季节冻土区公路隧道三维温度场时空分布规律

季节性寒区隧道温度场随时间和空间不断变化,为明确季节性寒区隧道温度场的三维时空变化规律,为季节性寒区隧道防冻保温设计提供依据,依托某季节性寒区公路隧道设计了现场监测方案,在隧道洞口段一定范围内布置了5个环境温度场测试断面和2个围岩温度场测试断面,采用现场监测方法获取了隧道洞内环境温度场和围岩温度场随时间和空间的变化规律,在此基础上分别建立环境温度场和围岩温度场时空分布的统计模型,并推导了围岩冻结深度随时间和空间的变化规律。结果表明:隧道环境温度与时间和隧道进深具有三维变化关系,同一个监测断面温度与时间呈正弦函数变化,多个断面平均温度随着隧道进深呈近似线性变化,多个断面的温度振幅随隧道进深呈对数函数变化;隧道围岩径向温度与时间、隧道进深和围岩径向深度3个指标均有关系,同一断面围岩温度随时间也具有正弦变化特征,围岩温度幅值随围岩径向深度增大呈指数规律降低,达到一定深度后温度幅值为零,围岩平均温度呈对数规律变化;围岩冻结深度随时间呈周期性变化,随隧道进深增加呈减小趋势。研究结果可为季节性寒区隧道防冻保温设计提供指导。     

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。     

寒区公路隧道温度场状态有限元模拟研究

依托我国西部某青沙山公路隧道地质和温度参数,采用理论分析、现场测试和数值模拟的方法,对高海拔寒区公路隧道温度场状态开展有限元模拟研究,确定寒区隧道保温防冻纵深和层厚参数以为寒区公路隧道的设计、施工和运行养护提供温度场状态研究参考。     

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。     

寒区富水隧道冻结圈围岩冻胀力演化规律研究

寒区富水隧道冻结圈围岩冻胀演化机制是影响其运营安全的关键科学问题。为探究冻结圈围岩的冻胀力演化规律,开展含水围岩低温冻结作用下三维地质力学缩尺模型试验；采用环境冷气进入洞内降温的方式,模拟隧道洞口段围岩温度场分布特征；利用微型压力传感器对含水围岩在低温冻结过程中的冻胀力进行实时动态监测,以获取不同含水率和冻结圈厚度围岩下的冻胀力时空演化曲线。采用多元回归分析方法,建立围岩冻胀率、冻结圈厚度与含水率等参数的拟合计算式；据此建立平面应变状态下考虑围岩含水率和围岩比重指标的冻结圈围岩冻胀力理论解。采用热应力方法模拟冻胀力演化特征,对冻胀力的理论计算值和模型试验测试值进行对比分析,进一步验证试验方法和理论解的合理性。研究结果表明：围岩温度场呈三阶段变化特征以及类似带柄状“正勺”形状分布规律；含水围岩温度场的下降阶段呈非线性分布特征；围岩温度表现出滞后于环境温度变化的趋势。不同含水率和冻结圈厚度下的冻胀力演化规律曲线形态类似,表现为孕育-发展-稳定变化特征。冻胀力理论解与现场实测数值偏差19.7%,与数值解、试验值偏差均在0~20%之间,所提出的冻胀力理论计算方法可为围岩含水率为0~60%范围和冻结圈厚度为0~8.0 m范围冻胀力取值提供参考。研究结论可为寒区富水隧道冻结圈围岩的冻胀力设计及预测研究提供支持。     

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。     

长大隧道工程结构安全风险精细化感控研究进展

长大隧道工程是中国重大基础设施重要组成部分,隧道结构周围岩土体性质不确定性高、周边环境敏感、使用条件苛刻,然而目前风险重评估轻控制的研究现状使得结构安全事故仍不断发生,损失严重。基于此,回顾作者所在团队以及国内外相关研究学者近10年来在长大隧道工程结构安全风险管控领域的研究进展,从安全风险时空感知指标、感知方法、感知网络技术、风险预警与控制技术4个主要方面总结风险感控理论与技术研究成果;通过揭示多重复杂环境条件下长大隧道工程结构安全风险特征演化机理,获得风险状态“安全精感”的敏感指标,利用研发的隧道工程结构安全状态的多参数无线感知方法和技术,实现隧道安全风险无线同步“灾变精知”,创建长大隧道工程无线智慧传感网络理论方法,攻克数据传输及超低功耗智慧组网“数据精传”难题,最后提出安全风险动态可视化预警及可恢复控制技术,突破长大隧道工程现场风险管控预警“风险精控”技术瓶颈,最终实现长大隧道工程结构安全风险精细化感控;介绍上述精细化感控体系在超长地铁隧道(连续20 km)、超大断面暗挖隧道(拱北隧道)、寒区隧道(低至-40℃)等重大复杂隧道工程结构安全风险感控中的成功应用案例,并对未来长大隧道工程结构安全风险感控研究热点趋势进行展望。     

