地下空间与工程学报

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张海霞, 朱合华, 刘芳, 李晓军, 吕艳云

地下空间与工程学报. 2026, 22(2): 377-387. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2026.02.01

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随着全球人口老龄化加剧,城市公共交通系统特别是地铁车站面临重大挑战。本文概述了地铁车站适老化设计的基本理念,分析了老年人的行为特征及其对地铁车站的无障碍设施、信息标识系统和车站环境等方面的特殊需求;综述了现有的研究进展,包括设施设备的适老化、智能技术的应用,以及适老化评价体系的构建。指出适老化改造中存在的挑战,如用户调研不足、数据分析不足、评价体系不完善、方案验证机制单一和整体发展不均衡,并展望了未来的智能化发展路径,以期推动地铁车站更好地适应老年人的需求,提升其出行体验。

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考虑应急需求的地下物流系统服务能力评估研究

侯龙龙, 许元鲜, 董建军, 鲁世博, 陈志龙

地下空间与工程学报. 2026, 22(2): 388-400. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2026.02.02

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地下物流系统(Underground Logistics System,ULS)作为一类具有公共设施属性的地下化城市基础设施,可以依托高适灾韧性的货运网络,高效满足城市应急需求。然而,在复杂应急物流情景下,ULS的网络化运行机制及其货运效能评估方法仍然尚未明晰。研究从ULS应急服务能力的内涵出发,分析了运行环境、网络结构和运行调度对其应急服务能力的影响,并构建了涵盖效率、效力及公平性维度的应急服务能力度量模型。依托南京市仙林案例,研究设计了基于货运需求和地面道路损坏的组合模拟仿真场景,对比分析了地面卡车配送和ULS的应急服务质量。结果表明:ULS的应急服务能力优势明显,在地面交通不畅及较窄的应急需求时间窗下尤为显著;增加节点物流作业冗余、末端配送模式优化以及满足局部货运公平性是提升ULS应急服务能力的关键。研究成果不仅丰富了ULS规划理论,也从地下空间开发利用视角为城市应急治理提供了新的思路。

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用于城市地下管道物流的载货车辆设计方法研究

刘志明, 周浩, 黄胜, 马保松

地下空间与工程学报. 2026, 22(2): 401-411. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2026.02.03

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城市地下物流系统是现代物流、交通、车辆、地下工程多学科、新技术交叉融合发展起来的一项复杂技术与工程系统。基于地下物流系统-管道-车辆协同设计理念,建立了一套用于城市地下管道物流的载货车辆设计方法,包括车辆方案研究、车辆结构与新能源功能设计、车辆自动驾驶技术设计等。设计了一种用于圆形管道内径3 800 mm、车辆外观尺寸长度5 000 mm、宽度1 500 mm、高度2 200 mm的地下管道物流厢式载货专用车辆,车辆具有自动驾驶、大功率、长距离自动运输货物和管道内行驶无线充电功能。车辆设计采用了绿色、低碳、节能、多项新技术创新集成应用的设计理念。研究成果可为商业化城市地下物流提供一套新的载货车辆试验样车设计方案。

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基于Schwarz交替法的浅埋双圆隧道塑性区解析解

王超, 邹金锋, 舒丹

地下空间与工程学报. 2026, 22(2): 412-426. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2026.02.04

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为探究浅埋双线隧道开挖引起围岩塑性屈服模式,以浅埋双线圆形隧道为例,采用位移和附加面力联合控制Schwarz交替法和复变函数法,通过迭代循环求解浅埋双线圆形隧道围岩弹性应力函数,并基于Mohr-Coulomb屈服准则获得围岩塑性应力分量表达式,利用浅埋双线圆形隧道周围弹塑性区交界面上的应力连续性条件优先确定塑性区半径的弹塑性解,并根据极坐标与直角坐标相互转化关系建立浅埋双线圆形隧道周围塑性区分布范围的解析计算方法,通过数值模拟结果和现场实测结果分别验证本文解析计算方法的合理性和工程适用性,并分析双线隧道中心间距对浅埋双圆隧道周围塑性区的影响规律。结果表明:本文解析计算方法可用于解决实际工程中浅埋双线隧道周围塑性区分布范围的预测问题,且满足20％的工程精度要求,与数值模拟结果拟合良好,具有较高的计算精度;浅埋双线圆形隧道周围塑性区分布范围与双线隧道中心间距s呈正相关,可根据该因素影响下致使浅埋双线圆形隧道周围塑性区达到贯通的临界状态时的分布规律,初步判断塑性区分布范围计算结果的合理性。研究成果可为类似隧道工程设计和围岩变形控制提供理论指导。

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基于TPHM的岩石应力-应变关系与孔隙率演化模型

李硕, 胡宇璇, 杨健航, 彭宗桓

地下空间与工程学报. 2026, 22(2): 427-436. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2026.02.05

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为研究岩石全应力应变过程孔裂隙结构与岩石非线性变形特征的影响,考虑孔隙和基质变形差异性,将多孔岩石解构为硬弹簧与软弹簧两部分,引入双弹簧Hooke模型(Two-part Hooke's model,简称TPHM)和统计损伤理论,基于双弹簧Hooke模型建立岩石全应力-应变关系,推导岩石全应力-应变过程的孔隙率演化方程。该模型克服了传统双弹簧Hooke模型无法表征岩石屈服后塑性变形的局限性,能够准确地表征岩石压缩过程中的孔隙压密阶段的非线性变形、塑性屈服、峰值后应力下降以及残余应力特征,还能有效表征岩石全应力-应变过程中的孔隙率变化规律。经过大量实验数据验证,该本构模型的理论曲线与试验结果较为吻合,相关系数均达到了0.9以上。

