为探究多种工法组合铁路隧道长距离、大纵坡及接头转换的救援疏散及机械通风的难题,以深埋长距离组合工法海底铁路隧道-珠江口隧道为例,应用疏散模拟软件Pathfinder分别对珠江口铁路隧道盾构段、矿山段及明挖段事故工况下的疏散时间进行模拟计算,同时根据计算结果制定了对应的救援疏散路径和机械通风措施。研究结果表明:3种不同工法疏散通道的通过能力,盾构段最弱,人员疏散难度较大,可以通过轨道层救援通道和板下疏散廊道同时进行疏散;矿山段斜井作为紧急出口的疏散能力最强。因此,本工程结合隧道各段工法特点,采用分区救援疏散方式,将隧道化长为短,多点疏散。根据疏散时间的计算结果看,隧道内非定点疏散的必需安全疏散时间是大于可用安全疏散时间,无法满足着火列车人员疏散的要求,隧道火灾工况时应将列车拖至隧道外进行疏散救援,隧道内仅考虑列车故障工况下人员的疏散救援要求。紧急出口、避难所按列车故障工况进行通风设计。盾构段隧道疏散廊道的通风采用两端机械送风的方式,依据门洞风速法计算送风量来满足人员疏散所需新风。结合人群疏散特点,采取靠近事故列车端头开启4+1扇防护门的措施,来克服长距离疏散廊道送风的难题。研究结果可为工法组合铁路隧道疏散和事故工况下的通风设计提供一定参考和思路。

为科学判定西南地区复杂地质条件下水工隧洞支护时机,以旭龙水电站导流隧洞为研究对象,集成三维激光扫描、声波测试与微震监测技术,建立表观变形、浅层损伤、内部破裂协同分析方法。通过时空维度连续监测,系统追踪围岩时效变形特征、波速场演化规律及微破裂时空分布模式。监测数据揭示:初始阶段围岩变形、波速以及微震活动较为明显,在11 d后逐渐趋于稳定,此时围岩承载能力得到最大发挥,可作为最佳支护时机的依据。工程实践验证Ⅱ类围岩在开挖11 d后自承能力得到充分发挥。

本研究基于上元门过江隧道所穿越的江南段区域建筑实际工况,建立三维数值模拟有限元模型,通过位移控制法模拟隧道施工后逐步产生地层损失的过程,并在模拟完成后提取土体与框架结构的沉降与水平位移,以及框架结构各隔间的位移与应变,分析大直径隧道施工引起的框架结构位移与应变分布和发展规律。研究结果表明:建筑框架结构板基础沉降随与隧道中轴线距离增大而减小,水平位移则近似保持在稳定值,小于基础下地层水平位移;框架结构的水平位移分布规律与隧道穿越关系有关,被隧道正穿的建筑上部水平位移小于下部,被隧道侧穿的建筑上部水平位移大于下部,而框架结构沉降则在竖直方向上变化幅度相对较小;框架结构隔间总竖直位移随隧道体积损失率增大而增大,且主要由剪切位移组成;剪切应变也随隧道体积损失率增大而增大,且被隧道下穿的建筑或距离隧道较近的侧穿建筑剪切应变一般较大,同时对于多隔间下穿建筑,剪切应变沿隔间变化曲线近似为正余弦曲线。

为提升地铁隧道运营安全、给临近基坑规划提供设计依据,以西安湿陷性黄土地层中的9号线为背景,应用相似模型试验的方法,研究不同空间位置处基坑开挖卸荷作用下既有地铁管片的变形特征及围岩压力分布规律,分析基坑与隧道的水平净间距、基坑宽度、基坑深度下隧道收敛位移的影响分区和修正的围岩压力计算公式。研究表明:旁侧基坑开挖前,盾构隧道围岩压力始终呈葫芦型对称分布,盾构隧道顶部及底部土压力较大,腰部土压力较小;旁侧基坑开挖后,隧道两侧的围岩压力减小,基坑开挖侧的围岩压力减小量更多,且随着基坑宽度、深度的增大和水平净间距的减小,隧道的附加围岩压力的绝对值均会增大,变形模式为横向扩张、竖向收缩分布;正上方基坑开挖后,隧道整体的围岩压力明显减小,但仍呈对称分布,随着基坑宽度及深度的增加,隧道的变形模式为横向和竖向收敛均呈减小的趋势并逐渐趋于零,随后转变为横向收缩、竖向扩张的变形模式。

