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现代隧道技术
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现代隧道技术
2023年 60卷 2期
刊出日期：2023-04-25
绿色智能建造
理论研究与探讨
数值分析与计算
试验与监测
安全防灾与病害整治
理论研究与探讨
1
刘霆宇 1,2 王树英 1,2,3 钟嘉政 1,2
土压平衡盾构改良渣土坍落度试验与理论研究综述
针对土压平衡盾构改良渣土坍落度试验，从改良渣土合适坍落状态指标、改良渣土坍落度影响因素及机理、坍落度试验流变理论和坍落度试验数值仿真4个方面，详细剖析了国内外坍落度试验技术、理论与数值计算发展动态，总结既有研究不足，并提出了研究方向建议：基于坍落发展全过程提出渣土改良状态新型评价指标；探究泡沫衰变、渣土化学特性和矿物成分对坍落度的影响规律和内在机理；完善描述改良渣土坍落行为的流变理论模型，构建坍落度与流变参数的映射关系；研究改良渣土坍落度与带压状态流动行为及流变参数的联系。
2023 Vol. 60 (2): 1-13 [
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14
叶复萌 1 于庆增 2 贺 飞 2 张 啸 2
抽水蓄能电站地下洞室集群修建TBM关键技术研究与应用
为了解决抽水蓄能电站地下洞室开挖建设周期长、施工难度大、安全风险高的问题，依据其地下隧洞种类特点，提出了大直径小转弯TBM、“精灵”TBM和大倾角斜井TBM三项关键技术，并研制了三种改进型TBM设备，分别适用于交通洞、排水廊道和引水斜井隧洞施工。针对抽水蓄能电站的单电站施工长度短和“电站群”开发规模大的特点，开展了TBM智能掘进关键技术研究；依托云计算平台及大数据收集分析，规划了抽水蓄能电站智能掘进的施工平台体系。搭载振动监测和TBM-SMART智能掘进系统的大直径小转弯TBM应用在抚宁抽水蓄能电站交通洞，实现了掘进数据的分析与共享；搭载地面远程控制、TBM-SMART智能掘进系统和振动监测技术的“精灵”TBM先后应用在多个抽水蓄能电站排水廊道，实现了“电站群”滚动施工。
2023 Vol. 60 (2): 14-21 [
摘要
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208
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22
陈景煦 蔡永昌
基于独立覆盖等几何壳的盾构隧道虚拟接头试验方法研究
针对工程类比、物理试验、数值模拟在深埋、大断面、异形盾构隧道接头抗弯刚度获取与性能研究时的局限，建立了基于独立覆盖等几何壳的虚拟接头试验方法与平台。研究讨论了虚拟试验实现的关键理论、算法与技术，对照物理试验分析了虚拟试验的可行性与优势，并采用虚拟试验分析了某大断面深埋隧洞的接头抗弯性能及其影响因素。研究结果表明：在虚拟试验平台中输入非敏感参数即可获得与物理试验吻合的接头抗弯曲线，其计算代价仅约为实体有限元模型的0.75%；在研究范围内，大断面深埋隧道接头刚度取值范围为2.98 × 105~2.57 × 106 kN·m/rad，接头刚度随管片变形缝长度增大而明显减小。
2023 Vol. 60 (2): 22-27 [
摘要
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28
刘禹阳 1 沈安虎 1 来弘鹏 2 庄潮辉 3 王合军 3
不同区域环境公路隧道排水系统设计特征统计研究
运营期公路隧道排水系统通畅与否直接关系到隧道支护结构的安全状态。为更好地了解我国不同区域环境下公路隧道排水系统设计特征及适用性，基于我国气候环境与地理信息特征，搜集了十四个省、自治区公路隧道典型排水系统设计样本，分别从排水系统总排水方式、局部排水设计与不同构造组合三个方面对比分析了不同区域环境下排水系统的设计差异和特征，同时对碳酸盐岩地区公路隧道排水系统设计和排水模型构建与优化进行了讨论。结果表明：我国公路隧道排水系统类型可归纳为侧式暗沟总排式、中心排水沟总排式及侧式暗沟+中心排水沟总排式三种类型，区域特点明显，各排水类型之间优点各异，但缺点相似；非冻结区内排水设计呈多样化，较小排水量需求下推荐采用侧式暗沟总排式设计，排水路径较短且易于后期维护，大排水量需求下可采用侧式暗沟+中心排水沟总排式设计；冻结地区隧道排水系统设计均为中心排水沟总排式，中心排水沟检查井内可布置多层保温材料，形成多层内腔结构，能够有效保持沟内水环境温度；通过降低纵向盲管检查井内横向盲管的标高，可将现行网状排水模型优化为串并联排水模型，该排水模型排水路径短，排水系统堵塞概率低，排水量较大时可自动转换为网状排水模型，保证了排水系统整体的排泄能力。
