川西高原隧道冻害类型与防冻设计参数研究

针对高海拔隧道防冻保温设计参数取值问题,文章对川西高原隧道冻害进行了实地调研,调研发现,目前隧道整体运行状态良好,其中部分典型病害需运营管理部门及时关注;在此基础上总结和分析了高海拔隧道保温厚度、保温层设防长度及保温水沟设计长度等确定方法,为参考使用者提供了建议;现场监测结果分析表明,采用既有经验公式来确定保温设防长度不合理,有必要结合川西实际情况进行修正;结合洞口气温条件和冷季洞口风速等条件对洞口保温层设防长度进行修正,提出相应的建议值;最后提出了一种既可节约保温材料又可实现保温效果的带空气格的阶梯式保温结构与铺设方法。研究成果可为川西高原隧道的设计、施工和运营维护提供参考。

季节性岩溶隧道结构安全预警体系构建及对策

为解决季节性岩溶隧道在持续降雨条件下结构失稳问题,通过总结分析部分既有季节性岩溶隧道结构失稳案例发现:持续强降雨对岩溶隧道地下水的充分补给,会短时间内导致衬砌水压力迅速上升,甚至超过衬砌结构承载能力,造成衬砌结构失稳破坏。基于隧址区瞬时降雨量、累积降雨量、降雨持续时间等降雨参数与隧道衬砌结构内力之间的对应关系,利用神经网络工具,建立降雨条件下季节性岩溶隧道结构安全预警体系。设计出一种当衬砌水压力达到衬砌结构容许水压力后可实现自动泄水降压的装置,避免了降雨条件下衬砌结构因短时间内承受水压过大而发生结构失稳破坏的现象,保障了岩溶隧道结构安全。研究成果可为季节性岩溶隧道设计、施工以及运营维护提供参考。

高水压富水隧道地下水处治理念与对策

针对高水压富水隧道水害防治难题,文章从环境保护和结构优化角度,提出"严堵+畅排"的地下水处治理念。"严堵"指通过施作全环注浆加固圈形成隔水圈,严格控制地下水排放流量;"畅排"指在形成全环隔水圈的条件下仍设置具有足够排水能力的排导系统将围岩渗水畅通排出,缓解甚至消除作用在衬砌上的水压力。高水压富水隧道排导系统的闭合性和排导能力是消减水压力的关键,透水层宜与凹凸防水板组合使用,建立立体防排水体系。为防止沿隧道结构的纵向"窜水"引起隧道病害,应积极采用分区防排水措施,分区单元长度应与衬砌泄水孔、隧道纵向坡度等协调。研究成果可为高水压富水隧道的设计、施工以及运营维护提供参考。

岩溶富水隧道水压变化引起的结构力学响应及防治措施

针对岩溶富水隧道水压变化引起的结构失稳破坏问题,通过采用数值模拟方法研究了不同影响因素下“全封堵”型衬砌结构的受力特征,结果表明:对于高压富水隧道,仅通过增加衬砌强度来提高隧道极限水头是不科学且不经济的,必须采用“排导”型衬砌,以减小作用在衬砌上的水压力。鉴于此,文章研究分析了仰拱下泄水洞、围岩径向排水孔、仰拱泄水降压孔及排水沟等减缓隧道衬砌水压力的措施,结果表明,这些措施均可在不同程度上有效减小衬砌水压力并降低水害程度,在实际施工中,可结合具体工程进行选择或组合使用。最后,结合具体工程案例,文章针对降雨条件下岩溶隧道衬砌背后和仰拱水压过大问题,采用了增设横向泄水孔和竖向降压孔的具体施工措施,该措施降水压效果明显,确保了衬砌结构的安全。研究成果可为岩溶富水隧道设计、施工以及运营维护提供参考。

