寒区隧道围岩温度场变化规律及防冻保温分析

为解决寒区隧道的冻害问题,通过对现有寒区隧道保温措施调查分析,以青海省红土山隧道为依托,建立寒区隧道围岩温度场有限元分析模型,引入隧道环境温度实际监测数据作为模型分析温度参数与边界条件。分析了不同环境温度条件下保温层厚度对隧道围岩温度场的影响,计算了不同隧道环境下应铺设的保温层厚度,得到了不同风速、风温条件下隧道围岩温度场变化规律,探讨了沿隧道纵向分区段设置不同厚度保温层的效果。研究成果可为寒区隧道的保温防冻提供理论依据,并可为类似工程提供借鉴。     

乌鞘岭特长隧道排水系统设计

随着铁路建设的“跨越式”发展,长大隧道将越来越多,“长隧短打”的施工模式在较长时间内仍会延用,而因此带来的隧道排水问题将更加突出;如何充分利用水沟的排水能力,减少工程投资将尤为重要。根据乌鞘岭隧道建设特点,分析其排水系统的设计难点及其特殊性,给出辅助坑道排水系统与正洞排水系统的衔接设计、洞内水沟水量的平衡及洞外排水系统保温等工程处理措施,为类似工程提供借鉴。     

预防富水铁路隧道道床翻浆冒泥病害的设计施工措施探讨

针对富水铁路隧道内道床翻浆冒泥病害,以现行铁路隧道通用图为基础,结合富水隧道地下水水量大且具承压性的特点,对通用图中洞内防排水设施功能分析后提出改进方向,形成以降水压、消隐患、排渗水的富水隧道洞内防排水设计方案总体思路;并提出了富水隧道洞内增设降水井,调整双线隧道侧沟位置并加深,优化中心水沟井壁设计,道床板下增设渗水盲管等具体防排水改进措施。针对隧底存在虚碴层问题,提出采用水平光面爆破开挖,增加人工清底工序,按隐蔽工程验收及无损探测检查等具体施工质量控制措施。该设计施工预防措施经工程验证是有效、可行的。     

高寒山区隧道温度场及冻害控制措施研究

为探究高寒山区隧道的冻害问题并提出针对性的措施,针对九绵高速白马隧道现场冻害情况,通过有限元模拟了山岭隧道洞口段的冻害问题,分析了寒区隧道在低温下的围岩与衬砌温度场及其随时空的变化规律,探究了不同位置的冻结深度及中央排水沟深度,并针对冻害问题提出针对性的措施,现场采取措施后有效减小了冻害的发生。研究表明：(1)隧道低温效应及围岩冻害沿纵向逐渐减弱,地表低温及隧道低温在洞5.6 m处冻结影响区出现分离,洞内10 m范围内衬砌温度变化较快,隧道的拱顶和拱肩更易发生冻害,拱脚最不易发生冻害;(2)衬砌温度降低呈现两段式,在50 d后,衬砌温度趋近于最终值,越往洞口外侧的围岩对温度越敏感;(3)隧道前地表受洞口拱底下侧围岩温度影响,在近洞口处冻结深度快速下降,洞口段山体表面在纵向上冻结深度缓慢下降到定值,拱底冻结深度最大可达5.43 m,拱底冻结深度前期增长较慢,20～50 d增长较快;(4)通过模拟发现保温层能减小拱底冻结深度,保温水沟能增大水沟温度,减小其受外界负温影响,现场采取相应措施后减小了隧道冻害的发生,监测的保温水沟温度变化验证了保温水沟的作用。     

寒区隧道冻害防治研究进展

冻害防治长期困扰寒区隧道,传统方法主要从加强支护衬砌结构、改善防排水效果、采取保温隔热措施等几方面着手,效果仍不理想。论文通过梳理以往寒区隧道冻害防治的基础理论与工程措施,提出供热防冻是解决寒区隧道冻害问题的根本方法,并从节能、环保的角度对衬背U型供热管方法和施工缝衬背双源供热排水防冻方法进行了探讨,可供进一步研究和试验参考。     

