隔热保温技术在多年冻土隧道中的应用

结合青藏铁路多年冻土隧道的设计, 通过对多年冻土特殊性、寒区隧道病害及冻胀机理的分析, 提出了多年冻土隧道设计中应用隔热保温技术的思路.     

隔热保温技术在多年冻土隧道中的应用

结合青藏铁路多年冻土隧道的设计，通过对多年冻土特殊性、寒区隧道病害及冻胀机理的分析，提出了多年冻土隧道设计中应用隔热保温技术的思路。     

考虑不均匀冻胀土体-衬砌隧道在寒区的振动响应

在频域内研究简谐均布荷载作用在寒区不均匀冻胀土体-衬砌隧道中的动力响应问题。将衬砌与冻土间视为紧密接触,冻土及非冻土间由于组构、性质间的差异可发生相对移动,在考虑覆盖于隧道周围冻结土体发生不均匀冻胀的前提下得到简谐荷载作用在衬砌内径所引发的系统振动解析解。根据非冻土、冻土以及衬砌间的连续条件和边界条件得到待定系数,并得到寒区隧道系统中不同介质的位移以及应力的解析解。对具体参数模型进行算例分析,发现：隧道系统的介质（衬砌,冻土及非冻土）参数变化会对冻土环向应力幅值、不同冻结状态土体径向位移幅值及其基频产生影响;不均匀冻胀会改变外荷载作用下隧道周围冻土中的动力响应;寒区隧道系统径向位移幅值随距离隧道圆心的增加呈现衰减的趋势,非冻土径向位移幅值较冻土减小明显。     

盘道岭隧道维修工程设计与施工技术

丹东盘道岭隧道始建于1981年，隧道限界高度仅为3．5m，且隧道内漏水严重，已不能满足行车需要。隧道维修设计中为了不破坏原隧道衬砌，采取了隧道下卧方案。施工中为了控制原衬砌结构下沉量，采取了跳槽马口开挖方式。经实践证明采取的措施是有效的。     

昆仑山隧道洞内防排水及衬砌隔热保温层施工技术

介绍了高原多年冻土世界第一长隧道——昆仑山隧道洞内防排水及衬砌隔热保温层的设计特点, 通过材料性能优选和工艺试验, 选定了适宜于高原多年冻土隧道洞内防排水及衬砌隔热保温层施工的材料, 并制定科学、合理的施工方法和工艺, 确保昆仑山隧道工程质量.     

寒区有隔热层的圆形隧道温度场解析解

在多年冻土地区修建隧道,会影响到多年冻土的热稳定性,目前一般采用在隧道衬砌中设置隔热层的方法来防止冻土嗣岩融化.根据隧道现场实测的气温资料,考虑正弦曲线规律变化的对流换热边界条件,建立了一次衬砌、隔热层、二次衬砌及围岩4层结构的圆形隧道热传导方程.运用微分方程求解方法和贝塞尔特征函数的正交和展开定理,对4个热传导方程进行了求解,得到隧道一次衬砌、隔热层、二次衬砌及同岩4层结构温度场的解析解,将计算结果与现场实测结果进行比较,吻合良好.计算结果还表明,在衬砌中铺设厚5 cm、导热系数为0.03 W·m-1·℃-1的隔热层可以保证风火山隧道围岩不发生季节性融化.该解析解可用于验证其它数值方法的计算结果,也便于工程设计人员和施工人员对同类寒区隧道进行温度场的计算,因而具有一定的工程应用价值.     

温度场控制在多年冻土隧道施工中的作用

多年冻土隧道工程首先遇到的问题是如何解决开挖与衬砌的矛盾,因为开挖作业与衬砌施工所需的温度场不同,隧道开挖需要较低的温度场以利于无支护毛洞的稳定,而衬砌施工需要较高的温度场以利于混凝土强度的增长。通过数值模拟分析,提出多年冻土隧道施工温度场的控制参数,并将多年冻土隧道的开挖施工划分为4个阶段：安全施工阶段、相对安全阶段、安全预警阶段和安全隐患阶段。根据这4个阶段的特征,提出各个阶段应采取的相应工程措施,尽可能降低施工风险。通过全方位监测隧道洞内温度场的变化,指导开挖和衬砌的施工。     

隧道衬砌冻胀压力问题研究

冻胀压力的量值和分布不仅取决于围岩的性态和气象条件,而且同衬砌结构的材料、刚度以及施工质量密切相关,从岩石和土层两种围岩中衬砌承受冻胀压力的机理出发,探讨其计算方法.通过计算分析,对寒冷地区隧道衬砌的设计和施工提出了若干建议.     

