高岩温环境下矿物掺合料对喷射混凝土强度和抗渗性的影响

针对高岩温隧道环境下喷射混凝土出现后期强度下降及耐久性劣化等问题,研究了80℃干热养护条件下不同矿物掺合料(粉煤灰、矿粉、硅灰)在单掺以及二元、三元复掺情况下对喷射混凝土长期强度稳定性、抗水渗透性能和抗氯离子渗透性能的影响,并通过分析硬化混凝土气泡结构参数揭示其提升机理。结果表明:单掺5%硅灰或复掺10%矿粉+5%硅灰可以明显改善喷射混凝土的长期强度稳定性及抗渗性,56 d抗压强度无倒缩,渗水高度分别降低至78、101 mm。三元复掺体系(10%粉煤灰+10%矿粉+5%硅灰)喷射混凝土的抗氯离子渗透性能最佳,其28、56 d氯离子扩散系数分别降低至6.4×10^(-12)、13.0×10^(-12)m^(2)/s。

高岩温低湿环境下隧道高强混凝土施工质量控制研究

由于高岩温低湿环境影响混凝土的和易性、坚固性以及耐久性,为有效确保隧道高强混凝土施工质量,提出高岩温低湿环境下隧道高强混凝土施工质量控制方法。研究以温度和湿度环境因素为前提,以隧道高强混凝土的不同施工阶段为对象,从对内和对外的温度控制两方面入手。在对内的控制中,设置三组方案优选配合比。在对外的控制中,布设冷凝循环水管、铺设土工布,控制隧道高强混凝土施工质量。测试结果显示:水胶比为0.4、矿粉为45kg/m^(3)、碎石为1060kg/m^(3)、粉煤灰为60kg/m^(3)、水泥为278kg/m^(3)、外加剂为8.6kg/m^(3)时,在高岩温低湿环境测试条件下,混凝土的坍落度和扩展度在60min内的变化满足流动性要求,验证了混凝土有较好的和易性;根据SEM图可看出,混凝土拌合料完全融合,在60d内抗压强度较高,验证了混凝土有较好的坚固性;通过抗氯离子渗透性、抗化学侵蚀性以及抗裂性评价结果,证实了混凝土的耐久性最佳。

高岩温条件下引水隧洞围岩支护结构的稳定性研究

为防止高岩温对引水隧洞支护结构造成破坏,建立引水隧洞结构数值模型,对高岩温条件下引水隧洞围岩支护结构的稳定性进行分析,结果表明:增加支护结构厚度,降低引水隧洞的初始围岩温度,升高引水隧洞的水温,可增加支护结构的稳定性。以上研究可为引水隧洞工程提供参考。

高岩温铁路隧道支护结构体系分级研究

通过热-应力耦合数值模拟,研究了高岩温铁路隧道初期支护和二次衬砌在不同岩温下的安全性;通过室内试验测试了铁路隧道常用防水材料及两种新型防水材料的高温性能;通过有限元数值模拟比选了高岩温铁路隧道新型的支护结构体系。在以上研究基础之上,对高岩温铁路隧道支护结构体系进行了分级。结果表明：高岩温铁路隧道支护结构体系可以分为四级。当岩温小于45℃时,支护结构体系采用标准设计;当岩温为45~60℃时,初期支护需特殊设计,需选用新型防水材料;当岩温为60~80℃时,初期支护和防水材料需特殊设计,二次衬砌需配筋设计;当岩温大于80℃时,支护结构体系需特殊设计。

高岩温隧道下矿物掺合料对混凝土力学性能的影响

通过模拟高岩温隧道条件,研究了高岩温隧道条件下矿物掺合料对混凝土强度的影响。结果表明:高岩温条件下可以提高混凝土的早期强度,但后期强度却有较大幅度的下降,当温度低于50℃时,矿渣粉煤灰复合混凝土的强度更高;当温度超过60℃时,粉煤灰混凝土的强度更高。XRD及SEM分析表明:高岩温条件下胶凝材料水化速度加快,生成的水化产物来不及均匀扩散,相互搭接变差,当温度低于50℃时,水分蒸发较慢,水分充足,矿渣的活性容易被激发,水化产物结构致密;当温度超过60℃时,由于水分蒸发较快,矿渣的活性难以被激发,水化产物结构变疏松。

