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多年冻土隧道洞口段抗冻设防长度计算方法及温度响应研究

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多年冻土隧道洞口段抗冻设防长度计算方法及温度响应研究

作者：李磊西南石油大学

学位级别：硕士

受到多年冻土区恶劣气候条件影响,多年冻土隧道常因遭受冻害而无法正常使用。论文以防止温度作用诱发多年冻土隧道洞口段结构冻害为目的,以“高海拔冻土隧道纵向温度场动态演化机理及分段防冻技术研究”项目为依托,采用文献分析调研冻... 详细信息

受到多年冻土区恶劣气候条件影响,多年冻土隧道常因遭受冻害而无法正常使用。论文以防止温度作用诱发多年冻土隧道洞口段结构冻害为目的,以“高海拔冻土隧道纵向温度场动态演化机理及分段防冻技术研究”项目为依托,采用文献分析调研冻土隧道的冻害特征、冻害原因以及产生冻害的位置,在此基础上分析推导多年冻土隧道洞口段的抗冻设防长度计算公式,并结合数值模拟对冻土隧道的冻害特征的影响因素进行研究分析,结合风火山隧道的纵向温度场相应特征进行对比分析,解决冻土区域隧道的抗冻设防中的不足和困难。主要研究成果如下：(1)调查的25个冻土隧道的冻害特征统计结果分析说明：隧道洞口至洞身段的一定长度内(洞口段)隧道冻害发育严重,而且这段长度内的围岩地温、洞内温度及衬砌结构温度受外部气候影响而紊乱不稳定,是多年冻土隧道抗冻设防的重要部分。(2)以多年冻土隧道的纵向和横向温度场特征为研究对象,以隧道横断面为圆形形状为模型,利用传热学相关理论,结合数学物理方程方法,推导出冻土隧道的横向以及纵向的温度场分布特征表达式,并分析隧道埋深、洞内空气速度、有无保温层等对隧道横向和纵向温度场的分布特征的影响,得出多年冻土隧道洞口段理论抗冻设防长度计算长度。(3)基于风火山隧道,利用有限元软件ADINA建立隧道三维分析模型,研究隧道埋深、洞内空气速度、有无保温层等等因素对多年冻土隧道温度场分布特征规律的影响,分析多年冻土隧道抗冻设防长度的分布特征。(4)根据风火山隧道现场监测数据,分析风火山隧道横向和纵向温度分布特征,并同理论分析结果和数值模拟分析结果进行对比分析,从而验证多年冻土隧道抗冻设防长度计算公式的合理性,为冻土隧道的抗冻设防提供理论指导。

关键词：多年冻土隧道冻害温度场抗冻设防长度

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融化作用下多年冻土隧道围岩变形作用机制

融化作用下多年冻土隧道围岩变形作用机制

作者：孟宗衡西南石油大学

学位级别：硕士

多年冻土隧道开挖后冻土围岩暴露于空气中,冻土围岩与空气间的温差迫使他们之间产生热交换,由此导致多年冻土隧道周边围岩融化形成融化圈。除以上环境作用之外,工程爆破、喷射混凝土等系列作业产生的热扰动也将进一步抬升洞室内空气温度... 详细信息