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基于UBPSO算法的隧道围岩力学参数动态反演

罗林, 李鹏飞, 邢振华, 周倩, 杨虎

地下空间与工程学报. 2026, 22(2): 437-447. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2026.02.06

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隧道开挖过程中,围岩受扰动而损伤,其岩土参数将发生变化。为准确掌握岩土参数动态变化规律,提出基于边界更新粒子群算法(UBPSO)的隧道围岩力学参数反演方法。针对粒子群算法寻优结果波动性大的问题,提出边界更新粒子群算法。通过动态更新搜索边界上下限、个体历史最优值进行交叉与变异操作和惯性权重自适应更新,实现边界更新粒子群算法高精度、快速寻优。Ackley函数稳定性测试实验可知,相对于传统粒子群算法,边界更新粒子群算法具有寻优速度快、结果精度高、结果波动性小和不易陷入局部最优值等优点。基于边界更新粒子群算法,建立MATLAB-PYTHON-ABAQUS和现场监测数据联合使用的隧道围岩力学参数反分析模型。以铜锣山隧道YK76+470～YK76+502.5区段为例,通过该模型反分析隧道拱顶沉降现场监测数据可知,最终崩坡积土层弹性模量从0.200 GPa下降至0.106 GPa、内摩擦角从14°下降至12.072°、黏聚力从22 kPa下降至19.373 kPa。

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基于GRU神经网络的地下洞室围岩变形预测研究

万晨, 王兴霞, 段杭, 郑龙, 黄建文

地下空间与工程学报. 2026, 22(2): 448-458. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2026.02.07

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为了提高围岩变形预测精度,实时掌握变形状态,预防围岩变形破坏,保障施工安全,针对传统围岩变形预测方法训练效率低、收敛速度慢、泛化能力弱等问题,提出了一种基于GRU神经网络的地下洞室围岩变形时序预测方法,构建了相应的围岩变形预测框架流程。结合白鹤滩右岸地下厂房围岩变形监测数据进行预测,并将其与长短期记忆(LSTM)神经网络算法预测结果进行对比分析。结果表明:GRU神经网络模型能够较好地解决地下洞室围岩变形预测问题,具有结构简单、参数量相对较少、训练及收敛速度快、预测精度高等优势。与LSTM神经网络算法预测结果相比,模型训练时长降幅超过70%,预测误差降低幅度高达50%以上,累计最大变形的相对误差小于0.3%,绝对误差小于0.9 mm的概率高达95%,最大绝对误差仅为2.05 mm。

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浅埋纵坡盾构隧道开挖面被动失稳的上限法分析

潘燕秋, 刘宗辉, 魏魏

地下空间与工程学报. 2026, 22(2): 459-470. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2026.02.08

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浅埋盾构隧道的覆土厚度不足导致开挖面极易被动失稳,而隧道纵坡的存在又导致覆土厚度突变,进一步加剧了开挖面被动失稳的风险,为此亟需探索浅埋纵坡盾构隧道开挖面稳定性的分析方法。基于极限分析上限法,提出了一种同时考虑隧道纵坡和开挖面局部失稳的二维旋转-平动机构,该机构由2个刚性平动块和1个刚性旋转块组成,并获得了开挖面被动失稳的极限支护压力和破坏模式。最后分析了纵坡δ和破坏比η对开挖面极限支护压力和破坏模式的影响,并结合工程实例验证了所提破坏机构的合理性。结果表明:随着纵坡δ的增加,开挖面的局部失稳范围逐渐增加;而随着埋深比C/D的增加,由开挖面的局部失稳向整体失稳演化;刚性旋转块的转角θ随着纵坡δ的增大而减小,且纵坡δ对转角θ的影响最显著。

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粒组缺失砂质黏性紫色土双曲线本构模型研究

覃永富, 梅立奎, 田如梦, 李贤, 汪时机

地下空间与工程学报. 2026, 22(2): 471-480. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2026.02.09

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砂质黏性紫色土极易在降雨、库水涨落等水力侵蚀作用下出现颗粒级配变化,致使其强度改变。为揭示砂质黏性紫色土在不同粒组缺失效应下的强度特性规律,开展5种不同粒组的饱和砂质黏性紫色土固结排水三轴剪切试验,并引入分形维数量化不同粒径物性,得到不同粒组紫色土的强度特性与分形维数的联系。结果表明:(1)不同粒组缺失效应下土抗剪强度指标中的内摩擦角无明显变化,但黏聚力与分形维数呈双曲线关系;(2)不同粒组初始切线模量受围压和分形维数共同影响,其中参数n与分形维数存在二次函数关系;(3)低围压下,不同粒组的应力-应变关系差异较为明显,随着围压的增加,其应力-应变特征趋于一致;(4)拟合黏聚力-分形维数双曲线方程,基于邓肯-张E-ν模型建立不同粒组缺失效应下的饱和砂质黏性紫色土非线性弹性双曲线本构模型,并对模型的有效性进行了验证。

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钢渣-矿粉改良黄土-红层泥岩的本构模型研究

余云燕, 田皓磊, 罗崇亮, 丁小刚

地下空间与工程学报. 2026, 22(2): 481-494. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2026.02.10

