寒冷地区隧道防冻隔温层厚度计算方法

为确定寒冷地区隧道防冻隔温层的最佳设防厚度,利用等效厚度换算法、气象解析法和有限元模拟计算法,分别对其设防厚度进行计算。由前两种方法计算结果可看出,防冻隔温层设置在初期支护与二次衬砌之间时厚度小于1 cm,设置于衬砌表面时所需厚度小于2 cm,与实际情况比较吻合;由有限元模拟计算法计算的相应结果分别为3.2 cm和4.4 cm,比实际情况偏大;有限元模拟计算法计算结果偏保守,气象解析法计算过程复杂,等效厚度换算法计算过程简单;在工程实际中,防冻隔温层厚度计算可采用等效厚度换算法,为了经济,防冻隔温层适合设置在衬砌中间。

寒区隧道合理保温型式及保温效果试验

寒区隧道常常受到冻融循环破坏,合理的保温型式能有效减小隧道冻害发生。在实测温度场基础上根据冻土学原理,运用Stephen公式推导围岩最大冻结深度,并结合传热学中等效厚度换算法推导内置式和外置式保温层厚度计算公式,进行对比分析,结合工程实例计算得到围岩冻深为2.62 m,内置式和外置式保温层厚度分别为3.54 cm和4.61 cm,内置式保温型式更经济。运用自主研发的室内试验模型开展了环境温度-12.5℃无保温层、-12.5℃内置3.5 cm聚氨酯保温层、-20℃内置3.5 cm聚氨酯保温层3组工况试验。结果表明:环境温度-12.5℃未设保温层时围岩将会逐渐冻结,内置式3.5cm聚氨酯保温层保温效果良好;环境温度-20℃内置式3.5 cm聚氨酯保温层保温效果变差但仍能满足短期围岩不发生冻结。研究结果可为寒区隧道保温设计提供依据。