2023 Vol. 60 (2): 28-37 [
摘要
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174
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绿色智能建造
38
张科学 1,2,3,4,5,6 吴永伟 1,3,6 何满潮 2 陈学习 1,3,6 姜耀东 4 李 东 1,3,6 孙健东 1,3,6
基于蝙蝠算法优化的BP神经网络煤层冲击危险性智能综合评价研究
通过深入分析开采深度、煤层顶底板性质、冲击倾向性、地质构造、开采技术等因素对煤层冲击危险性的影响，建立基于蝙蝠算法优化的BP神经网络煤层冲击危险性智能综合评价模型；将所确定的影响冲击危险性因素进行数量级划分，利用蝙蝠算法对BP神经网络的权值与阈值最优值选择进行优化，对煤层冲击危险性进行无冲击危险性、弱冲击危险性、中等冲击危险性、强冲击危险性的等级评价。应用蝙蝠算法优化BP神经网络煤层冲击危险性智能综合评价模型对内蒙古某矿的煤层及江苏某煤矿工作面进行实例验证，评价结果与综合指数法计算所得结果一致，表明该模型可以用于煤层冲击危险性评价。应用该模型对煤层进行冲击危险性评价时，改善了BP网络结构在权值和阈值确定上的随机缺陷，提高了算法稳定性，因而得到的评价结果更加合理。
2023 Vol. 60 (2): 38-46 [
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47
任 洋 1,2 李天斌 1,2 张佳鑫 3 望刚炜 1,2
复杂地质条件深埋特长隧道地应力场智能反演研究
为提高复杂地质条件深埋特长隧道地应力反演的精度和效率，构建了一种基于构造分析+RBF（径向基函数）神经网络的复杂地质条件深埋特长隧道地应力智能反演方法，该方法的主要流程包括：首先通过区域地质条件及构造分析，建立隧址区三维地质模型，通过海姆假说和金尼克假说共同确定构造应力边界条件的范围，作为智能反演的训练样本，利用RBF神经网络方法计算寻优，获得最优应力边界条件，再以此最优应力边界条件进行地应力反演计算。选择西南地区某深埋特长隧道作为研究对象，将建立的地应力场智能反演方法应用于实际工程，并将反演计算获得的地应力值与实测地应力值进行拟合对比，其中最大主应力反演值拟合误差总体在10%左右，拟合精度近90%，说明该方法可行且反演计算结果较合理。
2023 Vol. 60 (2): 47-53 [
摘要
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54
雷明锋 1 张运波 1 秦桂芳 2 石渊博 1 龚琛杰 1, 3 张 勇 4 高洪飞 5
山岭隧道爆破效果神经网络评价模型及爆破参数优化决策方法研究
针对山岭隧道爆破开挖普遍存在的超欠挖过大、渣体块度不适等问题，分析了造成这些问题的主要因素，确定了隧道爆破开挖效果评价指标体系，建立了以爆破块度和超欠挖量为预测目标的隧道爆破效果神经网络评价模型，提出了基于深度学习的隧道爆破渣体块度实例分割算法，形成了山岭隧道爆破参数优化决策方法，进而开展了工程应用与验证。结果表明：（1）基于深度学习的隧道爆破渣体块度实例分割算法检测出的块体大小与真实值误差小于6.9%（置信度为95%），实现了隧道渣体块度样本数据的快速获取；（2）经148组工程实践样本数据训练后的隧道爆破效果神经网络评价模型能够较为准确地预测出爆破渣体块度与超挖量；（3）爆破参数优化后试验断面的平均线超挖量均在10%左右，较原方案降低了50%以上；实测得到的渣体块度与超挖值与模型预测结果一致性良好，偏差小于20%。
2023 Vol. 60 (2): 54-61 [
摘要
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62
于 建
隧道及地下工程远程自动化监测与预警系统构建研究
基于Python编程语言和大数据，构建可实现工程监测、综合预警、可视化、参数反演及实时动态分析等功能的自动化监测预警系统。该自动化监测预警系统可对施工过程中岩土体压力、位移、渗透水压等进行实时监测，并自动采集监测数据进行远程无线传输，自动存储到数据库中，借助互联网云平台进行数据共享；监测数据可供IA-BP算法模块、预警预报模块调用，采用IA-BP智能算法对数据库内监测数据进行反演及智能预测分析，并进行单项阈值和IA-BP智能算法综合对比分析，达到工程灾害预警预报目的。