重载铁路隧道设计技术探讨

为解决重载运输条件下铁路隧道设计难题,通过大秦线铁路隧道病害的调查资料,对重载运输诱发的隧道病害及其原因进行总结分析。依托山西中南部铁路通道隧道设计经验,提出重载铁路：〖JP〗 1）软弱破碎围岩大于1000m或软岩高地应力段长大于500m的隧道、4km以上突水突泥风险等级较高的岩溶隧道优选采用2个单线隧道方案; 2）单线隧道仰拱矢跨比取1/6.5、双线取1/10.5,可以满足30t列车轴质量要求; 3)隧道内坡度不应小于3‰、富水地层不小于5‰,提出防排水措施实现运营可维护; 4)计算确定了轨下结构设计参数; 5)对隧道内轨道结构过渡、轨下及隧底结构过渡段采取了设计措施; 6)提出了隧道基底普查及承载要求。     

寒区隧道洞口衬砌开裂和道床冰害原因分析及整治

为解决寒冷地区隧道内部产生的冰害问题,以东北地区某铁路隧道为例,采用综合分析的方法,对案例隧道洞口衬砌开裂、渗水以及道床冰害产生的原因进行研究,并提出相应的整治措施。研究结果表明:1)隧道洞口围岩衬砌开裂主要由围岩冻胀力引起,采用喷涂保温层+防火砂浆的保温措施以及锚杆补强和裂缝嵌补的结构措施可以有效避免衬砌的开裂;2)引起道床冰害的洞内水主要来源于洞口路堑的积雪融化水和仰拱局部渗水,采用双侧水沟布设电加热设施、洞口道床底部设置小型挡水坝并加设横向电加热设施和进口路堑位置及路堤零填段设置挡雪设施的措施可以有效解决道床冰害问题。     

考虑隔热层的寒区隧道围岩温度径向传播规律及相关参数研究

寒区隧道围岩径向温度传播规律对隧道保温设计具有重要的指导意义。目前寒区温度场的研究多为现场实测与理论分析2个方面。为得到寒区隧道支护结构与围岩温度沿径向变化的规律,自行研制了温度模拟足尺试验仪器,并在此基础上开展了无隔热层与有隔热层2种条件下的模拟试验,分析了隧道围岩径向温度场变化规律。结果表明： 模拟环境温度为-12.5 ℃条件下,无隔热层时,90 h时环境温度降到-9 ℃,初喷混凝土层与围岩的交界面处的温度降低至0 ℃,当温度进一步降低时,围岩出现冻结状态,且随着时间的推移,冻结范围逐步扩大,192 h时环境温度降低到-12.5 ℃,各界面温度基本达到稳定; 设置4.5 cm隔热层时,由于隔热层作用,450 h时支护结构混凝土及围岩内的温度均大于0 ℃。结合试验最后确定了隔热层、隧道支护混凝土与围岩的导热系数与导温系数,结果可为寒区隧道保温设计提供依据。     

寒区隧道工程防排水现状与思考

伴随着“一带一路”政策的出台，寒冷地区修建公路和铁路的隧道工程也会随之增加。其中，寒区隧道防排水系统的防寒设计和施工是该地区隧道工程修建过程中面临的重点和难点，尤其是隧道建成后的渗漏水与冰冻是寒区隧道的顽症，长期以来一直困扰着我国寒区隧道的安全行车与运营管理。以西部寒冷地区大量隧道工程为研究对象，阐述了目前寒区隧道工程的防排水现状，通过仔细对比与研究寒区隧道工程的冻害情况，分析了寒区隧道工程发生渗漏水的原因，同时，提出了寒区隧道工程防排水的改进性措施与建议。     

