高海拔公路隧道三维火灾燃烧模型,分析了高海拔隧道火灾温度及烟气的分布规律,给出了隧道内火灾模式下人员的可用安全疏散时间。考虑了高海拔及烟气对疏散速度折减、人体特征、车辆类型及载客量等因素,采用三维人员仿真模型Pathfinder建立了不同隧道横通道间距与宽度组合下的人员疏散模型,得到人员的必需安全疏散时间。基于安全疏散准则,给出了不同坡度下天山胜利隧道横通道的设计间距及宽度推荐值。结果表明：隧道坡度越大,烟囱效应越明显,火源上坡方向温度上升及可视度下降速度越快,可用安全疏散时间越少;隧道坡度为0.5%、1%、1.367%及1.8%时,距离火源上游250 m处的可用安全疏散时间分别为496、456、430、415 s。天山胜利隧道儿童、成年男性、成年女性及老人的疏散速度分别为0.72、1.07、0.91、0.65 m/s。当隧道坡度为0.5%、1.0%、1.367%和1.8%时,建议横通道间距(宽度)分别设置为2...     

小间距隧道与互通出口段交通安全保障措施研究

由于我国地形地质条件限制,在实际工程施工过程中存在较多的隧道出口与互通立交出口间距过近的情况,并且这些间距过近的路段往往是事故易发路段.通过对小间距隧道与互通出口路段的驾驶行为分析,总结出小间距隧道与互通出口路段行车安全的关键影响因素,主要包括隧道明适应影响、驾驶员换道距离影响以及交通量的影响.基于关键影响因素,从主动...     

偏压条件下特大断面隧道地震动态响应的数值模拟研究

以福州市二环路金鸡山隧道为工程背景,利用数值模拟方法研究偏压条件下特大断面隧道的地震动态响应(包括地层加速度及衬砌接触压力的动态响应),并与已完成的振动台模型试验结果相互对比验证.数值模拟结果表明:地层各测点的PHA放大系数,沿地层中轴面及衬砌边缘随高程呈对数型增长,沿临空侧坡面随高程呈指数型增长;中上部地层各测点的P...     

公路隧道坍方综合处治技术

分析了土家湾隧道坍方的原因,阐述了该隧道塌方综合处治技术和相关的防排水措施,采用水泥 水玻璃双液注浆加固施工工艺。监控结果表明:处治后塌方段周边相对位移小于0 2%,整体已处于稳定状态,满足公路隧道施工技术规范要求,说明所采取的综合处治技术措施是有效的方法。