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针对甘肃地区红层泥岩上覆黄土的地质特点,采用钢渣、矿粉两种工业固废,通过击实、三轴CU试验,开展关于改良黄土-红层泥岩混合填料的力学特性及本构模型的研究。结果表明:(1)当黄土∶红层泥岩质量比为1∶3时,混合填料最大干密度最大;(2)钢渣的质量掺量为7.5%时,其抗剪强度最大,矿粉的质量掺量越大,其抗剪强度越大;(3)经验证,钢渣改良前后土样的应变硬化过程,可由邓肯-张模型准确拟合;(4)针对沈珠江推广双曲线模型不能很好拟合应变强软化的问题,本文提出采用正解、负解分阶段拟合方法可以准确拟合出矿粉改良土的应变强软化过程。

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高地应力炭质板岩粘弹本构模型及大变形控制技术

刘宇, 严涛, 李佳龙, 彭涛, 王维嘉

地下空间与工程学报. 2026, 22(2): 495-505. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2026.02.11

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针对高地应力碳质板岩隧道围岩变形时间周期长、变形量大、设计支护强度不足等问题。采用室内试验、数值计算及现场测试对碳质板岩粘弹性本构模型及大变形控制技术进行了研究。结果表明:(1)炭质板岩峰值强度受层理倾角影响较大,随着倾角的增加其强度呈现U型的趋势,层理倾角为45°的岩石强度最弱;(2)构建了非定常Burgers蠕变本构模型,并根据三轴蠕变试验确定了该本构的蠕变参数;(3)应用构建的蠕变本构模型建立6种支护工况,综合考虑安全与经济,明确了工况三(HW175钢架,0.6 m/榀,拱部设置4 m长锚杆,边墙设置6 m长锚杆,间距1.2 m×0.8(环×纵))为大变形控制试验段的支护参数;(4)通过施作试验段,采用HW175钢架和拱顶4 m+边墙6 m长锚杆组合,其平均拱顶沉降和边墙收敛分别为18.1 mm和79.72 mm,达到了控制大变形的目的。研究成果可为类似工程提供参考。

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峰前卸荷损伤泥岩再加载力学特性研究

赵景锋, 车德龙, 赵二平, 张聪, 魏宇航

地下空间与工程学报. 2026, 22(2): 506-516. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2026.02.12

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地下储能硐库围岩再加载力学性能是决定地下储能工程安全的关键。本文开展了泥岩三轴加载、卸载试验及卸荷损伤泥岩再加载试验,利用核磁、SEM等测试分析技术,研究了卸荷效应对泥岩再加载力学特性的影响规律,揭示了卸荷损伤泥岩再加载劣化机理。结果表明,随卸荷损伤程度的增加,泥岩试样内部小尺寸微孔隙向中孔隙发展,内部孔隙率越来越大;初始卸荷损伤程度越大,泥岩再加载强度降低幅度越大;卸荷损伤程度对岩样再加载破坏模式产生了逐渐显著的影响,随卸荷损伤程度增加,试样逐渐由剪切破坏过渡到剪张破坏,最终转变为张剪破坏。建立了卸荷损伤程度、孔隙率、再加载强度之间的本构关系,为卸荷损伤泥岩细观结构损伤到宏观强度劣化搭起了桥梁。研究成果可为卸荷损伤区划分、卸荷区内岩体的再加载强度预测预报提供参考。

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不同裂隙倾角花岗岩热-力耦合卸荷破坏特性

曾维豪, 陈正红, 陈秋南, 熊广为, 陈英

地下空间与工程学报. 2026, 22(2): 517-527. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2026.02.13

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川藏铁路沿线隧道围岩常存在大量不同倾角的构造裂隙,且常处于高地温和高应力耦合环境。为研究裂隙倾角对高温和高应力耦合下硬岩卸荷破裂特征的影响,采用室内试验和数值模拟方法,通过卸荷试验对川藏铁路某隧道花岗岩试样在50 ℃实时温度场下的卸荷破裂特征进行了分析。结果表明:卸荷强度随裂隙倾角的增大而增大,当裂隙倾角为0°时,50 ℃实时温度场下试样的卸荷强度明显小于室温下的卸荷强度;卸荷条件下裂隙试样具有较强的张性破坏特征,且裂隙倾角为30°的试样在50 ℃实时温度场下的体积扩容现象更为明显;裂隙倾角为0°的试样在卸荷破坏时产生贯穿预裂隙中心的贯穿裂纹;50 ℃实时温度场下,裂隙倾角越大,试样在卸荷过程中微裂纹发育越分散,预裂隙倾角越小,裂纹发育加速点出现的时间越早。

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微波辐射参数对砂岩力学及损伤特征影响

孙晓宇, 王航龙, 彭俊, 王林飞, 潘堃

地下空间与工程学报. 2026, 22(2): 528-538. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2026.02.14

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微波辐射作为新兴破岩技术在辅助机械破岩方面展现出了广泛的应用前景,为探究微波辐射对石英砂岩的损伤作用机制,研究了不同功率微波和不同微波辐射时间作用下石英砂岩单轴抗压强度、波速等性质的变化规律及宏细观损伤特征。结果表明:随微波辐射功率和辐射时间增大,石英砂岩单轴抗压强度和弹性模量整体呈下降趋势;P波和S波波速整体呈下降趋势;损伤因子呈上升趋势,并且辐射时间越长,损伤因子上升的幅度越大。随微波辐射功率和辐射时间增大,石英砂岩破碎程度显著增加,碎块尺寸逐渐减小,数量逐渐增多;破坏形式从单一的剪切破坏转变为沿脆弱面的剪切破坏和劈裂破坏;SEM图像和分形维数D值结果表明,随微波辐射时间增大,试样内部裂纹的数量、长度、宽度和深度均呈增加趋势,从初始的单一裂纹逐渐演变为叠加裂纹。

