寒区铁路隧道结构抗冻技术探讨

研究目的:受温度变化影响,寒区隧道衬砌结构易出现开裂、酥脆、剥落等病害。本文通过分析寒区隧道的环境作用,并通过调研我国寒区铁路隧道的结构冻害情况,归纳隧道结构的冻胀机理,提出寒区隧道结构的抗冻措施,探讨保温层在铁路隧道的适用性及设计方法、施工工艺,从而明确今后需要进一步研究的寒区隧道结构抗冻技术。研究结论:(1)寒区隧道衬砌结构冻害可分为特殊地层隧道围岩冻胀型冻害和结构缺陷型冻害,需采取相应措施进行控制;(2)负温差引起的温度应力作用,易导致寒区隧道衬砌开裂,需采取变形缝等构造措施;(3)季节性冻土区铁路隧道应慎用保温层;(4)本研究成果可为寒区隧道结构抗冻提供参考。     

寒区铁路隧道衬砌电热导流板研发及应用

寒区铁路隧道衬砌冬季易出现冻害。对冻害现状及其形成原因进行了分析,提出安装电热导流板的措施来预防衬砌冻害,并在扎尔斯台隧道进行安装和试用。结果表明:电热导流板的安装能有效地防止衬砌渗漏水,进而避免了隧道衬砌冻害的发生,整治效果良好,可为类似的寒区铁路隧道衬砌冻害整治工程提供借鉴。     

利用热管技术和地源热泵技术防治隧道冻害的研究

近年我国寒区隧道数量不断增加,而目前隧道冻害整治措施中的保温防寒等被动性措施效果不理想,因此研发高效、节能、环保的主动工程措施显得十分必要。对利用自然能源加热隧道衬砌的热管技术和地源热泵技术的原理及其在防治寒区隧道冻害的应用进行研究,并提供了若干国内外工程实例。建议交通工程管理部门就热管技术和地源热泵技术防治隧道冻害方面进行技术研发,形成定型新产品,制定生产安装维护技术规范,推广应用。     

寒区运营隧道冻害防治监测系统及应用

引起寒区冻害的因素十分复杂,隧道冻害预防与整治是一项复杂而艰巨的工作。以运营的准池铁路杀虎口隧道为工程依托,设计合理的冻害防治监测系统,通过对监测结果的分析,预测冻害的重点防治范围。研究结果表明:距洞口500 m范围内围岩有冻结可能,围岩最大冻结深度1.55 m,排水量较大区段位于下坡端进口段1 300 m范围内,因此冻害重点防治区段为进口端500 m范围内的软岩区段,预测冻害类型以衬砌渗漏水、衬砌开裂为主。     

寒区隧道温度场和排水沟埋置深度研究

研究目的:寒区隧道冻害问题时有发生,防排水对策是冻害防控措施的重要组成部分,其中尤以排水沟的合理埋置深度最为重要,该深度受温度场控制,被气象环境、地质环境和工程措施三个因素影响。鉴于国内外对考虑热流固耦合效应的寒区隧道温度场和排水沟埋置深度的研究较少,本文结合实际工程对此问题进行研究,以期为寒区隧道冻害防治提供技术支撑。研究结论:本文采用理论分析、数值试验、现场测试三种手段,基于流固耦合传热理论,对寒区隧道温度场和排水沟的埋置深度进行研究,得到结论如下:(1)揭示了寒区隧道温度场的时空分布规律,发现了区域冻结深度与隧道排水沟埋置深度的差异性;(2)研究寒区隧道排水沟埋置深度时,应以热扩散系数作为控制指标,密度、导热系数、比热容均为二级指标;(3)提出了排水沟埋置深度计算公式,该公式基于最冷月平均温度,考虑了地表岩土体和隧道围岩的热扩散系数的差异性,为寒区隧道排水沟设计提供了依据;(4)通过对东北某隧道温度场监测数据的深入分析,验证了该计算公式的正确性,可为后续类似隧道工程的防寒工作提供借鉴或指导。     

季冻性寒区隧道波纹钢排水沟性能研究

寒区隧道施工中,排水沟防冻害保护措施至关重要。本文依托太锡铁路太崇段崇礼隧道工程,对季冻性寒区隧道波纹钢排水沟的适应性进行相关研究,通过数值计算对波纹钢排水沟结构强度及防冻害性能进行分析,结果表明波纹钢排水沟在正常荷载作用下最大应力约153 MPa,管体水平和竖直变形约6 mm;在保温方面当波纹钢排水沟埋深2.5 m时可以保证其内温度不低于0℃,可以满足铁路正常运营。本文研究方法对今后工期紧张的寒区隧道排水沟施工建设具有一定工程价值和现实意义。     