寒区隧道洞口保温层设防长度确定方法探讨

高海拔寒冷地区隧道冬季常因低温环境影响导致洞口段产生衬砌开裂、挂冰等冻害问题,如何科学合理地确定寒区隧道洞口保温层设防长度是寒区隧道安全运营的关键。以雀儿山隧道为例,基于现有不同的保温层设防长度确定方法得到洞口保温层设防长度,并结合现场测试对比分析各种方法确定的设防长度值,探讨其优缺点。同时研究提出,针对两端洞口环境条件相似情况,在黑川希范公式中引入一个海拔系数;对洞口两端环境存在显著差异情况,特别是隧道内存在单向自然风情况,引入环境影响量,并在此基础上得出适用于高海拔隧道保温层设防长度计算的修正经验公式。

基于现场试验的川西高海拔隧道防冻参数研究

针对川西高海拔隧道防冻保温设计参数取值问题,文章基于10座典型川西高原隧道运营期洞内纵向实测温度数据,对川西高海拔隧道洞内纵向温度特征及防冻参数进行了研究。研究结果表明:川西高原运营期隧道洞内纵向温度分布类型可分为贯通型、弱对称型和非对称型3种;高海拔隧道长度愈长,冬季洞口与洞内的温差越大,川西高原隧道冬季洞口与洞内的最大温差和隧道长度呈线性关系;基于隧道洞口实测温度数据,提出了川西高原隧道洞口保温层铺设厚度的经验计算公式;结合洞口气温和冬季洞口风速等参数对洞口段保温层设防长度进行了综合分析,提出了川西高原长隧道或特长隧道洞口段保温层铺设长度的经验计算公式;川西高原隧道洞口段保温层设计宜采用动态设计方法,条件允许下应根据隧道贯通后实测纵向温度数据进行修正。

寒区隧道纵向温度场分布特征的模型试验研究

为分析寒区隧道洞内纵向温度场的分布规律及影响因素,研制了一种模拟寒区隧道纵向温度场分布的室内模型试验装置,分析了隧道长度、洞口气温和风速对寒区隧道纵向温度场分布的影响及其规律。结果表明:当洞口风速越小、洞口温度越高时,隧道长度对洞内纵向负温长度的影响越小;当洞口风速超过某一临界值、洞口温度低于某一临界值时,伴随隧道长度的增加,洞内纵向负温长度呈线性增大。当洞口风速越大、隧道长度越短,洞口温度对洞内纵向负温长度的影响越小;洞口风速一定的条件下,当隧道长度足够长时,伴随洞口温度降低,隧道内纵向负温长度呈线性增大。纵向防冻设防长度与洞口风速之间服从幂函数关系。洞口气温与风速对寒区隧道温度场的影响有相互促进、相互加强的作用。各因素对寒区隧道纵向温度场的影响程度排序为:洞口风速>洞口气温>隧道长度;针对具体寒区隧道,防冻设计应综合考虑各方面的因素并进行具体分析。

单向通风条件下高海拔隧道纵向温度分布规律及影响因素分析

文章通过建立三维CFD数值模型,研究了单向通风条件下高海拔寒区隧道洞内纵向温度场的分布规律及不同因素对温度场的影响。结果表明:当洞口平均温度高于-2℃,洞口风速小于1.2 m/s时,隧道衬砌表面会呈现出正温状态,可以不采取保温防冻措施;在同一洞口风速作用下,随洞口温度的降低,洞内纵向负温长度虽有所增加,但在围岩对洞内空气加热作用下,增加幅度逐渐减弱;在同一洞口温度作用下,随着洞口风速增大,进风一侧冬季0℃点位置会向洞内纵向延伸,增大隧道可能出现冻害的段落长度;基于正交试验,得出寒区隧道纵向温度场影响因素的敏感度排序为洞口风速>洞口气温>隧道长度;合理确定高海拔隧道保温层设防长度,需考虑洞口风速情况,寒区隧道选线应避免洞口轴线与风向平行的情况,应尽量与风向垂直或大角度相交。研究成果可为寒区隧道的建设与防冻设计提供科学参考。