高岩温隧道围岩-支护结构温度场演化规律

m在高岩温隧道研究领域,围岩-支护结构温度场演化过程是一个重要的基础性问题。本文通过三维热分析和现场温度测试,研究了高岩温铁路隧道施工过程中,围岩、初期支护和二次衬砌的温度变化规律。结果表明：隧道开挖对围岩温度场的影响范围与围岩初始温度呈正相关关系,拱顶上方、边墙两侧和仰拱下方围岩的影响范围可分别表示为围岩初始温度的二次函数;隧道周边围岩的降温方式可分为突变式和渐变式,突变式降温是指围岩温度在0-5d急剧降低,在5-60d缓慢降低;渐变式降温是指围岩温度在0-60d内较均匀地逐渐降低;隧道周边围岩的降温幅度与围岩初始温度、围岩位置有关;隧道初期支护、二次衬砌的降温方式表现为突变式降温,即在5-7d内温度快速下降,然后基本恒定为隧道洞内空气温度。

高岩温隧道初期支护应力场及安全性研究

为评价高岩温隧道施工过程中初期支护的安全性,研究了高岩温隧道初期支护温度场、应力场的施工期特征和演变规律.首先通过热-应力耦合三维数值模拟和现场测试,研究了不同原始围岩温度场中,高岩温隧道开挖过程中初期支护温度场的变化规律;其次考虑围岩荷载和温度荷载共同作用,分析了高岩温隧道开挖过程中初期支护应力场的变化规律;最后基于初期支护应力值,评价了高岩温隧道初期支护的安全性.研究结果表明:受施工通风影响,初期支护温度在隧道开挖后急剧降低,约5 d后基本与洞内气温一致;受施工工序影响,初期支护最大拉应力先增后减,最大压应力持续增加;随着围岩初始温度增大,在不同施工步序中,初期支护的最大拉应力和最大压应力均增大;初期支护安全性由喷射混凝土抗拉强度控制,当围岩初始温度大于60℃时,C25喷射混凝土将发生拉裂破坏.

矿物掺合料对高岩温条件下衬砌混凝土性能影响

高岩温隧道施工是随着各国高速交通网不断延伸而出现的新的技术问题,这种特殊施工条件会使隧道衬砌混凝土的力学性能和耐久性都受到影响。本文通过实验室内模拟高岩温施工环境,重点研究高岩温养护条件下不同矿物掺合料对混凝土力学性能及耐久性能的影响规律。结果表明:高岩温养护条件下,普通混凝土与掺合料混凝土的抗压强度均呈下降趋势,但下降幅度不同;湿度50%时,随着温度的升高,矿渣粉混凝土的抗压强度下降幅度最大,粉煤灰混凝土的抗压强度下降幅度最小,当温度超过50℃时,粉煤灰混凝土的强度反而高于矿渣粉混凝土;矿渣粉混凝土的强度对于湿度变化最敏感,80℃时,随着湿度的增大,矿渣粉混凝土的强度提高幅度最大;各种混凝土的抗渗性与抗碳化性能基本随养护温度的升高而降低,普通混凝土下降最为明显,粉煤灰混凝土的抗渗性与抗碳化性能受养护温度影响最小。

考虑隔热层的高岩温隧道温度场和应力场分布规律研究

高岩温热害问题是深埋隧道面临的难点问题之一。高岩温不仅会恶化施工环境、影响施工材料的选择和混凝土的耐久性等,高温带来的温度应力还会引起衬砌的开裂和围岩的变形等。为分析高岩温作用下隧道结构和围岩的温度场、应力场分布规律,根据简化的理论模型,建立了隧道的热传导方程和平衡方程,并利用量纲归一化和微分方程级数求解的方法得到了隧道结构和围岩的温度场、位移场、应力场的解析解。以典型的高原地热隧道-拉日铁路吉沃希嘎隧道为例进行详细地分析。研究发现:隔热层能有效地阻隔热量传递,减少围岩热量的散失;铺设隔热层后,初衬的温度升高;增加隔热层厚度可以加强隔热效果,但隔热层厚度的选择要综合考虑初衬温度以及材料性能变化的影响。