铁路隧道工程可行性研究阶段风险评估研究

风险评估对于铁路隧道工程的建设和项目选线具有重要意义。针对铁路隧道工程风险评估在可行性阶段对应的风险类别与风险因素,建立基于AHP法的多因素模糊综合评价体系以及相应的隧道风险等级定量评判标准。模型根据专家对各风险类别和风险因素相对发生概率的定性评判,通过AHP法计算得到各风险类别和风险因素在整个风险评估体系中发生的相对概率,并将风险事件发生后果等级赋予相应的风险分值。最终结合得到的概率与风险分值通过模糊综合评价得到隧道综合风险评估分值和其对应的风险等级,从而对铁路隧道工程风险进行综合、定量、直观的评估。将A隧道运用该体系进行分析评价,得到其在可行性研究阶段的综合风险评估值为4. 774,风险等级为中度。     

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。     

基于AHP_熵权法的铁路隧道单双洞选型决策研究

研究目的:单双洞选型是铁路隧道结构设计的前提条件。为更加科学合理地对铁路隧道单双洞选型进行决策,在明确铁路隧道单双洞选型影响因素的基础上,建立铁路隧道单双洞选型决策指标体系,利用AHP_熵权法计算指标权重,并结合模糊综合评价方法制定指标评价标准。研究结论:(1)在AHP法的基础上,借用传递熵的理念评价了专家意见的优劣程度,提高了权重计算结果的客观性;(2)建立了推荐使用单洞双线、单双洞均可、推荐使用双洞单线3类指标情况,采用5个程度符合值语言确定指标隶属度,并利用模糊综合评价方法确定决策结果;(3)以川藏铁路朱岗山隧道为研究对象,对所建立的决策体系及评价标准进行应用及验证,决策结果与工程实际情况较为吻合,证明所提出的铁路隧道单双洞决策体系可以用于隧道单双洞初步选型,结果合理、可信。     

基于模糊综合评判的高速铁路隧道施工风险评估

高速铁路隧道工程施工中存在着许多不确定的风险因素,这些因素具有随机性和模糊性,一般的研究方法难以对其进行准确的定量分析。建立了高速铁路隧道施工风险评价指标体系,并利用层次分析法确定各级因素的权重。基于风险影响因素的层次性,提出了三级模糊综合评判计算模型,并利用模糊评判法确定隶属函数,划分了风险接受等级。以沪昆客专田家山隧道为例,应用三级模糊综合评判计算模型对该隧道工程的施工风险进行了分析。计算结果表明,该方法切合实际,可供同类工程借鉴。     

基于网络模糊综合评价的铁路隧道塌方风险分析研究

阐述铁路隧道塌方风险评价指标体系,引入ANP与模糊评价作为风险评估方法。综合利用ANP与模糊理论对铁路隧道塌方风险指标体系进行评价,介绍构建项目风险因素集、建立评语等级集合、构造二级指标模糊超矩阵、计算指标体系模糊加权矩阵,确定模糊判断矩阵、塌方风险模糊综合评判原理与算法。采用铁路隧道塌方风险指标体系及评价方法对石武高速铁路木兰隧道塌方风险进行识别与评价,证明其理论性和实用性强,可为其他同类工程提供借鉴。     

隧道瓦斯灾害危险性评价初探

研究目的:随着我国基础交通的建设和发展,穿越煤系地层和赋存瓦斯的隧道越来越多,隧道施工瓦斯灾害事故也在不断地增加,因此需研究符合隧道工程特点的瓦斯灾害危险性评价体系。研究结论:本文在研究我国大量已有瓦斯隧道的基础上,通过对影响隧道瓦斯灾害危险性的地质因素、瓦斯因素和施工时人为因素等研究,初步建立了一套较为完善的隧道工程瓦斯灾害危险性评价技术方法体系。该体系包括瓦斯隧道分级评价、瓦斯隧道施工危险性评价、瓦斯隧道施工掌子面突出危险性评价3个层次,从而保证了在隧道选线、设计、施工阶段均能实现对瓦斯灾害进行快速、准确的评价,进而采取相应的工程防治措施。     

基于运营风险的铁路隧道土建工程安全评价

针对我国新建铁路隧道工程缺乏完善安全评价体系的现状,基于隧道运营风险分析,提出隧道土建工程安全评价指标及各种风险源概率、经济与人员环境等的损失分级与评判标准,并以新建赣韶铁路钨都大余隧道作为背景工程,开展隧道土建工程安全评价,论述整个评价过程,对隧道土建工程安全评价方法、评价体系进行分析总结,为隧道土建工程安全评价与建设管理提供借鉴。     

包西铁路施工期隧道水平层状围岩稳定性评价与支护

以包西(包头-西安)铁路水平岩层区施工期间隧道围岩稳定性分析评价为主线,以保护围岩的自稳和指导施工为目的,从围岩的工程地质条件入手,通过对施工过程中围岩的变形破坏模式分析和围岩的稳定影响因素分析,确立了包西线水平岩层地区隧道围岩定性评价的工程地质评价体系,对隧道围岩分类评价和合理支护措施提供依据.     