2023 Vol. 60 (2): 62-72 [
摘要
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数值分析与计算
73
宁向可 1 耿 麒 2 卢智勇 2 于庆增 1
全断面隧道掘进机锥面刀盘滚刀破岩机制研究
为揭示全断面隧道掘进机（TBM）锥面刀盘的滚刀破岩机制，明确滚刀安装排布对岩石破碎效果的影响规律，在对锥面刀盘多台阶悬切破岩模式分析的基础上，基于颗粒离散元方法构建锥面刀盘滚刀破岩数值模型并进行试验验证，开展锥面刀盘“平-锥”过渡区域滚刀破岩过程的数值模拟研究。研究结果表明：锥面刀盘锥区滚刀的破岩本质为临空面辅助破岩，破岩效果受到盘面锥角、滚刀间距、滚刀安装倾角的共同影响；为提高锥面刀盘破岩效率，可适当增大盘面锥角、减小锥区滚刀间距、增大滚刀安装倾角使锥区“斜刀正装”；对于抗压强度为180 MPa的极硬花岗岩，为确保高效破岩，建议盘面锥角为25°，锥区滚刀间距不大于70 mm，滚刀安装倾角与盘面锥角接近。
2023 Vol. 60 (2): 73-83 [
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84
耿 麒 1 张兴宇 1 贺 飞 2 齐志冲 2 汪学斌 1 叶 敏 1 张大庆 3
TBM两级螺旋式刀盘出渣机制数值模拟研究
针对现有全断面岩石隧道掘进机（TBM）两级刀盘出渣缺乏合理的结构方案和优化设计方法，采用颗粒离散元方法构建数值模型模拟TBM两级刀盘出渣过程，并进行出渣缩比试验验证数值模型的可靠性。通过数值模拟研究出渣口排布与尺寸、螺旋形式与螺距、一/二级刀盘直径比、刀盘转速等因素对出渣性能的影响规律。结果表明：螺旋式结构是TBM两级刀盘有效的出渣结构方案；各因素对两级刀盘综合出渣性能的影响程度由大到小依次为刀盘转速>一级刀盘背部出渣口长度>后螺旋螺距。对于掘进直径为8 m的两级螺旋式刀盘，建议其最优结构形式和参数为：面、背部出渣口同位且有前后螺旋，后螺旋螺距0.85 m，一级刀盘背部出渣口长0.9 m，一/二级刀盘直径比不大于0.55，刀盘转速不大于6 r/min。
2023 Vol. 60 (2): 84-93 [
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94
朱才辉 1,2 尹 力 2 杨奇强 2 李玉波 3
饱和Q2黄土地层引水隧洞衬砌外水压力折减系数研究
外水压力折减系数取值对水工隧洞衬砌结构的设计影响较大。以某引水隧洞穿越Q2黄土地层工程为背景，通过室内试验和原位抽水试验，研究了原状及重塑Q2黄土的饱和渗透特性；并通过模型试验和FLAC 3D程序的流-固耦合分析原理，对比研究了不同地层条件、限量排放率、隧道尺寸、地下水位高度、地层注浆圈厚度等5种因素下，衬砌上的外水压力折减系数变化规律。结果表明：隧洞限量排放率和注浆加固圈厚度的增大会明显降低衬砌外水压力折减系数；地层渗透系数的增大，会引起外水压力折减系数呈对数函数增大趋势；随着隧洞等效半径的增大，外水压力折减系数先减小后增大，而地下水位高度对外水压力折减系数影响可忽略不计。对本工程而言，外水压力折减系数建议取值为0.57~0.71。
2023 Vol. 60 (2): 94-102 [
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103
孙会彬 1 张建立 2 杨惠翔 1 杨 辉 2 王 雷 3 魏 君 2 蔺维南 3
隧道钢管混凝土复合支护结构承载特性研究
为研究钢管混凝土复合支护结构变形破坏特征及承载机制，考虑拱架-混凝土粘结滑移特性，在支护结构典型破坏模式的基础上，开展支护结构纯弯室内试验及精细化数值模拟研究，对试件在弯矩作用下的力学响应进行深入分析，明确拱架布设位置、喷射混凝土强度、钢筋网直径及保护层厚度等参数对结构承载性能的影响规律。结果表明，钢管混凝土无钢筋网试件（SRCS-FW）强度较低，混凝土迅速开裂后与拱架发生滑移破坏，钢管混凝土双层钢筋网试件（SRCS-FS）变形效果较好，呈现较好的后期承载特性；SRCS-FS试件临界滑移破坏强度较高，其极限弯矩比SRCS-FW试件极限弯矩高40.9％；构件弹性变形阶段拱架、钢筋网、混凝土三者协同作用效果明显，开裂阶段试件拉力主要由受拉侧钢筋网和拱架分担，压力由拱架和受压区混凝土分担；支护结构参数设计要综合分析其承载性能、经济性及工程经验和施工便利性。
