引汉济渭秦岭隧洞施工通风测试及特征分析

文章分别以引汉济渭秦岭隧洞TBM施工段和钻爆法施工段为研究对象,分析了正常通风条件下洞内不同工序、不同位置的温度、湿度、气体含量、粉尘分布等特征规律.结果表明:采用TBM施工,高温段主要集中在距离开挖掌子面约1000m范围内.掘进时,洞内相对湿度和掌子面附近粉尘浓度均低于非掘进时,一氧化碳含量高于非掘进时.采用钻爆法施...     

大型复杂地下洞室群通风特性研究

地下洞室群施工作业面多,结构复杂,施工中会产生爆破气体、施工机械尾气、混凝土作业粉尘等。为解决地下洞室群内的通风布置优化问题,基于RNG k-ε湍流模型采用CFD软件对绩溪抽水蓄能电站地下洞室群的施工期通风进行数值模拟,研究地下洞室群内的实际通风效果以及入口风机风速对洞室内通风流场的影响。结果表明:现有通风方案下,洞室群内气流控制合理,主厂房与主变洞内均能形成下部送风、顶部排风,实现洞内空气的置换;当入口风机风速为20 m/s时,洞内流场分布均匀,空气流动速度适中,通风效果良好。     

深埋长隧洞TBM施工通风除尘技术的应用

在大伙房输水隧洞工程施工中,采用了TBM施工。独头通风除尘距离超过10 km的施工技术。文中介绍了系统方案的设计、系统布置、自然风的利用和控制、洞内环境监测、通风质量的抽样监测等,监测结果表明,采用通风系统满足工程施工需要。     

绩溪抽水蓄能电站施工期通风效果监测与分析

绩溪抽水蓄能电站地下洞室群施工期通风布置复杂,施工期通风效果将直接影响工程进度、质量、安全和施工人员的身心健康,关系重大,必须予以足够的重视。结合工程实际施工情况,对地下工程施工期通风效果进行监测,本文主要针对主厂房出渣工况下的洞内通风及环境状况进行监测与分析,并理出有关建议。监测内容主要包括风量、风速、洞内温度、湿度和粉尘、有害气体浓度及成分。     

大伙房水库输水一期工程通风竖井设计施工方案

大伙房水库输水一期第四施工合同标段隧洞全长35km,原计划采用TBM掘进机开挖15km,人工钻爆开挖20km,但由于TBM进场晚,根据总进度计划安排,需要采用钻爆法接应TBM施工1.8km,为解决TBM段钻爆法接应的通风排烟问题,提高通风质量,根据现场实际情况,采用增加4个通风竖井方式保证洞内通风,通风竖井布置在进洞方向的右侧。     

敞开式TBM扩大洞室混凝土衬砌施工

由于施工场地受限、征地补偿费用、步进条件等原因,敞开式TBM采取洞内组装方案已较为常见。以本工程为例,在扩大洞室规划设计时,为实现直径8.5m敞开式TBM主机和后配套同步组装,扩大洞室中的组装间结构尺寸达到长80m、宽12.9m、最大高度17m;施工服务区也长达145m以满足在组装阶段后配套逆序临时停存,始发后满足洞内拌合系统规划布置。本工程扩大洞室衬砌结构线外整洞衬砌,以节约施工成本和加快施工进度为目的,将结合施工通道与TBM掘进段衬砌统筹考虑,优化扩大洞衬砌方案,充分利用现有台车等施工资源,以尽早实现通水目标。     

引汉济渭隧洞TBM施工环境热害扩散规律研究

引汉济渭工程是解决关中、陕北缺水的重要工程,其将穿越秦岭主脊段,主要采用TBM法施工。理清TBM掘进段的施工环境热害扩散规律,用以指导TBM掘进隧道内的现场施工。以引汉济渭隧洞工程为依托,主要采用数值计算方法对不同围岩级别和不同通风条件下TBM掘进段的施工环境热害扩散规律进行计算研究。研究结果表明:在Ⅳ级围岩中施工时,掘进机段环境空气温度小于28℃,满足规范要求。随着围岩级别提高,掘进面附近区域温度和高温区范围逐渐扩大,最高温度达到50℃,最大热害扩散范围达到165m,最小的通风有效降温距离仅为45m;随着风管出风口风速的增大和送风温度的降低,热害扩散范围逐渐减小,但仍难以使掘进面附近环境温度满足规范要求,建议在掘进面附近区域采用局部降温措施。     

