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基于水平定向钻的隧道地质精细化探测技术应用
1
作者 刘继国 刘夏临 +1 位作者 魏龙海 宋宇家 《隧道建设(中英文)》 北大核心 2025年第9期1719-1727,共9页
针对复杂地形地质与长大深埋隧道超前地质信息获取难的问题,结合天山胜利隧道工程条件,设计并实施基于水平定向钻(HDD)的1 000 m超前地质预报应用研究,形成“HDD+孔内多源测试(取心、孔内电视、综合测井)+钻进参数分析”一体化流程。现... 针对复杂地形地质与长大深埋隧道超前地质信息获取难的问题,结合天山胜利隧道工程条件,设计并实施基于水平定向钻(HDD)的1 000 m超前地质预报应用研究,形成“HDD+孔内多源测试(取心、孔内电视、综合测井)+钻进参数分析”一体化流程。现场采用C4S1000钻机及随钻导向、泥浆循环与孔内测试系统,完成轨迹导向控制;钻进过程中采集泥浆压力、流量、钻压、钻速、转速与转矩等参数,计算机械比能用于表征围岩强度与裂隙发育。结合测井参数与室内抗压强度,计算岩体基本质量指标(BQ值)并划分围岩级别,形成可服务于施工组织与风险管控的参数集与分级成果。结果表明:1)建立的“HDD+孔内多源测试+钻进参数分析”一体化流程在隧道内运行稳定,完成1 000 m导向钻进与数据获取;2)钻孔轨迹满足导向精度与避让控制要求,设计最大空间偏距为10.161 m;3)机械比能与围岩强度变化具有一致性,0~200 m为低值段,>300 m整体抬升,612 m处达9.68 MPa,可用于识别强度变化与潜在风险段;4)基于测井数据计算的BQ围岩分级与掌子面揭示情况及既有勘察总体一致,支撑施工组织与风险管控,验证了HDD在隧道工程中的适用性与有效性。 展开更多
关键词 隧道工程 超前地质预报 水平定向钻 机械比能 综合测井 围岩分级
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公路隧道景观带空间分布对驾驶人员视觉特征的影响
2
作者 彭文波 李墨涵 +3 位作者 刘佳 高翔 叶飞 朱文豪 《隧道建设(中英文)》 北大核心 2025年第10期1843-1851,共9页
为研究公路隧道内景观装饰对驾驶安全的影响,通过驾驶模拟技术分析不同景观带空间分布对驾驶人员视觉的作用机制,构建边墙景观、拱顶景观和全周景观3种试验场景,采用眼动追踪技术结合AttenD算法,量化评估景观带视野范围内的注视分布、... 为研究公路隧道内景观装饰对驾驶安全的影响,通过驾驶模拟技术分析不同景观带空间分布对驾驶人员视觉的作用机制,构建边墙景观、拱顶景观和全周景观3种试验场景,采用眼动追踪技术结合AttenD算法,量化评估景观带视野范围内的注视分布、注视时长及视觉分心等视觉特征。结果表明:1)FRD区域和仪表盘区域占据了驾驶人员大部分视觉资源。2)景观装饰信息复杂度与视觉资源分配比例呈正相关,边墙区域对驾驶人员的吸引程度较强,当通过景观装饰唤醒驾驶人员注意力时,首选边墙景观。3)道路中心和仪表盘区域是驾驶主要兴趣区,消耗了大部分视觉资源。4)从注视时长指标分析,边墙景观方案周边视觉区域总注视时长水平最高;从视觉分心角度分析,边墙景观方案单次分心时长较长,全周景观方案视觉分心次数较多;从整体视觉分心水平分析,全周景观对视觉分心的影响最为突出。研究证实景观装饰的空间分布影响驾驶注意力分配,建议优化景观设计参数以平衡美学需求与行车安全。 展开更多
关键词 公路隧道 视觉分心 景观装饰 驾驶安全 驾驶模拟
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基于改进的PSO风光互补公路隧道配置优化
3
作者 李金 林志 +3 位作者 于冲冲 尹恒 黄可心 刘超铭 《科学技术与工程》 北大核心 2025年第6期2578-2584,共7页
