高寒高海拔特长公路隧道温度场分布效应

为了深入分析高寒隧道的温度场分布规律,依托西藏高寒高海拔珠角拉山特长公路隧道,采用数值模拟与数理统计的方法,重点探讨了隧道通风时间、围岩初始温度和隧道埋深3个变量下的围岩温度场分布规律,并引入调热圈概念,得到珠角拉山特长公路隧道调热圈深度与隧道通风时间函数关系式。研究结果表明:不同围岩初始温度下的调热圈是一样的;围岩径向深度越大,其温度变化对围岩初始温度变化越敏感;围岩初始温度越高,监测点的温度变化速率峰值越低,且整体温度变化速率也较小;根据Pearson相关系数分析,调热圈深度与隧道埋深、围岩初始温度无关。     

高寒高海拔特长公路隧道温度场分布效应

为了深入分析高寒隧道的温度场分布规律,依托西藏高寒高海拔珠角拉山特长公路隧道,采用数值模拟与数理统计的方法,重点探讨了隧道通风时间、围岩初始温度和隧道埋深3个变量下的围岩温度场分布规律,并引入调热圈概念,得到珠角拉山特长公路隧道调热圈深度与隧道通风时间函数关系式。研究结果表明:不同围岩初始温度下的调热圈是一样的;围岩径向深度越大,其温度变化对围岩初始温度变化越敏感;围岩初始温度越高,监测点的温度变化速率峰值越低,且整体温度变化速率也较小;根据Pearson相关系数分析,调热圈深度与隧道埋深、围岩初始温度无关。     

多年冻土区隧道传热模型及温度场分布规律

针对高温多年冻土区隧道传热模型及温度场分布规律开展深入的理论分析、数值模拟和现场监测研究。首先，基于热传导理论，建立隧道衬砌和围岩径向传热模型，利用叠加原理和拉普拉斯变换法求得寒区隧道衬砌和围岩的温度场理论解；其次，建立洞内空气的传热微分方程，根据能量守恒原理，建立隧道纵向洞内空气与洞壁的气-固耦合传热模型，结合径向温度场理论解，提出多年冻土区隧道衬砌、围岩及洞内空气的三维温度场计算方法，该计算方法可考虑围岩、衬砌、保温层等多层传热介质及隧道沿洞轴线的不同埋深；最后，根据依托工程现场实测数据，反演围岩的热物性参数，并运用推导的隧道纵向传热模型和横向传热模型，分析姜路岭隧道不同冻土区内衬砌和围岩中的温度场分布规律。研究结果表明：在隧道径向，多年冻土和非冻土围岩温度都会随洞内气温的变化而产生波动，距离围岩表面越近，温度振幅越大，且热量在围岩径向传递过程中有一定的滞后性；在隧道纵向，在一年中最冷时刻，隧道衬砌及围岩温度呈“两端低，中间高”，此时姜路岭隧道围岩、二衬表面最高温度分别为-2.72℃，-7.80℃；在一年中最热时刻，衬砌温度呈“两端高，中间低”，此时姜路岭隧道二衬表面最低温度为1.92℃，但由于受围岩初始地温的影响，围岩表面的温度呈倒V形，最低温度为-1.22℃。     

高烈度地震区公路隧道抗震设防长度的三维数值模拟

以某高烈度地震区浅埋公路隧道洞口段为研究对象,采用有限元数值分析方法分析隧道洞口的抗震设防长度及其影响因素。结果表明,Ⅲ类围岩的深埋隧道洞口,在进洞约4倍隧道跨径后衬砌结构内力响应明显减小;在Ⅱ类围岩浅埋洞口段,整个浅埋段的衬砌结构内力响应均无减缓迹象;隧道洞口抗震设防长度的设置不仅与围岩类别有关,还与洞口段埋深有关,当洞口浅埋且地质状况较差时,抗震设防长度一般应覆盖整个浅埋段。     

