海底隧道最小安全顶板厚度优化决策研究

合理地确定海底隧道顶板厚度是修建海底隧道的关键技术之一.隧道的最小安全顶板厚度在一定程度上决定海底隧道的长度,从而影响海底隧道修建的成本.海底隧道顶板厚度是控制隧道经济性指标的一个重要因素,但是如果隧道顶板厚度太小,在海底隧道施工时,围岩破坏或松动形成导水裂隙带,有可能波及到上部水体,甚至运营后可能发生大量渗水.因此,在决定隧道最小安全顶板厚度时就存在一个优选问题.笔者正是基于此,在综合考虑经济、安全两方面的因素,借助工程选优手段,研究了决策海底隧道的最小安全顶板厚度的方法,为今后海底隧道的顶板厚度的确定提供了思路。     

断层破碎带突水最小安全厚度的筒仓理论分析

隧道临近富水断层破碎带时易发生突水突泥灾害,防突岩盘最小安全厚度的确定是关键问题.为此,基于筒仓理论和极限平衡方法,分别建立隧道轴线与掌子面正交和平行时的断层破碎带突水力学模型并且推导防突岩盘所受地应力的计算公式.在此基础上,得出富水断层破碎带突水突泥的力学判据,并分析断层破碎带宽度对防突岩盘最小安全厚度的影响.最后,将理论研究成果应用于永莲隧道和祁连山隧道工程中.理论分析表明:断层破碎带宽度小于200 m时,断层破碎带宽度对防突岩盘最小安全厚度的确定影响显著.经过计算,永莲隧道的防突岩盘最小安全厚度为7.34 m,实际工程中未预留足够安全厚度而发生突水事故;祁连山隧道F6、F7断层破碎带的防突岩盘最小安全厚度分别为10.22和11.59 m,实际工程中预留了12 m顺利通过断层带,表明理论计算值与工程实际比较符合,具有一定的可靠性.     

有限元在水下隧道最小安全顶板厚度中的应用

地下工程围岩稳定分析计算中断层材料参数与岩体材料参数相比，差异很大从而导致计算不容易收敛等特点提出了相应的非线性有限元方程组的求解策略。模拟了某拟建中水下公路隧道，在不同隧道顶板厚度时的围岩应力、位移、塑性区的分布及大小。通过比较得出最合理的最小安全顶板厚度，对同类工程有很大的参考价值。     

富水构造区圆形隧道抗突体最小安全厚度解析解

隧道掘进前方存在富水溶腔时,掌子面与富水岩溶溶腔之间的抗突水岩体（抗突体）厚度会随着隧道掘进逐渐减小,一旦达到极限厚度会引发突水灾害。准确预测抗突体最小安全厚度,可有效避免岩溶富水区隧道突水灾害发生。针对隧道掘进前方岩溶溶腔水压作用可能导致抗突体发生剪切破坏和弯曲破坏两种模式,建立了相应的抗突体力学模型并据此采用抗剪强度准则、抗弯强度准则、弹性薄板理论计算出抗突体最小安全厚度。本文方法计算结果与基于固支梁弯曲理论、岩柱剪切理论、突变理论得到的结果较为吻合。参数敏感性分析结果表明：（1）隧道埋深较深时抗突体易发生弯曲破坏,而隧道埋深较浅时抗突体易发生剪切破坏;（2）抗突体最小安全厚度与隧道开挖半径、岩溶水压、泊松比呈正相关,且影响程度从大到小顺序依次为隧道开挖半径、岩溶水压、围岩泊松比;（3）模型边界条件会影响抗突体最小安全厚度,当隧道开挖半径R < 6 m、岩溶水压Pw < 0.35 MPa时最小安全厚度可按边界简支情况计算,当隧道开挖半径R ≥ 6 m、岩溶水压Pw ≥ 0.35 MPa时最小安全厚度需按边界固定情况计算。最后结合一座发生突水的岩溶隧道案例,将对应参数代入弯曲I型表达式计算出最小安全厚度与工程中预留的厚度总体一致,表明本文最小安全厚度解析解是合理的。     

横流作用下天然气火焰结构分区及热参数研究

集中排烟隧道具有纵向通风和集中排烟等优点。随着交通运输业的不断发展,集中排烟隧道已广泛应用于长大隧道设计中,隧道内火源局部热参数的变化规律研究一直是人们关注的焦点。文章基于集中排烟隧道系统设计,围绕火源局部热参数,针对天然气火灾,通过数值模拟研究,探索15种工况横流作用下火羽流轴线偏移轨迹、火焰结构分区及顶板下方烟气最大温升。结果表明:模拟火焰与自由火焰结构的分区规律类似,但分区转折点随火灾强度增大而减小;等效风速对火羽流轴线温升有显著影响;引入风速修正,回归整理可得到3个分区轴线温升的无量纲准则关联式;顶板下方烟气最大温升随等效风速增大而减小,且模拟结果与实验结果的变化规律具有相似性。     

