高寒隧道保温层和含水空洞对结构影响研究

Study on the Influence of Insulation Layer and Water-bearing Cavity on Structure of Alpine Tunnel

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。