基于瞳孔直径变化的隧道明暗适应距离分析

隧道洞口端是高速公路交通事故多发区,而隧道洞内洞外光线明暗变化是引发事故的主要原因之一,因此分析驾驶员进出隧道时的明暗适应距离具有重要意义。本文采用i View HED 4眼动仪对昆楚高速彩云隧道开展试验研究,研究发现驾驶人进入隧道后,瞳孔直径处于持续扩大状态,一直处于暗适应过程,表明隧道内部的照度不足;在出隧道口前的125m处,驾驶人进入明适应状态,驾驶人的瞳孔直径急剧变小;在出隧道50m后,驾驶人的瞳孔直径恢复至正常状态。通过对驾驶员明暗适应距离的分析研究,可为隧道明暗过渡段的照明设计提供参考,以期减少隧道洞口段交通事故。     

隧道开挖支护结构轴力应力数值模拟分析探究

案例情况简介;有限元模型的建立;支护结构轴力应力数值分析。本研究参考工程案例实用数据,借助Midas-GTS有限元数理模拟计算的方式,对隧道开挖支护结构轴力应力开展专题分析,探究上下长台阶法隧道开挖过程中支护结构轴力应力演变规律,以为同类隧道开挖工程应用提供研究和技术参考,助力建设安全牢固的公路隧道工程。     

寒区冻融环境下隧道衬砌结构耐久性分析

寒区冻融环境下,隧道衬砌普遍存在开裂、剥落、挂冰以及路面冒水、结冰等冻害,严重危及隧道的运营安全.结合大坂山隧道的实际工程情况,从隧道的冻害成因和冻胀机理出发,分析了围岩的冻胀膨压力对衬砌结构的作用特性和规律,以及衬砌混凝土在冻融作用下的损伤情况,得出主要结论有:围岩冻胀膨压力是影响隧道衬砌耐久性的主要因素;拱脚在断面内最先达到最不利状态,混凝土自身的特性直接影响其抗冻融破坏能力.并据此提出可行、有效的技术对策,对提高寒区冻融环境下隧道衬砌耐久性具有参考意义.     

山岳隧道施工受温泉流水影响之探讨

近年来,台湾开发的部分重大建设均牵涉山岳隧道的开挖,因台湾地处欧亚板块与菲律宾板块交界处,受其影响,常发现有温泉形成。隧道内如有温泉水流出,则相比一般隧道外的作业环境温度要高出很多,而大部分隧道会遇到温泉水的问题。本研究针对实际工程案例的现地探查数据及隧道开挖施工效率进行分析,探讨了温泉水对隧道施工的影响,以期为高温隧道开挖施工提供借鉴参考。     

基于Android平台的远程温度监测系统客户端设计

隧道温度场分析是研究寒区隧道冻害规律的关键,为了实现任何时间、任何地理位置条件下的实时远程温度监测,在GPRS远程温度监测的基础上开发出了一套基于Android平台的远程温度监测系统客户端软件。系统可以实现系统登录、用户管理、系统运行状况查看、历史曲线查看、实时监测数据查看和报表发送等功能。通过在东北季节性冻土区域隧道围岩温度场监测中的应用,表明应用本系统不仅降低了监测人员劳动强度和监测成本,也提高了监测水平。     

