高海拔寒区特长公路隧道供氧关键技术研究

为了解决高海拔寒区特长公路隧道施工中遇到的严重缺氧难题,通过对现场施工人员的在高海拔缺氧环境下的生理和心理反应的研究,建立了高海拔缺氧环境下的轮班制度和作息制度;结合白茫雪山1#隧道施工,通过对3种常用供氧方式的分析研究,确定了隧道掌子面弥散供氧结合输氧管道预留可控吸氧装置与氧吧房屋相结合的综合供氧方法,确保了施工人员的工作效率和劳动健康;借鉴青藏高原“风火山隧道增氧工程”,计算出本隧道工程所需的供氧量,以此选择合理的供氧设备用于高原供氧。     

关角隧道空气质量分析

为解决当前相关规范对空气质量要求的局限性,以及对高海拔低气压地区特定环境的不适用性,结合关角隧道地处高海拔低气压地区的特点,对关角隧道施工环境的空气质量进行分析,说明高海拔低气压地区空气环境的物理特性与普通地区的不同之处,提出补充和修正规范的主要建议：各种气体体积分数限值按照不同海拔给出合理的限值界定;氧气质量浓度不准低于224g/m3。     

高海拔隧道通风、供氧、防灾与节能技术的发展

为保障我国高海拔隧道建设的大力稳固发展,采用调研分析的方法总结近年来我国在高海拔隧道建设、通风、防灾救援以及节能通风等方面完成的研究成果。得到高海拔隧道低压、低氧和低温等环境下的通风控制标准、风机特性、施工供氧技术等综合技术,探明高海拔地区火灾烟气流动特性,明确高海拔地区人员逃生能力及隧道疏散结构参数的确定方法,并介绍高海拔隧道通风照明等节能新技术的发展及应用。     

高海拔隧道纵向风速对人员疏散环境的影响研究

为解决高海拔隧道火灾通风及人员疏散的问题，采用数值模拟的方法设计低海拔隧道(0 m)和高海拔隧道(4 000 m)不同纵向风速条件下的对比试验。结果表明：1)较小风速(1 m/s)不会破坏烟气分层，反而会延缓烟气下降的速度，隧道上下游疏散环境比无纵向风(0 m/s)更好，可用疏散时间更长，较大风速(2 m/s、3 m/s)可保证火源上游处于安全的疏散环境，但会破坏烟气热分层稳定性，导致下游烟气下降快，不利于下游人员疏散；2)与低海拔地区隧道相比，高海拔地区隧道烟气层下降速度更快且烟气层高度更低，温度、能见度条件相对较差，高海拔隧道不同风速条件下各位置可用疏散时间整体小于低海拔隧道。     

高寒高海拔地区隧道洞口失稳风险评估方法研究

隧道工程在高寒高海拔地区施工时，受海拔、温度、冻土等影响，施工人员、机械的工作效率大幅降低，冻融、冻胀等灾害发生概率增长，隧道洞口施工的安全风险增大。但目前已有的隧道洞口失稳风险评估方法未引入高寒高海拔地区特有的因素，缺乏一定的针对性。因此，为了更好地判断高寒高海拔地区隧道洞口的施工状态，降低事故的发生，通过分析高寒高海拔地区地质、海拔、温度、冻土等特殊条件对施工安全的影响，构建了具有针对性、可操作性、完整性的高寒高海拔地区隧道洞口失稳风险评估体系，并以久马高速公路海子山1号隧道为例，采用层次分析法计算其洞口失稳的风险等级及可能性，通过与已有专项评估结果以及实际情况进行对比分析，验证本文提出的隧道洞口失稳风险评估方法的可行性。     