基于广义Winkler弹性地基梁理论的梯形渠道冻胀力学模型

寒区渠道衬砌冻胀破坏现象普遍,而渠道的防冻工程设计大多依赖工程实践经验和定性认识,具有一定的随意性和盲目性,对衬砌结构所受的冻胀力计算缺乏简明、合理的方法。考虑冻土与衬砌的相互作用和冻土地基的连续性,基于广义Winkler地基梁理论并结合有限差分法,推导了渠道衬砌板冻胀挠曲线微分方程,建立了梯形渠道冻胀力学模型,给出了衬砌渠道法向冻胀力及切向冻结力的计算方法。同时,考虑渠道衬砌冻胀破坏的极限承载力以及冻胀过程中坡脚上抬位移对实际冻胀力的削减和释放效应,避免了冻胀力及衬砌结构内力计算值过大。为验证模型的合理性,以甘肃省靖会总干渠梯形渠道为研究对象,对其进行冻胀破坏计算。结果表明：模型由于考虑了衬砌结构与冻土间的相互作用,渠道衬砌板法向冻胀力呈非线性分布,修正了工程力学模型线性分布假设;与工程力学模型相比,冻胀力数值在坡脚处增大、跨中减小、底板上增大,计算结果更符合工程实际。研究提出的冻胀力学模型科学合理,简便快捷,具有更好的通用性,可为寒区渠道的抗冻胀设计提供参考。     

冻土隧道冻胀力室内模型试验研究

详细地介绍了曲墙式、直墙式和圆形断面隧道衬砌在约束条件、隔热保温层及含水状况等因素变化情况下的相似材料冻胀力室内模型试验,通过分析试验得出不同衬砌断面在各种因素影响下衬砌和围岩间冻胀压力的量值和分布特征,以及由冻胀压力引起的结构内力分布特征。研究表明,直墙式断面受冰胀力最大,曲墙式次之,圆形面最小;曲墙式、直墙式断面冻胀力均呈分布荷载形态,前者拱脚及仰拱脚处冻胀力最大,后者边墙、底板处冻胀力最大。     

雀儿山隧道冰碛地层冻胀力原位测试及计算分析

以国道317线雀儿山隧道为工程依托,进行了隧道洞口冰碛地层的冻胀力原位测试,同时结合数值模拟、理论模型计算等方法,得到了冻融圈厚度、冻胀压力以及冻结前后衬砌结构内外测的应力。在此基础上,计算得到了衬砌结构的轴力、弯矩分布和变化规律,并与已有研究结果进行了比较分析。研究结果表明：寒区隧道洞口段冰碛地层作为高原常见季冻土受低温影响显著,低温持续22 h时冻融圈厚度达2 m左右;采用隧道冻胀力计算模型计算得到的冻胀压力在19.8～158.3 kPa之间,原位测试的冻胀压力在40～240 kPa之间,其中拱脚处最小,仰拱处最大;冰碛地层冻结前后的衬砌结构内侧、外侧应力各自具有复杂的变化和分布规律,冻结状态下衬砌结构轴力呈“扇”形分布,弯矩呈“蝶”形分布。与相关研究成果比较分析表明,现场采用的原位测试方法合理,结果更准确。     

