摘要：隧道洞口段存在偏压浅埋、围岩破碎等情况,为探究隧道洞口段在地震作用下的动力响应规律并给出安全性定量评估指标,以雅万高铁6号隧道为依托建立数值模型,分别输入雅万人工合成波、EI波、KB波以及WL波4个地震波,基于可拓理论,建立可拓物元模型,对采用数值模拟方法得出的隧道洞口段在最不利地震波作用下的弯矩、轴力、相对位移、加速度4个安全评估指标结果创建分区,以综合定量指标对雅万高铁6号隧道洞口段进行安全性评估,并提出了抗震设防长度。同时,分析了在不同地震波作用下的雅万高铁6号隧道洞口段的动力响应规律。结果表明:(1)在雅万人工波作用下,隧道各评估点动力响应程度约为其余3种天然波作用下动力响应程度的1.2倍;(2)各地震波计算所得4个评估指标沿纵向方向变化规律基本相同,轴力及弯矩峰值均出现在拱肩拱脚位置,相对位移峰值均发生在洞口处仰拱至拱顶测线,评估指标峰值发生时刻略微滞后于地震波峰值加速度对应时刻;(3)在雅万人工合成波作用下,雅万高铁六号隧道洞口段抗震设防长度为45~55 m,为隧道洞径的3.5~4倍。研究成果可为通过综合定量指标对隧道洞口段进行抗震安全性评估提供参考。

摘要：盾构隧道管片中的钢筋锈蚀会对结构的承载性能和破坏形态产生重要影响。一般盾构隧道结构多呈现小偏心受压状态,当钢筋锈蚀发展到一定程度时会出现小偏心向大偏心受力状态的转变,导致结构承载力下降、危及隧道运营安全。基于盾构隧道衬砌结构压弯受荷特点,设计小偏心加载的锈蚀试验柱,等效地模拟隧道衬砌的实际受力状态,分析不同锈蚀程度下试验柱跨中应变、极限承载力及裂缝的全过程演变。随锈蚀程度加重,试验柱承载力、混凝土应变、受压区高度下降速度逐渐加快,最大锈蚀率达到68.32%时,承载力最大降幅达到53.23%。试验发现高锈蚀程度(η≥46.25%)试验柱由小偏心破坏转化为大偏心破坏的现象。基于受弯构件正截面承载力理论分析,提出隧道衬砌结构由小偏心向大偏心破坏转化的临界锈蚀率理论计算方法,通过设计有限元计算流程验证了该方法的正确性。研究结果可为盾构隧道衬砌结构耐久性设计和安全评价提供理论支撑。

摘要：随着高速列车运行时速的提升,车-隧气动效应加剧、微压波超限问题愈发严重。以往研究表明,隧道洞口设置缓冲结构是解决微压波问题的有效手段之一,但是随着隧道长度增加、列车时速提升,仅以入口缓冲结构作为标准的设计方法存在一定局限性。并且国内外的研究重点更多集中在入口缓冲结构,对出口缓冲结构及隧道出入口均设置缓冲结构的设计方法研究相对较少。针对这一问题,利用控制容积法分析出口开口式缓冲结构的关键影响参数。基于LES湍流模型和动网格技术建立三维数值仿真模型,对关键参数的正确性做出验证。分析隧道出入口对称、非对称设置缓冲结构对微压波特性的影响,提出适用于单线和双线隧道的洞口开口式缓冲结构的设计方法。研究结果表明:1)隧道出口缓冲结构开口率是影响出口缓冲结构对微压波压力缓解效率的关键参数,开口率越大,微压波压力最大值越低;2)隧道入口以压力梯度为控制标准设置最优缓冲结构、隧道出口提高缓冲结构开口率的形式,在单线隧道缓冲结构设计中对微压波有更高的缓解率,出口缓冲结构开口率越大,对微压波压力缓解效率越高;3)双线隧道洞口开口式缓冲结构设计时,应当增加其总开口率,同时选择小面积、多个数的开口形式并在隧道出入口对称设置。

