基于混凝土强度的高地热隧道隔热层厚度研究

随着“长大深”隧道的发展,越来越多高地热隧道得以建设。高地热作为典型的不良地质之一,不仅会给隧道施工带来不便,还会严重危害隧道结构的安全。为减小高温对高地热隧道的不利影响,首先,调研相关文献,明确了温度与衬砌混凝土强度之间的关系;然后,以西部高原地区某高地热隧道为依托,使用Comsol数值模拟软件建立该隧道的温度场计算模型。通过数值计算得到各工况下衬砌混凝土的平均养护温度,并将其与强度相对应,并从保护衬砌混凝土强度的角度研究了各工况下不同厚度隔热层的作用。研究得到以下结论:(1)根据他人试验结果总结发现,隧道施工时应保证混凝土养护温度低于40℃,否则会严重降低衬砌混凝土的强度;(2)提出高地热环境隧道施工时隔热层的选取方案,55℃以下的地温段,无需使用隔热层;55~65℃地段,推荐使用3 cm隔热层;65~75℃地温段,使用5 cm隔热层;75~85℃地温段,若能保证洞内气温维持在28℃以内,使用5 cm隔热层,否则使用10 cm隔热层;高于85℃的地段,推荐使用10 cm隔热层。

高地热隧道衬砌混凝土的配制参数研究

针对西部地区隧道施工面临的高地热问题,研究了水泥种类对20、60、80℃的衬砌混凝土早期水化温升和抗压强度的影响,并模拟分析了隧道地热环境下不同含气量衬砌混凝土的塑性变形及抗压强度增长规律、外掺石粉制备的低含气量衬砌混凝土的工作性和力学性能以及不同种类保水剂对衬砌混凝土早期失水率的影响,提出了高地热隧道衬砌混凝土的最佳配制参数。结果表明:在高地热环境下低热水泥衬砌混凝土的水化温升较普通水泥衬砌混凝土降低了4℃,90 d抗压强度提高了11.5%~16.5%;衬砌混凝土的含气量越高,高温对其后期强度的降低幅度越显著;复掺石粉可有效改善低含气量衬砌混凝土的工作性,石粉掺量宜为6%~15%;保水剂聚丙烯酰胺对抑制衬砌混凝土早期失水的作用优于纤维素醚,聚丙烯酰胺掺量宜为0.05%~0.10%。

高地热对隧道喷射混凝土力学性能、孔结构和水化产物的影响综述

针对复杂地质条件下高地热环境影响深埋隧道施工的问题,本文系统地总结分析了高地热环境对隧道喷射混凝土力学性能、孔结构和水化产物的影响。高地热环境加快水泥的水化反应速率,生成大量水化产物填充孔隙,提高喷射混凝土的早期强度;但过高的温度,引起水化产物热运动加剧,沉淀速率加快,使得大部分水化产物容易沉积在较大颗粒附近,导致水化产物高度集中,造成有害孔的孔隙率增加,致使喷射混凝土后期强度降低。