新疆阿克苏地区水工建筑物抗冻害技术调查

阿克苏位于新疆南部的天山南麓,塔里木盆地北缘,东西长约500km,南北宽约350km,总面积11×10~4km~2。本区气候为典型大陆性干旱气候,空气干燥,降雨量少,蒸发量大,冬季严寒,冻结深度大,夏季则相当炎热。历史最大冻结深度、解冻时间及最低气温列于表1。 处于河流上中游段的乌什、柯坪、拜城、温宿等县和生产建设兵团几个农恳团场,由于当地砂石料或块石储量丰富,运距较近,当用混凝土和圬土构筑渠系水工建筑物时,一般能按设计要求,采用较大的尺寸和较厚的砂砾垫层。据调查,对于冬季停水的建筑物,由于地基透水性强,故冻胀破坏一般不严重。但对于冬季输水的渠系建筑物,由于混凝土分缝未作止水处理,砂砾地基中充满水分,因此渠道混凝土衬砌常因里外不均匀冻胀而破裂。例如,渭干河新沙干渠总闸以下2.5km的渠道混凝土衬砌板,特别是     

渠道基土冻结时温度场和应力场的数值模拟

本文用有限差分法计算了渠道基土冻胀过程中二维不稳定温度场的分布规律。模拟计算了渠道基土由于冻胀作用而对砌体产生的冻胀力。计算结果表明,在渠底和渠坡下部衬砌体所受冻胀应力最大,冻胀应力随深度呈衰减趋势。在两侧边界部位,由于受边界约束作用,冻胀应力随深度呈衰减—增大—衰减的震荡趋势,若使衬砌体完全不发生位移,即使在弱冻胀条件下,表面约束应力也达0.5×10~5N/m~2,可见用刚性衬砌约束冻胀变形是不行的,必须采取综合措施进行防治。     

基于有限元的混凝土衬砌渠道冻胀性能研究

提高渠道衬砌工程质量水平,需要对混凝土衬砌渠道冻胀特性及影响因素进行研究。按照大U形混凝土衬砌渠道断面,利用FEA有限元数学近似分析法,对渠道冻胀特性进行瞬态数值模拟。模拟结果表明：各监测点在冻胀过程中相对外部冻胀量、法向冻胀力、以及切向冻胀力均存在一定的滞后现象,与工程实际中大 U形混凝土衬砌渠道冻胀实际特性相符。 FEA有限元数学近似分析法能够准确模拟渠道冻胀特性,为工程研究提供了一种新的计算机模拟仿真思路。     

水质分析在重庆笔架山隧道防腐设计中的应用

我国是拥有隧道数量最多及总长度最长的国家。同时也是隧道病害最严重的国家之一。由于隧道的主体是处于天然介质环境中的人工地下结构，在运营中会出现衬砌腐蚀等多种病害和危害。进行合理的防腐设计对隧道的安全、舒适、正常运营具重大意义。在南方富含腐蚀性介质地区，地下水容易沿衬砌的各种孔洞渗流到衬砌内侧，成为隧道渗漏水，对衬砌混凝土等产生侵蚀作用，造成衬砌腐蚀。故地下水对混凝土的侵蚀性是隧道防腐设计的重要组成部分。作者在掌握笔架山隧道工程地质、水文地质资料及查明环境水含腐蚀性介质的来源、成分基础上，利用隧道水简(化学)分析、地质调查、裂隙水统计等手段定性及定量评价环境地下水对衬砌混凝土腐蚀程度。认为基岩地下水不会对衬砌产生化学腐蚀。从而科学地修正了隧道的防腐设计。此结论及时反馈于施工，在后来的施工中取消了耐腐蚀混凝土及其它混凝土外加剂，节省了投资，加快了施工进度。     

东北大兴安岭多年冻土区工程地质特征及评价

土体在冻结状态具有极高的压缩模量, 具有弹性体的工程地质特征。但是在冻土地温升高过程中, 这种特征急剧衰减, 产生蠕变和流变, 建筑物地基强度降低, 导致建筑物基础破坏。同时土体在冻结过程中产生的冻胀作用也将导致建筑物基础的破坏。东北大兴安岭地区多年冻土为高纬度低海拔多年冻土, 其分布具有明显纬度地带性特点。本文在分析该区多年冻土分布特征及冻土工程地质特点的基础上, 对由于土体的冻胀和融沉导致的建筑物基础的危害进行分类研究, 针对性的提出了用热棒降低土体温度以保证多年冻土稳定及用排水的方法减少水对建筑物地基多年冻土影响的工程病害处理措施。     