高海拔公路隧道火灾烟气控制临界风速研究

为了探究高海拔与低海拔公路隧道火灾燃烧特性的差异,掌握高海拔隧道火灾烟气控制临界风速计算方法,给高海拔隧道防灾通风及人员疏散设计提供参考,建立1∶16的缩尺寸移动式水平模型隧道试验台,对海拔高度为504、3 297、3 544、4 103、4 446 m的5个地点开展隧道火灾热释放率试验研究,并采用三维数值计算方法和量纲分析,对不同海拔高度、不同火灾热释放率工况下水平隧道内烟气控制临界风速进行研究和分析。结果表明：在油盘尺寸相同的情况下,随着海拔高度的增加,火灾热释放率明显减小,燃烧时间显著增长,当海拔超过3 000 m时,高海拔地区隧道稳定段火灾热释放率仅为海拔504 m隧道火灾稳定段热释放率的60.9%。隧道火灾临界风速随着海拔高度的增加而增大,其表现出2种典型变化规律：火灾热释放率大于30 MW时,海拔高度对临界风速影响较小,同一火灾热释放率下,海拔5 000 m时隧道内临界风速较海拔0 m时提高了不到2%;火灾热释放率小于30 MW时,海拔高度对临界风速的影响显著增强,且随着热释放率的减小影响不断增大,当火灾热释放率分别为5.73、12.67 MW时,海拔5 000 m隧道内临界风速较海拔0 m时分别提高了26%和13%。基于高海拔隧道火灾热释放率及隧道火灾临界风速的变化规律,提出了典型双车道高海拔隧道火灾烟气控制临界风速的计算方法。     

公路隧道巷道式施工通风瓦斯分布研究

为探究瓦斯公路隧道巷道式施工通风中瓦斯的体积分数分布规律,利用流体力学研究软件FLUENT建立三维隧道模型并进行了数值仿真计算,通过对隧道内部整体、掌子面附近和主洞与横通道连接处瓦斯体积分数分布的研究,分析了隧道内部瓦斯分布的具体特点并深入探讨了内部回流区、涡流区和瓦斯容易聚集的位置。模拟结果表明： 瓦斯从一侧主洞涌出后,不会对另一侧造成污染; 涡流区瓦斯体积分数明显大于周围区域; 风管所在一侧截面上瓦斯体积分数分布明显低于异侧。     

圭嘎拉高海拔隧道施工人员体力劳动强度评价

为探究圭嘎拉高海拔隧道施工人员体力劳动强度水平，评价施工工序劳动强度，选择圭嘎拉隧道进口段（海拔4 300 m）及1#斜井段（海拔4 560 m）的施工人员作为测试对象，分别测量不同工序下施工人员的生理指标（心率、血氧饱和度、耗氧量）。基于耗氧量计算能量代谢率，进而计算各工序的劳动强度指数。结果表明： 1）260 m的海拔高差造成的施工综合劳动强度指数差异具有统计学意义（P<0.05）； 2）二次衬砌钢筋绑扎是所测施工工序中劳动强度最大的工序，该工序下施工人员的心率、血氧饱和度和平均能量代谢率都出现超过卫生限值的情况，劳动强度指数达到35（极重）； 3）海拔为4 300~4 560 m时，隧道各施工工序劳动强度大部分为中度-极重度。     

高瓦斯隧道工作面甲烷传感器布置研究

针对高瓦斯隧道工作面甲烷传感器的安装位置参数缺乏理论依据,首先建立隧道几何模型,根据湍流状态下的守恒方程、湍流动能方程、组分输送方程以及标准k-ε模型,模拟隧道工作面甲烷的分布情况。结果显示,风管位置和通风量对工作面甲烷体积分数的分布情况影响很大,正常通风状态下风管对面边墙位置甲烷体积分数高,通风量不足时,隧道顶部甲烷体积分数高。根据模拟结果和现场实测,确定甲烷传感器的安装位置和数量,并提出合理的布置要求。     