2023 Vol. 60 (2): 103-114 [
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115
燕 波 1 张俊儒 2 张新锦 1 彭 磊 1 宁 波 1
基于围岩径向位移释放率的超大断面隧道下穿施工围岩稳定性研究
依托黄黄铁路新建刘元隧道工程，采用数值模拟结合现场实测的方法，以围岩径向位移释放率指标分析采用全断面和微台阶两种工法下穿施工的围岩稳定性规律。结果表明，新建隧道下穿防空洞段采用微台阶法施工，在控制围岩径向位移释放率、塑性区分布及稳定安全系数等方面较全断面法优势突出；微台阶法下围岩径向位移释放率及围岩稳定安全系数分别为 46.13%、2.13，全断面法下围岩径向位移释放率及稳定安全系数分别为 78.08%、1.99；当台阶长度为3 m时，隧道下穿施工围岩稳定性相对较好。监测数据表明，采用微台阶法下穿施工，洞内变形满足规定要求，且变形值与模拟结果数值吻合较好，进一步验证模拟结果的可靠性。
2023 Vol. 60 (2): 115-124 [
摘要
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125
刘家明 1 张俊儒 1 王智勇 1 敬雅文 1 蒋曼琳 1 谭玉梅 1 陈可刚 2
硬质地层下近接隧道爆破振动影响分区及动力响应研究
为探究硬质岩地层下立体交叉隧道近接爆破施工对既有隧道的影响程度，依托福厦客专新大帽山1号隧道和既有新刘塘1号隧道，以基于国内爆破振动规范的“频率-振速”双判据作为分区标准，对新建隧道爆破振动影响分区及动力响应展开研究。首先，通过三轴试验和Hoek-Brown准则得到计算参数；其次，对不同工况下新建隧道爆破振动规律开展研究，得到爆破振动影响分区；最后建立三维有限元模型，探究新建隧道在既有隧道正下方爆破时既有隧道的动力响应规律。研究结果表明：（1）通过迎爆侧最大振速衰减曲线，分析得到依托工程的爆破振动影响分区，判断既有隧道处于弱影响区；（2）爆破对上下方向的影响范围大于左右方向，得到硬质岩地层单线铁路隧道的爆破振动影响总分区；（3）爆破对未开挖段上方既有隧道的影响范围大于已开挖段的影响范围，且由于介质反射，导致已开挖段上方既有隧道振速衰减较慢；（4）通过现场监测结果验证了数值模拟的正确性，且既有隧道结构变形及受力均满足影响控制要求。
2023 Vol. 60 (2): 125-137 [
摘要
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138
苏 栋 1,2,3 谭毅俊 1 沈 翔 1,2,3 黄昌富 4 陈湘生 1,2,3
软土地层加固对盾构姿态调控及地层变形的影响研究
依托珠海市横琴杧洲软土地层大直径盾构隧道工程，建立未加固和预加固地层大直径盾构掘进数值仿真分析模型，通过改变推进系统荷载分布来施加偏转力矩，研究偏转力矩与盾构机俯仰角之间的关系以及盾构机姿态变化对地层变形的影响。结果表明，造成该工程盾构机初始“低头”状态的重力偏心矩为261 MN·m，地层预加固条件下，使姿态调至水平所需的偏转力矩约为21 MN·m，较未加固情况（111 MN·m）小81.1%；地层预加固条件下正偏转力矩每增加100 MN·m，盾构机俯仰角增加约0.015°，较未加固情况（0.095°）小84.2%；相同负偏转力矩条件下，预加固后俯仰角的绝对值较未加固情况小 85.0% 以上；地层预加固使地表最大隆起量和最大沉降量均减小95.0%以上。
2023 Vol. 60 (2): 138-148 [
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魏力峰 1 田 扬 1 朱牧原 1 邹坤秘 2 方 勇 1
大直径双模盾构浅覆土无障碍始发变形控制研究
为探究浅埋环境下大直径双模盾构无障碍始发过程中的变形控制策略，依托新建成蒲铁路紫瑞隧道盾构掘进区间工程，利用FLAC 3D软件建立可视化数值模型，并结合现场监测数据和施工参数，对双模盾构无障碍始发全过程进行模拟，研究刀盘切削洞门围护桩时所施加刀盘推力的数值特征对于桩后土体位移的影响；通过对比不同加固范围的位移控制效果，验证传统加固理论及其改进方法在无障碍始发下的应用可行性。结果表明：（1）刀盘推力的数值特征对于桩后土体位移的影响存在地层差异性，黏性地层下的影响效果要显著于圆砾、砂卵石这类非黏性地层；（2）不论何种地层，刀盘推力梯度对于桩后土体位移的影响效果均要显著于推力数值大小；（3）传统加固理论及其改进方法在无障碍始发下仍可应用，其中横向加固宽度的理论计算值偏于保守，纵向加固长度则基本满足土体稳定性要求；（4）始发段盾构模式转换位置的选择对于后续施工引起的地表竖向位移有着显著影响，建议选在加固区域内或靠近加固区边界处。