地质雷达在风火山隧道病害检测中的应用与结果分析

青藏铁路全线开通运营以来,对处于高寒地区的永久冻土隧道之一的风火山隧道的质量状态首次进行了无损检测。风火山隧道处于高寒永久冻土区,隧道全部处于冻岩中,两端洞口主要为砂岩与泥岩,并且为富冰冻土。受到季节性冻融的影响,隧道病害比较突出,主要表现为衬砌裂缝,漏水涌水,衬砌酥松剥落。为了准确地掌握风火山隧道衬砌结构质量状态,本文首次应用于风火山隧道衬砌结构的质量检测。该检测设备一改传统破坏式的检测方法,具有快速、简捷、无损、灵活的特点。通过对现场数据处理分析,可以精确探测衬砌厚度,查明衬砌背后存在的空洞和回填不密实区域。检测结果表明,隧道在高寒恶劣环境中,衬砌总体外观质量尚好,但是在两端洞口段有渗水现象;衬砌背后空洞缺陷等级为严重地段测线长度为20m,等级为极严重地段测线长度为98m;衬砌背后回填不密实缺陷等级为严重地段测线长度为41m,等级为极严重地段测线长度为33m。检测结果与实际病害情况基本相符。     

大坂山公路隧道防寒保温门的原理及应用

大坂山隧道地处严寒地区,年平均气温－3．1℃．无论隧道衬砌层是否敷贴隔热保温层,其围岩都要形成多年冻结圈．相应的衬砌表面应力超过混凝土的强度,终将形成破裂等冻害．若设置防寒保温门,合理地控制其开闭,经估算,防冷冻的效率高达近80％,围岩肯定不形成多年冻结．年平均气温－1℃定为严寒气候与中等寒冷气候的分界．在严寒气候条件下,防寒保温门是公路隧道防冻害的首选对策．     

寒冷地区输水渠道冻胀破坏链式分析及减灾研究

寒冷地区输水渠道在运行过程中,由于持续负温的影响,地温逐步下降,引起渠基土体水分分布发生变化导致土体冻胀,致使输水渠道结构破坏,这种作用影响所表现出来的链式效应是冻胀破坏作用的重要特征。为了探明寒冷地区输水渠道冻胀破坏机理,分析渠道的冻胀破坏因素,引入链式破坏理论进行分析。从系统理论出发,分析冻胀破坏系统的链式关系结构,建立冻胀破坏链式效应关系模型。以寒冷地区渠道衬砌结构冻胀破坏为例,分析经过一个冻融周期,渠基土体颗粒、土体成分组成、气温、地温变化规律和土壤水分迁移规律对渠道衬砌结构冻胀破坏的影响。分析渠道衬砌结构冻胀破坏链式机理,是在外部环境气温、水分等条件输入下,地温分布受土体性质及土体水分的影响,土体水分迁移受地温和土体性质的作用,土体产生冻胀是对地温和水分分布作用的响应,以此为依据提出寒区渠道冻胀破坏断链减灾方法。     

共和-玉树高速公路多格茸段冻胀丘与公路路基的相互影响

冻胀丘是土层中水分向冻结锋面大量迁移集聚,并且冻结膨胀使地面隆起呈丘状的一类冰缘地貌。冻胀丘的本质特征是存在纯冰核或高含冰地层,冻胀丘地表的隆起高度即代表了地下冰层的累计厚度,在工程建设中一般采用避让措施。在我国冻土区公路建设中,过去尚未遇到道路穿越冻胀丘的先例,正在建设中的青海省共和-玉树高速公路（简称共玉高速）在玛多县多格茸盆地横跨几个冻胀丘,对公路建成以后安全运营造成潜在威胁。以共玉高速建设里程K430+070处道路所跨的冻胀丘为例,基于地温监测数据和冻胀丘钻探资料,探讨公路建设对冻胀丘下覆冰层的影响及由此带来的路基稳定性问题。监测发现目前路基下多年冻土上限已经下降至冻胀丘高含冰地层位置,由于沥青路面的强吸热性,未来冻胀丘路段将发生持续沉降。如果多年冻土完全融化,该段路基有可能发展成热融湖塘。