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。     

寒区隧道结构抗防冻试验研究及仿真分析

高寒地区修建交通隧道的主要技术难题是隧道主体结构尤其是洞口带的结构抗防冻能力、运营期间的安全性及结构的长期寿命等问题。根据鹧鸪山隧址区水文、地质条件,进行隧道主体结构及围岩温度的现场测试研究,得出了隧道区环境温度、隧道结构体和围岩的温度场变化规律,并结合结构和围岩的热力学试验,对围岩及隧道结构的温度场分布进行仿真模拟分析,分析3种不同保温材料的隔热保温性能,从而为隧道的抗防冻设计提供参考。     

浅埋偏压隧道围岩松动圈的影响因素分析

浅埋偏压隧道存在较为不利的非对称压力,易造成隧道发生塌方等事故,建设过程中采用合理的隧道支护力学参数显得尤为重要。围岩松动圈理论为隧道支护提供了可靠依据,但浅埋偏压隧道围岩松动圈的影响因素较多、原因复杂;通过对隧道现场充分的调查分析,遴选4个主要的影响因素:地下水、隧道岩层产状、隧道地形偏压情况以及隧道埋深;基于二次正交组合设计原理,采用4因素5水平试验方案,通过声波测试,按照对应设计水平进行了17次隧道现场围岩松动圈测试。经过计算分析得出显著性最大者为围岩含水情况,其次为隧道埋深和偏压率,岩层产状对围岩松动圈影响最小。     

基于变分法原理的浅埋隧道围岩压力上限研究

浅埋段隧道上覆岩土厚度随埋深发生变化,且受地形条件影响,有必要考虑埋深对隧道支护结构设计的影响。为得到变化埋深条件下洞口浅埋段的围岩压力分布和影响长度,基于Hoek-Brown 破坏准则,采用极限分析上限理论,得到浅埋段隧道上方塌落体的构成曲线,并基于变分法原理获得浅埋段隧道极限支护力(反力为围岩压力)沿隧道轴向的变化规律曲线。通过分析,得到以下结论: 1)围岩压力随上覆土厚度增加而呈曲线增加; 2)依据围岩压力随距离(埋深)的变化关系可以得到浅埋段的有效影响范围,超过影响范围的围岩压力几乎不随埋深变化,可以视为深埋段; 3)围岩压力和浅埋段临界范围不仅与岩土材料参数有关,也受到隧道断面宽度和地表坡度的影响。     

小净距隧道稳定性影响因素的数值模拟

运用ANSYS数值模拟手段,对不同埋深、净距、围岩等级的小净距隧道进行三因素四水平的正交试验,通过对不同因素组合下隧道帮部、顶底板应力及位移的综合分析,结果表明:埋深对隧道围岩的应力影响最大;围岩等级对隧道顶底板的位移影响最大;埋深对远离中夹岩柱的帮部位移影响最大,而围岩等级对靠近中夹岩柱处的帮部位移影响最大.     

复杂地质条件下大断面隧道洞口段支护参数研究

隧道洞口段的施工被认为是隧道工程施工的重点、难点。现结合某超大断面隧道洞口段存在浅埋偏压等复杂地质条件的特点,通过采用FLAC3D软件模拟了在不同隧道埋深与不同支护措施加固下隧道洞口与边坡的稳定性,根据模拟结果,选择合适的支护参数以保证隧道洞口段施工的顺利进行。研究结果表明:隧道埋深对边坡稳定性及隧道结构有显著的影响,但对边坡的影响在埋深超过25m后就不再明显;支护措施强度的增加能显著控制隧道结构的变形,但对边坡稳定性的影响十分有限。若隧道埋深很浅,建议先对隧道洞口边坡偏压段采用反压护拱等手段进行优化处理。     