基于对流-导热耦合作用的寒区隧道保温隔热层研究

寒区隧道的抗冻措施研究对隧道建设有重要意义,基于对流-导热耦合作用的非稳态传热有限差分计算模型,计算分析寒区隧道多年冻土和非冻土段外贴式及中隔式保温隔热层的保温隔热效果,并对寒区隧道纵向铺设保温隔热层后的抗冻效果展开研究。结果表明:1)在非冻土地层外贴式保温层保温效果较佳,在多年冻土地层中隔式隔热层隔热效果较佳,两者效果相差不大;2)受周期性入口风温的影响,隧道衬砌背后温度呈现周期性变化,变化幅度逐年递减。在材料、施工允许的前提下,建议采用外贴式保温隔热层;设计时,保温隔热层厚度应作经济技术比选。本文研究成果可供寒区隧道设计者与研究者参考。     

高寒地区隧道防排水系统抗冻害设计

本文针对高寒地区隧道冻害产生的主要原因,创新设计传统隧道防排水系统,提出分区防排水、环向管直排、内敷保温装饰层等技术措施,并应用于实际工程,实现隧道防排水系统的抗冻害设计。     

寒区隧道冻害成因与若干防治新技术

对寒区隧道冻害进行了分类并探讨了其成因,特别是对衬砌结构因冻损伤的原因进行分析,并将其分为衬砌结构因壁外冻胀损伤和因壁内冻胀损伤两种类型。分析表明,前者对结构的影响较小,后者对结构的威胁较大。针对寒区隧道衬砌结构容易发生裂缝的现象,提出了减少温变过程中的不利约束,预防衬砌出现较大温度应力,进而预防衬砌裂缝发生发展的工程措施。在寒区采用背贴式止水带预防衬砌施工缝渗漏的方法存在不足,宜以中埋式可排水止水带取代。环向排水管应直通中央排水管,在围岩富水且衬砌壁后中、下段环向排水管易冻的隧道区段,沿环向排水管宜设置条带状局部保温层。在隧道潜在冻害威胁较大的区段,通过在衬砌壁后设置电热带穿线管,可提供电热融冰的隧道防冻预案。试验工程表明,可排水止水带、直通中央排水管的环向排水管、电加热融冰等技术在寒区隧道中应用效果良好。     

富水区城市道路隧道防排水体系设计与施工

富水区城市道路隧道建设的主要问题是确定适宜的防排水体系。以深圳市东部过境高速公路连接线工程为依托,通过分析工程水文地质条件,提出具有针对性的防排水设计施工措施。对于富水区城市道路隧道而言,通过设置止水帷幕、采取围岩注浆等措施可改善围岩性能,结合喷射混凝土、二衬、施工缝等防水措施,建立隧道分区综合防排水体系,以确保隧道施工及运营期的安全与稳定。     

寒区公路隧道保温防冻及节能技术分析

为应对寒区隧道冻害,防寒保暖研究不断朝着节能、绿色环保方向发展。结合现场调查,讨论和分析了主要保温方法的研究成果和应用现状,结果表明,铺设保温层等被动保温措施不能彻底消除冻害;使用电加热初期投资少,但后期运营成本较高,带来污染;地热能作为可重复再生的、清洁环保的一次能源,将其应用于寒区隧道的防冻保暖,可以实现节能减排;并分析了利用地热能进行隧道保温防冻的优化设计方法;进一步提出了未来寒区公路隧道防冻害的发展方向。     

对公路隧道内排水方式选择的看法

隧道防排不是隧道设计中重要一环，本作通过对国内一些已建成并通车一定时间隧道的调研，结合通车后的实际情况，对隧道内两种排水方法：中心水沟排水和侧沟排水的各自优点缺点提出一些认识和看法，供同行参考。     

