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气爆危害对深隧竖井折板荷载的影响分析

安全与环境学报 2023年第4期23卷 1123-1129页

作者：杨庆华陈峰杨乾牛丙坤西南交通大学土木工程学院成都610031 江苏新慧恒工程项目咨询有限公司江苏无锡214071 中国五冶集团有限公司成都610063

深层隧道排水系统中的气爆危害将使竖井折板承受巨大的反向冲击荷载,严重威胁结构安全。为研究其荷载变化趋势,开展了长度比尺为1∶50的气爆模型水力试验,分析进气压、进气量、初始水深和联络管接入方式等关键因素的取值变化对冲击荷载... 详细信息

深层隧道排水系统中的气爆危害将使竖井折板承受巨大的反向冲击荷载,严重威胁结构安全。为研究其荷载变化趋势,开展了长度比尺为1∶50的气爆模型水力试验,分析进气压、进气量、初始水深和联络管接入方式等关键因素的取值变化对冲击荷载的影响。结果表明:气爆对折板的反向冲击荷载可达正向水动力荷载的20倍以上且与进气压和进气量均呈正相关;当竖井内自由液面“紧邻”折板且联络管接入干区时,折板将大概率承受较大的冲击荷载。在试验研究基础上,分别拟合出了联络管接入湿区和干区时的最大冲击荷载预测式。研究成果可为折板型竖井正常安全运行以及结构设计优化提供技术支撑和理论指导。

关键词：安全工程深层隧道排水系统气爆危害折板型竖井冲击荷载模型试验气液两相流

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深隧排水系统水舌对冲式入流竖井设计研究

中国农村水利水电 2023年第3期 138-143页

作者：王斌李进平程永光武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室湖北武汉430072

竖井是深隧排水系统的重要组成部分,传统交错板竖井的水舌交替撞击井壁,易引起受力不平衡及不利振动。研究提出一种水舌对冲式交错板竖井,归纳出估算其基本参数的经验公式,通过实例设计及CFD模拟,分析了其流态特征、消能机理和效果,并... 详细信息

竖井是深隧排水系统的重要组成部分,传统交错板竖井的水舌交替撞击井壁,易引起受力不平衡及不利振动。研究提出一种水舌对冲式交错板竖井,归纳出估算其基本参数的经验公式,通过实例设计及CFD模拟,分析了其流态特征、消能机理和效果,并总结了几点入流竖井设计基本原则,以期为今后竖井设计提供参考。结果表明:水舌对冲式交错板方案过流能力充足,正常运行下水流不堵塞通气孔,水舌对冲消能效果好,结构受力平衡;底部筛孔水垫相配合,保证竖井与主隧道水流衔接平稳;随着入流量减小,竖井消能率增大。

关键词：深层隧道排水系统交错板竖井水舌对冲竖井设计原则

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深隧折板型竖井气爆危害及控制措施研究

深隧折板型竖井气爆危害及控制措施研究

作者：陈峰西南交通大学

学位级别：硕士

随着城市化进程的不断推进,基于海绵城市理念的深层隧道排水系统成为大城市解决内涝灾害、消除溢流污染的重要途径。由于深隧系统落差较大,需采用竖井对雨污水进行运输与消能,而折板型竖井因其适用性强、消能效果显著等特点被广泛应用... 详细信息