基于驾驶工作负荷的高海拔地区隧道照明亮度分析

为研究高海拔地区与平原区驾驶员驾驶工作负荷差异特性以得到适用于高海拔地区的隧道照明亮度需求，以及客观量化高海拔地区公路隧道照明设计与管理标准提供理论、方法与技术依据，基于驾驶员驾驶工作负荷理论，从驾驶视认安全、稳定和舒适性的角度，分别在道路运行条件相似的江西宜安Ⅱ级公路和青藏公路高原青藏段（公路－Ⅱ级）设计实车试验进行定量研究。1）运用CART分类方法分析实地驾驶试验数据，发现海拔高度与驾驶员正常行驶的驾驶工作负荷之间呈正相关关系： 平原区驾驶员驾驶需求最低、驾驶工作负荷度最小，海拔高度3 200～3 300 m驾驶工作负荷度居中，海拔高度4 300～4 400 m驾驶工作负荷度最大。2）通过分析得到高海拔地区驾驶员驾驶工作负荷可根据海拔高度进行修正，得到修正系数和驾驶工作负荷度阈限。3）提出高海拔地区隧道照明视认需求相对于平原区的修正系数，海拔高度3 200～3 300 m时为1.2，海拔高度4 300～4 400 m时为1.8。4）得到不同海拔高度公路隧道各个特征段照明亮度设计标准。     

世界最长高原高速铁路隧道——大坂山隧道贯通

<正>由中国铁建十八局集团承建的世界最长高海拔地区高速铁路隧道——大坂山隧道于2014年2月13日贯通。大坂山隧道全长15 918 m,位于青海省大通回族土族自治县和门源回族自治县境内的大坂山中高山区,海拔3 000~4 200 m,穿越大坂山主峰,是兰新铁路客运专线第一长隧,也是世界最长的高原高速铁路隧道。隧道地处高海拔地区,高寒缺氧、最低气温达-34℃,自然条件艰苦。隧道最大埋深达1 085 m,地质复杂,岩石破碎,多为砂岩、炭质板岩,且有大量涌水、岩爆和瓦斯,属于一     

基于大断面高铁隧道的施工通风时间理论预测方法研究

为了获得隧道施工中风管出口到掌子面的距离（以下简称“风管距离”）以及风管出口风量对施工通风时间的影响规律，以郑万线机械配套施工的大断面高速铁路隧道为工程依托，采用CFD数值模拟和多项式拟合数值分析方法对1D、2D、3D、4D（D为断面当量直径）的风管距离搭配2 000、2 500、3 000、3 500 m3/min 4种风管出口风量作用下的最少通风时间进行研究。研究结果表明，施工通风时间受风管距离与风管出口风量2个因素的影响，通风时间t与风管距离x之间关系可以表示为t=ax2+bx+c的形式，且式中各项系数均可以通过多项式拟合表达为风管出口风量Q的函数，故研究可得出通风时间t与风管距离、风管出口风量间的函数关系式为t=f(Q)x2+g(Q)x+h(Q)，同时运用该公式对向家湾隧道工程实例的通风时间进行预测。研究成果为郑万线隧道机械化快速施工通风时间的确定提供了理论指导，研究揭示的规律及所采用方法对类似隧道工程施工通风时间的确定具有一定的参考价值。     

青藏铁路风火山隧道主要施工难题及解决方法

青藏铁路风火山隧道海拔4900m，是目前世界上海拔最高的铁路隧道，高寒缺氧等自然条件成为风火山隧道施工的主要难题。通过对该隧道施工方法的介绍，总结出在高寒缺氧条件下，克服隧道开挖、衬砌、混凝土施工、隧道防水及排水、通风排烟、防寒保温等难题的具体办法，供以后类似隧道施工时参考。     

高海拔富氧进气柴油发动机的排放性能

随着海拔的增加,柴油发动机的碳烟和CO排放明显增加,NO<,x>排放降低.通过供应不同氧气体积分数ψ(O<,2>)的富氧气体,研究不同海拔高度(2 000、3 000和4 000m)时,富氧进气对发动机全负荷排放性能的影响.结果表明,富氧进气显著降低了高海拔发动机碳烟、CO的排放,略微降低了HC的排放,却增加了NO<,x>的排放.随着海拔的增加,同样ψ(O<,2>)的NO<,x>排放降低但仍处于较高的水平.因此,富氧进气在高海拔发动机上应用须控制ψ(O<,2>)在低富氧范围.     