大断面隧道下穿松散地层的沉降监测及控制分析

基于云南省甸头超大断面隧道工程需下穿上方既有公路的松散地层区域工程建设实例,为保障隧道施工安全和上方公路的正常运营,结合现场地形地貌和地质条件,采用全方位地表沉降监测技术,实时反馈动态施工过程对上方既有公路造成的影响,并以此为据调整施工过程的进度、工艺等,进而控制隧道上部围岩横向变形差及变形速率。通过对监测数据的对比分析,地表沉降变形影响区域约为隧洞两倍直径范围,主要受影响区域约为一倍直径范围内;地表沉降全过程曲线一般可划分为三个阶段;给出了影响沉降变形的主要因素及相应措施,案例的监测研究结果和施工过程控制技术可为同类工程提供借鉴和参考。     

晋北地区气温的降尺度特征及其对隧道防冻的影响研究

本文对寒区隧道衬砌表面温度的动态监测以每小时变化为记录基准,对晋北地区气温变化特征进行了分析,揭示了寒区隧道在年度周期内经历的多频次短周期冻融循环特征,并探讨了其对寒区隧道混凝土材料和衬砌结构防冻的影响。     

隧道正交穿越顺层坡变形破坏处治方案研究

山区高速公路隧道穿越顺层坡发生病害频次越来越多,文章以乐业至百色高速公路隧道正交穿越顺层坡病害处治为例,分析隧道口坡体病害形成的原因并观察其空间位置、地质情况、变形特征、地形条件,研究显示此类病害分为滑坡变形及隧道开挖的协调变形,并有区别的提出处治方案和处治措施。研究可为类似的工程提供参考。     

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。     

寒区隧道保温层铺设方式与材料选型优化研究

为了改善寒区隧道的冻害问题,对寒区隧道的保温防冻进行研究尤为重要。该文基于改进层次分析与灰色关联分析理论,优选出适用于不同保温铺设方式且保温效果良好的保温材料;其次,利用数值模拟方法分别对采用不同保温材料及铺设方式时的隧道温度场进行计算与分析,得出保温材料与铺设方式相互组合时的温度场,根据“组合温度场”对比结果,得出最佳的保温方案。研究表明：采用“离壁式铺设+福利凯保温板”的形式为最佳保温方案,其优势在于离壁式铺设形成的空气隔热层与福利凯保温板层组成的双保温隔热层能有效抵挡负温的传递,进而降低对衬砌结构与围岩的影响,而且铺设时施工便捷、维护成本低。研究成果可应用于工程实际,减小冻害发生概率,为寒区隧道保温防冻设计提供参考。     

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。     

寒区铁路隧道保温排水设施设计标准研究

针对目前寒区隧道保温排水设施缺乏系统设计标准的问题,结合寒区分区及隧道保温排水技术现状,通过调研东北及华北北部地区寒区铁路隧道冻害情况,提出按气温条件的寒区铁路隧道设计分区方法;通过分析保温排水设施的适用条件,结合运营铁路隧道内及排水设施内的温度实测分析,提出不同分区的寒区隧道保温排水措施设置建议长度。结果表明:1)寒区铁路隧道可按年平均气温和最冷月平均气温划分为5个分区; 2)高式保温测沟仅在温度较高的寒区适应; 3)洞口一定范围段的水沟埋置于结构以下是寒区保温排水的有效手段; 4)长隧道洞身段采取保温措施后可以将水沟置于结构内; 5)有条件时长隧道宜采用人字坡,并加大隧道内的纵坡坡度,有利于改善排水条件,防止水沟冻结。     

川藏铁路某隧道不明气体成因机制研究

为解决复杂地质条件地区隧道工程建设中出现的不明气体问题,以川藏铁路某隧道出现不明气体为切入点,结合工程地质学、地球化学等学科交叉的研究方法与思路,对该不明气体的成因机制及演化特征进行研究,探索一种研究不明气体的新思路。基于现场采样测试与全天候监测,总结分析该不明气体成分特征及其演化规律,得出该不明气体为混合成因气体;同时,从不明气体的工程地质条件入手,着眼于区域油气资源和煤系地层的分布及区域地质构造、岩石裂隙发育情况,排除不明气体由其他地区运移而来的可能;在此基础上,进行岩石室内试验,通过对不明气体赋存环境进行地球化学分析,分别论证气体的有机成因及无机成因,得出该不明气体是原地产生的,经历了有机成因和无机成因2个阶段且储量有限,对工程后期影响不大,为隧道后期顺利施工提供了指导。