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多年冻土隧道工程中的隔热层参数优化设计研究

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现代隧道技术 2014年第4期51卷 127-132页

作者：周元辅张学富四川大学水利水电学院成都610064 重庆交通大学土木建筑学院重庆400074

隔热层经常被用于多年冻土隧道中,来防止隧道结构的冻融破坏。文章根据多年冻土特点及优化理论,推导了多年冻土隧道隔热层的数学优化模型;并以风火山隧道为例进行求解,分析研究了隔热层用于多年冻土隧道的合理性和经济性。结果表明,该... 详细信息

隔热层经常被用于多年冻土隧道中,来防止隧道结构的冻融破坏。文章根据多年冻土特点及优化理论,推导了多年冻土隧道隔热层的数学优化模型;并以风火山隧道为例进行求解,分析研究了隔热层用于多年冻土隧道的合理性和经济性。结果表明,该多年冻土隧道隔热层的数学优化模型是合理的,求解方法是可行的;对于多年冻土隧道,地表温度对隧道围岩影响深度是有限的,因此多年冻土隧道隔热层应根据隧道埋深、年平均温度以及年较差分段设计,才能达到既合理又经济的目的。

关键词：冻土隧道隔热层优化设计数学模型

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冻土隧道的保温隔热层参数设计新方法

科学技术与工程 2017年第14期17卷 314-319页

作者：周元辅张学富周元江重庆交通大学土木工程学院重庆400074 重庆交通大学材料科学与工程学院重庆400074

目前几乎所有冻土隧道设计都会采用保温隔热层避免冻融作用发生,但是在保温隔热层的参数选取时,保温隔热效果是主要考虑的因素,而对其成本考虑较少。为了使保温隔热层既能防止冻融作用的破坏,又能节约成本,以优化理论为基础,结合扩展内... 详细信息

目前几乎所有冻土隧道设计都会采用保温隔热层避免冻融作用发生,但是在保温隔热层的参数选取时,保温隔热效果是主要考虑的因素,而对其成本考虑较少。为了使保温隔热层既能防止冻融作用的破坏,又能节约成本,以优化理论为基础,结合扩展内点罚函数及冻土隧道特点,建立了保温隔热层的数学优化模型,期望该模型能够达到此目的。以大坂山K0+785断面和风火山隧道K0+835断面为例,验证了该数学模型不仅能用于季节性冻土隧道,而且也能用于多年冻土隧道。优化结果不但能够防止冻害发生,而且还能产生较大的经济效益。由此可见该数学优化模型及求解方法可以为冻土隧道工程中的保温隔热层参数的合理选取提供指导。

关键词：扩展内点罚函数法保温隔热层优化设计冻土隧道

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冻土隧道复合不耦合装药结构液体介质的选择

矿冶工程 2007年第1期27卷 5-8页

作者：褚怀保杨小林梁为民余永强黄小广河南理工大学河南焦作454003

为减小冻土隧道爆破开挖过程引发的特殊工程灾害,采用一种复合不耦合装药结构,即在普通不耦合装药药包周围包裹一层液体介质(水或盐水)。试验结果证明,复合不耦合装药结构可以降低工作面温度和减小对周围保留冻土爆破振动的损伤。

关键词：冻土隧道复合不耦合装药结构液体介质

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冻土隧道融化盘形成条件研究

冻土隧道融化盘形成条件研究

作者：李俊奇重庆交通大学

学位级别：硕士

随着社会经济的向前发展以及交通建设的需要,修建在冻土地区的隧道越来越多。受制于恶劣的气候环境、施工技术,隧道里出现了越来越多的冻胀灾害,隧道衬砌背后融化盘的存在是引发隧道冻胀灾害的主要原因之一。本文首先对隧道中的融化盘... 详细信息

