由于隧道沿线众长,人工检测效率低下且主观性强,需要自动化、信息化的监测检测方式来进行日常的运营维护管理,及时进行病害诊断和防治。介绍隧道中常见的几种病害和目前国内外常用的几种监测检测技术,分析各自的特点和检测能力。简述无人机、巡检车、巡检机器人3种常见巡检系统装备,对其使用条件和环境进行了分析。对隧道智能监测检测未来的发展趋势进行展望,提出运用多种综合测检测技术,结合人工智能和大数据分析是未来隧道监测检测智能化发展的趋向。

隧道排水管结晶堵塞病害的防治对隧道结构安全和隧道正常运营至关重要。在系统梳理国内外研究资料的基础上,对隧道排水管结晶过程及机理进行分析总结,将隧道排水管中结晶过程概括为三个主要阶段:地下水对喷射混凝土的渗透过程,混凝土中钙的溶出过程,排水管中结晶体的沉积过程。基于结晶体物质来源与其结晶过程,将影响隧道排水管结晶堵塞的因素分为内因和外因两大类,内因包括地下水水质类型、围岩类型、喷射混凝土特性三类,外因包括排水管中溶液特性(包括溶液中CO₂含量、pH值、含盐量、水流流速)、环境因素(温度、压力)和工程因素三类,并详细进行阐述;并从排水系统设计、排水管材质以及混凝土配合比方面对排水管结晶堵塞的预防技术进行探讨;对隧道排水管结晶堵塞的机械、物理、化学、生物处置方法进行详细论述和评析。本研究可为隧道排水管结晶堵塞病害的防治提供理论参考。

火灾是运营期公路隧道面临的主要风险之一。由于隧道狭长的结构形式,使得隧道火灾往往会造成严重的经济损失和人员伤亡。为了提高公路隧道的防火安全性和应急处置能力,本研究基于大数据系统、机器学习模型、火源识别技术、机器人装备等多种先进技术和手段,对于如何建立公路隧道智能火灾应急与疏散体系展开研究,重点阐述了体系中各子部分的功能与组成。根据本研究所提出的方法和路径,研究及工程人员可以快速设计特定隧道的智能火灾应急处置系统,保障通行人员生命财产安全和交通枢纽的顺畅通行。

武汉地铁8号线越江段采用泥水盾构工法穿越上软下硬的土岩复合地层时,严重的刀具磨损成为影响工程进度的一个重要难题。通过对该工程盾构典型刀具的磨损数据和换刀情况统计,采用磨损系数分析复合地层中不同类型刀具的适应性情况。结果表明:进入土岩复合地层后,刀具出现严重的磨损,齿刀和正面撕裂刀不再适合切削地层;更换滚刀后,刀具磨损依然严重,多为偏磨、刀圈崩裂等非正常磨损;传统刀具磨耗系数计算公式不适合刀具发生非常磨损时的计算。从刀具合金材料方面开展研究,研发更耐冲击的新型韧性刀具,或许是解决这一问题的方向。

基于有限元软件ABAQUS,采用三维数值分析的方法,通过建立埋地供水管道全周地基弹簧模型,综合考虑冲蚀空洞以及管道运行荷载,研究冲蚀空洞对埋地钢管和球墨铸铁管供水管道力学性能的影响。研究表明:冲蚀空洞是影响埋地供水管道安全性能的重要因素,随着冲蚀空洞长度的增大,由冲蚀空洞引起的管道纵向应力会大于环向应力,纵向应力成为管道的主控应力;内压是引起管道应力的主要因素之一,但是其对管道纵向不均匀沉降的影响很小,可以忽略;埋深和地表荷载是导致管道应力和位移的重要原因,对埋置在行车道内的管道,需注意埋深小于1.0 m的管道,对于埋深大于4.0 m和小于0.5 m的管道需要特别注意。研究成果可为埋地供水管道的安全评估和运营管理提供技术支撑。

传统的爆破设计大都以经验为主,缺乏针对全断面光爆炮孔设计的系统性自动化布置算法。结合爆破设计规范和已有炮孔布置算法,从计算机图形学、单纯形积分以及自动化布置等方面出发,提出一种适用于多种断面形态的炮孔程序化、自动化的布置算法。通过隧道断面的数据结构表征、几何参数计算,以及分区爆破流程化对各个区域的炮孔布置算法进行详细介绍。对该算法在非规则梯形、半圆拱形、圆形和椭圆形这4种断面形式的隧道上进行自动化炮孔布置,验证了自动化炮孔布置算法和程序的可行性。

