冻融循环条件下寒区隧道衬砌的服役性能

寒区隧道贯通运营后,衬砌受到周期性变化的洞内气温引起的冻融循环作用,衬砌的物理力学性能随之产生劣化,导致衬砌的服役性能降低。本文通过ANSYS数值模拟,计算研究了冻融循环条件下寒区隧道衬砌的服役性能变化。在不铺设保温层情况下,寒区隧道衬砌服役年数大大降低,隧道运营17 a后衬砌安全系数不满足规范要求;非冻土段运营19 a后拱顶衬砌结构安全系数不满足规范要求。铺设保温层可使衬砌服役性能不下降,多年冻土段铺设2层5 cm保温层,季节冻土段铺设1层5 cm厚保温层,后拱顶处、拱腰处和边墙处衬砌服役性能无减小趋势,而拱脚处和仰拱处衬砌安全系数则不断减小。为保证拱脚和仰拱处衬砌安全,可在表面铺设保温层,并在仰拱和拱脚上加设1层保温层可使衬砌服役性不下降。若要使衬砌服役性能不下降,知亥代隧道多年冻土段保温层铺设厚度至少应为5 cm,非冻土段保温层铺设厚度至少为9 cm。

寒区特长公路隧道的抗防冻技术

论文在对世界范围内所应用的各种抗防冻措施进行调研分析的基础上,针对高寒地区特长公路隧道的特点,提出适合中国高寒地区特长公路隧道的抗防冻综合措施:在抗冻方面可采用抗冻混凝土、钢筋混凝土以及增大衬砌厚度的措施;在防冻方面可采用供热法、防寒门法以及隔热材料法等措施,其中在衬砌表面铺设隔热材料法更加安全可靠。

基于活塞风效应的严寒地区冬季典型地铁车站运行方案

将乌鲁木齐作为严寒地区的典型代表城市,以2种常见的站台门型式(安全门和屏蔽门)为基础,基于当地典型年和典型日的气象参数,研究了不同运行阶段及运行模式下的冬季地铁车站热环境。结果表明:地铁运行初期,地铁车站温度低于规范要求的12℃,综合对比各工况下车站温度和区间温度,屏蔽门+迂回风道闭式运行为最优运行方案,但仍需采取措施提高车站温度;地铁运行近、远期,虽然车站温度和区间温度较初期时有所提高,但在室外温度很低时,各工况下地铁车站温度计算值仍均低于规范要求的12℃,屏蔽门+迂回风道闭式运行仍为最优运行方案。

基于Hoek-Brown准则的寒区隧道围岩弹塑性分布影响因素分析

为定量确定寒区隧道开挖支护后的弹塑性应力场与塑性区半径,建立衬砌-正冻围岩-未冻围岩简化力学模型,以Hoek-Brown破坏准则为极限平衡条件,推导出寒区圆形隧洞理想弹塑性围岩的塑性区半径解析解。根据Mohr-Coulomb准则和Hoek-Brown准则的参数等效方法,对比了两种准则在不同原岩应力和围岩单轴抗压强度下塑性区分布的差异,并考虑了冻胀深度、衬砌弹性模量对冻胀力与弹塑性分布的影响。研究表明,围岩冻胀力σf与冻胀深度近似呈正线性相关,衬砌弹性模量在一定范围内对围岩冻胀力σf*有显著影响;塑性区半径Rp对围岩单轴抗压强度在一定范围内的变化十分敏感,甚至可达8~10倍洞径;高地应力条件下,基于Hoek-Brown准则与Mohr-Coulomb准则求解的塑性区半径与原岩应力p0的敏感性有差异,但均与原岩应力呈正相关。