随着社会经济的向前发展以及交通建设的需要,修建在冻土地区的隧道越来越多。受制于恶劣的气候环境、施工技术,隧道里出现了越来越多的冻胀灾害,隧道衬砌背后融化盘的存在是引发隧道冻胀灾害的主要原因之一。本文首先对隧道中的融化盘进行了定义,从冻土的基本性质出发对融化盘的形成机理进行了阐述。然后从温度场角度出发,先通过试验土的冻融试验分析了融化盘形成的影响因素,在此基础上通过隧道模型试验分析围岩地温高低对隧道融化盘的影响效应。最后考虑了伴相变瞬态温度场下的有限元法计算分析了当年平均地温一定的条件下,隧道内温度的改变对融化盘的形成影响并给对比分析了铺设保温材料后隧道的温控效果。通过一系列的试验及数值模拟得到:①通过试验分析与数值模拟计算分析得到:隧道永久性融化盘的形成与冻土年平均地温及隧道壁温度密切相关。地温越高越利于融化盘的形成,隧道壁年平均在0℃以上时才能形成永久性融化盘,且温度越高,融化盘在衬砌周围发展得越快。②隧道内风的存在能加大季节融化范围且周围地温年较差明显增大。保温隔热材料的铺设能够有效减弱外部气温对围岩的扰动,减小融化圈的范围,有效阻止了融化盘的形成。③在相同外部扰动条件下,高温冻土区(地温为-0.8℃)最大融化盘范围比低温冻土区(地温为-2℃)大25%,冷季时的最高温度高于低温冻土区,且高温冻土区内的融化盘比低温冻土区内的消失得更早。④围岩的含水量与隧道内通风状况也对融化盘的形成有着直接关系,含水量、风速越大,在相同的外部条件下,衬砌周围的融化区域会加大。

关键词：冻土冻土隧道融化盘温度场

冻土隧道冻胀力敏感度分析及防冻保温技术研究

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冻土隧道冻胀力敏感度分析及防冻保温技术研究

作者：王洪存重庆交通大学

学位级别：硕士

随着我国经济建设的发展，西部大开发政策的实施，交通基础设施建设的需求在不断增长，尤其是我国藏区高原铁路、公路建设的兴起，高海拔寒冷地区冻土隧道的建设技术问题日益受到工程界的关注和重视。公路隧道—工程建设中的重要结构物... 详细信息

随着我国经济建设的发展，西部大开发政策的实施，交通基础设施建设的需求在不断增长，尤其是我国藏区高原铁路、公路建设的兴起，高海拔寒冷地区冻土隧道的建设技术问题日益受到工程界的关注和重视。公路隧道—工程建设中的重要结构物，迎来了空前规模的建设热潮。隧道围岩中的裂隙水和孔隙水冻结时，围岩发生体积膨胀，当体积膨胀受到冻土隧道衬砌和未冻围岩体的约束，冻结围岩对冻土隧道衬砌产生作用力，冻土隧道衬砌对冻结围岩产生抗力，约束其体积膨胀，这就形成围岩冻胀力。隧道衬砌受冻胀力与其他的作用力共同作用，可能造成隧底冒水、积冰、冻胀，使隧道衬砌开裂、酥碎、剥落，导致隧道出现漏水、结冰、挂冰等一系列冻害，威胁隧道的正常运营。冻土区隧道工程作为一个重要研究课题列入研究计划中，因为冻土区隧道工程有其特殊性，一方面反映非冻土区所没有的特点与问题，另一方面与非冻土区在一些问题虽具有共性，但在冻土区中反映更为清晰和透彻，因此冻土区隧道工程问题早己引起冻土区国家工程界的普遍重视，引起国家工程界科研人士的研究热潮。冻土区隧道工程面临的主要挑战有：①隧道衬砌层将遭受冻胀力的作用。②冻土区隧道围岩与衬砌要遭受反复的冻融作用，形成各种冻害。冻土隧道冻害的问题以前就己经大量发生，也是长期以来隧道工程界研究的重点课题。对于隧道冻胀力进入深入研究，其中衬砌冻胀力是最为重要的研究内容，确定冻胀力的影响因素，冻胀力的计算方法，进行冻胀力的敏感度分析，研究围岩的冻胀机理，对由冻胀力产生的冻害采取措施防止，探求隧道建设中的一些保温防冻措施和工程实际措施。本论文的主要研究工作如下：①调查冻土隧道的冻害现象及研究冻土冻胀的力学机理②通过实测实际工程隧道建设中的围岩温度，然后进行整理和分析，得出隧道围岩冻融圈的范围。③以冻融岩石圈整体冻胀说为理论基础和实测冻融圈的范围为参考，通过弹性力学和弹塑性有限元数值模拟的方法，研究冻胀力及冻胀应力的影响因素，研究冻胀应力在隧道衬砌的分布规律;④研究和总结防冻保温技术在实际工程中的应用。