地震作用下隧道结构动力响应与地层介质特性密切相关,目前长隧道建设量大、面广,且长度可达数公里甚至数十公里,隧道沿线地层介质参数具有显著的空间变异性和相关性,但现有隧道纵向抗震设计中地层参数仅采用有限钻孔数据,尚未考虑钻孔之间地层的随机场特性。基于随机场理论建立描述地层参数空间变异性和相关性的随机场模型,采用协方差矩阵分解法生成地层参数随机场分布,并将其导入表征地层-结构动力相互作用的三维有限元简化模型中,从而开展考虑地层参数随机场影响的隧道纵向地震响应多工况模拟,重点研究不同地层水平相关距离、不同地层变异系数及不同地层均值变化对隧道结构动力响应的影响规律。结果表明:相关距离、变异系数及均值变化均会对结构地震响应产生显著影响,结构响应与水平相关距离及均值变化负相关,与变异系数变化正相关,且地层变异系数对结构响应的影响显著大于相关距离;与不考虑随机性的均值场相比,考虑随机场可使隧道结构弯矩响应幅值放大约80%,且在0.005的置信水平下均值场分析将导致结构设计偏于不安全。

针对目前砂土地层圆形隧道施工中易于塌方的工程难题,结合物理模型试验结果,采用PFC^2D对砂土地层变形规律进行数值模拟,并分析隧道埋深、地层损失率、颗粒粒径以及级配对砂土地层变形的影响。结果表明,砂土圆形隧道施工产生的扰动力传递是一个渐变过程;隧道埋深越大,沉降槽宽度越大,地表最大沉降越小,越易形成完整的拱形稳定区和“Λ”型失稳区;地层损失率越高,沉降槽宽度和地表最大沉降越大,且地层损失率与地表最大沉降之间存在明显的线性关系;土体颗粒直径越大,沉降槽宽度越大,地表最大沉降越小,扰动力传递越快,拱形稳定区越不易形成;而颗粒级配对沉降槽宽度与地表最大沉降影响不显著。上述研究成果对砂土地层圆形隧道施工具有重要的借鉴意义。

隧道在穿越断层破碎带时容易引发突水突泥灾害,隔水岩体的最小安全厚度是避免发生突水突泥灾害的重要保证。综合考虑断层倾角和走向的影响,基于太沙基土压力理论求解断层邻近隧道区域的侧向地应力,建立隧道穿越断层的隔水岩体受力特性分析的计算模型,得到防突水最小安全厚度的计算公式;采用该公式计算祁连山隧道的防突水最小安全厚度,并与实际厚度进行对比,证明了理论解的可靠性和可行性;分析了最小安全厚度的影响因素,结果表明:防突水最小安全厚度随隧道半径、水头高度、断层宽度、断层走向角的增大而增大,随断层倾角的减小而增大,随隔水岩体内摩擦角、黏聚力的增大而减小。

随着我国西部地区一系列重大地下工程的开工,越来越多岩爆灾害的出现给施工人员和机械安全带来严重危害。但是岩爆在特定地质结构中有着复杂的破坏类型和破裂面特征。因此,正确认识岩爆破坏过程的特征成为亟待解决的课题。应用GDEM软件对3种典型应力-结构型岩爆进行模拟重现,探讨岩爆孕育过程、岩爆块体运动特征和岩爆系统能量特征。研究表明,在不同岩体结构下弯曲-鼓折、张裂-滑移、张裂-倾倒岩爆的破坏形式和能量演化具有较大差别;数值模拟直观地展示了岩爆发生时不仅会产生块体的弹射现象,而且会导致岩爆坑一定深度范围岩体的损伤和破碎。研究结果可为应力-结构型岩爆孕育机理提供参考依据,同时为施工中对岩爆破坏现象的宏观认识及岩爆防护措施设计提供参考。

当前我国水下盾构隧道正朝着断面大型化发展,随之带来的大埋深、高水压等问题对管片结构的安全性带来了极大挑战,高水压作用下管片结构的承载性能与破坏特征一直备受关注。本研究从狮子洋隧道和苏通GIL特高压电力管廊工程等两座大断面盾构隧道原型管片的高水压破坏加载试验现象出发,分析高水压条件下盾构隧道管片结构的破坏特征与规律,在此基础上提出管片结构承载性能评价指标,并结合试验结果给出了控制参数建议。