高地温区隧道排水管结晶生长室内试验研究

在隧道运营甚至施工过程中常出现排水管结晶堵塞的现象,而我国西藏、云南等地区建设的高地温隧道越来越多,因此需要探究高地温对隧道排水管结晶的影响规律。依据隧道地下水和结晶物的现场取样分析,在实验室配制试验溶液以综合考虑地下水和隧道初支混凝土的相互作用;通过自制水循环和加温试验装置,进行5组水流温度区间的隧道排水管结晶56d生长模拟试验,分析水流温度对宏观结晶体生长规律和微观电镜扫描(SEM)晶体形貌的影响。研究表明:随着水流温度升高,试验管段内的结晶量呈先升高后降低的趋势;当水流温度在40～50℃范围时,试验管段内结晶生成量最多(4.11g)。水流温度高低会对结晶体晶型形貌和晶体间堆积方式产生明显差异,且与温度无明显规律;其中水流温度在40～50℃时,结晶体形态多为规则的块状晶体且晶体尺寸最大,其长边约为7μm。     

在建隧道排水系统结晶堵塞试验

为了探究在建公路隧道排水系统结晶堵塞机理，分析隧道排水系统结晶堵塞的发展过程，自主研制了可模拟隧道初支混凝土、地下水渗流过程、隧道排水系统的试验装置系统。通过该系统模拟了富水隧道排水系统渗流结晶过程；通过检测隧道排水管排出溶液的pH值、总碱度、Ca²⁺浓度以及排水管内的结晶量等，研究了速凝剂掺量、地下水水质对生成结晶体的影响。结果表明：结晶体的主要成分为CaCO₃，结晶体中的钙元素主要来源于水泥；地下水的渗流过程会致使混凝土中的Ca²⁺析出，最终流出排水管或以CaCO₃结晶体形式沉积在排水管内；排水管流出溶液的pH值和总碱度变化曲线基本呈现先快速下降，后缓慢下降趋于稳定的趋势，结晶体生成的溶液环境pH值和碱性较高。对于一般水质：4种速凝剂掺量条件下排水管流出溶液pH值变化范围在11.4~12.6之间，初始总碱度最高达12 650 CaCO₃ mg·L^-1，稳定后溶液碱度均大于500 CaCO₃ mg·L^-1；对于碳酸氢钠型水质：4种速凝剂掺量条件下pH变化幅度在9.62~12.25之间；初始总碱度最高达1 252 CaCO₃ mg·L^-1，稳定后溶液总碱度均大于550 CaCO₃ mg·L^-1；0%和6%速凝剂掺量下结晶体生成量明显大于10%和20%掺量，10%掺量下结晶体生成量最小；碳酸氢钠型水质条件下，水泥水化产物Ca （OH）₂会直接和HCO₃^-发生化学反应，生成CaCO₃结晶体，较一般水质结晶体的生成速率更快，生成量更多。     

基于磁处理法的隧道永磁体排水管防结晶试验

为预防隧道排水管结晶堵塞，提出永磁体排水管关键技术指标，通过自制的永磁体排水管开展室内试验和现场试验，研究磁场强度、流量、磁体布置间距对永磁体排水管内结晶的影响，根据不同条件下结晶物的质量变化和SEM图像进行试验分析。结果表明： 1）磁场强度为0.1~0.3 T时永磁体排水管具有较好的防结晶效果，磁场强度超过0.2 T后防结晶效果逐渐降低，当磁场强度为0.4 T时永磁体排水管内结晶量反而大于普通排水管； 2）随着试验管段内溶液流量增大，永磁体排水管的防结晶效果增强，但当流量超过450 mL/s之后，防结晶效果不再随流量增大而增强； 3）经永磁体处理后，管道内的结晶物由规则的立方体形状转变为粗糙松散的不规则体，由硬质块状转变为粉末状，有从方解石向文石、球霞石转化的趋势； 4）随着管道永磁体布置间距减小，管道内最终结晶量呈下降趋势，在10、40、70 cm 3种永磁体布置间距中，最佳布置间距为40 cm。     

灰岩地区隧道排水管长期性能及化学结晶淤堵机理

南方湿热多雨条件下,灰岩隧道地区排水管化学结晶淤堵是影响隧道结构安全的重要因素,为有效解决排水管化学结晶处治养护技术难题,有必要探究湿热条件下灰岩隧道排水管化学结晶淤堵机理。在模型试验的基础上,采用离散元理论及刚-柔接触理论,对灰岩隧道排水管化学结晶淤堵全过程进行了模拟计算与分析,取得了一系列成果：(1)获取了隧道工程排水管渗流作用下位移场与应力场的分布规律及特征,验证了模型试验结果的正确性;(2)根据模型试验及数值计算得出的泄水量-时间变化规律,提出了灰岩隧道排水管最佳破晶第一养护时间节点与最晚破晶第二养护时间节点;(3)揭示了灰岩隧道排水管长期性能及化学结晶淤堵机理。     