由于隧道施工现场事故频发,通过机器人代替人工进行安全巡检可有效保障工作人员的生命安全。然而,目前该领域的机器人大多需要人工操控,缺乏自主避障能力。针对隧道施工环境下的障碍物检测方法,提出利用改进YOLOv5进行障碍物检测的轻量化模型。首先构建隧道场景下的障碍物数据集;其次修改骨干网络为轻量级Shufflenet v2网络,并将其中的激活函数修改为SiLU函数,以提高检测速度降低计算量;然后引入坐标注意力机制,增强网络学习特征的表达能力;最后将颈部卷积块修改为GSConv,在减小模型计算量的同时提升算法的检测精度。研究结果表明:基于本研究所构建的数据集上进行对比试验,该方法的检测速度较YOLOv5-n原始算法提升了57%,减少了模型对硬件的需求。

回采巷道受强烈采动影响易出现顶板剧烈下沉、大变形和结构破坏等灾害,准确预测其变形趋势对于保障矿井安全生产和实现有效的围岩控制具有重要意义。本研究以新巨龙煤矿回采工作面的围岩变形监测数据为基础,分析了回采巷道采动变形的演化特征,并提出了适用于煤矿回采巷道的经验预测模型。针对传统经验模型难以考虑围岩变形的动态变化及参数不确定性的问题,本研究引入贝叶斯更新算法,构建了动态更新预测模型,通过实时监测数据动态调整模型参数的后验分布,以提高预测精度并降低预测的不确定性。以新巨龙煤矿6305和2305工作面监测数据为例对模型进行验证,结果表明,随着数据累积和更新次数增加,模型参数后验分布趋于稳定,预测精度显著提高,最终预测变形值与实测值高度吻合,预测拟合系数R²达到0.98以上,均方根误差显著降低。此外,以另外一个煤矿某工作面数据进行扩展验证,结果进一步证实了本研究方法在不同地质条件矿井下的泛化能力和适用性。本研究提出的贝叶斯更新预测方法能够有效应对围岩变形的动态变化和参数不确定性,为煤矿回采巷道的围岩稳定性控制提供数据支撑。

为在超前地质预报中准确判识隧道中的不良地质构造体,总结隧道中常见的岩溶、断层破碎带、软夹层3种典型不良地质构造,根据介质的组合情况将其归纳为岩溶2类4种构造模型、断层破碎带2类4种构造模型、软夹层1类3种构造模型。以自编Python程序进行自动化建模,建立随机的多介质耦合岩溶空洞、断层破碎带、软弱夹层3种不良地质构造,并以Python程序自动调用GprMax,对三大类不良地质体的雷达特征进行数值模拟。结果表明:地质雷达产生的电磁波在水中会产生二次假地质异常体;在水与其他介质混合的模型中,无异常体的区域会出现微弱的反射;溶洞呈现出“二次曲线型”特征、破碎带呈现出“条带状”特征、软弱夹层的呈现出“层析错断型”特征。结合某高速公路几座典型隧道实际情况,通过地质雷达对上述典型不良地质体的探测,将上述模拟图像特征应用到实际工程,结果吻合。

为解决超大跨度隧道中预应力锚杆与锚索组合支护的设计难题,基于围岩压力拱理论,对锚杆与锚索的组合效应、锚固参数进行分析,并在八达岭长城站大跨过渡段进行支护效果评价。研究结果表明:压力拱的合理拱轴线为椭圆,轴半径由地应力、断面形状决定,压力拱椭圆短轴方向、长轴方向与开挖断面的重合方式决定了压力拱轴力;预应力锚杆与浅部围岩相互作用形成具有承载能力的压力拱,锚固参数决定了压力拱的形状和抗压强度;预应力锚索充分发挥深部稳定围岩承载能力,锚固参数决定了自身极限承载力。通过拱顶沉降对组合支护的支护效果进行了分析,拱顶最大沉降值为36.9 mm,表明预应力锚杆与锚索组合支护体系可以有效控制围岩变形。

本研究基于数值计算方法,探讨了某景区观光隧道在不同火灾情境下的烟气流动特性。研究发现,火源位置对火焰蔓延速度有显著影响,起火点靠近隧道入口时,火焰向消防电梯端蔓延速度较快;蔓延初期,下表面的扩散速度大于上表面。随着火源强度的增加,观光屏的引燃时间逐渐缩短,从52 s减少至29 s,其中火源强度从0.5 MW增加至1.0 MW时,引燃时间缩短约20 s,疏散时间大幅提前。研究还表明,当火源强度小于1.0 MW时,电气线路自燃导致隧道达到人员安全疏散临界点的时间较引燃更短,为92 s,提前约20%。然而,火源超过1.0 MW时,电气线路被引燃所引发的火灾危害更为严重。虽然电梯前室的正压送风能在一定程度上抑制烟气扩散,但消防电梯端的疏散条件仍较差,CO质量浓度最高可达920 mg/m³,无法满足人员疏散要求。