2023 Vol. 60 (2): 149-158 [
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159
张建勇 1 李明宇 2,3 陈 健 3,4 余刘成 2 李义翔 1 杨公标 3,4 王 越 2,3
基于双面弹性地基梁的大直径盾构隧道管片上浮预测方法
基于双面弹性地基梁理论、修正纵向等效连续化模型以及浆液环向充填理论，在考虑上浮力时变性的基础上，进一步综合考虑了盾构施工步叠加效应、浆液压力分布和盾构台车的影响，构建了管片上浮预测模型，讨论了现有研究中浆液未凝固区域等效地层抗力系数的两种计算方式对预测结果的影响。结果表明，提出的双面弹性地基梁修正计算方法能够较好体现周围土层对管片的抗浮作用；浆液未凝固区域的等效地层抗力系数采用盾尾区域和浆液凝固区域的等效地层抗力系数取平均值的方法，计算结果和实测结果更为接近。
2023 Vol. 60 (2): 159-167 [
摘要
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189
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郑 爽 1，2 刘 超 3 朱德霖 3 刘 海 3 贾新卷 1
大直径盾构掘进非对称同步注浆地层扰动规律研究
为了研究大直径盾构施工过程中非对称同步注浆对土体扰动的影响规律，基于钱江隧道南岸始发段超大直径泥水平衡盾构施工，通过有限元方法重点模拟了盾尾同步注浆过程，并与现场监测数据进行对比分析。在既有解析解的基础上通过二次开发实现有限元模型同步注浆压力的非均匀分布模式，使其充分反映非对称注浆工况。模拟中考虑了非对称注浆压力比、注浆率和注浆缺陷分布模式（即局部注浆压力不足位置）等因素对周边地层扰动的影响。研究表明，不对称注浆压力导致沉降槽呈不规则状，注浆压力较大的一侧易发生地表隆起；不对称注浆压力比与地层损失率呈线性负相关；随着注浆率增加，深层土体沉降值不断增加，当深度增加时，这种趋势会更加明显；不同注浆缺陷分布模式对地表沉降有不同程度的影响，顶部注浆孔压力对地表沉降量的影响较大，而腰部注浆孔压力对地表沉降槽宽度系数影响较大，底部注浆孔压力对地表沉降的影响相对较小。
2023 Vol. 60 (2): 168-177 [
摘要
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208
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178
崔光耀 1 麻建飞 2 宁茂权 3,4 唐再兴 3,4 刘顺水 3,4 田宇航 1
软弱地层超大矩形顶管盾构隧道近接施工加固方案优选研究
为保证软弱地层中超大矩形顶管盾构隧道近接施工安全，以某矩形顶管盾构隧道近接下穿既有高速铁路为工程背景，研究超大矩形顶管盾构隧道近接下穿高铁段不同施工加固方案的效果。结果表明：采用超前注浆可使开挖面主动失稳位移减小25.64%，被动失稳位移减小17.65%，轨道沉降减小30.38%。采用人工挖孔桩+D型钢便梁可使开挖面主动失稳位移减小51.28%，被动失稳位移减小29.41%，轨道沉降减小42.31%；现场监测表明，采用人工挖孔桩+D型钢便梁加固后轨道沉降最大值仅为1.65 mm，超大矩形顶管盾构隧道成功下穿既有高速铁路，人工挖孔桩+D型钢便梁保证了超大矩形顶管盾构隧道近接施工安全和高速铁路正常运营。
2023 Vol. 60 (2): 178-184 [
摘要
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185
邬 泽 1 顾福霖 2 付艳斌 3
采用压密注浆定量纠偏运营地铁盾构隧道技术研究
为解决运营地铁盾构隧道受周边建设项目施工影响发生偏移的问题，提出一种可量化回调量的注浆纠偏方法。通过对压密注浆过程的理论研究和有限元分析，重点研究压密注浆对盾构隧道的纠偏机理，提炼出关键参数，建立注浆作用下盾构隧道竖向位移和水平位移的理论模型和计算公式。分析结果表明，地层压密注浆可有效回调运营地铁盾构隧道发生的位移和变形，可采用体积应变法进行压密注浆模拟，隧道位移可通过分层总和法进行计算，纠偏效果主要控制因素为注浆距离、注浆压力和注浆范围。通过对比现场试验及计算公式结果，验证了该理论模型的合理性和结论的可信性。