随着城市化进程的不断推进,基于海绵城市理念的深层隧道排水系统成为大城市解决内涝灾害、消除溢流污染的重要途径。由于深隧系统落差较大,需采用竖井对雨污水进行运输与消能,而折板型竖井因其适用性强、消能效果显著等特点被广泛应用。正常泄流时,雨污水在竖井内自上而下流动,而在强降雨条件下,深隧系统中雨水快速填充,过程中挟带大量空气进入主隧道形成高压截留气团,当截留气团到达下游竖井时迅速释放并带动竖井内的水流向外喷出,引发严重的气爆危害。当气爆在折板型竖井中形成时,高速气液两相流可能从干区喷出并掀飞井盖,也可能在湿区冲断折板,造成结构破坏,严重威胁生命及财产安全。因此,论文开展了长度比尺为1:50的水工物理模型试验并结合数值模拟,对折板型竖井内气爆的发生机理及危害进行了研究与分析,并在此基础上对其控制措施进行了一系列探索。主要研究成果如下:(1)通过观察试验中的气爆现象,分析关键位置压强的变化规律并结合对空泡份额以及水平管直径的研究,揭示了折板型竖井内的气爆发生机理:由于高压气团“持续”或“阶段性”释放,导致竖井内液体发生高度雾化,并在竖井底部入口处形成巨大压强差,在雾化与压差的共同作用下,混合流体从折板型竖井的干区喷出并在湿区猛烈冲击折板。(2)明确了气爆在折板型竖井干区和湿区内引发的两种不同类型的危害,分别为在干区掀飞井盖引发的交通安全隐患以及在湿区冲断折板引发的结构破坏,并指出了试验中表征两种危害的关键参量分别为气爆喷射高度和折板冲击荷载,进而分析了两者随进气压、进气量以及初始水深等气爆初始条件的变化规律。分析结果表明:气爆喷射高度与进气压和进气量呈正相关,而随初始水深的增大呈现出先减小后增大的趋势,初始水深约为竖井高度1/4时将使气爆喷射高度降至最低;折板冲击荷载亦与进气压和进气量呈正相关,与初始水深之间无明显相关性,但当竖井内自由液面“紧邻”折板时,折板将会承受较大冲击荷载。在此基础上,分别建立了气爆喷射高度和最大冲击荷载的预测模型,该预测模型可预估不同初始条件下的气爆危害程度。(3)在研究了折板型竖井内气爆发生机理和危害的基础上,从联络管接入方式、干湿区连通区域、限流孔板以及节流通气管等多个角度对气爆的控制措施展开了研究。主要得到以下结论:联络管接入湿区可降低较大冲击荷载出现的概率;增大干湿区连通区域面积可减弱折板所受冲击荷载,且调整联通区域位置可以有效降低气爆喷射高度;限流孔板的设置可以大幅削减气爆喷射高度,但为防止孔板自身结构受荷破坏,其开孔面积不宜过小,且孔板的最优设置位置为竖井中部;节流通气管的设置可有效抑制气爆的喷发并减弱折板冲击荷载,节流通气管的最优设置位置约为联络管长度2/3处(远离竖井一端)。进而提出折板型竖井气爆综合控制方案:联络管接入湿区的同时将干湿区连通区域开辟在中隔板边缘,并在竖井高度1/2处和联络管长度2/3处(远离竖井一端)分别设置限流孔板和节流通气管。上述研究成果揭示了折板型竖井内的气爆发生机理,明确了折板型竖井内的气爆危害类型,并建立了相应的预测模型以预估不同初始条件下的气爆危害程度,进而提出了多种控制措施及方案。该成果可为折板型竖井正常安全运行提供重要技术支撑和理论指导。

关键词：深层隧道排水系统折板型竖井气爆气液两相流控制措施

场地及开挖支护条件对临江竖井变形的规律研究

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场地及开挖支护条件对临江竖井变形的规律研究

作者：黄鑫广州大学

学位级别：硕士

随着我国城镇化进程的不断深入发展,城市内涝已成为政府亟待解决的关键问题,此外极高的人口密度使得城市雨季合流制地区的溢流污染日益严重。广州借鉴国外发达城市,通过建设深层排水系统来解决水污染及水安全问题,并选择了东濛涌沿线作... 详细信息

随着我国城镇化进程的不断深入发展,城市内涝已成为政府亟待解决的关键问题,此外极高的人口密度使得城市雨季合流制地区的溢流污染日益严重。广州借鉴国外发达城市,通过建设深层排水系统来解决水污染及水安全问题,并选择了东濛涌沿线作为试点。东濠涌试验段周边场地条件复杂,给深层隧道排水系统的施工带来很大的难题。其中某标段尾端竖井的开挖深度近43m,距离珠江不到20m,建筑场地地下水丰富,竖井开挖需打穿既有抽水泵站底板,泵站底部存在5m砂层,施工难度极大。原施工方案采取的施工支护条件较为简单,导致开挖初期井内渗水及井壁变形严重,若继续开挖将导致塌方等工程事故的发生,甚至会影响周边建筑安全,故在当前场地条件下研究竖井变形情况,找出适用于该临江竖井的施工方案,解决竖井开挖安全问题,并为今后类似临江竖井施工方案的制定提供参考。本文以东濠涌深层隧道排水系统某标段尾端竖井工程为依托,借助MIDAS/GTS有限元软件建立数值模型,验证优化后开挖方案的支护效果,并在已有计算模型的基础上,对不同场地及支护条件下该竖井变形规律进行研究,具体研究内容及部分重要结论如下:(1)借鉴隧道施工措施对原开挖方案进行优化,分别建立原方案及优化方案下的有限元模型,通过现场监测数据验证数值模型的正确性后,对比两种方案下竖井周边地表沉降、坑底隆起、竖井内外土体总位移、竖井壁水平方向位移等变形情况,确定优化后方案支护止水效果,并总结出该方案具体的施工措施。(2)对比分析不同建筑场地条件(初始水位、土体弹性模量、土体渗透系数)对临江竖井的影响,并总结出变形规律。研究结果表明:当初始水位较低时,支护结构的刚度无法完全发挥出来;土体模量的提高对支护结构的变形影响不大,而渗透系数对支护结构的水平方向位移的影响较明显。(3)对比分析不同开挖支护条件(开挖进尺、管棚管径及注浆厚度、注浆加固效果及范围)对竖井变形的影响,并总结出变形规律。研究结果表明:过大的管棚管径及注浆厚度并不会对支护效果产生明显的影响且不经济;较好的注浆加固效果及范围可明显减小地表沉降及支护结构位移值。