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再生岩体承载特性及其支护敏感性

周泽, 周金恋, 王平, 曾梓龙, 刘金州

地下空间与工程学报. 2026, 22(2): 539-547. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2026.02.15

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再生岩体受扰动后易松散、破碎,但在支护作用下再生岩体仍具有一定的承载能力,尤其是峰后承载能力有明显的改善。为研究再生岩体承载特性及巷道支护对再生岩体承载能力的影响,设计了再生岩体单轴加载的四因素混水平正交试验,分析再生岩体承载机理,并基于正交方差分析,检验了锚杆间距、杆径、锚固长度及金属网对再生岩体峰后弱化趋势及承载能力的显著性。结果表明:无支护和部分锚杆支护条件下再生岩体在单轴加载出现压剪破坏,部分锚杆支护再生岩体呈劈裂破坏,金属网约束再生岩体试件呈塑形滑移破坏;再生岩体破裂后的峰后残余强度具有波动性特征,峰后承载阶段稳定性取决于多裂隙面的摩擦效应,支护强化摩擦效应抵抗破碎块体在外载荷作用下的滑移、错动;金属网对再生岩体峰后承载能力影响显著,锚杆参数的变化仅对再生岩体的强度弱化趋势产生影响。

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聚羧酸减水剂在工程渣土流态固化中的试验研究

吴美平, 龚明, 丁建文, 毕磊, 俞诚

地下空间与工程学报. 2026, 22(2): 548-555. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2026.02.16

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为解决工程建设过程中废弃物堆积以及深窄基坑回填困难的问题,通过掺入聚羧酸减水剂、水泥、磷石膏以及水玻璃,以期将工程渣土进行流态化处理并用于基坑回填。通过流动度、无侧限抗压强度、干缩及微观试验,分析了不同外加剂对改良流态固化土流动性、强度与干缩性能的影响,并探讨了其改良机理。结果表明:掺入聚羧酸减水剂能够极大改善材料的流动性能,但随着水泥掺量的增加,流动度下降较快;磷石膏能够使试样在后期获得更高的强度,而水玻璃可以提高使试样的早期性能及干缩性能;随着水泥、磷石膏和水玻璃的掺入,各种水化产物填充土体中的孔隙,土体内部结构变得更为致密。此外,在现场选取试验段进行现场回填,验证了流态固化土作为基坑回填料的可行性。研究成果可为提高流态固化土性能以及配合比设计提供参考。

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盐污染-干湿耦合下黄土强度演变的试验研究

马世雄, 王述红, 赵春瑶, 刘智, 王宇

地下空间与工程学报. 2026, 22(2): 556-564. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2026.02.17

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西北黄土灌溉地区土壤经历了干湿循环作用和盐污染双重作用的影响,导致该地区黄土特性产生明显的劣化。以Na₂SO₄污染Q₃黄土为研究对象,采用直剪试验、电子显微镜扫描试验(SEM),分析其经过次数不同干湿循环作用后的力学性质和微观结构特征变化。结果表明:干湿循环和盐污染双重作用下,黄土强度劣化程度增大,微观结构变化显著;期中,黏聚力产生明显劣化,下降率可达38.24%~ 51.4%;随盐污染和干湿循环次数的增加,黄土体的单体颗粒比例显著增加,团聚体开始解体;Na₂SO₄随着干湿循环反复结晶和溶解,从而对土体产生了盐胀与盐蚀共同作用;二者作用中,干湿循环对土体结构的破坏作用大于盐污染作用。研究结果可为黄土地区的工程活动和防污治理提供有效参考。

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滨海高含水率吹填土轻质固化技术及微观机理

杨爱武, 刘昊轩, 韩英杰

地下空间与工程学报. 2026, 22(2): 565-575. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2026.02.18

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高含水率吹填土具有强度低、含水率高、结构不稳定等不良工程特性,采用自行研究的新型固化剂对天津滨海地区吹填土进行固化处理,以期达到轻质高强的性能。为探究吹填固化土强度影响因素,对吹填固化土进行无侧限抗压试验、三轴剪切试验和微观结构测试。结果表明:吹填固化轻质土的无侧限抗压强度与其密度成正相关;碱性环境和含盐量在pH值小于11.4、含盐量低于1%时有利于吹填固化轻质土强度的提高,超过此界限会分别抑制固化土的强度增长;当含盐量和pH值较低时,土体出现应变软化现象,随着含盐量、pH值增大,吹填固化轻质土的黏聚力和内摩擦角逐渐增大;通过氮气吸附试验、SEM扫描电镜试验从微观层面上解释了吹填固化轻质土强度随密度、含盐量、pH的变化机理。研究成果可为工程实际提供理论依据和借鉴参考。

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EDTA与黄原胶复合添加对海水泥浆性能的影响

金宇, 杨建祥, 张振, 崔宏志

地下空间与工程学报. 2026, 22(2): 576-582. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2026.02.19

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泥水盾构中泥浆性质的稳定是在开挖面形成微透水泥膜,有效平衡地层水土压力的关键。海水侵入对泥浆性质的劣化主要是海水的高盐浓度,特别是其中的Ca²⁺、Mg²⁺等二价阳离子浓度。为解决海水泥浆性能劣化的问题,研究了膨水比为3∶50的泥浆在分散剂纯碱、螯合剂乙二胺四乙酸(EDTA)、增稠剂黄原胶作用下,泥浆密度、马歇尔漏斗粘度、2 h泌水率的变化规律。结果表明:纯碱的加入可明显提高泥浆密度,EDTA与黄原胶单独加入对泥浆性质的影响不大;当EDTA与黄原胶以10∶1比例复合加入时,泥浆2 h泌水率降幅达50%;泥浆颗粒的特征粒径d₈₅与表面Zeta电位值的测试结果表明,泥浆的稳定性与其胶体性质关联程度较低;EDTA与黄原胶复合添加时,泥浆稳定性的提升与EDTA螯合二价阳离子后黄原胶增稠能力的恢复有关。研究结果对于开发抗阳离子型增稠剂以提升海水泥浆稳定性具有重要的指导作用。