寒区隧道浅埋段温度场解析解

依据传热学中的固体热传导理论,结合寒区隧道浅埋段传热特征,建立了考虑地表和洞内气温联合作用下的浅埋段隧道传热数学模型。为便于求解,根据空气温度周期变化的特点,运用热叠加原理把复杂温度边界条件下的隧道瞬态传热问题分解为温度周期变化下的瞬态传热问题和恒温边界作用下的稳态传热问题,综合运用分离变量法与Laplace变换法相结合,理论推导隧道浅埋段温度场的解析解,并将其与隧道温度场实测数据进行对比验证,理论解与实测值的误差为4.5%,理论解达到了工程精度要求。分析隧道埋深、洞内气温和保温层厚度对隧道温度场的影响规律,并建立了寒区隧道浅埋段保温层厚度的设计计算方法,可为工程人员提供指导。     

隧道洞口浅埋偏压段施工性态数值模拟分析

针对渝湘高速公路斑竹林隧道软弱围岩洞口浅埋偏压段施工难题,采用数值模拟手段对施工过程进行计算分析.分析计算结果,得出主要结论:水平方向的围岩变位相对比较大,可能大于隧道围岩竖向位移;右隧道(埋深大)围岩拱顶特征点处竖向位移大于左隧道,围岩位移值最大值达到22.63 mm,发生在开挖时左隧道右边墙处.结合现场监控量测成果分析,证实了数值分析的正确性.基本掌握了山岭隧道洞口浅埋偏压段围岩和衬砌的变形、应力变化特征,认为该类型隧道围岩变位是隧道施工过程中需要控制的关键性因素.     

软弱围岩浅埋小净距隧道合理净距影响因素探讨

考虑不同跨度、埋深、高度和初始地应力等条件对软弱围岩浅埋小净距隧道进行数值模拟,以中间岩柱塑性区是否贯通为判别标准,对小净距隧道合理净距影响因素进行分析。结果表明:小净距隧道合理净距随着隧道埋深加大而逐步增大,随围岩侧压力系数减小而增大,相同埋深、相同跨度的小净距隧道,其合理净距随隧道高度增大而增大,而偏压对合理净距的影响不明显,此外不同条件下的围岩初始应力场和重分布应力场的差异导致围岩破裂角改变,设计计算围岩压力也会随之改变,进行小净距隧道设计优化或变更时应当考虑这些因素的影响。     

“5.12”汶川大地震后四川部分公路隧道震害初步分析

5.12汶川大地震对四川省内的交通设施造成了极大的破坏,其中公路隧道也出现了不同程度的震害。初步统计四川省境内公路隧道在地震后出现的各种震害形式与特征,包括洞口区域、洞门、衬砌、路面、排水系统等典型部位的病害。在此基础上,对此次地震中省内公路隧道病害的主要影响因素如地震参数、隧道埋深、围岩地质条件、断层错动、施工因素等进行了初步分析。     

厦门翔安海底隧道陆域不良地质段施工技术

厦门翔安海底隧道是我国第1条用钻爆法施工的大断面海底公路隧道。厦门岛内从洞口到海域长达1 170 m为Ⅴ级围岩地段,岛外翔安端洞口到海底1 310 m为Ⅴ级围岩地段,加上海域5条风化深槽,Ⅴ级围岩占50%左右,这在国内外属少见的不良地质海底隧道;隧道从洞口埋深5m到海域最大埋深25m,埋深长距离在1倍洞径左右,系长距离超浅埋和浅埋暗挖隧道;地层遇水软化、液化,施工十分困难。根据不良地质段的情况,选用了CRD和双侧壁导坑法2种施工方法,并总结了厦门翔安海底隧道陆域浅滩富水砂层段施工方案,     