引汉济渭工程岭北TBM通风系统改造

TBM通风是隧道开挖时的生命保障线,可进行设备降温、排污、为隧道作业人员提供新鲜氧气等。引汉济渭岭北TBM第二阶段施工全长(8920+3000)m,前期采用洞内采风方式,掘进至5000 m时,TBM区域环境温度为38℃,湿度为96%。为了应对后期高岩温,大埋深施工区段,对通风系统进行了改造。以引汉济渭岭北TBM施工中通风系统改造为实例,研究探索TBM通风改造方法。经现场试验证明,此方法具有低成本、高效率的特点,可为同类TBM施工提供有益借鉴。     

高寒地区抽水蓄能电站地下厂房施工期通风、保暖、散烟系统研究

以河北省丰宁抽水蓄能电站地下厂房施工为研究对象,根据各洞室贯通的先后顺序,将地下洞室群施工期的通风分为一期通风、二期通风、三期通风3个阶段,不同阶段设计不同的方案。研究设计出高寒地区冬季隧道内施工防寒保暖散烟系统,结合管道通风和自然通风的方式进行通风。现场应用效果明显,各掌子面及掘进施工断面粉尘和有害气体浓度在短时间内大幅度降低,施工断面通道附近粉尘浓度降低到10 mg/m3及以下的水平,通风洞主体通道粉尘浓度甚至降低到5 mg/m~3以下的水平。该技术实现了洞室群内施工周期各阶段风流的有序流动更新,降低了施工成本,保证了施工质量,创造了良好的施工环境,为同类型高寒地区水电站建设提供了经验参考。     

南水北调西线工程深埋长隧洞施工通风研究

根据南水北调西线工程的特点和深埋长隧洞施工设计方案,对掘进机施工通风的独头通风长度、施工通风模式、系统参数、机械选型、通风布置等进行了初步研究,指出:深埋长隧洞双洞布置洞段宜采用平行巷道式施工通风方案;双洞施工通风布置中,横通道间距为500~2 000 m,风机最大送风长度为4 000 m,优质通风管平均百米漏风率为0.55%~1.20%;风机应选用高效、低噪音的轴流式风机,风管应选漏风率低、耐久性强、安装方便的大直径软管。     

气候变化下奎屯河流域径流特征分析

近年来,人类经济活动加快以及气候的变化,导致径流特征发生一定的变化,这为径流预报、水资源的合理规划及利用增加了难度。目前,随着气候的变化,奎屯河流域的径流特征也发生了极大的变化。根据1972—2017年奎屯河流域月径流量以及气温、降水实测数据,通过基本统计方法、累计距平法、MK检验等方法,分析了奎屯河流域两条主要河流在气候变化影响下的年内变化、年际变化和周期变化趋势等特性。结果表明:奎屯河与古尔图河年径流序列分布规律较为相似,主要体现在年径流分布较为集中,离散程度小,分布呈正偏,极值数据集中度较好;奎屯河、古尔图河,相对变化幅度均呈现减小的趋势且河流年内分配逐渐趋向均匀,其中奎屯河径流量46 a间平均上升速率为0.38×10~8m~3/10 a;古尔图河平均上升速率为0.214×10~8m~3/10 a;奎屯河、古尔图河年径流序列演化过程分别存在着4～8 a、10～15 a、20～25 a以及5～15 a、20～30 a尺度的周期变化规律,第1主周期分别为23 a和22 a;奎屯河径流量与气温Pearson相关性系数为0.703~(**),呈极显著相关的关系;古尔图河径流量与气温、降水Pearson相关性系数分别为0.698~(**)、0.225~(**),呈极显著相关的关系。     