隧道盾构法掘进触发二次地应力分布规律研究

以拟建哈尔滨市松花江隧道为例,采用因子对目标函数影响的优化分析思想,直接针对隧道施工过程,在各种不同工况下,建立尽可能逼近实际问题的有限元数值计算模型,通过大量的反复数值模拟实验,研究因盾构掘进在土体中触发二次地应力的分布规律,总结各单项因子对土体变形力学性状的影响特性,预估隧道周围土体最危险破坏点位置,为合理确定顶板安全厚度提供理论依据.     

浅埋偏压隧道洞顶上覆岩体安全厚度的确定

借助结构稳定理论中在均布荷载与集中力作用下的梁模型,建立了梯形荷载作用下的简支梁模型,并计算其挠曲线方程。将浅埋偏压隧道近似看成受梯形荷载作用下的简支梁,利用计算出的挠曲线方程计算出简支梁最大弯矩;由应力计算公式和强度条件,在弯曲应力不大于容许弯曲应力的条件下,可得到洞顶上覆岩体最小安全厚度。在浅埋偏压隧道开挖前,可通过最小安全厚度的计算判断设计的上覆岩体厚度是否符合安全要求,以避免工程事故的发生。     

隧道盾构法掘进触发二次地应力分布规律研究

以拟建哈尔滨市松花江隧道为例，采用因子对目标函数影响的优化分析思想，直接针对隧道施工过程，在各种不同工况下，建立尽可能逼近实际问题的有限元数值计算模型，通过大量的反复数值模拟实验，研究因盾构掘进在土体中触发二次地应力的分布规律，总结各单项因子对土体变形力学性状的影响特性，预估隧道周围土体最危险破坏点位置，为合理确定顶板安全厚度提供理论依据．     

软岩隧道施工变形修复方案优化研究

某隧道在建设过程中,由于上覆荷载大,围岩强度较低,围岩出现了较大变形,严重影响隧道安全,需对隧道进行修复.根据实际情况设计了反增加初期支护厚度和增加初期支护厚度并加固围岩2种修复方案,并依据实测地形分别建立了有限元计算模型,采用不同的工况模拟了隧道修复方案.对计算结果从围岩位移、应力、塑性区发展以及衬砌内力等方面进行了对比和分析.研究结果表明,围岩注浆对软岩隧道的围岩变形、围岩应力的控制效果优于仅采用增加初衬厚度的修复方案.此研究对类似隧道修复具有借鉴意义.     

毗邻互通立交特长隧道交通组织方法

为响应毗邻互通立交特长隧道换道通行的客观需求,解决交通组织中车道控制方式和控制路段长度问题,通过防侧滑和防侧翻临界安全状态分析,建立了基于最小车头时距的车辆变道最小安全距离模型,测算特长隧道洞内或连接段变道最小安全距离.针对单向3条车道及以上特长隧道存在二次变道的实际情况,以保证前后车保持安全距离变道为目标,构建了单次、两次变道成功概率模型,测算连接段安全变道成功的概率.借助Vissim仿真技术对特长隧道的交通组织方案、车道控制方式进行类比分析,综合考虑特长隧道运行安全性和通行效率,提出了以车辆延误、损失时间、平均速度和车道变换次数等指标比选交通组织方案,以每车平均延误、每车停车次数、车辆密度、延误比以及行驶速度等指标比选车道控制方式.结果表明:毗邻互通立交特长隧道应进行连接段安全变道最小距离验算,并进行基于安全距离单次及两次变道成功概率测算;在连接段长度不满足安全变道条件时,宜采取驶出匝道车辆在特长隧道内完成车道变换的交通组织方案.     

对称双连拱隧道的最优组合设计

对对称双连拱隧道采用连续介质模型并应用ANSYS有限元软件进行结构的最优组合设计.根据ANSYS软件计算所得结果模拟出相应的应力云图,并进行对比分析,得出取P=60°时的对称双连拱隧道模型作为最优组合设计的重要结论.     