岩溶区隧道排水管道结晶沉淀水动力影响因素试验研究

为揭示岩溶区隧道排水管结晶致堵机理,并探究水动力影响因素对管道结晶沉淀发育的影响规律,设计了以管道水动力因素为观察变量的模型试验,具体为:排水管道铺设坡度为3%、4%、5%的对照试验,液面高度为7.2mm、10.2mm、13.3mm的对照试验,管道内壁摩擦系数为0.12、0.21、0.53、0.65、0.69、0.83的对照试验。岩溶区隧道排水管结晶沉淀规律具体表现为:随着管道铺设坡度的增大,结晶沉淀速率逐渐减小;随着排水管道内壁液面高度的增大而减小;随着排水管道内壁摩擦系数的增大而增大,且管道内壁摩擦系数对管道结晶沉淀速率的影响有限。通过试验分析表明:控制岩溶区隧道排水管道沉淀结晶的并不完全是DBL层厚度,而水动力因素中液体流速、液面高度以及排水管道内壁摩擦系数等因素也会对排水管道沉淀结晶速率产生重要影响。     

岩溶区隧道排水管结晶规律模型试验

针对隧道排水系统出现的岩溶地下水结晶堵塞问题,设计模型试验,研究了岩溶区隧道排水管结晶规律.首先,基于腐蚀性分析及饱和指数法,测试了隧道岩溶地下水的离子成分和浓度,分析了隧道排水管内结晶物的形成及结晶趋势.其次,基于供水系统、回水系统以及目标管道系统3个部分,设计组装了模型试验装置,模拟了隧道现场结晶现象.通过模型试验...     

高性能混凝土收缩徐变性能的试验研究

试验研究了水泥用量、矿物掺合料、龄期对高性能混凝土收缩、徐变的影响规律。试验结果表明:在胶凝材料用量一定、水胶比相近的情况下,水泥用量越低,矿渣掺量越大,混凝土的收缩、徐变值越小;在高性能混凝土中宜选用比表面积低于444 m2/kg的矿渣,且矿渣和粉煤灰总掺量宜大于40%;混凝土的收缩、徐变在加载后90 d内增长较大,在120 d后趋于稳定。     

盾构施工影响下砂土地层变形规律模型试验研究

为了研究盾构施工影响下隧道埋深、地层损失率、颗粒级配对砂土地层变形规律的影响,设计由试验模型箱、隧道开挖模拟装置以及非接触试验监测系统组成的模型试验系统,利用该试验系统对10种试验工况进行研究。试验模型箱是由钢化玻璃板、底部钢板以及刚框架组合而成的开口箱体,砂性地层采用完全烘干的砂土来制作,盾构开挖过程通过一种能够精确控制地层损失率大小的小型圆筒状传动装置来模拟,试验过程中的地层变化利用视频测量系统进行监测。研究结果表明：随着隧道埋深增加,土体扰动范围逐渐向两侧扩展,地表最大沉降值逐渐减小;当隧道埋深临近土拱形成深度时,沉降槽宽度显著增加,隧道上方核心沉降区逐渐减小。地层损失率与沉降槽宽度之间存在明显的线性关系。砂土粒径越大,地表最大沉降值越小,沉降槽宽度越大;当最大粒径与最小粒径比一定时,地层沉降范围内的最大沉降量随着砂土粒径的增大而减小;当最大粒径一定时,地层沉降范围内的最大沉降量随着粒径范围的增大而增大。不同隧道埋深、地层损失率和砂土颗粒级配下的地表沉降曲线均具有类似高斯分布函数的形态特征,向隧道中线处急剧下降,向远处逐渐变缓,与地层变形规律相似。     

粉煤灰在水和碱溶液中pH值的变化研究

研究了粉煤灰加入蒸馏水和Ca(OH)2溶液中pH值的变化情况,并采用SEM对粉煤灰颗粒表面进行了观察。试验结果表明:试验采用的粉煤灰加入蒸馏水中后,溶液的pH值呈碱性,水固比对pH值的影响较小,而粉煤灰的品种对pH的影响较大。当粉煤灰掺入Ca(OH)2溶液后,初始pH值增大,但不管水固比和Ca(OH)2掺量的大小,初始pH值均在12.0以上。浸泡在水中的粉煤灰颗粒表面无明显变化,而浸泡在Ca(OH)2溶液中的粉煤灰颗粒在7 d前表面没有变化,28 d时超细粉煤灰和Ⅰ级粉煤灰表面出现刻蚀现象。     