公路隧道里程的快速增加也标志着运营成本的逐渐上升,高昂的公路隧道电力运营成本问题急需解决。为了降低公路隧道电力运营成本,实现节能减排。在“双碳”背景下,从优化能源结构的角度思考,探究可再生能源供电系统在公路隧道上的应用前... 公路隧道里程的快速增加也标志着运营成本的逐渐上升,高昂的公路隧道电力运营成本问题急需解决。为了降低公路隧道电力运营成本,实现节能减排。在“双碳”背景下,从优化能源结构的角度思考,探究可再生能源供电系统在公路隧道上的应用前景,建立一个风、光、储互补发电系统。以一条498 m长的公路隧道负荷为算例,利用基于改进的粒子群算法(particle swarm optimization,PSO),以全生命周期的设备建设成本和维护成本最低为目标,以缺电负荷率、储能容量为约束,针对风光储互补系统进行寻优。结果表明:经改进的离散型自适应粒子群算法在第20次迭代后得到了最优解,标准粒子群算法在近第300次迭代得到最优解,离散型自适应粒子群算法寻优能力更强;改进后的离散型自适应粒子群算法对比标准的粒子群算法,寻优结果的风、光、储的设备投资使用成本降低了57.83万元,约17.37%。对比算例隧道一年的用电成本51.50万元,风、光、储互补系统的全生命周期成本为332.88万元,投资成本将在7 a的时间内收回,该风光互补系统的投资回报率是10.47%。在设备20 a的使用寿命内,风光储互补发电系统将节省697.12万元的用电费用。 展开更多
关键词 公路隧道运营成本 粒子群算法 风光储互补系统 可再生能源
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设计阶段盾构隧道防水可靠性评价模型研究
4
作者 李金 崔庆龙 +2 位作者 郭德赛 刘继国 吴怀娜 《安全与环境学报》 北大核心 2025年第2期422-434,共13页
为了科学评价设计阶段盾构隧道的防水可靠性,提出了一种基于组合赋权法和可拓云模型的设计阶段盾构隧道防水可靠性评价新模型。综合考虑材料因素、结构抗变形能力因素和水文地质条件因素,建立了包含3个一级评价指标和14个二级评价指标... 为了科学评价设计阶段盾构隧道的防水可靠性,提出了一种基于组合赋权法和可拓云模型的设计阶段盾构隧道防水可靠性评价新模型。综合考虑材料因素、结构抗变形能力因素和水文地质条件因素,建立了包含3个一级评价指标和14个二级评价指标的设计阶段盾构隧道防水可靠性评价指标体系,并建立了相应的可靠性评价等级判据。采用改进层次分析法(Improved Analytic Hierarchy Process,IAHP)和改进CRITIC(Criteria Importance Through Intercriteria Correlation)法分别计算得到评价指标的主观权重和客观权重,并利用博弈论法计算得到评价指标的组合权重,弥补了单一赋权法存在的不足。同时,将可拓云模型应用到设计阶段盾构隧道防水可靠性评价中,解决了设计阶段盾构隧道防水可靠性评价过程中存在的模糊性和随机性问题。将构建的新模型应用到武汉两湖通道工程盾构隧道防水可靠性评价中,得到该项目防水可靠性评价等级为Ⅳ级,属于较高可靠度。该评价结果与现场实际情况一致,验证了新模型的合理性和可行性。新模型可为其他类似项目提供指导借鉴。 展开更多
关键词 安全工程 盾构隧道防水 可靠性评价 博弈论组合赋权 可拓云模型
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公路隧道景观带应用效果调研统计和分析
5
作者 黄山 吴鹏 +4 位作者 高翔 彭文波 刘佳 马明 叶飞 《隧道建设(中英文)》 北大核心 2025年第10期1968-1978,共11页
为明确景观带在隧道领域的应用现状,对我国70座公路隧道进行调研和分析,分析景观带在公路隧道运营中的作用,对现有景观带的布设形式和应用效果进行系统梳理,最后提出相应的设计建议与展望。结果表明:1)隧道景观带能够缓解驾驶员的心理... 为明确景观带在隧道领域的应用现状,对我国70座公路隧道进行调研和分析,分析景观带在公路隧道运营中的作用,对现有景观带的布设形式和应用效果进行系统梳理,最后提出相应的设计建议与展望。结果表明:1)隧道景观带能够缓解驾驶员的心理压力和视觉疲劳,提升隧道的整体观感和行车舒适度,并增添文旅宣传;但由于目前缺乏成熟的设计规范,隧道景观带的设计偏主观。2)我国公路隧道景观带布设形式主要包括彩绘喷涂、LED动态网格屏、LED景观灯阵、投影及其他布设形式。3)隧道景观带在布设形式的选择上多采用投影与其他布设形式;除10 km以上的特长隧道外,大部分隧道景观带的布置数量为1个;中、短隧道景观带长度多设为隧道全长。4)在景观带设计时,应当注重景观照明与基本照明的统一设计和景观设计的均衡性,并且遵循绿色、低碳的节能性原则。5)未来在景观带设计时,应构建刺激量与唤醒程度间的关系模型,将多方因素纳入考量,以期实现更为科学合理的景观带设计。 展开更多