风火山隧道施工机械配套技术

针对高海拔、缺氧、低温的特殊条件，介绍了风火山隧道机械设备的选型、配套使用方案及维修保养技术，初步探讨了低温缺氧环境对施工设备的影响，以及采取的适应性措施，为类似施工提供了依据。     

公路隧道施工地质预报方法选取与预警机制建立

根据前期勘察成果与后期地质调查结果,结合大量的工程实例经验,提出公路隧道地质风险等级划分标准(A级～D级),并由此确定不同风险等级下施工地质预报方法的选取.在总结与分析隧道施工地质预报系统对不良地质体的探测结果(发育特征与发育程度)的基础上,提出隧道地质预报预警等级(Ⅰ级～Ⅳ级),并建立隧道施工地质预报预警机制.最后将研究成果应用到大广南高速公路长乐山隧道,取得了良好的应用效果.     

基于轨迹数据的高速公路隧道风险特性分析

由于隧道内部照度不同，隧道不同区域的驾驶行为具有很大差异。基于TJRD自然驾驶轨迹数据，提出基于车辆速度和加速度的个体风险指标和基于交通冲突的交互风险指标，分析了隧道内不同路段的风险分布特性。研究结果发现：(1)在隧道入口段、过渡段、出口段驾驶行为存在较大差异，行车风险较大；(2)入口段及过渡段车辆低速比例较高，且处于危险及较危险等级的比例高达15%、20%,车辆减速度处于不安全等级的比例分别为6.2%、7.8%;(3)入口段车辆交互风险最大，交互指标TTC、DRAC处于不安全等级的比例分别为23.8%、14.2%。研究结论揭示了隧道风险演化特征，对于改善隧道风险隐患和靶向主动安全治理具有重要意义。     

超高海拔特长公路隧道横通道间距设置研究

受海拔因素的影响,超高海拔地区特长公路隧道防灾救援和低海拔地区有较大差异,依托成都～香日德公路雪山一号隧道,以火灾工况下人员安全疏散为控制标准,考虑超高海拔地区人员反应、火灾燃烧特性等,通过数值模拟分析安全疏散和火灾扩散过程,从而得到超高海拔地区满足人员安全逃生的隧道横通道间距。结果表明,在20MW火灾规模下,超高海拔地区人员疏散逃生距离超过200m,可能发生危险。故综合隧道建设成本和防灾救援需求,雪山一号隧道横通道间距取200m。研究结果可为类似超高海拔隧道横通道间距设计提供借鉴和参考。     

公路隧道结构计算的分项系数法

应用概率极限状态设计方法是当今国内外结构设计发展的必然趋势。为了推进分项系数法在公路隧道结构设计中的应用,结合隧道结构和分项系数法的特点,针对不同的隧道建设工法及结构安全等级,提出各分项系数的取值建议,并对各分项系数进行经验校准。得到如下结论： 1)当隧道结构安全等级为一级时,根据本文给出的分项系数的计算结果,结构的总体安全水平略高于传统设计方法; 2)当结构安全等级为二级时,其总体安全水平与传统设计方法相当; 3)安全等级为三级时比传统方法略低。建议推行基于结构可靠度理论的分项系数法。本文对隧道设计规范修编具有较大的参考价值。     

高海拔公路隧道人行横通道纵向间距参数设置研究

公路隧道人行横洞是火灾等灾害时逃离或疏散通道,是减少和防止火灾人员伤亡的重要应急设施。高海拔寒冷地区,人员活动能力受气温低、含氧量低等因素影响,火灾等灾害发生规律、驾乘人员反应能力和逃生能力存在不同程度降低。系统分析了公路隧道逃生通道间距与火灾场景中人员的逃离时间、逃生速度关系,基于海拔高度对火灾ASET、RSET及关键参数的影响系数分析,提出了高海拔公路隧道人行横通道间距的计算公式,并参考国内外重大工程经验及技术规范要求,提出了不同高海拔高度公路隧道人行横通道间距取值的推荐表。研究结果表明:在海拔高度3 000 m～5 500 m地区修建公路隧道,人行横通道间距为平原地区的84%～54%不等,对目前世界上海拔最高的公路隧道—米拉山隧道,计算得出人行横通道间距为平原地区的0. 65倍,对高海拔隧道设计有重要指导意义,可供后继类似工程参考。