寒区隧道新型维护型防排水系统研究

目前的寒区隧道防排水系统设计主要倾向于功能设计,而对于防排水的可维护性设计则很少。当隧道发生渗漏时,渗漏源头不易确定,处理起来难度大,费工费时。文章提出背贴充气式止水带和分贴充气式止水带,在渗漏发生时能准确判断渗漏部位,同时实现止水带与混凝土的密贴又能够防止渗水纵向流窜,并由此建立衬砌段可维护性防水的系统;提出中埋充气式止水带,解决普通止水带与混凝土粘结力差的问题,同时,该止水带在接缝发生位移错动后仍能通过再充气实现与混凝土的密贴,并由此建立接缝段可维护性防水系统;提出纵向排水井检查设计方法,解决纵向排水管因结冰或者泥砂淤积的影响,并由纵向排水井建立可维护性排水系统。

寒区隧道洞口段力学特性模型试验研究

以青海典型黄土隧道为背景,考虑隧道洞口段围岩的水热耦合环境,以含水率16%,18%黄土作为围岩材料,以有机玻璃为衬砌和洞门材料,进行相似比1∶50的寒区隧道洞口段室内模型试验,对冻胀作用下衬砌应力进行分析,并采用数值模拟方法对冻结过程进行温度场-应力场耦合计算。结果表明:2种含水率下围岩温度变化规律相似;随着含水率增大,围岩温度下降速率变快,衬砌切向应力和径向应力均增大;距温度加载位置越近,围岩温度下降速率越快;数值模拟结果与模型试验存在一定误差,但变化规律一致。

寒冻地区铁路隧道冬季施工保温技术

文章介绍了寒冻地区铁路隧道冬季施工中采用的保温和防冻措施,可供类似工程参考。

高原寒冷地区隧道施工技术

文章介绍青海省大坂山公路隧道在施工中解决防寒保温、防冻融、防冻胀等技术问题的措施。

寒区隧道防寒抗冻技术研究综述及抗冻设防新技术

对目前隧道防寒抗冻技术的研究现状进行综述,介绍了国内外防寒抗冻技术及其应用情况。探讨了寒区铁路隧道排水系统及隧道结构防冻技术,包括隧道结构保温层设置、季节性冻土区及多年冻土区隧道结构的抗冻方法;并对隧道防寒抗冻技术的前沿方向,如空气幕保温系统和地源热泵加热系统等方面进行了探讨,以期对隧道防寒抗冻技术的研究和实践提供有益的参考。

高海拔寒区铁路隧道保温排水技术研究

针对处于高海拔寒区的川藏铁路隧道的保温排水问题,本文总结了国内多行业的寒区分类以及国内外寒区隧道保温排水技术现状,通过调研高纬度寒区铁路隧道的冻害情况,分析了高纬度寒区铁路隧道按最冷月平均气温和年平均气温的设计分区方法。结合川藏铁路工程特点,提出了川藏铁路高海拔寒区隧道设计分区和保温排水设施的设防标准建议,同时分析了各类保温排水设施的适用条件。结果表明:(1)川藏铁路高海拔寒区隧道按年平均气温和最冷月平均气温可划分为3个设计分区;(2)高海拔寒区隧道洞口段的排水沟槽设计,可结合工点特点,按设计分区采用不同的保温长度和不同的结构形式;(3)保温排水沟的检查井及出水口宜采取保温措施。

中亚某国某公路隧道防排水系统设计浅析

寒区隧道建成后渗漏水和冻害是比较常见的病症,长期影响着寒冷地区隧道的运营。随着国家"一带一路"政策的落实,中亚地区隧道修建将更加普遍。论文根据对中亚某国某公路隧道防排水系统设计进行全面研究,采取"堵、防、排"等多方面措施,并对洞内路面排水系统进行保温加热,从而确保该隧道防排水高效。可为今后中亚类似寒区隧道的防排水设计提供借鉴。

天山寒区隧道的径向注浆施工技术应用

随着国民经济的快速发展,在西部地区需要修建大量穿越天山的寒区隧道。西部地区寒冷的气候及天山山体复杂含水的地质环境,经反复冻胀影响,势必造成隧道二衬混凝土开裂,导致衬砌的承载力大幅降低等严重病害,对隧道的长期运营带来一系列恶劣影响。本文从施工角度,通过有效的径向注浆施工技术使浆液在初支后岩层裂隙内扩散充填,实现堵水加固、止水防渗目的,进而达到长期防止冻胀的使用效果。

