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浅埋高寒隧道围岩非均匀冻胀变形的力学响应

铁道工程学报 2023年第2期40卷 53-58页

作者：林德新陕西省铁道及地下交通工程重点实验室(中铁一院) 西安710043

研究目的:浅埋高寒隧道面临的冻害问题威胁隧道的长期安全运行。为揭示浅埋高寒隧道含未冻夹层冻胀模式下围岩非均匀冻胀变形的力学响应,建立浅埋高寒隧道典型非均匀冻胀模型,利用有限元数值软件开展隧道衬砌与围岩的受力变形和冻胀力... 详细信息

研究目的:浅埋高寒隧道面临的冻害问题威胁隧道的长期安全运行。为揭示浅埋高寒隧道含未冻夹层冻胀模式下围岩非均匀冻胀变形的力学响应,建立浅埋高寒隧道典型非均匀冻胀模型,利用有限元数值软件开展隧道衬砌与围岩的受力变形和冻胀力分布演化规律研究,从而据此优化浅埋高寒隧道的抗冻设计。研究结论:(1)冻结围岩圈外径和非均匀冻胀系数k是影响浅埋隧道冻胀力水平的关键因素,冻结围岩圈外径和k越大,冻胀力越大;衬砌结构最大拉应力和压应力分别位于拱腰和拱顶,未冻夹层厚度较小时拱腰和拱顶局部应力超过混凝土标准强度;(2)围岩非均匀冻胀作用下冻结围岩圈、衬砌和地表层的最大位移量整体表现出随未冻夹层厚度增大而降低的趋势,且冻结围岩圈半径越大,最大总位移水平越高;(3)未冻围岩夹层对高寒隧道冻胀力的空间分布和演化具有显著影响,随着未冻夹层厚度的增大,隧道冻胀力的非均匀性逐渐降低;(4)本文揭示的浅埋高寒隧道的冻胀力分布规律和衬砌力学响应可为类似隧道工程的抗冻设计提供理论指导。

关键词：高寒隧道冻胀力非均匀冻胀力学响应

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高寒隧道保温层和含水空洞对结构影响研究

公路 2020年第10期65卷 327-333页

作者：王志杰蔡李斌姜逸帆李金宜杜逸文邓宇航西南交通大学交通隧道工程教育部重点实验室成都市610031

为研究冻胀力对结构影响的量值大小,以2022年冬奥会重大交通保障项目金家庄特长螺旋隧道为依托,通过室内试验、导热系数测试和COMSOL数值模拟相结合的方法,建立仅考虑围岩冻胀的计算模型,研究保温层和初期支护背后含水空洞对衬砌结构内... 详细信息

为研究冻胀力对结构影响的量值大小,以2022年冬奥会重大交通保障项目金家庄特长螺旋隧道为依托,通过室内试验、导热系数测试和COMSOL数值模拟相结合的方法,建立仅考虑围岩冻胀的计算模型,研究保温层和初期支护背后含水空洞对衬砌结构内力和位移的影响。研究结果表明:(1)保温层对衬砌结构的内力减少百分比随着计算时间的增加而有所降低,但总体保温效果较好,保温层的存在推迟了衬砌结构冻胀内力出现的时间;(2)含水空洞对结构内力影响较大,有保温层时含水空洞的存在使初期支护最大拉应力、压应力值增大,而二次衬砌最大拉应力、压应力减小,无保温层时衬砌结构的最大拉应力、压应力均增大,且对初期支护的影响明显大于二次衬砌;(3)保温层能有效减小衬砌结构的最大位移,含水空洞的存在使衬砌结构由冻胀力产生的最大位移值减小,且不论是否有保温层和含水空洞,衬砌结构的最大位移均位于仰拱位置;(4)研究说明保温层和含水空洞对结构影响较大,实际工程应注意保证保温层的质量并避免含水空洞的出现。

关键词：高寒隧道室内试验导热系数测试数值模拟冻胀力保温层含水空洞

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考虑随机裂隙的高寒隧道温度场和保温层研究

铁道工程学报 2020年第9期37卷 54-59页

作者：王志杰李振蔡李斌蒋新政姜逸帆徐海岩西南交通大学交通隧道工程教育部重点实验室成都610031

研究目的:为进一步探究温度场的变化规律和保温层敷设厚度问题,以2022年冬奥会重大交通保障项目金家庄特长螺旋隧道为依托,通过现场实测、理论分析和COMSOL数值模拟相结合的方法,建立隧道围岩区的随机裂隙模型,研究孔隙率、渗透率、随... 详细信息