关键词：深层隧道排水系统竖井开挖有限元数值模拟方案对比变形规律

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近珠江闹市区富水深层隧道涌水处治技术

西部探矿工程 2020年第5期32卷 176-180页

作者：刁志刚陈俊山徐剑广东华隧建设集团股份有限公司广东广州510062 西南交通大学交通隧道工程教育部重点实验室四川成都610031

近年来,"海绵城市"理念在我国得到了大力推广,深层排水隧道的建设也得到飞速发展.但在深层隧道的建设过程中也面临着各种各样的问题与挑战,例如在富水地质条件下修建隧道时,施工涌水问题显得尤为突出,极大地影响了施工效率和经济效益.... 详细信息

近年来,"海绵城市"理念在我国得到了大力推广,深层排水隧道的建设也得到飞速发展.但在深层隧道的建设过程中也面临着各种各样的问题与挑战,例如在富水地质条件下修建隧道时,施工涌水问题显得尤为突出,极大地影响了施工效率和经济效益.以广州市深层隧道排水系统东濠涌试验段工程(全国首个深层隧道排水系统项目)竖井暗挖连接隧道为依托,针对竖井左右两侧隧道施工突发涌水问题,对城市闹市区富水地质深层暗挖隧道施工涌水处治技术进行研究,得到如下结论:①该连接隧道施工涌水的原因分析表明,施工涌水是由环境因素(临近珠江,属于富水地段)和地质因素(岩体破碎,裂隙水发育)两方面造成的;②针对竖井右侧隧道施工涌水问题提出较为常规的"止浆墙+径向注浆+超前帷幕注浆"的堵水方案,针对竖井左侧连接隧道施工涌水问题,借鉴山岭隧道治水理论,创新地提出"以排为主,以堵为辅"洞内降排水处治技术方案,两种方案在现场均取得较好的效果,但从周边建筑物等环境保护、施工进度及经济效益方面考虑,"以排为主,以堵为辅"处治方案具有明显的优势,验证了其方案的可行性,为其他类似工程提供经验及依据.

关键词：深层隧道排水系统富水地段竖井暗挖连接隧道施工涌水处治技术

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热塑性内衬管道用于污水和饮用水的运输及储存

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非开挖技术 2013年第1期 44-48页

作者： AlbertLueghamer GeorgPerchtold 王佳(译) AGRUTechnologyinplasticsGmbH Austria AGRUBrasil Brazil

本文讲述了热塑性内衬在用于污水和饮用水的运输及存储的地下管道系统中的应用。在这项应用领域里，对于管道的耐久性、预期寿命、流动性、抗腐蚀性、机械完整性和密封性有较高的要求，用热塑性材料内衬现已成为唯一的解决方法。全球最... 详细信息

本文讲述了热塑性内衬在用于污水和饮用水的运输及存储的地下管道系统中的应用。在这项应用领域里，对于管道的耐久性、预期寿命、流动性、抗腐蚀性、机械完整性和密封性有较高的要求，用热塑性材料内衬现已成为唯一的解决方法。全球最大的市政工程之一，修建在新加坡的DTSS（深层隧道排水系统），是一项重要的大直径、深埋管道系统，项目是为了存储整个城市和来自这个岛国北部以及东部的工业污水。主管的铺设是通过使用隧道掘进机在地下50米深处形成直径为3．3米到6米的隧道来完成的。内衬是使用特殊的内衬材料通过机械的方式确保被夹紧并被嵌入到混凝土结构内，热塑性内衬材料（HDPE）被施工到管道内的目的是保证混凝土结构运作期间能完全受到防腐保护和机械保护并达到最小服务年限100年的要求。由于地下管道直径大、埋深大，研发了特殊的内衬形成方法和模架系统。如何在地下管道系统那种严峻的环境条件中，保持管道的铺设速度成为了一个主要的挑战。在这套系统施工前和施工过程中，为了评价内衬施工性能和恶劣条件下的防腐性能进行了大量的调查工作。

关键词：热塑性内衬机械锚固深层隧道排水系统