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基于纳米压痕试验的煤岩力学性能层理效应研究

张超鹏, 陈立超, 马代兵, 李世兵, 刘敬丹

地下空间与工程学报. 2026, 22(2): 583-591. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2026.02.20

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为探究层理效应对煤岩力学性能的影响,基于纳米压痕试验对煤岩不同层理方向的微观力学性能展开研究。通过绘制各组试样的荷载-位移曲线,获取不同层理方位煤岩的微观力学参数并分析煤岩破坏模式,进一步探讨煤岩水力压裂裂缝延展规律。研究表明:煤岩的微观结构致密,层理结构清晰,层理间填充有石英等坚硬矿物,伴随一定量的天然微裂缝和自生孔隙发育;通过纳米压痕试验,发现煤岩试样具有明显的各向异性,垂直层理、平行层理、斜交层理煤岩的弹性模量依次为5.02 GPa、4.58 GPa、4.92 GPa,硬度分别为0.38 GPa、0.35 GPa、0.37 GPa;煤岩的弹性模量和硬度大小符合其宏观力学规律;在不同方向上的破坏能量耗散特征方面,垂直层理煤岩所需的断裂能量最大,平行层理煤岩断裂能量耗散最小,断裂韧度依次为0.25、0.22、0.23 MPa·m^0.5;煤岩的脆性系数随着不同方向破坏形式的差异而变化;基于纳米压痕试验数据,揭示了不同层理方向下裂缝的扩展特征,垂直层理方向裂缝沿天然缝隙扩展,平行层理裂缝主要沿层理弱面发展,而斜交层理则表现出裂缝在向深部延伸过程中更易产生分支。研究结果可为煤岩的工程应用提供数据支持。

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深埋水工隧洞衬砌纤维混凝土力学特性研究

邓志云, 林鹏, 周昊, 夏勇, 杜立兵

地下空间与工程学报. 2026, 22(2): 592-602. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2026.02.21

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为解决高海拔深埋水工隧洞衬砌结构频繁开裂导致的结构劣化难题,研究采用掺加纤维方式提升混凝土的力学特性,并提出最优纤维掺量。首先开展了不同掺量玄武岩纤维混凝土(BFRC)拉伸、压缩及弯曲力学特性试验,获得了不同体积纤维掺量条件下混凝土拉伸、压缩及弯曲力学特性变化规律;然后,建立了能真实反映骨料形态、级配、长短轴比及纤维分布、初始缺陷等细观结构因素的纤维混凝土细观数值模型,通过细观数值模型和室内轴拉试验结果对比验证,揭示了纤维增强混凝土受拉强度的作用机理;最后,分析了纤维最优掺量。结果表明:与素混凝土相比,0.2%纤维体积掺量为最优纤维含量,BFRC的轴拉强度、劈拉强度和弯曲强度分别提高了12.81%、14.79%和21.26%。本文建立的纤维混凝土细观数值模型素(纤维)混凝土抗拉强度与室内试验素(纤维)混凝土抗拉强度误差分别为4.24%(5.26%),且可较为真实反映纤维混凝土试件的破坏发展过程和宏观力学行为。研究成果可为玄武岩纤维混凝土结构设计与工程应用提供借鉴与参考。

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隧道支护双排栓钉组合结构大偏心受压性能研究

苗志豪, 杨跃飞, 路军富, 张旭华

地下空间与工程学报. 2026, 22(2): 603-610. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2026.02.22

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针对应力集中带、破碎构造带等不良地质下隧道初期支护体系承载性能不足的问题,提出一种在型钢与混凝土界面布设栓钉剪力件的组合支护结构,针对隧道支护结构的受力特点开展大偏心受压试验来探究组合支护结构的破坏模式和承载特性,并通过数值模拟分析不同偏心距条件下组合结构承载性能。结果表明:当无栓钉剪力件时,工字型钢与喷射混凝土发生分离破坏,当布设栓钉剪力件时,型钢混凝土结构破坏模式表现为混凝土开裂和压溃,栓钉剪力件有效地限制了型钢与混凝土接触界面间的相对滑移;相较于自然粘结工况,布设双排形栓钉剪力件试件的极限承载力增长了14.79%,侧向挠度减小了22.94%,试件表现出较好的韧性、承载能力和抗弯刚度;在相同偏心距下,布设栓钉剪力件能有效提高结构的极限承载力,并且随着偏心距的增大,栓钉剪力件对试件的大偏压承载性能的提升效果逐渐增强。研究成果可为隧道初期支护技术提供理论支持。

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盾构切桩后水泥土桩复合地基试验与模拟分析

郭院成, 刘煜, 陶伟

地下空间与工程学报. 2026, 22(2): 611-621. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2026.02.23