关键词 景观带 公路隧道 疲劳缓解 布设形式 应用效果
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截至2023年底中国10km以上特长公路隧道统计与分析 被引量：21
6
作者 刘继国 崔庆龙 +1 位作者 李丹妮 罗刚 《隧道建设（中英文）》 CSCD 北大核心 2024年第1期189-198,I0057-I0066,共20页
在隧道行业相关单位的大力支持及既有统计数据的基础上,对截至2023年底中国已建成运营、正在建设、规划设计的共计74座长度10 km以上的特长公路隧道进行统计,其中,已建成运营特长公路隧道25座,正在建设特长公路隧道31座,规划设计特长公... 在隧道行业相关单位的大力支持及既有统计数据的基础上,对截至2023年底中国已建成运营、正在建设、规划设计的共计74座长度10 km以上的特长公路隧道进行统计,其中,已建成运营特长公路隧道25座,正在建设特长公路隧道31座,规划设计特长公路隧道18座。从隧道长度、所在省份、公路等级、地理位置、技术标准、施工工法、设计与施工单位等方面,对中国已建成运营、正在建设、规划设计的长度10 km以上的特长公路隧道建设情况进行分析,其中:长度在10~14.9 km的隧道共62座,长度在15~19.9 km的隧道共10座,长度大于20 km的隧道共2座;隧道主要集中在中国西南部,约占63%,四川省最多,其次是云南省;高速公路隧道达65座,占比约为88%;山岭公路隧道68座,水下隧道6座;隧道技术标准以双向4车道为主;隧道施工工法以钻爆法为主,近些年出现了TBM+钻爆组合工法;隧道设计单位主要有31家;隧道施工单位主要有52家。 展开更多
关键词 特长公路隧道 统计与分析
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公路隧道风光水储互补发电系统容量配置研究
7
作者 李金 林志 +3 位作者 于冲冲 尹恒 刘超铭 黄可心 《隧道建设（中英文）》 CSCD 北大核心 2024年第S01期124-130,共7页
为降低公路隧道的电力运营成本,探究可再生能源互补发电系统在公路隧道的应用前景,研究合适的容量配置求解方法。建立利用风、光、水和储能设备的互补发电系统为公路隧道提供电力资源。以特长公路隧道(总长7.1 km)为估算模型,采用改进... 为降低公路隧道的电力运营成本,探究可再生能源互补发电系统在公路隧道的应用前景,研究合适的容量配置求解方法。建立利用风、光、水和储能设备的互补发电系统为公路隧道提供电力资源。以特长公路隧道(总长7.1 km)为估算模型,采用改进后的粒子群优化算法,即离散型自适应粒子群优化算法,以全生命周期的建设成本和设备维护成本最小为目标函数,以缺电负荷率(LPSP)和储能电池的状态为约束,对风力发电设备、光伏发电设备、水力发电设备和储能设备的最优容量配置进行求解。结果表明:1)对比标准粒子群算法,离散型自适应粒子群优化算法的总投入成本更少,寻优能力更强;2)对比该隧道1年的用电成本,前期投入将在5年内回本;3)在风光水储互补发电系统的设备全生命使用周期的20年内,该隧道可节省1 920.39万元电费。 展开更多
关键词 能耗 公路隧道 风光水储互补发电系统 离散型自适应粒子群优化算法 容量配置
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基于X-CT成像的泡沫混凝土细观损伤模拟方法
8
作者 刘继国 崔庆龙 +2 位作者 舒恒 彭文波 杨雪 《隧道建设（中英文）》 CSCD 北大核心 2024年第10期1941-1949,共9页