多年冻土隧道开挖后冻土围岩暴露于空气中,冻土围岩与空气间的温差迫使他们之间产生热交换,由此导致多年冻土隧道周边围岩融化形成融化圈。除以上环境作用之外,工程爆破、喷射混凝土等系列作业产生的热扰动也将进一步抬升洞室内空气温度,加剧冻土围岩融化。由于多年冻土围岩的组成部分有冰的存在,加上冰极易受温度影响,冻土围岩温度达到固相和液相的临界温度—零度时开始融化,而且,多年冻土围岩在融化后物理、力学性质发生急剧变化,威胁隧道结构的稳定性。论文围绕多年冻土隧道在融化作用下围岩变形破坏问题,从大量查阅文献和相关资料入手,通过文献调研,总结国内外多年冻土隧道工程围岩变形破坏案例,研究融化作用下多年冻土隧道围岩变形破坏类型及影响因素。以围岩变形破坏类型及影响因素为依据,分析建立融化作用下多年冻土隧道围岩弹塑性分析模型,采用收敛-约束法理论,分析融化作用下多年冻土隧道围岩变形破坏的影响因素。结合数值模拟和实际工程对理论分析进行了补充和验证,以期充分掌握融化作用下多年冻土隧道围岩变形破坏机制,为多年冻土隧道设计及施工提供理论指导。主要研究成果如下:(1)根据工程案例由统计分析得出了融化作用下多年冻土隧道围岩变形破坏方式主要有局部掉块、坍塌和初支变形,在此基础上确立了影响围岩变形破坏的主要因素:围岩条件、融化圈深度、支护结构。(2)根据冻土围岩变形破坏方式及影响因素,结合青藏铁路风火山隧道实际工程,建立了融化作用下多年冻土隧道弹塑性分析模型,并对其求解,结合收敛-约束理论,分析了围岩条件、融化圈深度、支护结构对隧道周边围岩变形的影响。同样融化圈深度和支护条件下,隧道周边围岩位移随围岩条件变差而增大;同样围岩位移和融化深度下,支护结构的强度越高、施作时间越早,隧道周边围岩位移越小;同样围岩条件和支护条件下,隧道周边围岩位移随融化圈深度增加而增大。(3)以风火山隧道为模拟对象,采用FLAC模拟了围岩条件、融化圈深度、支护结构对多年冻土隧道周边围岩变形的影响,得到了其与围岩位移的相应关系,验证了理论分析推导结果。(4)结合风火山隧道工程围岩参数及设计情况,通过理论分析进行解析解求解,通过FLAC,结合其工程实际监测数据对理论分析结果和数值模拟结果进行对比,验证了所建立的分析模型及理论推导假设的合理性,此理论方法可以为实际工程多年冻土隧道施工和设计提供理论参考。

关键词：多年冻土隧道融化作用围岩变形破坏 FLAC3D 风火山隧道

寒区多年冻土隧道融沉变化规律及热害处治措施研究

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寒区多年冻土隧道融沉变化规律及热害处治措施研究

作者：王灿长安大学

学位级别：硕士

在寒区多年冻土隧道的建设和运营中会遇到冻胀和融沉两大病害。本文围绕多年冻土地区隧道工程的融沉问题,通过理论推导、经验归纳和数值模拟方法对融沉变形规律和热害处治措施展开研究,得到了如下研究成果:1.在参考大量寒区隧道的地温... 详细信息

在寒区多年冻土隧道的建设和运营中会遇到冻胀和融沉两大病害。本文围绕多年冻土地区隧道工程的融沉问题,通过理论推导、经验归纳和数值模拟方法对融沉变形规律和热害处治措施展开研究,得到了如下研究成果:1.在参考大量寒区隧道的地温、内外气温的监测数据的基础上,通过函数拟合的方法分别得到了在两年施工工况下隧道某断面中心点处的温度变化函数和在50年运营工况下隧道某断面中心点处的温度变化函数;2.在考虑水的相变影响的基础上,通过理论推导的方法得到了冻土温度场、应力场和应变场基本方程,建立了多年冻土隧道二维热学、力学数值模型,实现了多年冻土隧道温度场和应变场的耦合计算;3.当多年冻土隧道围岩分别为15%含水率的亚砂土、25%含水率的粉质黏土和15%含水率的全风化砂岩时,利用ansys数值模拟软件,分别模拟了在三种类型围岩情况下隧道的温度场和应变场,得到了融沉圈深度随时间的变化规律,确定了25%含水率的粉质黏土为最不利的冻土类型、隧道拱顶段为最不利的位置和在运营第16年时融沉深度最大;4.针对多年冻土隧道在施工和运营两种工况下热害问题提出了相应的处治措施,并利用ansys数值模拟软件对处于最不利冻土类型(25%含水率的粉质黏土)时衬砌表面敷设隔热层后的温度场和应变场进行了模拟分析,得到了新建隧道的最优的隔热方案——在施工期间敷设8cm隔热层在初期支护和二次衬砌之间,在运营阶段尽快对融沉区二次衬砌一般段(拱腰、边墙、仰拱段)表面敷设2cm隔热层,拱顶段需要采用隔热性能比硬质聚氨酯泡沫塑料更优的保温隔热材料,或者在不影响隧道净空的情况下敷设变截面或不等厚度的隔热层,拱顶隔热层厚度可取保守值5cm,既达到了保护多年冻土热平衡和隔热保温的目的,又满足经济实用要求。

关键词：多年冻土隧道融沉变形规律热害隔热层温度场应变场

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多年冻土隧道衬砌的病害及其防治措施

四川水泥 2023年第2期 250-252页

作者：高连李申中国铁建大桥工程局集团有限公司天津300450

隧道衬砌的服役性能对多年冻土隧道的安全至关重要。病害是影响衬砌服役性能的主要因素,多年冻土隧道衬砌病害主要包括隧道衬砌变形及开裂、隧道衬砌混凝土冻融劣化及隧道衬砌渗漏水结冰。隧道衬砌变形及开裂的主要原因有隧道环境、隧... 详细信息