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为探讨盾构穿切水泥土桩复合地基对地基承载性能的影响,基于郑州地铁5号线某区间盾构切削水泥土桩复合地基工程,依据相似原理设计开展了室内水泥土桩复合地基缩尺模型试验,并以此为基础建立相应的有限元分析模型。通过缩尺模型试验和数值模拟结果,分析水泥土桩复合地基桩体变化时水泥土桩复合地基中桩侧阻力和桩端阻力的变化规律。研究表明:水泥土桩复合地基在上部竖向荷载保持不变情况下经历盾构下部穿切施工后主要在单桩内产生应力重分配,同时水泥土桩复合地基桩侧阻力中性点向下移动;盾构下部穿切桩体长度的变化会对桩侧阻力和桩端阻力发挥程度存在较大影响,桩侧阻力贡献度会随切桩长度的增加有所下降,桩端阻力发挥程度会随着持力层的改善稍有增加。

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低渗油藏长期注采应力演化与压裂一体化模拟

尹子睿, 张丰收, 翁定为, 梁宏波, 王小华

地下空间与工程学报. 2026, 22(2): 622-630. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2026.02.24

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由于老井经历长期注采,区域地层压力分布在空间上呈现非均匀变化,在后续的重复压裂过程中亟需耦合考虑这种非均匀应力演化。为此,以长庆油田W区块长6储层为例,基于快速拉格朗日差分法建立了垂直井丛长期注采下的地应力演化模型,并将模拟得到的地应力场导入基于离散格子方法的水力压裂数值模型中,预测了重复压裂裂缝扩展,实现了地应力场演化—水力裂缝扩展的一体化模拟。结果表明:(1)WJ井生产后,井周围孔隙压力下降约4 MPa,并且两个水平主应力发生类似的同步降低,但变化幅度更小(约2.5 MPa),这表明生产将导致井周围地层的总应力降低但有效应力增加;(2)水力裂缝倾向于朝地层压力衰竭区优势扩展,在现场建议采取工程措施如重复压裂前缓慢注液或关井以使衰竭区的地层压力上升,避免或减少重复压裂裂缝扩展至压力衰竭区;(3)随着注入时间增加,重复压裂裂缝由以面积增长为主转为以宽度增长为主,说明重复压裂应该选取短时间、大排量的策略,一方面可在短时间内实现最大化的储层改造,另一方面增大排量也可促进多簇裂缝均衡扩展。

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超深埋隧道地质信息透明化技术研究现状

张世殊, 杨为民, 秦念稳, 周长进, 路军富

地下空间与工程学报. 2026, 22(2): 631-645. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2026.02.25

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随着我国西部地区铁路、公路和水利水电等基础设施的快速发展,涌现了一批地质极其复杂、建设难度极大的超深埋隧道,对隧道地质信息采集、分析及应用提出了更高的要求。隧道地质信息透明化技术能够在安全保障、成本控制和施工进度优化等方面发挥至关重要的作用,是确保超深埋隧道工程顺利进行的关键技术支撑。本文系统地梳理了地质信息探测技术的发展现状,涵盖了施工前期的遥感勘察技术、大地物探技术与定向钻探技术,以及施工期的超前地质预报技术,分析了各类技术的应用范围及其发展方向。综述了多源地质信息融合技术和三维地质建模技术的研究现状,阐述了其在预测地质条件和模型建立及应用方面的进展以及存在的问题。最后,对隧道地质信息透明化技术的整体发展进行了展望:①建立“天-空-地-孔-隧”五维综合探测体系,提高探测精度;②研发智能化地质监测技术和智能装备;③基于多源数据融合,构建三维地质模型并应用虚拟现实技术,实现地质信息动态展示,提升隧道建设的安全性与效率。

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大直径盾构机新型人舱的研究与应用

梁兴生

地下空间与工程学报. 2026, 22(2): 646-652. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2026.02.26

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以意大利西西里新铁路线隧道工程为研究背景,深入探讨了盾构机带压作业所需的人舱结构、配置和应用工况,以解决长距离、全断面岩石地层掘进中的带压进舱作业难题,满足盾构机在高压施工环境下的作业需求。根据带压进舱作业时人舱的功能需求,综合考虑了人体工程学、紧急逃生、环境监测系统等多方面因素,针对性地对人舱系统配置进行设计,为作业人员提供了设备上的安全保障。对所设计的人舱舱门和舱体进行了有限元受力分析,验证了人舱结构强度,满足工作压力要求,并通过水压试验和气密性试验验证了人舱结构的稳定性和可靠性。本文的有限元分析计算和承压试验结果证明了所设计的人舱不仅满足工程需求,而且为盾构机在隧道施工中的高效、安全作业提供了坚实的设备保障,确保施工效率与安全性的同步提升。

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基于FCN的地层信息AI重构方法的实现及应用

冯伟健, 陆勇, 顾琳琳, 曹宇鹏, 范存新

地下空间与工程学报. 2026, 22(2): 653-663. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2026.02.27

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通过岩土工程勘察获取一定量的钻孔数据继而确定地层剖面信息,这对于岩土工程精细化设计、施工至关重要。然而,部分工程场地因所处区域的特殊性(既有老城区、文保建筑区等)往往存在钻孔数据难以获取的问题,使得相应的地层信息确定存在挑战。为此,基于全卷积网络(FCN)开发了用于地层信息重构的人工智能(AI)方法,该方法的核心思路是将区域既有钻孔数据作为学习样本,分析并提取样本的多维信息特征(竖向成层、水平延展),继而将该信息特征作为模板针对仅有少量钻孔数据的工程场地进行基于概率的地层剖面信息插值重构。通过对苏州古城区某隧道工程与基坑工程的地勘数据进行学习与重构,发现地层预测的准确度在模拟次数增加至30次以上后逐渐趋于稳定,并可达90%左右。这验证了所开发的地层信息AI重构方法的适用性,将能为相关工程的复杂地层信息预测提供有效选择。