宁蒙黄河治理对策

资料分析表明,宁蒙黄河冰凌灾害频繁的被动局面是由于主槽萎缩、卡冰结坝所致;而洪灾与用水安全问题则是河势变化无常和多沙支流突发性洪水淤堵干流形成"沙坝"引起的。为有效恢复宁蒙河段的行洪排沙功能,实现河道减淤、恢复和维持河道中水河槽、保障防洪(凌)安全的宁蒙黄河治理目标,从产沙、输沙、调控机理三个角度出发,分析了各因素对宁蒙黄河河床演变特征的影响。就产沙而言,通过产沙地貌分区、遥感影像分析和流域水系分区相结合的方法确定黄河上游不同沙源区的分布。基于提出的风蚀输沙通量计算方法及风沙入河估算方法,并结合区域风速与植被覆盖率实测数据,发现近30 a风速下降、区域植被覆盖率上升是风沙侵蚀量与入黄风沙量逐渐减少的原因。分析宁蒙河段日均风速、日降雨量和已有侵蚀观测资料,发现宁蒙地区的风水两相侵蚀主要体现为风蚀与水蚀交错存在及其交互促进,风力侵蚀主要发生在3—5月,水力侵蚀则集中在7—9月。现场观测与黄土降雨侵蚀模型试验则表明,重力侵蚀在黄土高原的整个侵蚀过程中占有重要的份额,暴雨形成的径流是黄土遭到侵蚀的主要外营力,也是激发和加剧重力侵蚀发展的重要影响因子。总体来看,宁蒙黄河的流域产沙具有典型的风-水-重力多营力交互特点,在比尺模型与野外观测揭示的流域径流汇集过程、沟道水流与河床自适应以及非平衡输沙机理基础上,构建了复杂地貌形态的小流域产流产沙动力学模型,成功模拟了不同植被特征和分布状况对流域产流产沙的影响,并得出了植被的减水减沙效果与延滞径流洪峰的作用同郁闭度呈正相关关系,陡坡区域植被对径流洪峰的延滞作用大于缓坡区域的结论。就输沙而言,以泥沙起动、推移质输沙与河床均衡调整等基础理论为基础,提出了水沙两相流数值模拟方法与冲积河流全沙运动模型相似条件。数值计算与模型试验表明,龙羊峡、刘家峡水库联合运用改变径流分配是导致宁蒙河道淤积萎缩的主因,协调水沙关系是修复黄河行洪排沙功能的有效途径。并分析确定了宁蒙黄河河道水沙调控阈值和多沙支流入汇口干流防淤堵的流量阈值,即宁蒙黄河临界调控流量为2 000～2 500 m~3/s,临界含沙量5.4～10.5 kg/m~3,调控时间为15～20 d,证实了通过协调水沙关系可修复和维持宁蒙黄河行洪排沙功能;防止多沙支流入汇堵河的黄河流量阈值为2 500 m~3/s,治理淤堵沙坝配合"挖引疏浚"有效冲刷的干流阈值流量为3 000 m~3/s。从各河段模型试验给出的来沙系数阈值沿程减小的变化趋势看,在内蒙古河段现状河床边界条件下,全线冲刷要求的流量至少为2 600 m~3/s,表明黑山峡工程必须预留充足的水沙调控库容。就宏观调控而言,针对流域下垫面条件多样、入黄泥沙沙源众多、河道输沙受水库调度影响显著等特点,以干流水库群为调节器,以径流泥沙为调节对象,采用模块化开发方法集成了风-水-重力侵蚀模型、河道输沙模型、冰情预报模型于水库联调模型上,构建了可进行大范围、高精度的水沙过程模拟预报的宁蒙黄河区域数字流域模型平台,并成功在下河沿—石嘴山河段进行了调试和应用。此外,针对宁蒙黄河河型复杂、凌汛期易卡冰结坝、夏季多沙支流突发性洪水易堵干流形成"沙坝"等河情状况,提出了"水沙调控、支流拦沙、堤外放淤"的处治模式。在稳定性分汊河段、大型支流入汇段、受沙卵石河床组成限制的河段,则指出不宜强行套用微弯型治理方案,而可采用"工程导送(简称为‘导’)、塞支强干(简称为‘塞’)、挖引疏浚(简称为‘挖’)"方针,亦即"导、塞、挖并举"的对策。建设黑山峡水库、南水北调西线工程等是宁蒙河段长远治理的根本对策,通过增加河道内汛期水量和调水调沙,恢复并维持中水河槽,提供防凌库容,才能彻底解决宁蒙河段凌洪灾害,并得出建立黄河上游沙源固定、支流泥沙阻截、干流泥沙输导与堤外淤沙处置的"固-阻-输-置"综合防治体系,是目前可行的治理对策的结论。     