严寒地区铁路隧道中心深埋水沟设置长度计算方法

严寒地区铁路隧道防寒措施的合理设置直接关系到铁路运营安全。通过对已建成严寒地区隧道排水通道局部结冰情况和太阳辐射对应关系进行分析,隧道洞口的太阳辐射大小是影响隧道排水通道局部结冰的关键因素。为降低隧道冻害在铁路安全运营中产生的危害,量化计算严寒地区铁路隧道中心深埋水沟的设置长度,建立了隧道洞口太阳辐射评价标准,并基于已建成的位于严寒地区铁路隧道优化后的中心深埋水沟设置长度,结合太阳辐射指标、最冷月平均气温,采用麦夸特法(Levenberg-Marquardt)非线性回归计算出公式待定参数,得到了严寒地区隧道中心深埋水沟设置长度计算公式。     

川西高海拔寒区富水隧道温度测试与冻胀分析

寒区隧道冻害问题与围岩温度及水压分布关系密切,采用铂金属热敏电阻元件与渗压计测试某寒区隧道的围岩温度与水压分布,以此为基础结合隧道实际,采用数值方法系统分析考虑渗流条件的温度场及冻胀力。研究结果表明:围岩水压力随时间变化基本稳定,在隧道边墙处约为60 k Pa,在隧底处约为80 k Pa,且在测试段落内水压沿隧道结构分布一致,地下水补给与排放处于平衡状态,基于实际入渗状态下的隧道洞口最大冻深达6.1 m,得到了最大冻深条件下冻胀力沿洞身的大小与分布。研究结果可为类似寒区隧道工程的设计与施工提供参考。     

季节性冻土区隧道保温层御寒保温技术研究

为了满足交通的便捷和时效性,我国修建在寒区的隧道工程越来越多。针对困扰季节性寒区隧道工程的冻害问题,以季冻区桦皮岭隧道为依托,开展寒区隧道保温层御寒保温技术研究。首先,开展现场环境温度和竖直钻孔隧道洞口段围岩温度场变化监测,获得计算模型所需精准温度荷载及地表活动层围岩温度场受影响范围;其次,建立基于Fluent流体计算软件的"围岩-衬砌-保温层-空气"气固耦合计算模型,并通过对比现场地勘资料验证计算模型的合理性;最后,对不同保温材质、不同铺设厚度和铺挂方式进行了对比分析。结果表明:围岩温度场随外界大气温度呈近似三角函数周期变化,但"滞后效应"明显;地表活动层围岩温度受影响范围约为8 m;设置保温层处内外温度存在"跳跃"现象,内外温差最高达8℃;硬质聚氨酯保温材料较聚酚醛泡沫塑料和泡沫玻璃御寒保温效果分别提高了近20.6%和80.9%;最优保温层厚度为5 cm,最优铺挂方式为衬砌内表面铺设。     

寒区铁路雪害特点及防治技术

寒区铁路雪害对线路养护维修、道岔转换、列车运行和工程建设有很大影响,特别是寒区铁路客运专线的建设,对雪害防治提出了更高的要求。为减轻雪害对铁路运输的影响,必须正确认识寒区铁路的雪害特点,设计阶段合理选择线路方案并采取可靠的工程措施,施工阶段因地制宜优化工程措施并确保工程质量,运营阶段掌握雪害发展规律并及时治理。应根据雪害类型、降雪量和最大积雪深度采取有效科学防治措施,在严重风吹雪地段设置阻雪设施和防雪棚洞,道岔采用电融雪装置,研发和配置适合铁路使用的清雪机械,重点雪害地段建立雪害监测预警系统,研发先进适用的雪害防治技术,最大限度地减轻雪害对铁路运输的影响。     

寒区铁路运营隧道渗漏水检测与整治技术

水害是运营隧道的主要病害,在东北寒区渗漏水是影响隧道围岩冻胀的重要因素。采用地质雷达对沈丹线分水岭隧道予以检测,针对不同渗漏水成因进行分类整治,并采用堵、排、引的综合治理措施。选定适合寒区各种渗漏水动水条件下快速封堵的化学注浆材料马丽散及新型的树脂SDUGC施工缝表面喷抺封堵材料,使隧道渗漏水从根本上得到治理,解决了寒区铁路运营隧道渗漏水治理难题。     

寒区隧道温度场分布规律及保温层适应性研究

为了研究寒区隧道的防寒保温设计问题,采用数值分析方法探讨不同外界气温、围岩地温以及有无保温层等条件下寒区隧道温度场的分布规律和保温层适应性研究,并采用叠加原理、分离变量法和贝塞尔特征函数建立列车风影响下寒区隧道温度场的计算模型,分析有无列车运行条件下寒区隧道温度场的变化规律。研究结果表明:由于二衬后出现负温分布对隧道衬砌结构安全性影响较大,因此建议将二衬后不出现负温分布作为寒区隧道保温措施的控制指标;在不考虑列车风影响条件下,保温层法最佳适用于最冷月平均气温为-2~-15℃的地区,当最冷月平均气温低于-15℃、围岩地温低于5℃时,保温层法应与主动保温措施相结合;当列车运行速度为300km/h、运行间隔为30 min时,通车与不通车相比隧道洞内中间位置平均气温下降约1.22℃,二衬后沿隧道进深方向出现负温的距离约增加36.8%。