通省隧道大变形围岩松动圈测试与分析

隧道的稳定性是隧道设计与施工的重中之重,直接影响隧道在施工和以后使用的安全问题,而围岩松动圈又是分析隧道稳定性、进行支护结构设计的一个重要因素,针对特长公路隧道通省隧道施工过程中出现的围岩大变形,采用超声波测试技术对隧道大变形段的围岩松动圈进行探测,同时对松动圈厚度进行了理论验证,理论计算结果与超声波测试结果基本一致,为支护结构的优化设计、有效控制隧道大变形提供了依据和指导。     

地铁荷载作用下隧道土体变形的数值模拟

天津市区地铁隧道一般埋设于第一海相软土层中,目前针对这一海相软土层在地铁荷载下隧道周围土体变形的研究较少.本文利用ABAQUS有限元软件,模拟地铁运行荷载,对比分析隧道周围土体在竖向和水平方向上距隧道不同距离处土体的变形,结果表明:土体变形较大的区域主要集中在以隧道轴线为中心的10,m范围内,工程建设时对此区域土体要重点关注;而在30,m以外区域土体变形较小.分析结果为以后在现有地铁隧道沿线建设地下构筑物时提供了有价值的参考.     

TSP203在溶洞探测中的应用

与探测断层相比,应用TSP203探测溶洞有很大的难度。根据TSP203的工作原理和在喀斯特溶洞发育的隧道内的探测结果,认为溶洞的几何形态和产状是决定溶洞探测精度的首要因素。只有溶洞的边界有一定的横向延伸性,溶洞界面呈非常明显的单一平面特征,其法线方向与隧道轴线平行或以较小的角度相交(0°~45°),溶洞才能被准确探测。如果溶洞的边界相对于TSP测量布线有一定的横向延伸性,其边界面不一定是完全平滑的表面,但其法线方向与隧道轴线不完全垂直(大角度相交),这类溶洞有可能被部分探测,但探测精度还与溶洞界面两侧的波阻抗差、对地下水的探测、操作人员的数据采集经验和数据处理水平等有关。如果溶洞的几何形状为圆锥体或圆柱体,或者溶洞界面尽管为一平面,但其界面边界的横向延伸面与隧道轴线平行(法线方向垂直于隧道轴线),那么,这类溶洞基本难以被探测。     

盾构隧道下穿管道施工引起的管道水平位移研究

采用两段法研究了盾构隧道下穿管道施工引起的管道水平变形特性,在第1阶段改进了Loganathan公式,求得盾构隧道以任意角度下穿管道施工引起的管道轴线处土体水平位移,第2阶段采用Vlasov模型模拟管土相互作用,并求得管道水平位移解析解。通过与工程监测数据及有限元计算结果的对比,验证了方法的正确性,并进一步分析了管道与隧道夹角、管道直径以及隧道埋深对管道变形的影响。结果表明：盾构隧道斜下穿管道施工时,隧道与管道相交角度的大小对管道水平位移造成的影响显著,随着夹角的减小,管道的水平位移逐渐增加;当管道与隧道相交角度较小时,盾构隧道开挖引起的管道水平位移相对管道竖向沉降不可被忽略;随着管道直径的增大、隧道埋深的增加,盾构隧道斜交下穿管道施工引起的邻近管道变形均减弱。     

输水隧道流-固耦合地震反应研究

目的为了研究在考虑介质的辐射阻尼的情况下，穿越软土地区的浅埋大管径输水隧道在内水作用下。其水体晃动、阻尼系数、地震激励方向、内水压力、围岩种类、围岩和衬砌的非线性以及衬砌的厚度对衬砌的地震响应的影响．方法根据流固耦合原理建立内水-衬砌-围岩三者的运动方程。以一穿越河底的输水隧道为例，采用三维流固耦合有限元程序对其进行地震反应分析．其中管内水体采用基于势的流体单元．结果经分析得出其中水体晃动、地震激励方向、高内水压力、围岩种类，围岩非线性及衬砌的厚度都对衬砌的地震响应的影响很大．结论采用有限元理论分析了对衬砌的地震响应有影响的几个因素，为工程设计与施工提供了可靠的理论依据．     

张集铁路旧堡隧道围岩初始应力反演分析及分级评价

隧道围岩初始应力分析评价是进行围岩稳定性分析、实现隧道安全快速掘进的前提.采用位移反演分析和场区构造地应力分析2种方法,对旧堡隧道围岩初始应力状态进行分级评价.研究表明,开挖区段隧道横截面上平行洞轴方向为最大主应力方向,围岩的最大、最小主应力均大于自重应力,岩石强度应力比低,该隧道围岩的初始应力属于高地应力.     

提高网络安全性的方法研究与实现

通过对影响网络系统安全性的主要因素进行分析,提出了改进的用户验证、URL请求验证和抗SQL注入式攻击等几种提高网络安全性的方法,并给出了每种方法的实现流程图和用户验证的部分代码,应用结果表明,这些方法能有效地提高网络系统的安全性.