高磨蚀性硬岩地段敞开式TBM掘进参数优化和适应性研究

通过论述敞开式TBM的施工特点,结合敞开式TBM在引汉济渭工程秦岭隧洞高磨蚀性硬岩地段施工的具体情况,详细陈述敞开式TBM在隧洞掘进过程中遇到的典型问题及现场采取的施工措施,对TBM在高磨蚀性硬岩地段掘进中掘进速度的影响因素和敞开式TBM适应能力进行分析。结果表明,在高磨蚀性硬岩地段,TBM掘进参数拟定宜采用高转速、低贯入度、高推力、低扭矩的"两高两低"模式。研究成果为引汉济渭工程秦岭隧洞TBM施工段岭南工程后续掘进施工提供了掘进施工依据,且对实现TBM快速掘进提出了具体建议。     

贵州省德江隧道岩溶水文地质特征及涌水量预测

针对我国西南岩溶地区隧道工程施工遭遇地下涌水灾害，严重影响施工进度、威胁施工安全等问题，开展隧道涌水预测。以贵州德江隧道为研究对象，在岩溶水文地质调查的基础上，结合岩溶地貌类型、岩溶及岩溶水的发育特征，分析了隧道区内池坝地下河系统、闹水岩地下河系统与隧道的水力关系。同时，对德江隧道分区段进行了水文地质评价。分别采用大气降水入渗系数法和地下水疏干法，对隧道ZK7+200—ZK8+150段、ZK8+550—ZK9+100段、ZK9+650—ZK10+500段等岩溶涌水可能性极大段进行涌水量预测。结果显示，ZK7+200—ZK8+150段涌水量达3.79×104m3/d，ZK8+550—ZK9+100段涌水量为0.43×104m3/d，而ZK9+650—ZK10+500段涌水量高达18.25×104m3/d。结果表明，ZK9+650～ZK10+500为涌水高风险地段，需给予重视。本研究可为施工设计与水害防治提供科学依据。     

近20年塔里木河干流生态环境变化遥感监测分析

针对塔里木河流域综合治理后生态环境的变化状况及植被的恢复状况等热点问题,基于遥感时空变化分析方法从土地利用、地表水体和植被覆盖度的时空变化方面分析了近20年来塔里木河干流生态环境的变化状况。结果表明:(1)塔里木河干流土地利用受到人类活动的影响显著,自2000年以来,塔里木河干流耕地面积增加显著,净增2 229 km²,草地面积整体下降,萎缩3 157 km²;(2)综合治理以来,下游河段2009—2018时段水体出现频率明显高于2000—2008时段,水体出现频率提高约15%;(3)2000年以来,塔里木河流域的植被覆盖度持续增加,特别是下游河段植被覆盖度增加明显,覆盖度增加18%。但中、上游流域的植被覆盖度的增加趋势主要贡献来源于耕地,中上游地区耕地的增加仍会对塔里木河流域的生态保护和恢复造成一定的影响。     

引汉济渭工程秦岭隧洞TBM的刀具选型试验

引汉济渭工程秦岭输水隧洞TBM施工遭遇超硬岩石,在试掘进阶段进度严重滞后于合同计划指标。为了减少刀具更换时间、促进施工进度,将刀具选型试验作为突破口。通过利用各厂家提供的刀具进行TBM试掘进,将每家2把刀具交叉安装在相应刀位上,在试验过程中进行磨损量测试、岩石抗压强度测试。从这两项指标定量分析刀具选型,结合过渡区域刀具磨损量及速率、面刀区域刀具磨损情况、整刀使用寿命、极限磨损情况、2 km试掘进阶段刀具消耗情况,综合评价各类型刀具性能。结果表明,受掌子面平整度、岩石强度及石英含量影响,不同部位的磨损量、变形都存在较大差异,尤其不同处理工艺的刀具,其耐磨值和稳定性决定着TBM的掘进速度。研究成果对超硬岩隧洞TBM刀具的选取具有一定的参考价值,也对刀具材料的研究提供了基础数据。     