隧道衬砌的服役性能对多年冻土隧道的安全至关重要。病害是影响衬砌服役性能的主要因素,多年冻土隧道衬砌病害主要包括隧道衬砌变形及开裂、隧道衬砌混凝土冻融劣化及隧道衬砌渗漏水结冰。隧道衬砌变形及开裂的主要原因有隧道环境、隧道设计及施工、衬砌材料等因素。病害防治措施主要包括建立可靠的防排水系统、采取合理的防冻保温措施及选用合理的衬砌结构等。通过选取合适的防治措施,可显著提高衬砌的服役性能。

关键词：多年冻土隧道衬砌病害防治措施

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姜路岭隧道温度场特性分析

现代隧道技术 2015年第1期52卷 76-81页

作者：丁浩刘瑞全胡居义郑慧君公路隧道建设技术国家工程实验室重庆400067 招商局重庆交通科研设计院有限公司重庆400067 承德石油高等专科学校承德067000

对于青藏高原海拔4000m以上多年冻土区的长大公路隧道温度场特性的研究．国内尚未见文献报导。文章针对青海省G214线控制性工程姜路岭隧道出口段的围岩、支护结构及洞内外环境温度进行了为期一年的现场实测，运用数理统计的方法，分析... 详细信息

对于青藏高原海拔4000m以上多年冻土区的长大公路隧道温度场特性的研究．国内尚未见文献报导。文章针对青海省G214线控制性工程姜路岭隧道出口段的围岩、支护结构及洞内外环境温度进行了为期一年的现场实测，运用数理统计的方法，分析研究了沿隧道径向、纵向一定范围内围岩和衬砌结构温度变化规律，并采用正弦函数回归法对隧址区洞内外环境气温进行了拟合分析。结果表明：（1）多年冻土区隧道洞内外气温的相互关系和隧道内围岩及衬砌结构温度的纵向分布规律两方面的变化情况是基本一致的；（2）在隧道施工中，各断面径向温度场伴随着洞外大气温度的变化而不断变化，同时在纵向方向上也发生了变化；（3）多年冻土隧道围岩温度沿径向变化幅度较大的深度约为2．7—3m，而在季节性冻土隧道中约为10m。

关键词：多年冻土隧道温度场现场实测冻害防排水设计

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姜路岭隧道大变形监控量测技术应用探讨

公路隧道 2016年第3期 6-11页

作者：程曦招商局重庆交通科研设计院有限公司重庆400067

姜路岭隧道是青海共玉高速公路上具有代表性的大变形隧道。该隧道在施工过程中发生过若干次大变形,给施工带来了极大的困难,现场施工曾一度处于停滞状态。在大变形施工处治的过程中,监控量测发挥了重要作用。通过现场地质观察、拱顶下... 详细信息

姜路岭隧道是青海共玉高速公路上具有代表性的大变形隧道。该隧道在施工过程中发生过若干次大变形,给施工带来了极大的困难,现场施工曾一度处于停滞状态。在大变形施工处治的过程中,监控量测发挥了重要作用。通过现场地质观察、拱顶下沉、周边收敛等量测,依据及时有效的监测数据,及时反馈到施工现场中。处治时综合运用了换拱、增设临时钢支撑、加强支护参数、增大预留变形量等技术,结合监控量测数据反馈治理效果,顺利通过大变形段。

关键词：监控量测多年冻土隧道炭质页岩大变形

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监控量测在姜路岭隧道大变形治理中的应用

公路交通技术 2016年第6期32卷 115-120页

作者：程曦招商局重庆交通科研设计院有限公司重庆400067

姜路岭隧道是青海省共玉高速公路上具有代表性的大变形隧道,施工过程中曾发生过若干次大变形,给施工造成极大困难,也曾一度使施工处于停滞状态。通过现场观察和拱顶下沉、周边收敛等量测,运用换拱、增设临时钢支撑、加强支护参数、增大... 详细信息

姜路岭隧道是青海省共玉高速公路上具有代表性的大变形隧道,施工过程中曾发生过若干次大变形,给施工造成极大困难,也曾一度使施工处于停滞状态。通过现场观察和拱顶下沉、周边收敛等量测,运用换拱、增设临时钢支撑、加强支护参数、增大预留变形量等技术对该隧道大变形段进行处治,获得满意效果。

关键词：监控量测多年冻土隧道炭质页岩大变形