从当前铁路隧道衬砌典型病害谈设计施工改进措施

铁路隧道对运营安全性要求极高,特别是高速铁路隧道。通过系统研究分析隧道衬砌典型病害（仰拱上拱、涌水、拱顶掉块风险）的原因,提出设计施工需改进的工程技术措施建议： 1)仰拱上拱的主要原因是地下水、构造应力、膨胀力、施工质量、结构刚度不足等,建议采取加强隧底防排水、加大仰拱矢跨比、加强仰拱结构刚度和强度、确保仰拱施工质量等措施; 2)涌水的主要原因是岩溶等复杂的水文地质条件、排水设施未充分发挥作用、施工质量缺陷等,建议采取加强水文地质勘察及施工地质评估、优化排水设计、提高衬砌施工质量、加强运营维护管理等措施; 3)拱顶掉块风险的主要原因是拱部衬砌存在空洞、厚度不足、施工缝缺陷等,建议采取优化施工缝结构设计、加强开挖和防水板铺设质量控制、配备先进工装设备等措施。     

严寒地区隧道洞口渗井排水技术探讨

为缓解严寒地区隧道排水口易冻堵、山体地下水流失严重等问题,在既有的路基渗井排水系统的研究基础上,分析总结前人的经验,然后针对寒区隧道特殊的排水结构和严寒地区恶劣的自然气候条件,对传统渗井结构进行优化设计,将渗井结构应用于隧道排水工程中,提出用渗井排水系统来代替传统的保温出水口完成洞口排水的任务。在满足渗水条件和排量要求的前提下,针对不同的水文地质条件设计3套渗井排水方案,同时给出各方案的设置参数和结构尺寸计算公式。文章提出的渗井排水系统相较传统的洞口排水方式最大的优势在于水流经过渗滤直接排入地下,可解决排水口易冻堵的难题,减少水分蒸发,有利于地下水资源的储存,符合绿色环保和可持续发展的理念。     

寒区隧道侧吹式空气幕保温系统及模型试验研究

冻害问题引起寒区隧道结构出现病害,不利于隧道的通行安全。为预防和控制关山隧道冻害的发生,提出一种新型的寒区隧道侧吹式空气幕保温系统。首先,构建空气幕阻隔效率的控制方程,并优化该系统的主要设计参数; 然后,设计并研制空气幕作用下保温装置内空气流场和温度场的试验系统,探究射流角度、射流风速、外界风速与阻隔效率之间的变化规律。试验结果发现： 1)空气幕射流角度最优值为55°~75°; 2)阻隔效率与外界风速呈反比,与射流风速呈正比; 3)侧吹式射流保温系统保温效果良好,可有效预防隧道冻害的发生。     

青藏寒区隧道及隧道群事故成因与对策探讨

随着青藏寒区隧道建设的快速发展,寒区隧道及隧道群的安全运营问题逐步显现.隧道安全运营的影响因素包括环境、道路、车辆、管理及人为因素.文中根据青藏寒区隧道的特点,分析各因素的影响机理,提出设计阶段在主体结构、管养和交通安全设施、隧道机电等方面应注意的问题及运营阶段在日常运营管理、应急状态下的应对措施.     

郑万高铁小三峡隧道溶洞综合处理技术

为解决隧道施工遇溶洞、岩溶管道、暗河等不良地质造成的突泥涌水、坍塌等问题,保证隧道施工及运营安全,通过工程技术人员对溶洞揭示情况、地质评价等情况进行综合分析,采用梁板跨越+外封内排+支护加强措施,介绍采用箱梁结构跨越溶洞与排水设计综合治理技术,并以郑万铁路小三峡隧道岩溶处理为工程实例。现场实践结果表明:1)采用梁跨结构,可跨越岩溶裂隙及溶洞破坏区段,提供稳固基础;2)采用地表河道铺砌措施及在隧道内溶洞区域设置排水通道,可有效减小地表水下渗;3)设计排水通道,起到溶洞水引排作用,排除隧底高水压积水,致使隧道轨面上拱风险。