特大断面TBM组装洞室爆破施工技术研究

为确保TBM组装洞室施工安全,对已建成的陕西省引汉济渭工程秦岭隧洞TBM施工段岭南工程TBM组装洞室在施工过程中的爆破施工技术进行剖析、研究和优化。通过光面爆破,采用分层分步开挖的方式,在开挖前对爆破孔位的布置、装药参数以及爆破顺序等进行周密的设计,再根据围岩情况和实际爆破效果进行及时的优化,使最终的开挖断面满足设计及规范要求,保证施工安全和质量。结果表明:各断面平均每次爆破开挖进尺为2.73~4.10 m,无欠挖,爆出石渣块度为15~40 cm,适合装渣、运输要求;周边炮眼痕迹保存完整,残孔率为77%~82%,在开挖轮廓面呈均匀分布,爆破衔接台阶平均4~7 cm。需要根据岩层节理裂隙发育、岩性软硬情况修正眼距、用药量,尤其是在Ⅳ类围岩以上且节理裂隙较为发育的洞段,要做到每排炮调整。研究成果为类似特大断面的TBM组装洞室爆破开挖施工提供借鉴。     

黄浦江下游吴淞口站低潮位重现期研究

黄浦江为感潮河流,低潮位重现期的确定对黄浦江航道的设计具有重要意义。为了准确估计黄浦江低潮位的重现期,以黄浦江下游吴淞口站年最低潮位序列为例,在对样本进行三性审查的基础上,分别采用传统的数理统计方法和时变矩方法进行水文频率分析。结果表明:吴淞口站年最低潮位序列在1996年发生了变异;还现修正后的序列服从位置参数线性时变的GEV模型,低潮位存在缓慢的上升趋势;一致性条件下百年一遇低潮位约为0.261 m,在非一致性条件下其重现期增大为150 a。非一致性条件下的重现期增大说明黄浦江现有的航道设计标准偏安全,航道通航保证率提高。     

三峡水库蓄水对宜昌—城陵矶河段水温情势影响研究

为研究三峡水库对长江中游河道水温的影响,采用一维水温模型对宜昌至城陵矶河段1983—2013年水温进行模拟反演,分析了不同蓄水工况不同时间尺度下水温时空变化规律。结果表明:(1)三峡水库蓄水后,宜昌-城陵矶河段升温期(3—6月)降温、降温期(9—12月)升温效应明显,并伴随着水温滞迟和平坦化现象,且随蓄水位升高现象愈加显著,越靠近三峡大坝,河段水温较蓄水前变化越大。(2)坝下河段水温"滞温"、"滞冷"效应主要由三峡水库蓄水引起,水库调蓄作用下的水温变化沿程减缓。气象条件的影响对水库调蓄引起的水温变化恢复有限,三峡水库175 m蓄水期城陵矶断面仍存-2.14℃～3.40℃的水温变化。研究成果可为长江生态环境保护修复提供科学依据。     

基于 PSＲ 模型的刁口河尾闾湿地生态系统健康评价

为综合反映生态补水措施下刁口河尾闾湿地的生态系统健康状况,以 PSＲ( Pressure-State-Ｒe- sponse) 模型为基础,对刁河尾闾湿地构建了包括人口密度、土地利用程度、湿地年来水量等指标的生态系统健康评价体系,采用 Fuzzy-AHP 法计算指标权重和隶属度矩阵,根据综合评价指数( CEI)确定不同时期湿地的生态系统健康状况。结果显示: 2010 年、2015 年和 2018 年三个时期刁口河尾闾湿地的综合评价指数分别为 0. 433、0. 696 和 0. 808,分别处于 “亚病态”、“一般”和 “亚健康”状 态。在压力、状态、响应个子系统中,状态层的制约性最强( 0. 576 2) ,响应层居中( 0. 219 7) ,压力层最低( 0. 204 3) ; 在 20 个评价指标中,植被覆盖面积、生态恢复工程、湿地年来水量等是影响刁口河湿地生态系统健康状况的主要因素。随着生态补水工作的有序开展,刁口河尾闾湿地生态系统向健康方向发展。但要使湿地健康状况达到 “健康”标准,仍需长期规律的水量保障措施以及一系列湿地保护工作。