2023 Vol. 60 (2): 185-193 [
摘要
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177
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3380KB] (
436
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194
李 尧 1 董 星 1 曹校勇 2 徐 平 2
竖井反井法施工炮渣控制尺寸研究
针对竖井反井法施工中炮渣堵孔问题，使用三维离散元模拟方法，分别模拟了竖井内和导井内溜渣过程。结果表明，炮渣直径大于0.2 m时，易堵塞（v=0）竖井，炮渣直径小于0.2 m时，导井上方炮渣可顺利排至导井，但部分炮渣堆积于竖井底部；导井直径由1.5 m增大至3 m可有效扩大竖井内炮渣成拱范围，加快竖井内溜渣速度，减小成拱及阻塞（v≈0）几率，提升炮渣掉落比；导井内会多次发生炮渣阻塞，降低炮渣下降速度；炮渣尺寸大于0.3 m时，易造成直径为1.5 m的导井堵塞，在长导井中，速度较大的大尺寸炮渣仍会在成拱作用下堵塞导井。
2023 Vol. 60 (2): 194-202 [
摘要
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205
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4742KB] (
455
)
203
桑琮辉 1,2 乔力伟 1,2 王列妮 3 袁文超 4 赵延法 5
基于双段求解的高精度浮尘离散模拟方法与应用
对掌子面爆破后隧道内浮尘时空演化特征进行动态模拟求解时引入数值逼近模型拟合出浮尘的初始排放量，在此基础上根据隧道实际工况提出了双段离散求解的数值模拟方法，解决主观赋值及精确求解的问题。以贵州某在建隧道为研究背景，利用有限元Ansys-Fluent软件离散模式对浮尘的动态时空浓度场进行双段求解计算,一阶段对静风状态下浮尘浓度梯度上的弥散进行模拟，二阶段对机械通风条件下浮尘的随流扩散进行模拟。研究结果表明：通风试验周期内沿程采样点模拟数据与实测数据的最大误差百分比为13.67%，随机采样点最大误差百分比为12.39%；采用双段模拟求解法对其他两座风筒拱顶布局、台阶法开挖的在建隧道进行了浮尘动态模拟，各随机采样点上误差百分比均控制在11%以内。相关数据表明双段模拟求解法具有普遍适用性，不同工况下均可有效保证模拟数据的低误差百分比，双段模拟求解法可作为掌子面爆破后浮尘动态演化的一种新型高精度模拟应用方法。
2023 Vol. 60 (2): 203-211 [
摘要
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212
朱 凯 1,2 杨文静 1 张琼华 3 刘 斌 4 王 强 1 张 欣 5 吴 珂 2,6,7
公路隧道群洞口污染物扩散特性与窜流机制研究
随着多条隧道洞口近接的公路隧道群数量不断增多，隧道洞口间污染物集聚及交叉影响问题日益突出，然而现有研究中参数范围较小，尚缺乏隧道污染物窜流机制的系统分析。采用CFD模拟结合比尺模型试验研究了公路隧道群洞口污染物扩散过程，分析了20~320 m间距下隧道洞口的污染物扩散流场特征和窜流比变化规律，结合上游射流、下游抽吸影响范围，构建了污染物窜流模型，并得到了可用于工程计算的窜流比经验公式。结果表明：（1）隧道污染物扩散受到上游隧道洞口射流发展和下游隧道抽吸的共同作用。上游隧道污染物扩散符合三维壁面射流理论，开口段各断面的风速、污染物浓度扩展范围及衰减率相近，在分布上满足相似性。下游汇流段长度较短，抽吸未改变上游射流形态。（2）隧道污染物窜流受结构参数L/D（隧道洞口间距/隧道水力直径）和运营参数vup/vdow（n 上下游风速比）的共同影响，两者对窜流的作用相互独立。随L/D增大，窜流比φs与窜流浓度比φc同步减小；随vup/vdown的增大，φs先保持不变后逐步减小，而φc则先增大后趋于稳定，且该规律并不受隧道断面形式影响。（3）研究构建的窜流比经验公式，与已有研究吻合良好，且适用范围更广泛。
2023 Vol. 60 (2): 212-222 [
摘要
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试验与监测
223
蒋雅君 1 郑 屹 1 喻良敏 1 崔恒涛 1 曹丹阳 2
接触溶蚀条件下玻璃粉对混凝土抗钙溶蚀能力的影响