为探究常用于隧道减震设计的泡沫混凝土材料在受压荷载下的细观裂纹损伤发展过程以及细观损伤对宏观力学行为的影响,提出基于X-CT成像从细观尺度分析泡沫混凝土损伤过程的模拟方法。首先,借助X-CT扫描技术获取可表征泡沫混凝土细观多孔... 为探究常用于隧道减震设计的泡沫混凝土材料在受压荷载下的细观裂纹损伤发展过程以及细观损伤对宏观力学行为的影响,提出基于X-CT成像从细观尺度分析泡沫混凝土损伤过程的模拟方法。首先,借助X-CT扫描技术获取可表征泡沫混凝土细观多孔结构的X-CT图像,并对该图像进行二值化处理以获取用于建立泡沫混凝土细观模型的二值图;然后,采用自主编译的Python脚本插入内聚力单元模拟泡沫混凝土模型的损伤开裂过程,并分析不同孔隙率下泡沫混凝土的细观损伤变化规律。研究表明:1)泡沫混凝土应力-应变曲线上升阶段、塑性平台阶段的细观模拟结果与试验结果吻合较好,该方法为研究泡沫混凝土材料的细观损伤机制和宏观力学参数标定提供了新手段;2)在单轴受压过程中,连接多孔材料相邻孔隙的水泥基充当了“支柱”作用,接触法向压力随着应变积累而连通发展,泡沫混凝土模型受压时主要表现为剪切破坏;3)当泡沫混凝土孔隙率较低时,其峰值抗压强度会显著增加,但材料可能会在局部产生大规模开裂,孔隙的作用不能得到充分发挥。 展开更多
关键词 泡沫混凝土 X-CT成像 细观损伤模拟 内聚力单元
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水平定向钻孔水压致裂地应力测量数值模拟分析 被引量：2
9
作者 刘夏临 王震 何志坚 《隧道建设（中英文）》 CSCD 北大核心 2024年第10期2049-2057,共9页
为解决水平钻孔水压致裂法在地应力测量中计算原理不明确的问题,以天山胜利隧道水平定向钻勘察项目为依托,首先构建基于原生裂隙法与多孔交汇法的水平孔围岩三维应力状态理论模型,并探讨其控制边界条件及计算方法;然后,通过与室内物理... 为解决水平钻孔水压致裂法在地应力测量中计算原理不明确的问题,以天山胜利隧道水平定向钻勘察项目为依托,首先构建基于原生裂隙法与多孔交汇法的水平孔围岩三维应力状态理论模型,并探讨其控制边界条件及计算方法;然后,通过与室内物理模型试验数据进行对比分析,验证理论模型的合理性;最后,构建水平孔水压致裂法地应力测量有限元模型,通过对比数值模拟、理论计算和室内试验结果,验证该有限元模型建模方法的可行性。结果表明:1)理论模型计算结果与室内物理模型试验记录数据接近,最大误差为6.8%,说明结合原生裂隙法与多孔交汇法构建的水平孔围岩应力状态理论模型可以适用于基于水平定向钻勘察的水压致裂法地应力计算;2)数值模拟结果与试验记录数据接近,最大误差为9.51%,说明采用Abaqus扩展有限元法(XFEM)结合嵌入式Cohesive单元的方法能够合理模拟真实水平孔水压致裂测量地应力的过程;3)理论模型计算结果与数值模拟结果的一致性较好,最大误差在允许范围内,验证了理论模型与有限元模拟方法的正确性、准确性和可靠性。 展开更多
关键词 水平定向钻 水压致裂 地应力测量 数值模拟
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一种基于水平定向钻的模型试验装置 被引量：2
10
作者 张晟斌 刘继国 +4 位作者 刘夏临 舒恒 程勇 赵强 马保松 《隧道建设（中英文）》 CSCD 北大核心 2023年第9期1455-1462,共8页
水平定向钻进模型试验装置可为探究钻进参数与岩石物理力学参数之间的定量关系提供良好的试验平台。针对水平定向钻技术在隧道地质勘察的应用,自主研发一种可用于研究水平定向钻钻进参数与岩石强度相关性的模型试验装置。该模型试验装... 水平定向钻进模型试验装置可为探究钻进参数与岩石物理力学参数之间的定量关系提供良好的试验平台。针对水平定向钻技术在隧道地质勘察的应用,自主研发一种可用于研究水平定向钻钻进参数与岩石强度相关性的模型试验装置。该模型试验装置包含钻进压力动力系统、旋转动力系统和参数测量系统。其中,钻进压力动力系统和旋转动力系统分别由液动螺杆马达和液压油缸驱动,可采集位移、钻进压力、钻头的转速和转矩、系统水压力和水流量等参数。采用6块强度等级为M15的砂浆试块测试该试验系统的可行性,得出结果:1)水平定向钻的钻进速度与钻头的转矩随着钻进压力的增大而不断增大;2)泥浆系统循环压力和钻头转矩呈正比例变化关系,泥浆系统循环流量和钻头的转速呈正相关变化关系;3)该试验装置能够在保持水平定向钻工作特性的前提下研究钻进参数与岩石强度之间的定量关系。 展开更多
关键词 水平定向钻进 模型试验装置 钻进参数 隧道勘察
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