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寒区隧道二衬混凝土冬季施工温控技术研究

岩石力学与工程学报 2013年第1期32卷 150-160页

作者：谭贤君陈卫忠王辉赵武胜中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点实验室湖北武汉430071 山东大学岩土与结构工程研究中心山东济南250061 山东科技大学资源与土木工程系山东泰安271019

冬季寒区隧道二衬模筑混凝土施工由于低温水泥水化不充分、不均匀,极易出现强度不达标、表面出现贯穿性裂缝等问题。根据含低温相变岩体温度场控制方程,从研究开挖时间对围岩温度影响入手,在充分考虑混凝土水化热影响条件下,分析寒区隧... 详细信息

冬季寒区隧道二衬模筑混凝土施工由于低温水泥水化不充分、不均匀,极易出现强度不达标、表面出现贯穿性裂缝等问题。根据含低温相变岩体温度场控制方程,从研究开挖时间对围岩温度影响入手,在充分考虑混凝土水化热影响条件下,分析寒区隧道围岩与二衬混凝土热量迁移传递规律,研究隧道内环境温度、浇注时洞内加热温度和加热时间对二衬模筑混凝土温度影响规律。研究结果表明,随着开挖时间的增加,围岩温度受环境温度影响的范围逐渐增大;围岩被加温一段时间后,表面温度和深部围岩温度较高,中间温度较低,形成了两头热,中间冷的温度分布情况;二衬混凝土24 h内的最低温度随着加热时间、加热温度和环境温度的增加(升高)而升高。在此基础上,提出一种简洁、实用的加热时间计算公式。现场实施效果表明,应用该计算公式,可实现嘎隆拉隧道冬季低温环境条件下二衬模筑混凝土高效不间断施工、表面无裂纹且现场实测强度大于C30强度等级的目标。

关键词：隧道工程寒区隧道混凝土衬砌冬季施工温控技术

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寒区隧道围岩最大冻结深度计算的半解析方法

岩土力学 2018年第6期39卷 2145-2154页

作者：夏才初吕志涛黄继辉李强同济大学土木工程学院地下建筑与工程系上海200092 同济大学岩土及地下工程教育部重点实验室上海200092 福建省建筑科学研究院福建福州350025

寒区隧道围岩的最大冻结深度是隧道抗冻胀结构设计、防排水与保温隔热层设计的重要基础参数。基于准稳态假定,采用积分法推导了能够考虑衬砌、保温层及冻结围岩中未冻水含量的寒区隧道围岩最大冻结深度的解析计算公式;利用围岩温度场数... 详细信息

寒区隧道围岩的最大冻结深度是隧道抗冻胀结构设计、防排水与保温隔热层设计的重要基础参数。基于准稳态假定,采用积分法推导了能够考虑衬砌、保温层及冻结围岩中未冻水含量的寒区隧道围岩最大冻结深度的解析计算公式;利用围岩温度场数值模拟结果反演得出了解析计算公式中的参数影响半径与冻结半径比?的取值,从而得到了围岩最大冻结深度的半解析解。将所得解的计算结果与现场实测数据及数值模拟结果进行了对比,验证了所得解的合理性。利用得到的半解析解分析了工程冻土段围岩冻结深度的影响因素,结果表明:初始地温、年平均气温对冻结深度的影响最为明显,岩体骨架导热系数、岩体孔隙率的影响次之。

关键词：寒区隧道冻结深度半解析方法影响因素

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寒区隧道衬砌电加热试验研究

东北大学学报（自然科学版） 2021年第7期42卷 1025-1031页

作者：王连广徐宵李雪东北大学资源与土木工程学院辽宁沈阳110819

寒区隧道冬季易出现衬砌破损甚至滴水结冰等冻害,为此,除了做保温层外,主动加热系统也是必要的,主动加热系统主要由二次衬砌和保温层间的电热带组成.为了模拟隧道衬砌混凝土表面滴漏水结冰后从负温加热至正温的工况,对负温条件下的混凝... 详细信息

寒区隧道冬季易出现衬砌破损甚至滴水结冰等冻害,为此,除了做保温层外,主动加热系统也是必要的,主动加热系统主要由二次衬砌和保温层间的电热带组成.为了模拟隧道衬砌混凝土表面滴漏水结冰后从负温加热至正温的工况,对负温条件下的混凝土试件进行电加热模型试验研究,包括对单独试件及三联试件进行加热试验.结果表明:在采用长度2 m、功率30 W、埋置深度10 mm的电热带,并选用40 mm厚的聚氨酯板作为保温层时,混凝土试件表面温度能够在60 min之内从-4℃升高至0℃以上.研究成果可为寒区隧道融冰防冻提供指导.