考虑冻融循环效应的非静水压寒区隧道应力场弹性分析

为综合研究冻融循环和非静水压力共同作用下寒区隧道应力分布的规律,考虑寒区隧道冻结围岩的不均匀冻胀特性和冻融循环对围岩力学性能的影响,基于复变函数方法,建立非静水压力作用下寒区隧道冻融圈整体冻胀模型,推导非静水压力作用下寒区隧道应力的弹性解答,对所得解进行对比验证和参数分析,讨论冻融循环次数、不均匀冻胀系数、侧压力系数、冻胀率等因素对寒区隧道应力的影响规律。结果表明:1)冻胀力随冻融循环次数、不均匀冻胀系数的增加分别增大了89%、26.7%。2)侧压力系数λ对冻胀力有着显著影响,当λ≥1时,冻胀力随方位角的增大而增加;当λ<1时,冻胀力随方位角的增加而减小。3)4种体积冻胀率参数中对冻胀力影响最大的是水热迁移系数,可使冻胀力增大36.4%。

寒区引水隧洞保温层设置比选及保温效果研究

为了研究寒区引水隧洞开挖完成后保温层的设置方式及保温效果的问题,以新疆某寒区引水隧洞为依托,通过有限元数值模拟研究了引水隧洞保温层的设置方式、设计厚度参数的比选。结果表明:寒区引水隧洞保温层设置在二衬表面的效果优于设置在初衬与二衬之间的,保温层设置在二衬表面;随着保温层、衬砌厚度增加,对应围岩的温度逐渐升高,厚度与温度呈线性相关。该研究结果可以提高引水隧洞的保温效果,同时节约材料成本,可为相关工程设计提供参考。

基于冻结深度的高海拔地区隧道防寒分区

高海拔地区特殊的自然环境引发了明显的隧道冻害特征,现有隧道防冻害措施主要采用设置保温层。然而,关于保温层设置原则却没有明确规定,使得现有规范标准难以指导隧道设计与施工。基于青海省高海拔隧道资料,结合已有研究资料,提出了以冻结深度为主,地下水、冻结期为辅的寒区高海拔地区隧道防寒分区,为高海拔地区隧道保温设计提供参考。

回头沟隧道围岩冻胀率实验研究

为了避免冻胀力对寒区隧道的影响,该文通过对回头沟隧道三个断面的裂隙进行现场调查,了解了各个断面的裂隙状况,并选取隧道围岩进行了岩石冻胀性试验,分析了不同温度下围岩应变随时间的变化规律,得到岩石的线性膨胀率。结合裂隙的发育情况,经过理论计算得到各断面的围岩冻胀率,为后期围岩冻胀力和隧道防冻的研究奠定了基础。

高寒特长隧道高应力富水环境下的结构技术研究

由于位于富水断层破碎带的山岭隧道地层岩性复杂、围岩破碎,地下水补给源充分,在施工中严重影响了隧道围岩的稳定性,极易发生高压突水等地质灾害。本文结合大坂山隧道富水断层破碎带的施工,通过使用FLAC3D有限差分数值模拟软件中的流固耦合模块,研究了该类高寒特长大隧道在高应力富水环境下的结构安全技术,分析了在断层破碎带区域施工过程中的渗流规律以及掌子面稳定性的流固耦合机理,并对隧道开挖过程中产生涌水灾害时掌子面前方水压、掌子面变形和掌子面塑性化规律进行了研究。在对比分析不同开挖方法的基础上,提出了合理的开挖方法和支护措施(采用小导管预注浆加固结合H175型钢进行支撑),有效地控制了围岩的变形,很大程度保证掌子面稳定。