研究目的:为进一步探究温度场的变化规律和保温层敷设厚度问题,以2022年冬奥会重大交通保障项目金家庄特长螺旋隧道为依托,通过现场实测、理论分析和COMSOL数值模拟相结合的方法,建立隧道围岩区的随机裂隙模型,研究孔隙率、渗透率、随机裂隙孔径和水头对温度场的影响,并基于温度场进一步对比解析解和数值模拟的保温层设计厚度。研究结论:(1)径向温度值及其变化速率随围岩孔隙率和渗透率的增大表现为增大趋势,随着随机裂隙孔径和下边界水头的增大,径向温度值表现为增大,变化速率则表现为减小的趋势,孔隙率对温度场影响最大,渗透率对温度场影响最小,径向温度分布规律可用Asymptotic1模型表示;(2)由于随机裂隙和渗流的影响,衬砌和围岩接触面的温度值不完全对称,但总体表现为从拱顶到仰拱逐渐升高;(3)孔隙率和渗透率对冻结深度的影响可用Exp3P2模型表现,随机裂隙孔径和下边界水头对冻结深度的影响可用Exp Dec1模型表现,理论分析和数值模拟结果说明保温层厚度的解析解较数值模拟大;(4)本研究结论可为相关寒区隧道的温度场发展、分布规律和保温层厚度设计提供借鉴或参考。

关键词：高寒隧道随机裂隙冻结深度温度场保温层

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高寒隧道温度场分布规律及防寒保温技术研究

高寒隧道温度场分布规律及防寒保温技术研究

作者：李云重庆交通大学

学位级别：硕士

近年来，在高海拔寒冷地区修建的隧道越来越多。由于高寒隧道所处的气候条件十分恶劣，在设计与施工中就需要考虑采取有效的措施来消除或减缓冻害现象的发生。论文以G214线姜路岭隧道为依托，采用现场实测结合数值计算的方法分析了在施... 详细信息

近年来，在高海拔寒冷地区修建的隧道越来越多。由于高寒隧道所处的气候条件十分恶劣，在设计与施工中就需要考虑采取有效的措施来消除或减缓冻害现象的发生。论文以G214线姜路岭隧道为依托，采用现场实测结合数值计算的方法分析了在施工阶段高寒隧道的温度场分布规律。并在此基础上系统地阐述了高寒隧道所采用的防寒保温措施。主要内容包括： ①分析现场监测所得的实测数据，总结得到隧道环境温度与围岩温度的变化规律。 ②介绍岩土传热学的基本理论，并运用数值计算的办法，探讨了刚开挖未支护时围岩温度场随暴露时间的变化规律。建立三维模型，分析了在未设置保温隔热层时围岩温度场的变化规律，并与现场实测数据进行比较。 ③通过对保温隔热材料的调研与实验检测，选出最优的保温层材料。采用数值计算分析比较了不同敷设方式、不同的导热系数、不同厚度时保温层的保温效果。还分析了采用不同弹性模量保温隔热层时衬砌及保温层的受力。并以此提出了保温隔热层设置的几点意见。最后建立三维模型分析了加设保温层后围岩温度场变化规律。 ④介绍论文依托工程—姜路岭隧道所采取的防寒保温措施。主要包括在洞口边仰坡保温设置遮阳网、洞顶处布设热棒，还包括低温早期混凝土施工中采取的保温措施、防排水系统保温措施及洞口设置防雪棚等。 ⑤姜路岭隧道在设计中创新性地提出了在主洞中间之间设置泄水洞，采用数值模拟分析的方法探究了在两主洞中间不同位置处设置泄水洞时围岩冻融圈的变化规律，在理论上验证了该设计的合理性。

关键词：高寒隧道防寒保温温度场数值模拟保温隔热层

高寒隧道低温富水环境下帷幕注浆施工及性能优化

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粘接 2020年第12期44卷 105-108页

作者：蒋磊王增群王建军黄淮学院河南驻马店463000 邯郸职业技术学院河北邯郸056000 内蒙古工业大学内蒙古呼和浩特010000

为保证高寒隧道低温富水环境下的帷幕注浆施工质量,结合工程地质实际,以白拉山高寒富水隧道施工为例,首先采用FLAC3D有限元分析软件模拟不同注浆加固圈厚度下隧道、衬砌和孔隙的水压力、应力分布和位移变化,继而得到最佳加固圈厚度。然... 详细信息