关键词：寒区隧道衬砌结构电加热系统升温规律试验研究

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寒区隧道冻胀压力的约束冻胀模型

中国公路学报 2010年第1期23卷 80-85,110页

作者：邓刚王建宇郑金龙西南交通大学土木工程学院四川成都610031 四川省交通厅公路规划勘察设计研究院四川成都610041 中铁西南科学研究院有限公司四川成都610031

评价了中国主要的冻胀压力分析模型,在存水空间模型的基础上,分析了冻胀水体的形变约束特征,提出了冻胀压力类似于气体压力的约束冻胀模型,并给出了相应的理论分析公式;计算分析了冻胀压力的作用位置、冻胀水体尺度、围岩和衬砌刚度等... 详细信息

评价了中国主要的冻胀压力分析模型,在存水空间模型的基础上,分析了冻胀水体的形变约束特征,提出了冻胀压力类似于气体压力的约束冻胀模型,并给出了相应的理论分析公式;计算分析了冻胀压力的作用位置、冻胀水体尺度、围岩和衬砌刚度等对衬砌结构安全度的影响及分布规律。结果表明:该模型表现了冻胀压力为局部荷载的特征,同时考虑了衬砌和围岩刚度对冻胀压力的影响,并可模拟存水空间内的冻胀水体为任何多面体形状;增加衬砌刚度仍是提高衬砌抗冻能力的有效措施。

关键词：隧道工程寒区隧道约束冻胀模型冻胀压力衬砌刚度结构安全度

寒区隧道岩体冻胀率的取值方法和冻胀敏感性分级

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岩石力学与工程学报 2013年第9期32卷 1876-1885页

作者：夏才初黄继辉韩常领唐志成同济大学地下建筑与工程系上海200092 同济大学岩土及地下工程教育部重点实验室上海200092 中交第一公路勘察设计研究院有限公司陕西西安710075

通过分析岩石冻胀试验数据,修正岩石冻胀率的计算公式;分析裂隙冻结时可能出现的冻胀情况并给出相应的线冻胀率值;将岩体裂隙分布形态简化为"层状",推导岩体冻胀率的计算公式。计算开放条件下不同岩性不同级别岩体的冻胀率范围。开放条... 详细信息

通过分析岩石冻胀试验数据,修正岩石冻胀率的计算公式;分析裂隙冻结时可能出现的冻胀情况并给出相应的线冻胀率值;将岩体裂隙分布形态简化为"层状",推导岩体冻胀率的计算公式。计算开放条件下不同岩性不同级别岩体的冻胀率范围。开放条件下,岩体冻胀率的特点有:非冻胀敏感性岩石构成的岩体的冻胀主要来自于孔隙、裂隙中的原位水冻胀,孔隙/裂隙率越大,冻胀率越大;冻胀敏感性岩石构成的岩体的冻胀主要受水热迁移作用的影响,水热迁移作用越强烈,冻胀率越大;随着围岩级别增大,裂隙发育,岩体的冻胀率随之增大,冻胀敏感性岩石构成的岩体的冻胀率增长幅度大于非冻胀敏感性岩石构成的岩体。考虑岩石及裂隙填充物的冻胀敏感性、围岩级别、岩石的孔隙率以及地下水补给条件的影响,对岩体冻胀性进行分级,并评估依托工程围岩的冻胀性,根据围岩的冻胀性选择合理的支护参数将节约工程成本。

关键词：岩石力学岩体工程寒区隧道冻胀率冻胀性分级

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寒区隧道保温层铺设长度的计算方法

同济大学学报（自然科学版） 2016年第9期44卷 1363-1370页

作者：夏才初范东方李强何佳同济大学土木工程学院上海200092 中铁第四勘察设计院集团有限公司武汉430063 四川省交通运输厅公路规划勘察设计研究院成都610041

目前寒区隧道保温层铺设长度的设计要求隧道洞内温度场已知,为克服设计时暂无洞内气温实测资料的问题,基于由隧道进、出口气象条件及隧道地形条件求解的温度场解析解,提出了一种保温层铺设长度的计算方法.首先根据由隧道进口气象参数得... 详细信息

目前寒区隧道保温层铺设长度的设计要求隧道洞内温度场已知,为克服设计时暂无洞内气温实测资料的问题,基于由隧道进、出口气象条件及隧道地形条件求解的温度场解析解,提出了一种保温层铺设长度的计算方法.首先根据由隧道进口气象参数得到的洞内空气年温度振幅与由出口气象参数得到的洞内空气年温度振幅相等这一条件,计算得到受进出口气象影响的临界长度lM.当距隧道进口的长度小于临界长度lM时,利用进口气象参数计算隧道进口段围岩及衬砌温度场;当距隧道进口的长度大于临界长度lM时,利用出口气象参数计算出口段围岩及衬砌温度场,然后由隧道温度场中初期支护与围岩交界面出现0℃的位置确定保温层铺设长度.在铺设保温层后,洞内空气与围岩的对流换热发生变化,根据未铺设保温层和铺设保温层两种情况下的流入控制体的能量相等的条件,推导了保温层铺设长度的修正系数,从而计算出保温层铺设的最终长度.结合实际工程,利用提出的方法计算出保温层铺设长度,分析了关键参数对铺设长度的影响,结果表明:铺设长度随着地温梯度的增加逐渐减小,铺设长度随洞内风速的增加迅速增大.