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超长联络通道冻结-开挖位移场演化规律研究

陈军浩, 游泽彪, 王建林, 李彧翰

地下空间与工程学报. 2026, 22(2): 664-672. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2026.02.28

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人工冻结法因其环保、安全可靠的特点,在地下工程建设中被广泛应用。本研究以福州地铁某区间联络通道为工程依托,采用现场实测以及数值模拟等研究方法对冻结-开挖全过程冻结帷幕温度场与位移场耦合的演化规律进行研究。结果表明:为减小大体积冻结带来强冻胀影响,选用双侧错开冻结方式进行冻结,冻结完成时左、右侧地表位移分别为64.51 mm、76.72 mm;在联络通道开挖过程中,冻结帷幕的最大位移收敛为1.52 mm,最大位移收敛速率为0.082 mm/d,均远小于控制值;在不同支护时机下,冻结帷幕的变形与位移变化均随支护时机的延长而增大,但各监测点的平均竖向位移变化均小于0.03 mm/d;开挖步距从1.5 m增大到2.5 m,冻结帷幕的底部隆起和顶部沉降分别增大了1.16倍、5.56倍;开挖步距在1.5 m~2.0 m时产生的竖向位移变化均大于开挖步距在2.0 m~2.5 m时的竖向位移变化。研究成果可为今后超长地铁联络通道冻结-开挖工程提供参考。

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超大跨双层初支拱盖法地铁隧道拆撑方案优化研究

宋汉峰, 尹学鑫, 贺贤群, 马龙祥, 舒文韬

地下空间与工程学报. 2026, 22(2): 673-684. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2026.02.29

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目前,大跨、超大跨地铁隧道修建呈现递增趋势。大跨、超大跨隧道常设计临时支撑以减小跨度,但由于临时支撑与二次衬砌在空间上的相互干涉,需在二衬施做前拆除临时支撑。拆撑会打破结构原有受力平衡,是结构受力的薄弱环节,施工不当极易造成隧道塌方等安全事故。鉴于国内外关于采用双层初支拱盖法修建的超大跨隧道拆撑的结构力学响应及安全性仍缺乏系统的研究,以广州地铁11号线华华区段四线并行折返线区间隧道为依托工程,通过理论分析与数值计算相结合的方式,从横向和纵向两方面对隧道拆撑时结构的力学响应以及安全性进行分析,最终确定了科学、合理、安全、高效、快速的拆撑施工方案,并顺利通过了现场施工的检验。结果表明:城市软弱地层超大跨隧道采用“横向先边后中、对称拆除,纵向先隔三拆一、后隔一拆一”的拆撑方案是切实可行的,可为后续工程提供借鉴与指导。

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特长隧道环境测试及通风设计参数研究

柴赫楠, 谢静超, 涂登凯, 张仁, 智艳生

地下空间与工程学报. 2026, 22(2): 685-695. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2026.02.30

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为探讨我国特长隧道空气环境及通风设计参数取值优化问题,首先分析了我国机动车污染物排放统计数据,结合文献调研,发现我国隧道内NO_x浓度较高,逐渐成为隧道通风最需要关注的污染物。在云南杨林特长隧道进行实测研究,结果表明:测试期间NO₂浓度峰值超过通风设计限值2.1倍,汽油车CO、NO₂和PM的排放因子分别为0.79 g/(km·veh)、0.04 g/(km·veh)和10.0 mg/(km·veh),柴油车CO、NO₂和PM的排放因子分别为2.18 g/(km·veh)、1.27 g/(km·veh)和149 mg/(km·veh)。与国内外隧道通风设计标准污染物排放量取值进行对比,发现我国现行标准取值过大。依据实测排放因子计算需风量,结果较《通风细则》2014需风量降低超50%,与上海《隧道标准》2017需风量相近,且需风量的控制项均为NO₂。研究结果可为我国隧道通风设计中污染物排放量取值以及需风量计算提供参考。

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土岩地层吊脚桩异形基坑开挖变形与冗余度研究

刘新荣, 王自强, 李隆平, 周小涵, 王林枫

地下空间与工程学报. 2026, 22(2): 696-705. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2026.02.31

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基于实际工程,构建三维仿真模型,研究了土岩地层吊脚桩异形基坑开挖变形与受力特征,并基于拆除杆件法,提出基于支撑极限承载力的强度冗余度表达方式,并建立了关联杆件与关联系数两种杆件重要程度评价指标。结果表明:(1)异形土岩地层吊脚桩基坑变形主要集中于上部土层段、阳角点与基坑长边中段,最大值为17.02 mm,且与支护体系自身几何构成、刚度分布相关,土岩地层基坑阳角位置支护结构上部变形更大,影响范围约为阴角处的2倍;(2)基于极限承载力的强度冗余度指标可以全面与量化地评价基坑冗余度,关联杆件能明确构件受损后影响最大支撑杆件,关联系数可以一定程度反映支护结构关键杆件;(3)基于极限承载力的支撑杆件冗余度大小与自身承担荷载、相邻支撑杆件布置存在关系,最小为4.18,联杆件主要集中在相邻杆件,关联系数设计中应优化设计降低杆件关联系数,提高支护结构整体可靠度。

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贵阳岩溶山区地下水位时空变异特征及影响因素

宋小庆, 陈晟, 汪莹, 蒲秀超, 陈欢

地下空间与工程学报. 2026, 22(2): 706-713. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2026.02.32