摘要：泥水盾构在砂卵石地层掘进时,排浆管道将输送大量大粒径卵石,导致浆体产生不稳定湍流,这给管道压力损失的确定带来了挑战。该研究设计了环流试验装置,以CMC透明黏性浆液为实验用泥浆,建立了基于计算流体动力学与离散单元法(CFDDEM)耦合的三维数值模型;以粒径为5~80 mm的卵石为对象,分析了卵石粒径级配、浆液流速、卵石体积分数以及管道倾角对管道沿程压力损失的影响规律。研究结果表明:同一卵石粒径级配、卵石体积分数与管道倾角下,管道沿程压力损失随浆液流速的增加大致呈指数函数规律增加;对于水平管道,不同卵石粒径级配下的管道沿程压力损失差别较小;在低浆液流速(v <2 m/s)下,管道沿程压力损失随卵石体积分数的增大呈线性规律增加,在较高浆液流速(v≥2.0 m/s)下,管道沿程压力损失随卵石体积分数的增大呈指数函数形式增加;对于倾斜及竖直管道,同一卵石粒径级配、卵石体积分数与浆液流速下,管道沿程压力损失随着管道倾斜角度的增大首先表现为缓慢增加,然后呈急剧增加,其转折点的管道倾角为60°。此外,在泥浆浮力以及湍流的作用下,大粒径的卵石难以克服自身重力达到完全悬浮的运动状态,因此,大粒径卵石主要沿管道下壁面运动,且在管道弯头处压力存在明显的分层现象。

摘要：随着我国新能源汽车的推广使用,隧道中的污染物组成比例发生变化。为明确新能源汽车对隧道需风量的影响,采用资料调研、理论分析等方法,量化新能源汽车的污染物生成特性及与内燃机汽车的区别,探明在坡度与车速影响下大、中、小型3类车型的新能源汽车在不同混入比情况下对隧道运营阶段需风量的影响规律,对《PIARC2019》隧道需风量计算公式进行修正,给出修正系数的计算方法,并根据工程情况给出详细的通风设计方法。研究结果为:(1)基于4种生成途径下非排放类污染物PM生成机理,给出了非排放类污染物PM生成量与汽车重量之间关系的计算公式;(2)大型、中型和小型新能源汽车的非排放颗粒基准排放量修正因子分别为1.127、1.093和1.088;(3)考虑隧道坡度、车速、混入比影响,给出了临时施工运输隧道与普通公路隧道的运营通风需风量修正系数计算方法;(4)建立了运营通风需风量计算时不修正、修正、宜设置除尘机3个层次的适用条件判别公式。

摘要：公路转弯段的线形设计指标对护栏的安全性能有重要影响。文中基于路侧安全领域广泛使用的有限元软件LS-DYNA,通过模拟和实车试验对比验证模型的有效性,建立货车与混凝土护栏复杂碰撞试验模型,模拟计算得到车辆碰撞护栏的详细动画,作为平曲线路段上护栏安全性能的直观感受,将行车道半径、路面超高、车辆速度作为变量,研究和量化主要线形指标对混凝土护栏安全性能的影响。结果表明:道路半径接近与设计速度对应的极限最小半径时,车辆的翻滚角增大,车辆易碰撞护栏发生侧翻;行车道路面超高6%为混凝土护栏安全性能的临界点,采用大于6%的超高会使车辆沿护栏迎撞面爬坡跃升的高度增加,车辆更容易发生侧翻,设计时应避免大超高(6%以上)和小半径极值的组合;在曲线路段,碰撞速度对护栏安全性能的影响明显,整体式货车车速达90 km/h后,发生侧翻的风险明显增加。文中研究成果可为道路曲线路段路侧的线形安全设计提供理论基础。

摘要：近年来中国钻爆法隧道大力倡导机械化全工序建造,这种机械装备集成化的现代施工模式虽可有效提升掘进效率,但超长的机械装备作业线布设距离将会严重滞后二次衬砌支护时机,对软弱破碎岩层的围岩-支护结构稳定性造成威胁。通过调研隧道设计、施工规范关于确定二衬支护时机的相关原则及控制指标,梳理机械化全工序施工的作业线布设方案,提出了钻爆法隧道机械化施工背景下二衬支护时机的动态优化方法,综合围岩弹塑性本构模型,以及喷射混凝土、钢架、锚杆、二次衬砌本构模型,建立了围岩-支护结构相互作用全历程解析方法用于求解承载极限比、荷载分担比,最后计算分析了围岩安全系数的分布规律。结果表明:通过算例分析验证了提出的机械化施工二衬支护时机动态优化方法的有效性;不同强化的初支方案对应了80~120 m的机械装备作业线布设距离(二衬最晚支护时机),且二次衬砌可分担7%~13%的围岩荷载;80、100、120 m机械装备作业线布设距离对应的初支方案下,围岩整体安全系数分别为1.19、1.30、1.26,均满足安全控制基准。