关键词：冻土隧道冻胀力冻害冻融圈防冻保温

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高原高寒冻土隧道渗漏水防治技术的试验研究

现代隧道技术 2005年第4期42卷 44-49页

作者：李传富梅志荣中铁西南科学研究院成都610031

文章从高海拔、高寒、冻土隧道的特殊水文地质环境条件出发,结合具体工程实践及试验研究,论述了其渗漏水防治技术的基本原则、方法,以及防治工程中注浆材料的选择、注浆技术参数的设计和施工工艺等问题,并对进一步改进注浆效果检验方法... 详细信息

文章从高海拔、高寒、冻土隧道的特殊水文地质环境条件出发,结合具体工程实践及试验研究,论述了其渗漏水防治技术的基本原则、方法,以及防治工程中注浆材料的选择、注浆技术参数的设计和施工工艺等问题,并对进一步改进注浆效果检验方法等需要今后加强的研究工作进行了分析。

关键词：高原隧道高寒隧道冻土化学注浆防水试验研究防治技术冻土隧道渗漏水高寒

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多年冻土隧道施工防融技术探讨

现代隧道技术 2005年第6期42卷 67-70页

作者：李世才中铁二十一局集团第三工程公司陕西咸阳712000

多年冻土隧道施工中围岩的冻融现象不仅严重威胁施工安全,而且处理不好还会留下工程质量隐患,成为冻土隧道永久性病害。文章结合青藏铁路风火山隧道的施工工序控制、洞内外温度控制及岩面封闭等防融技术的实际情况,对多年冻土隧道的防... 详细信息

多年冻土隧道施工中围岩的冻融现象不仅严重威胁施工安全,而且处理不好还会留下工程质量隐患,成为冻土隧道永久性病害。文章结合青藏铁路风火山隧道的施工工序控制、洞内外温度控制及岩面封闭等防融技术的实际情况,对多年冻土隧道的防融技术及方案进行了初步探讨。

关键词：冻土隧道防融技术工序控制温度控制

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高原冻土隧道地质雷达法检测分析

铁道建筑 2014年第5期54卷 63-65页

作者：江波齐法琳中国铁道科学研究院基础设施检测研究所北京100081 北京交通大学土木建筑工程学院北京100044

隧道结构处于地下水渗流场、应力场、温度场和湿度场等多场并存、十分复杂的环境中,若再经过周期性的反复冻融,更易出现不同程度的病害。本文对高原高寒环境下的昆仑山隧道衬砌进行地质雷达检测,分析了隧道的衬砌厚度和衬砌背后的密实... 详细信息

隧道结构处于地下水渗流场、应力场、温度场和湿度场等多场并存、十分复杂的环境中,若再经过周期性的反复冻融,更易出现不同程度的病害。本文对高原高寒环境下的昆仑山隧道衬砌进行地质雷达检测,分析了隧道的衬砌厚度和衬砌背后的密实情况。检测结果表明:昆仑山隧道拱腰以上,尤其是拱顶部位,病害数量较多,病害等级亦较高,应对这些部位重点监测,对病害极严重区段要进行注浆加固处理。地质雷达在高原恶劣环境下也能取得较好检测效果,可为加固修复病害提供可靠依据。