地质、地理和工程条件对隧道围岩温度场的影响探析

隧道围岩地温能受隧道的地形地貌、地质条件、隧道通风、洞口气象条件等多方面因素影响,本文利用寒区隧道温度场理论计算公式,定量分析上述因素对寒区隧道围岩地温的影响。     

深埋复合式衬砌隧道二衬分担比研究

为研究深埋复合式衬砌隧道二衬分担比,首先,介绍了基于"叠合梁"理论的初支与二衬荷载传递机理;然后,统计了31座隧道120个断面围岩与初支及初支与二衬间接触压力的监测数据,研究了围岩压力与围岩级别、埋深等参数的相关性,系统分析了经验公式计算的深埋隧道围岩压力与实测值的差异性;最后,将运用修正的"叠合梁"理论计算出的不同围岩级别二衬分担比与实测值对比分析,并讨论了"叠合梁"理论计算二衬分担比的适用性。结果表明:深埋复合式衬砌隧道围岩压力总体随着围岩级别或隧道埋深的增加而增加,而与隧道跨度﹑高度无明显联系;经验公式计算值与实测值接近程度从优到劣依次为:普氏理论、《公路隧道设计细则》(2010)、太沙基公式;《公路隧道设计细则》(2010)适用于埋深小于800 m的围岩压力预测;Ⅲ,IV,V和Ⅵ级围岩的二衬分担比多集中于20%～30%,30%～45%,40%～70%,隧道地应力高、围岩条件差以及初支未及时施作等因素可能是少数断面二衬分担比过高的原因;"叠合梁"理论计算的二衬分担比值受支护材料物理力学参数的影响甚微,而受初支厚度与二衬厚度的影响颇大,"叠合梁"理论不适用于IV级及以下围岩二衬分担比的计算,V和Ⅵ级围岩二衬分担比可按"叠合梁"理论计算值的70%预测。     

季节性寒区隧道温度场规律数值分析

为研究季节性寒区隧道围岩温度场的变化规律,以吉林图珲高速东南里隧道为依托,通过ANSYS建立数值模型,分析了深埋和浅埋条件下围岩的温度随保温层厚度的变化规律。结果表明,相同时刻沿衬砌表面从拱脚到拱顶路径的温度值不断减小,在拱顶位置处达到最小值;隧道衬砌及背侧一定深度内围岩各点的温度时程曲线呈正(余)弦函数变化,并且随着距衬砌表面距离的增大,围岩温度时程曲线呈现出的正(余)弦波动趋势越不规则,振动幅度也逐渐减小;保温层安装位置对围岩温度场的影响较小,而围岩最低温度的变化则主要集中于前5年内。在隧道防抗冻设计中,保温层厚度不能一味增大,应根据现场的岩体和温度选取经济有效的保温方法。     

沥青路面温度场影响因素分析

为分析温度场对沥青路面的影响,依托新郑高速的气温数据,采用ABAQUS有限元分析软件,建立了夏季沥青路面温度场模型,研究了路面结构深度与太阳辐射时间对路面温度场的影响,通过变化材料热物理参数研究路面温度场随材料热物理参数变化的规律。结果表明:路面结构对环境温度的变化有消减作用;路面结构内部温度响应受环境温度影响,同时具有衰减性与滞后性;路面温度随导热系数、比热容的增大而降低,却随导温系数的增大而升高;材料热物理参数中导温系数对路面温度场的影响最大,比热容的影响最小,导热系数介于中间。     

浅埋偏压连拱公路隧道施工数值模拟分析

对于浅埋偏压连拱公路隧道,在洞口软弱围岩段。采用三导洞配合台阶法施工是可行的。其施工顺序应采用先埋深较浅一侧隧道再埋深较深一侧隧道。在施工中。中墙不会因为地表的偏压和不对称施工而产生过大的倾斜,从而影响中墙的稳定性。在施工中及时施作初期支护有利于控制围岩的变形．从而满足围岩的稳定和施工的安全。当地形较低一侧埋深太小时。应采用人工回填土的方式来增大覆盖层厚度,以便满足隧道进洞的最小埋深．同时应采用管棚加固措施。