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为研究岩溶山区地下水位动态变化规律及变幅特征,本文以岩溶山区城市贵阳为例,选取2022～2023年9个地下水位动态观测点日监测数据及降水资料,采用自相关和互相关分析地下水位对降水的响应,并探讨补径排条件及地形坡度对地下水位动态变化的影响。结果表明:(1)研究区地下水位埋深1.21～27.68 m,年变幅1.54～11.99 m,地下水位动态在时空分布上存在较大差异;(2)研究区地下水位对降水信号的响应存在一定的滞后性,平均滞后时间7～92 h,且由补给区到排泄区逐渐增加;(3)地形坡度是岩溶山地区影响地下水位变幅的重要因素,研究区地形坡度与地下水位变幅及变幅度呈正相关,线性拟合优度(R²)分别为0.65、0.78;(4)地下水位埋深由补给区到排泄区逐渐减小,水位变幅径流区＞补给区＞排泄区。

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壁面粗糙度对隧道施工期通风阻力系数影响

邓发义, 王国丰, 任开富, 张恒, 徐海岩

地下空间与工程学报. 2026, 22(2): 714-723. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2026.02.33

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对隧道壁面沿程阻力系数的认识有助于优化隧道施工通风设计,提高通风方案的合理性。本研究探讨了隧道壁面粗糙单元高度、形状及间距等对沿程阻力系数的具体影响,通过模型试验及数值分析,探究了计算沿程阻力系数的经验公式结果与数值模拟结果的差异。研究结果表明:隧道壁面粗糙单元高度越高,对沿程阻力系数影响趋势逐渐减小;隧道壁面粗糙单元形状对沿程阻力系数影响较大,半球形粗糙单元对应的沿程阻力系数最小;比较沿程阻力系数经验公式计算结果与数值模拟结果,两者的差距较为稳定,与粗糙单元高度有关;对经验公式提出修正系数α,得到α与壁面平均粗糙高度Δ的对应关系为α=1.29+0.024 8Δ。

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隧道施工通风CO浓度分布及需风量研究

杨帆, 范磊, 陶亮亮, 张震, 李金权

地下空间与工程学报. 2026, 22(2): 724-731. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2026.02.34

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目前,由于隧道施工通风中未能充分考虑出渣工序下的实际污染物排放,因此极大地增加了隧道施工需风量,造成巨大能源浪费。依托某隧道开展了CO浓度及风速现场测试,研究了不同工序下CO浓度随时间的变化规律,分析了工程车辆排放及风机供风量对隧道CO浓度与风速分布的影响。结果表明:爆破阶段掌子面CO浓度在爆破后25 min内基本不变,约为190 mg/m³;出渣阶段掌子面CO浓度呈线性降低,通风90 min后达到规范限值(30 mg/m³);出渣阶段隧道施工实际所需风量远小于规范要求,随需风量增大回风段CO浓度呈指数衰减,提出了CO排放量及需风量耦合影响下公路隧道施工通风CO比浓度经验计算公式。

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基于需风量理论的复杂地下洞室污染物调控研究

邢荣军, 刘奕显, 徐湃, 胡政攀, 朱代强

地下空间与工程学报. 2026, 22(2): 732-741. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2026.02.35

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地下洞室具有安全隐蔽、环保节地等优势。然而,因空间封闭,施工过程中污染物易积聚。因此,提高通风系统运行效率,降低施工期能耗,是保障施工人员安全及设备正常运行的关键。以某地下洞室工程为对象,采用理论计算确定洞室需风量,并制定风机变频调控策略。通过数值模拟软件Fluent分析压入式通风条件下,地下洞室内苯、粉尘污染物在变频前后的浓度变化规律,并结合现场环境质量监测数据进行对比验证。结果表明:持续通风下,变频前后各洞室纵断面污染物浓度先逐渐增长后并趋于稳定,污染物产生与排出量逐渐守恒,人员呼吸高度处污染物浓度低于限值,验证了变频策略的有效性;通过建立通风动态调控系统,实现了施工现场风量调控。当轴流风机保持25%左右节电率,射流风机保持60%以上的节电率时,洞室污染物浓度仍在限值范围内,在保证施工人员安全的同时,降低了能源消耗。研究成果可为复杂地下洞室多工作面施工通风设计提供参考。

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高密度居住区地铁通勤颗粒物暴露测度及分析

牟进超, 汪乐文, 王宇昕, 林丹婷, 吴亦政

地下空间与工程学报. 2026, 22(2): 742-752. https://doi.org/10.20174/j.JUSE.2026.02.36

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地铁作为城市公共交通的主要组成部分,其微环境中的颗粒物会给通勤人群带来健康风险。为保障出行人群地铁通勤过程中的出行健康,研究开展地铁微环境细颗粒物浓度(PM_2.5)的时空异质性分析。结果表明,地下线路工作日车厢内PM_2.5浓度(113.67 μg/m³)高于非工作日(47.62 μg/m³),地下线路车厢内的PM_2.5浓度远高于地面以及高架部分(7倍);建成时间较早的线路PM_2.5浓度高于新建线路;随着列车的驶入驶出,站台的PM_2.5浓度呈现出周期性的变化趋势;全封闭的屏蔽门在控制颗粒物聚集方面比全高安全门更有效;平峰时间段PM_2.5浓度(75 μg/m³)低于高峰时间段(102 μg/m³)。此外,分析了错峰出行策略对通勤人群PM_2.5暴露水平的潜在影响,研究表明,若错峰出行,将减少一次通勤过程中25.58%的暴露。研究成果可为地下地铁颗粒物防治提供数据支撑。

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