强震区高岩温隧道阻热抗震技术研究

研究目的:强震区高岩温隧道的结构安全性及稳定性是当前亟待研究和解决的热点问题之一。为降低高岩温隧道支护结构的服役温度并提高其震时安全性,本文以拉日铁路吉沃希嘎隧道为研究背景,通过采用有限差分数值模拟技术,对强震区高岩温隧道的阻热抗震技术进行研究。研究结论:(1)探明了隧道采用围岩注浆的最佳阻热方案,即注浆厚度为3 m、注浆区与初支的间距为0 m的接触注浆;(2)探明了隧道采用围岩注浆的最佳抗震方案,即注浆厚度为3 m、注浆区与初支的间距为0.5 m的间隔注浆;(3)从支护结构的阻热效果和抗震效果两个方面综合考虑,强震区高岩温隧道建议采用围岩注浆最佳抗震方案进行阻热抗震设防设计;(4)该研究成果可为强震区高岩温隧道阻热抗震技术的发展提供借鉴。

高海拔高岩温低气压对隧道活塞风的影响

研究目的:青藏铁路是目前海拔最高的高原铁路,其气候特点是低气压缺氧,沿线遍布着大量的温泉、沸泉。隧道运营期间,高岩温、低气压特殊条件长期存在,其对隧道活塞风的影响亟待研究。研究结论:采用ANSYS/CFX14.0有限元模拟软件建立三维动网格模型,基于试验数据验证了模型的正确性。选用标准κ-ε两方程模型,采用Reynolds时均法,对单列车变速穿过隧道时高岩温壁面热流及高海拔低气压对隧道活塞风压力系数影响进行了数值模拟分析。结果表明:(1)隧道壁面热流小于30 W/m2时,对隧道活塞风压力系数的影响非常小,可以忽略;(2)与标准大气压1.0 atm相比,青藏高原高海拔低气压条件最小值0.562 5 atm对隧道内活塞风压力系数无影响;(3)该研究结果完善了高海拔高岩温、低气压活塞风计算理论,可为青藏高原特殊气候条件下活塞风的计算提供依据。

适用于高岩温隧道中的高性能隔热轻骨料喷射混凝土

高岩温环境中隧道的结构体系通常以"普通喷射混凝土+防水层+有机隔热材料+模筑混凝土衬砌"为主,因高岩温影响普通喷射混凝土的性能降幅显著,有机隔热材料的耐久性也得不到保障,很难满足隧道工程100年的设计使用寿命要求。基于以上背景,提出一种全新的高岩温环境中隧道的隔热思路和方法:即采用"高性能隔热轻骨料喷射混凝土"代替"普通喷射混凝土初期支护+有机隔热材料",喷射混凝土兼做结构层与隔热层。设想通过胶凝材料和骨料改性,添加无机纤维等技术,利用宏观试验和低场核磁共振微观分析方法,实现喷射混凝土在特定环境的使用功能,研制形成适用于高岩温环境的高性能隔热轻骨料喷射混凝土材料,为进一步拓展喷射混凝土的应用范畴和提升高岩温环境中隧道修建技术奠定理论基础。

高岩温发电引水隧洞支护结构全过程温度场分析

针对我国西北地区出现的高岩温引水发电隧洞,以布伦口—公格尔水电站的高岩温引水发电隧洞为背景,基于施工过程仿真,以110℃,90℃和60℃的初始岩温、5℃和10℃运行水温对引水发电隧洞全过程温度场分布规律的影响进行研究,揭示围岩不同初始温度场和设计运行水温对高岩温引水隧洞全过程温度场分布影响规律。结果表明初始岩温越高,支护结构内外温差越大;受运行低水温冲击作用,运行初期支护结构1d内出现了高速率的降温,严重影响支护结构安全性;设计运行水温对支护结构温度场分布有一定影响。

高岩温低湿环境下铁路隧道混凝土耐久性研究

依托在建铁路隧道工程,针对高岩温对隧道衬砌混凝土耐久性能的影响,通过试验室模拟现场高岩温、低湿度的施工环境,研究高岩温对纯水泥混凝土、单掺粉煤灰混凝土和双掺粉煤灰、矿粉混凝土耐久性能的影响规律,并从微观形貌方面分析高岩温对混凝土耐久性能的影响机理。结果表明:高温、低湿养护环境下,3种配合比的混凝土的耐久性能均随养护温度的升高而降低,抗氯离子渗透性能单掺粉煤灰混凝土最好,纯水泥混凝土最差;抗碳化性能基本相当;微观上分析单掺粉煤灰混凝土结构更密实、孔隙率更小。