摘要：为在大直径盾构隧道中更好发挥接头的抗剪、定位功能,设计安装于管片环缝螺栓孔处、外套于螺栓的空心套筒,为了探究“直螺栓+套筒”新型环间接头的抗剪性能,以成都锦绣隧道为背景,建立环间接头的三维精细化数值模型,并开展足尺试验对数值模型的计算精度进行验证。结果表明:新型环间接头在抗剪过程中主要分为3个受力阶段:摩擦段、构件抗剪段和破坏失效段,其抗剪刚度随着错台的发展呈现出非线性。套筒对接头的抗剪性能有明显的强化作用,将超过其承载能力的剪切荷载平稳过渡给螺栓,避免了管片突然产生滑移错台,并对管片有一定的保护作用。套筒与直螺栓的受力配合机理为:在管片产生微小错台时,套筒发生弹性变形并承担主要剪力,随着错台量增大,套筒逐渐进入塑性状态,螺栓承担主要剪力。套筒的加入能显著改善环间接头对于微小错台的控制能力,并且由于其自身具备的导向定位功能,能在管片拼装阶段就达到降低错台率和错台量的效果。足尺试验表明新型接头的破坏形式为:套筒、螺栓进入塑性状态而失效,管片发生以螺栓孔为对称中心、与水平方向成30°~45°的对称剪切破坏,管片薄弱区域为螺栓孔附近位于管片内弧面一侧的钢筋混凝土。研究成果将为此类接头今后的工程应用提供参考。

摘要：针对勘察设计阶段判别的隧道围岩等级与施工过程中实际揭露的围岩情况不符的问题,提出一种以隧道施工期实际揭露的围岩为研究对象的智能动态分级方法。首先,依托甘肃省渭武高速公路木寨岭隧道工程,利用单反相机采集掌子面图像,基于深度学习Res Net18网络设计T-Res Net模型,进行掌子面围岩图像特征定性识别分类;然后,利用数字图像处理技术定量识别、提取节理裂隙特征参数,进而确定掌子面完整性指标;最后,结合岩石坚硬程度、岩体完整程度、主结构面产状、地下水发育状况、初始地应力、节理延展性6个指标建立围岩分级指标体系,并采用特征加权KNN(K-nearest neighbor)算法模型实现隧道围岩智能动态分级。研究结果表明:1)T-Res Net模型在节理裂隙测试集的准确率达到83.23%,在地下水测试集的准确率达到92.86%,可以实现围岩特征的有效识别与精确分类;2)使用机器视觉方法处理现场围岩图像,可快速提取岩体完整性系数和地下水发育情况,实现现场智能化高效分析;3)KNN智能动态分级方法在依托工程具有良好的适用性和较高的准确性,可有效实现隧道施工过程中的围岩动态分级。

摘要：为研究装配+现浇式内部结构和全现浇式内部结构的盾构隧道在超载下的纵向力学性能,以济南济泺路穿黄隧道及武汉三阳路隧道为工程背景,采用ABAQUS有限元软件建立围岩-管片-内部结构三维数值模型,并通过相似模型试验验证数值模型的合理性,对比分析不同内部结构施作方式下管片和内部结构的变形及力学特征,针对内部结构的损伤分布情况提出相应构件间连接的优化思路。研究结果表明:装配+现浇式内部结构分担的内力小于全现浇式结构分担的内力,管片承担的弯矩和剪力更大,导致管片的张开量和错台量均大于全现浇式,其中张开量的差异较为明显,较全现浇式的高10.02%~21.64%。此外,装配+现浇式内部结构由于应力集中影响更易出现局部损伤。当内部结构出现大面积损伤时,其加载区域承担的正弯矩下降,两端未破坏区域承担的负弯矩增大,结构的抗弯刚度降低,导致管片的弯矩值和环间张开量增大。