混凝土钙离子的析出是造成隧道排水系统结晶的主要原因之一。 为研究玻璃粉对混凝土在接触溶蚀条件下的抗钙溶蚀能力的影响，采用玻璃粉等质量替代0%、10%、15%和20%水泥的方式，制备一批混凝土试块和水泥砂浆试块，开展去离子水浸泡试验，进行钙离子浓度检测，并使用Ｘ射线衍射仪、扫描电子显微镜分析研究试块的水化产物的种类、含量、微观形貌及元素组成。结果显示：玻璃粉能减少水泥砂浆水化产物中氢氧化钙（CH）的含量及钙离子的析出，玻璃粉掺量为10%时效果最好；溶蚀28 d时，相较于纯水泥砂浆，掺有玻璃粉的水泥砂浆的微观结构得到了改善，但是玻璃粉的火山灰活性仍然还没有完全发挥。
2023 Vol. 60 (2): 223-229 [
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230
袁 杰 1 祁佳睿 2 肖 翔 1 李赞新 1 俞立新 1 潘以恒 2
盾构接收钢套筒内填料压力主动调控试验研究
地铁隧道工程盾构钢套筒接收施工中，钢套筒内填料与地层之间的压力平衡控制是保证工程安全的关键。为实现主动调控钢套筒内填料压力，将常规钢套筒的固定盖板改进为可沿套筒纵向自由滑动的活塞式盖板，并提出相适应的液压调压法和机械调压法。按照1∶5的比例设计钢套筒模型试件，针对注水增压、泄水减压、低内压水平下的机械增压、高内压水平下的机械增压和机械减压等工况开展模型试验，研究填料压力随外接液压、机械推力的变化规律和影响机理以及千斤顶反力和钢套筒筒身变形规律。研究结果表明：液压调压过程钢套筒内填料压力随外接液压呈线性、等比例变化；较低填料压力（≤0.15 MPa）条件下的机械增压，填料压力随千斤顶压力变化展现出多段非线性特征；较高填料压力（>0.15 MPa）条件下，填料压力随机械调压过程稳定变化。两种方法均可达到可控的钢套筒内填料压力主动调节效果，需根据调控方法特点、工程施工能力和调控技术需求进行灵活选择。
2023 Vol. 60 (2): 230-237 [
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王 超 1,2 杨雨升 1,2 张 军 1,2 边艳妮 3 叶 敏 1,2 刘晓娜 3
基于高压水射流和机械臂的公路隧道摄像头清洗试验
为了解决公路隧道摄像头清洗高空作业存在效率低和安全隐患的问题，提出采用高压水射流方法清洗镜面，并设计了六自由度清洗装备。以隧道摄像头表面的污染物为对象，采用傅里叶变换红外光谱仪（FTIR）分析了污染物成分；为获得较优的清洗工艺参数组合，在陕西省玉华宫周围隧道采集了70个摄像头样本，采用单因素变量法开展了清洗参数优化试验，利用“灰度化+锐化+二值化”的方法对图像进行了处理，研究了清洗压力（0.5~2.0 MPa）、清洗距离（0.3~1.5 m）和清洗时间（0.2~2.0 s）对清洁率的影响。试验结果表明，隧道摄像头壳体表面污染物的主要成分为碳黑和多环芳烃，而镜面表面污染物主要为颗粒状扬尘；较优的清洗工艺参数组合为清洗压力0.5 MPa、清洗距离1 m、清洗时间0.4 s（以0.2 s为间隔冲洗2次），在此参数组合下清洁率在99%以上。
2023 Vol. 60 (2): 238-246 [
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安全防灾与病害整治
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郭 超 1,2 闫治国 1,2 李 维 1,2 周锡芳 3
双火源隧道火灾特性全尺寸试验研究
隧道内车辆碰撞、火焰和高温烟气的热辐射和热对流因素极易引发双火源或多火源火灾事故，严重威胁隧道内人员安全。为了研究纵向通风条件下隧道双火源火灾发展特性，依托上海市中心城区北横通道开展现场全尺寸火灾试验，采用2组柴油池火共进行5组火灾试验。通过改变双火源引燃时间和火源间距，重点分析连锁型双火源和不同火源间距下并发型双火源火灾发展全过程关键参数特性，包括火焰偏转角、火灾热释放速率、纵向和竖向烟气温度和一氧化碳浓度。试验结果表明：连锁型火灾由于引燃时间不同，双火源发展不同步，双火源的热释放速率呈现此消彼长的发展态势，竞争燃烧显著。对于火源间距为2 m的连锁型双火源，不同发展阶段内下游火源的火焰偏转角始终大于上游火源的火焰偏转角。对于火源间距为5 m、10 m、20 m的并发型双火源，双火源的火焰偏转角基本接近一致。与以往全尺寸隧道火灾试验中拱顶烟气温度测量方案不同，采用间距为1 m的光纤光栅温度传感器测量隧道拱顶烟气温度。对于不同火源间距下的双火源火灾，其拱顶纵向烟气温度分布曲线存在多个温度峰值。无论是热辐射导致的温度峰值还是热对流导致的温度峰值，下游火源对应的温度峰值始终大于上游火源对应的温度峰值。随着火源间距增大，双火源对应的拱顶烟气最高温度逐渐降低。双火源下游拱顶烟气温度分布特性与单火源下游拱顶温度分布均满足指数衰减规律。