关键词：高原铁路冻土隧道地质雷达

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高海拔季节性冻土隧道的多场耦合分析研究

高海拔季节性冻土隧道的多场耦合分析研究

作者：李岩松西南交通大学

学位级别：硕士

以新建汶川至马尔康高速公路鹧鸪山特长隧道为依托工程,针对其施工重难点及关键技术难题,开展高原高寒深埋软岩隧道设计与施工技术研究。通过对隧址区大气温度、地层温度、围岩应力的监测、分析,掌握高原高寒深埋长大隧道围岩特性、变... 详细信息

以新建汶川至马尔康高速公路鹧鸪山特长隧道为依托工程,针对其施工重难点及关键技术难题,开展高原高寒深埋软岩隧道设计与施工技术研究。通过对隧址区大气温度、地层温度、围岩应力的监测、分析,掌握高原高寒深埋长大隧道围岩特性、变形特征及温度、应力特征;并结合相关数据对高原高寒深埋软岩隧道进行理论分析和数值计算,建立合理的渗流场、应力场双场耦合模型,以及附加温度场的三场耦合模型。重点展开隧道在温度、应力、地下水条件的影响下围岩特性、变形特征、温度应力特征的研究,为高原高寒深埋软岩隧道防冻害设计、施工提供理论依据。获得的主要结论如下：1.通过对隧道内纵向大气温度的监测,研究隧道纵向温度变化规律,探明各里程处气温变化与外界大气温度变化趋势基本一致,呈现出隧道洞内各里程温度随洞外大气温度的变化而同趋势变化,但隧道气温变化的灵敏程度随着隧道纵向深度的加深而下降;鹧鸪山隧道冬季冰点出现在距离洞口约100米处,衬砌结冰现象出现在距离洞口约100米以内。2.通过对隧道围岩径向温度的监测,可以看出,围岩总体温度会随着季节的变化而变化,越靠近临空面的围岩温度变化越剧烈,而越远离临空面的围岩温度变化越小。3.对比隧道在穿越不均匀地层时由于围岩岩性变化,隧道拱顶竖向位移会有不同程度改变,在围岩岩性较好时位移较小,围岩岩性较差时位移较大。4.通过对现场衬砌的监测数据分析可知：围岩的扰动对于衬砌变形也存在很大影响;隧道开挖过程中时间效应、空间效应互相依存,互相影响,及时、合理的支护、封闭洞室对隧道稳定有着积极的影响;隧道变形大小还取决于施工中对施工工艺的控制,施工工艺达不到标准会影响隧道变形状况。5.利用有限差分软件对隧道深埋段进行应力场单场模拟计算以及应力场、渗流场双场耦合模拟计算,分析比较隧道在开挖过程中隧道结构在地下水作用下的应力应变规律。通过对比单场模拟计算和双场耦合模拟计算结果得到在单场情况下,计算所得到的隧道拱顶及拱肩处的位移均要小于双场耦合得到的隧道拱顶及拱肩处的位移,渗流场对应力场的影响是存在的,特别是在埋深较深、地下水水头较高的山岭隧道中。6.对比三场耦合模拟计算和实测数据,分析比较隧道在开挖过程以及后期运营过程中主体结构在渗流场、温度场作用下的变化规律,由于围岩温度只在与大气环境接触的一定范围以内才有热交换,温度场才会改变,围岩内部与大气环境几乎没有热交换,围岩温度较为稳定。温度场对隧道在开挖过程中的影响有限,所以可以认为温度场对于开挖时应力场的影响几乎可以忽略不计,开挖时隧道变形的大小只与渗流场和应力场有关,与温度场无关;随着隧道的运营,在冻融循环的作用下,隧道围岩有一定的变形,并且呈现出随着运营时间越长,隧道围岩变形越大的规律。说明隧道洞口段冻土产生的冻胀力会对衬砌产生一定的作用,冻胀力影响了衬砌的力学行为,增大了围岩和衬砌的形变。根据模拟结果每年隧道洞口段围岩冻结范围均在约1.4米处(包括初期支护和二次衬砌厚度)这与地勘资料中所述隧址区为季节性冻土,夏季冻土完全融化,冬季最大冻深约1米吻合的较好。地勘资料从侧面印证了数值模拟结果的可靠性。

关键词：冻土隧道现场监测多场耦合数值模拟热液固