关键词：寒区隧道保温层长度温度场地温梯度洞内风速

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寒区隧道施工期通风升温及效果分析

铁道科学与工程学报 2020年第2期17卷 379-387页

作者：严健何川朱虹宇姚志军西南交通大学交通隧道工程教育部重点实验室四川成都610031 西南交通大学土木学院四川成都610031 四川高速发展有限公司四川成都615000 中铁一局集团有限公司陕西咸阳710054

以川藏公路北线雀儿山隧道为工程依托,设计施工期洞口段通风升温系统,并利用流固传热理论对升温需风量及通风加热模块的升温系数进行计算,通过现场测试分析通风加热效果,提出洞口段施工通风升温时的临时辅助保温措施。研究结果表明:为... 详细信息

以川藏公路北线雀儿山隧道为工程依托,设计施工期洞口段通风升温系统,并利用流固传热理论对升温需风量及通风加热模块的升温系数进行计算,通过现场测试分析通风加热效果,提出洞口段施工通风升温时的临时辅助保温措施。研究结果表明:为实现对洞口段300 m低温围岩从-6℃升高到5℃的升温效果,要求加热模块的升温系数k达到5.5,理论计算所得的通风需风量为96.31 m^3/s,需要在洞内布置2条风道;现场测试表明加热模块对掌子面附近的洞壁温度影响显著,掌子面岩面温度约在6℃。

关键词：隧道工程寒区隧道通风升温温度场现场测试

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寒区隧道阳光棚温升效果与影响

西南交通大学学报 2023年第3期58卷 645-655页

作者：孙克国魏勇贾敬龙孟庆余张弛秦晋行李世斌西南交通大学土木工程学院四川成都610031 中国铁路设计集团有限公司天津300308

为避免寒区隧道冻害问题产生,引入新型阳光棚防寒措施.首先,建立三维瞬态传热数值模型,获得自然通风条件下的隧道温度场,并通过现场温度监测验证数值计算模型的可靠性;然后,通过数值方法验证阳光棚的温升效果,并进一步探究阳光棚入口风... 详细信息

为避免寒区隧道冻害问题产生,引入新型阳光棚防寒措施.首先,建立三维瞬态传热数值模型,获得自然通风条件下的隧道温度场,并通过现场温度监测验证数值计算模型的可靠性;然后,通过数值方法验证阳光棚的温升效果,并进一步探究阳光棚入口风速、长度、跨度及环境温度对温升效果的影响;最后,对各因素进行敏感性分析,研究其对温升效果的影响程度.研究结果表明:入口风速低于1.0 m/s时,阳光棚发挥良好的温升效果.风速与温升效果呈负相关;长度每延长50 m,隧道进口气温升高0.71℃;跨度对温升效果的影响不明显;温升效果随环境温度变低而愈显著.上述因素对温升效果的敏感性排序为:入口风速(0.39)>长度(0.30)>环境温度(0.19)>跨度(0.12),其中,入口风速为最敏感因素,应用时应着重考虑.因此,对阳光棚的使用建议为:低风速、大长度、小跨度.

关键词：寒区隧道冻害问题阳光棚温升效果敏感性分析

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寒区隧道洞口段空气幕保温理论研究

铁道学报 2022年第11期44卷 144-153页

作者：王仁远朱永全高焱方智淳张红钰王道远石家庄铁道大学省部共建交通工程结构力学行为与系统安全国家重点实验室河北石家庄050043 淮阴工学院交通工程学院江苏淮安223003 河北建设集团天辰建筑工程有限公司河北保定071000 河北交通职业技术学院路桥工程系河北石家庄050035

为保证寒区隧道在服役期间不发生冻害,根据相似原理搭建隧道温度场模型试验台,研究寒冷季节隧道内温度的变化规律,并提出一种新型的主动保温措施-隧道洞口段空气幕保温措施。使用流函数叠加与热平衡原理,得出空气幕保温措施的控制方程,... 详细信息

为保证寒区隧道在服役期间不发生冻害,根据相似原理搭建隧道温度场模型试验台,研究寒冷季节隧道内温度的变化规律,并提出一种新型的主动保温措施-隧道洞口段空气幕保温措施。使用流函数叠加与热平衡原理,得出空气幕保温措施的控制方程,使用叠加原理及贝塞尔特征函数推导出在空气幕作用下,寒区隧道洞口断面处围岩的径向温度解析解,最后以正盘台隧道为算例,验证该保温措施的可行性。研究结论表明:外界环境温度和围岩温度是影响寒区隧道温度场的主要因素;采用控制方程计算,图像结果显示空气幕保温措施可有效防止隧道冻害;隧道径向温度理论解与有限元计算结果相差较小,解析法可为今后的工程实践提供理论基础。

关键词：寒区隧道温度场模型试验空气幕保温措施