2023 Vol. 60 (2): 247-259 [
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260
杜永潇 1,2,3 孙晓立 1,2,4 杨 军 1,2,4 张焱森 1,2
盾构隧道火灾损伤技术状况检测与鉴定研究
盾构隧道火灾损伤技术状况检测与鉴定是盾构隧道维修加固和安全使用的基础。为实现对火灾后盾构隧道损伤技术状况的有效检测和鉴定，建立了按照现场踏勘、制定检测方案、详细检测和损伤评估分析等分阶段逐级深入的综合评价方法。通过对某区间盾构隧道的案例分析，重点介绍了检测方法与过程、检测结果分析、等级评定体系和处置建议。结果表明，火灾作用导致了混凝土强度推定值的降低，管片碳化深度均在0~2.0 mm之间；通过超声波相控阵法对盾构管片的检测发现，火灾作用对管片内部密实性影响较小。根据检测结果，对盾构隧道分区域进行了等级评定，并提出了相应的处置建议。
2023 Vol. 60 (2): 260-270 [
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许 芃 1,2 彭 鹏 1,2 琚国全 3 赵万强 3 张志强 1,2
砂板岩互层隧道掌子面突水灾变发生模型试验研究
为深入研究砂板岩隧道突水灾变机制及规律，以中老铁路新平隧道为工程背景，通过模型试验再现了隔水板岩渐进破坏型突水灾变演化过程，分析了围岩应力-应变特征、渗透压力与流量随隔水层厚度减小的变化规律。结果表明：（1）砂板岩突水灾害经历了渗流、涌突和衰减3个阶段，本质上是在开挖卸荷和应力-渗流耦合作用下，隔水层中薄弱部位裂隙逐步扩展、贯通直至突水通道形成，隔水层稳定性逐渐丧失的渐进过程；（2）围岩的应力-应变曲线及渗透压力和流量的关系均具有明显的前兆特征和阶段性特征，其变化规律反映了灾害的孕育、发展和演化过程；（3）渗透压力和流量变化过程中均存在一个突变点，突变点可作为隔水层阻水能力劣化的特征点，该点所对应的隔水层厚度即为隔水层临界安全厚度。
2023 Vol. 60 (2): 271-281 [
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王 嵩 1 杨昌宇 2 许兴伍 1 李传富 1 王聚山 1 袁 勋 2 王 芳 2 陈 昂 等
聚脲喷膜材料在隧道衬砌掉块病害整治中的试验研究
针对传统掉块病害整治工艺施工工序复杂、劳动强度大、施工速度慢、工效低和费用高等缺点，提出采用聚脲喷膜材料对隧道衬砌掉块病害进行整治。通过对聚脲喷膜材料承受掉块自重和空气动力学荷载的理论分析，以及现场建立隧道衬砌模型的实测试验，重点研究了聚脲喷膜材料的粘结强度和拉伸强度。试验表明，在试块自重和空气动力学效应约14 t荷载的共同作用下，厚度为5 mm的聚脲喷膜材料未发生拉伸断裂破坏，能够承托住衬砌掉块；加载过程中试块周边一定范围内的喷膜材料发生了剥离，表明剥离范围内喷膜聚脲材料与隧道衬砌混凝土表面之间粘结强度逐步降低。为防止隧道衬砌拱部掉块，可采取增加喷膜材料与混凝土之间的粘结强度或增加喷膜材料厚度等措施。
2023 Vol. 60 (2): 282-292 [
摘要
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现代隧道技术
编 辑 部 公 告
关于召开“一带一路”西北国际智能交通发展大会高峰论坛暨交通产业博览会的通知
《现代隧道技术》编辑部声明
“全国公路科普教育基地公路节能照明与安全防灾新材料试验室科普传播委员会”暨“安徽中益新材料科技有限公司专家技术委员会”在皖成立
国际隧协2018颁奖大会璀璨落幕 中国力压群芳收获五大奖项
《现代隧道技术》编辑部公告
《现代隧道技术》编辑部声明
《现代隧道技术》杂志专栏征稿启事
2020 中国隧道与地下工程大会（CTUC） 暨中国土木工程学会隧道及地下工程分会第二十一届年会征文通知
2019 年第十届全国运营安全与节能环保的隧道及地下空间科技论坛（1 号通知）
关于启用“科技期刊学术不端文献检测系统”的通知
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本 刊 广 告
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