高岩温低湿环境下隧道混凝土配合比设计及养护研究

依托在建铁路隧道工程,针对高岩温对隧道衬砌混凝土配合比及养护的问题,采用了室内实验的成果,指导了现场施工。高岩温隧道衬砌混凝土水泥应选择粉煤灰硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥;掺合料建议选择粉煤灰;配合比设计时,应提高一个强度等级;混凝土浇筑以后,在终凝以前应对混凝土进行覆膜养护;终凝以后,要加强保湿养护,延长洒水养护至28 d,同时加强通风。现场施工时不方便采取覆膜养护工艺的,浇筑后可以在混凝土表面涂敷水玻璃型养护剂进行养护。

高岩温TBM施工隧道的通风效果研究

为了在高温环境下保证施工人员健康和TBM的正常使用,对国内外高岩温隧道热害展开调研,采用理论分析和数学计算的方法,提出了高岩温TBM施工通风效果计算模型,对不同岩温、不同风量和不同风温条件下的掘进段通风效果进行计算分析。研究结果表明:围岩放热是高岩温TBM施工隧道的主要热源,在无通风条件下进行TBM施工时,预测空气温度与周围岩温基本呈线性递增关系;增大通风量可较大程度地改善高岩温隧洞空气温度,但是单纯地加大送风量不具有经济性。

高岩温对喷射混凝土性能影响研究进展

在一些重大隧道工程中经常会发生高岩温现象,高温会导致喷射混凝土的工作性能、力学性能和耐久性能劣化,从而影响隧道结构的稳定性和安全性,因此研究高岩温对喷射混凝土性能的影响至关重要。本文综述了近年来有关高岩温对喷射混凝土力学性能、耐久性能和微观结构影响的研究进展,介绍了高岩温下喷射混凝土的改性措施,并对今后针对高温隧道热害问题的防治措施进行了展望。

强震区高岩温隧道刚柔并济综合减灾技术研究

为进一步提高强震区高岩温隧道的震时安全性,文章以吉沃希嘎隧道为研究背景,利用有限差分软件对强震区高岩温隧道的刚柔并济综合减灾技术进行了研究。研究结果表明:仅施设减震层后,隧道结构的减震效果以及隔热效果分别为40.91%,1.4%,减灾效果有限;仅采取围岩间隔注浆措施,隧道结构的抗震效果以及阻热效果分别为46.39%,1.9%,降低了围岩对二次衬砌结构的压力,减灾效果明显;采取围岩全环间隔注浆并施设减震层,隧道结构的抗减震效果以及阻/隔热效果分别为63.38%,2.7%,刚柔并济综合措施的减灾效果最佳。研究成果可为强震区高岩温隧道的抗震减灾设防设计提供参考。

高岩温引水隧洞支护结构稳定性分析

文章以水库引水隧洞为研究对象,通过有限元软件模拟引水隧洞区段穿越高温岩层,分析敏感参数对围岩以及支护结构稳定性的影响。研究表明,增加支护结构的厚度可以限制支护结构的变形;降低引水隧洞内部初始围岩温度能有效限制支护结构的受力变形;提升引水隧洞内部水温能有效限制隧洞和支护结构变形。提升输水的水头,引水隧洞支护结构的变形和渗流力逐渐增大,增加了隧洞变形,严重时引起破坏。

强震区高岩温隧道橡胶板减震层隔热减震效果分析

本文以强震区拉日铁路吉沃希嘎高岩温隧道为研究对象,通过FLAC3D有限差分数值模拟软件分析橡胶板减震层对高岩温隧道的隔热减震效果影响.研究结果表明:施设减震层后隧道二衬温度整体降低,隔热效果最佳位置是右拱肩处;施设减震层后隧道二衬安全系数整体增加,减震效果最佳位置是右边墙处.研究成果可为强震区高岩温隧道隔热减震技术的发展提供技术支撑.