为保证高寒隧道低温富水环境下的帷幕注浆施工质量,结合工程地质实际,以白拉山高寒富水隧道施工为例,首先采用FLAC3D有限元分析软件模拟不同注浆加固圈厚度下隧道、衬砌和孔隙的水压力、应力分布和位移变化,继而得到最佳加固圈厚度。然后在上述优化的前提下,设计帷幕注浆施工工艺,并通过实时监测的方式,查看洞内周边位移量,进而验证上述优化的可行性与正确性。

关键词：高寒隧道帷幕注浆施工优化 FLAC3D有限元

高寒地区隧道衬砌裂缝安全评价及处治方案研究

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地下空间与工程学报 2020年第S01期16卷 420-425,436页

作者：余顺王道良夏诗画招商局重庆交通科研设计院有限公司重庆400067 公路隧道建设技术国家工程实验室重庆400067

根据高寒地区某隧道衬砌裂缝的调查结果,基于断裂力学理论采用有限元模拟计算隧道二衬混凝土裂缝应力强度因子,根据裂缝尖端的稳定系数判定隧道衬砌结构裂缝的安全性。在此基础上,提出增设套拱、拆换二衬、粘贴钢带法等三种结构加固方案... 详细信息

根据高寒地区某隧道衬砌裂缝的调查结果,基于断裂力学理论采用有限元模拟计算隧道二衬混凝土裂缝应力强度因子,根据裂缝尖端的稳定系数判定隧道衬砌结构裂缝的安全性。在此基础上,提出增设套拱、拆换二衬、粘贴钢带法等三种结构加固方案,同时考虑防排水、保温等措施,并从方案有效性、工期、造价等多方面进行综合比选。通过依托工程实例表明:采用裂缝尖端稳定系数可实现隧道衬砌结构裂缝的安全性定量化判定,为处治方案提供决策参考;计算得出衬砌裂缝深度越大,其尖端稳定系数越小,衬砌结构安全性越差。根据隧道病害成因分析及多因素比选,推荐采用增设套拱方案。

关键词：高寒隧道衬砌裂缝安全评价病害处治

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高寒隧道保温设计研究及热工计算方法初探

现代隧道技术 2011年第3期48卷 59-63页

作者：张生四川省交通运输厅交通勘察设计研究院成都610017

目前国内高寒隧道研究成果还不能完全满足隧道设计要求,文章借鉴我国建设部房建行业和日本国铁的研究成果,提出了适用于季节性冻土隧道洞口保温段长度、衬砌保温及水沟保温的设计计算方法。

关键词：高寒隧道保温设计计算方法

通风高寒隧道冻结锋面理论计算与工程应用研究

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铁道建筑技术 2022年第8期 65-71页

作者：杨宏中铁二十局集团市政工程有限公司甘肃兰州730030

高寒隧道冻结锋面作为保温层设计计算的重要参考,对高寒隧道工程保温建设具有重要指导价值。为完善通风条件下高寒隧道冻结锋面理论计算,本文以某高寒隧道为工程依托,基于风流场高寒隧道洞内纵向气温计算模型,联合单管冻结理论计算与瞬... 详细信息

高寒隧道冻结锋面作为保温层设计计算的重要参考,对高寒隧道工程保温建设具有重要指导价值。为完善通风条件下高寒隧道冻结锋面理论计算,本文以某高寒隧道为工程依托,基于风流场高寒隧道洞内纵向气温计算模型,联合单管冻结理论计算与瞬态热传导物体热流量,给出通风条件下高寒隧道三区域冻结锋面计算模型理论解;对比分析冻结锋面理论计算结果与高寒隧道实测数据,并修正了冻结锋面理论解。修正后的冻结锋面理论解可用于现场高寒隧道近似估算以及温度数值解的准确性检验。

关键词：高寒隧道通风冻结锋面理论计算工程应用

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高寒地区隧道冻害问题及其防治措施综述

高寒地区隧道冻害问题及其防治措施综述