斜向双线隧道近距离开挖诱发土体位移研究

为研究斜向双线隧道近距离开挖对周围土工环境的影响,依托上海市轨道交通11号线徐家汇站-上海体育馆站区间隧道盾构开挖工程,基于Mohr-Coulomb弹塑性土体模型,采用有限元数值计算软件,模拟斜向双线隧道盾构施工相互影响工况。以隧道相对位置为变量,对隧道施工引起的周边地层变形进行模拟,分析双线隧道斜向3种工况下隧道施工对周围土体变形的影响,得到以下结论： 1）地表沉降曲线在双线隧道水平距离较小时,主要呈单峰状态,且两隧道竖直距离越大,单峰效果越明显; 随着其水平距离增大,逐渐出现双峰效果。2）埋深较浅的隧道施工对地表沉降的影响较大,且隧道中心线以上的土体受扰动程度较大。3）3种斜向工况均在土体表面及较浅隧道附近出现较大的水平位移。     

植物纤维增强水泥管耐强酸强碱腐蚀研究

市政排水管道常用水泥管或钢筋混凝土管作为主要管材,市政污水可能会对管道造成腐蚀。研究了植物纤维增强水泥管在pH值为1、2、3、14的溶液中浸泡一个月的腐蚀情况,通过表观观测、质量和抗压强度测定,以耐蚀系数和质量损失率两个指标判定植物纤维增强水泥管在试验条件下的腐蚀情况。结果表明,植物纤维增强水泥管在强酸强碱溶液中浸泡一个月,质量和抗压强度均无明显损失,其耐久性有一定的保障,可以用作市政排水管道建设。     

市政给水排水管道的类型与选择

城市化进程对市政给水排水提出了较高的要求。市政给水排水管道主要埋设在地面以下,管道的安全性关系到供水的安全性、排水的及时性。所以合理地选择管道的类型对市政给水排水工程较为重要。该文阐述了给水排水管道的类型与选择。认为:塑料管以其水力性能好、耐腐蚀性能好,安装方便等优点在市政给水排水中应用越来越广泛。钢管的抗压能力好,在供水的输水管、污水厂区使用较多。钢筋混凝土管制作成本低,在超大管径的排水管与雨水管具有较大的应用空间。     

治理软土地区城市道路下排水管道开裂病害的探讨

由于软土地区的高压缩性,该区域的道路下排水管道受各种因素的影响,出现纵向垂直变位。在接口顶部,由于承受不了拉应力而开裂。排水管内水会渗入地层污染地下水,同时地下水也会带着土粒从裂缝中流入排水管内,并且引发路面坍塌或地下水污染等危害。该文对这些病害结合工程实例情况,提出了治理措施,可供类似工程参考。     

市域高速铁路顶管联络通道钢管节受力性能研究

上海市域高速铁路盾构段拟采用机械法顶管施工联络通道.由于隧道埋深较大,开孔率过大不利于主线隧道受力状况,因此联络通道衬砌拟采用无加劲肋钢管节形式.为了确定不同管壁厚度条件下的管节形变和受力性能变化规律,以及最优管节厚度,采用Ansys软件进行分析,同时利用现行国家给排水工程规范,验算了钢管节稳定性.结果表明,相比较于常用的混凝土管节和钢混复合结构管节,无加劲肋钢管节能大大降低主线隧道开孔率.     

管幕冻结特殊布管形式稳态温度场解析解

为了给管幕冻结这一新型地下工程施工方法的设计与施工提供参考,针对港珠澳大桥拱北隧道口岸暗挖段的管幕冻结工法,考虑积极冻结过程中所使用的"圆形主力冻结管"和"异形加强冻结管"2种类型冻结管的特殊布置形式,通过对实际问题进行适当简化,提出单圈冻结管错位布置的冻结模型。在此基础上,首先利用保角变换将单圈管不等距模型转化为单排管不等距模型,然后结合Laplace方程边界条件可分离的特性,利用2个单排管等间距模型叠加求解单排管不等距模型,最后得到管幕冻结法单圈管错位布置的温度场解析解。结合该解析解,选取管幕冻结法布管形式1个周期单元上3个特征位置的截面进行温度分析,并利用ANSYS数值软件对特征面上的理论温度分布进行对比验证,最后根据拱北隧道实际施工参数对其管幕冻结效果进行求解分析和直观的温度场云图展示。研究结果表明：在管幕冻结法冻结管单圈错位布置形式下,各特征面的温度均能降至较低的负温,远低于土体冻结温度,"管间封水"的效果能够得到保证;对比而言主面上温度最低,较近两冻结管之间的界面1温度略低于主面温度,在冻结管布置圈径上,各组参数下界面1的温度均能达到-15℃以下,且温度随着冻结管错位角度减小而降低;各特征面上,温差最大位置出现在冻结管布置轴面上,温度差异随着冻结过程的进行逐渐减小,冻土帷幕内的温度分布趋于稳定。     

考虑路面防结冰的城市隧道路面下热管敷设方案研究

针对利用隧道结构提取浅层地热能用以路面防结冰的系统,基于隧道敞开段结构特点提出隧道下路面埋管的总体敷设方案。在总体方案的基础上,通过建立道路下埋管数值模型,分析了路面埋管总体换热特点以及埋管间距对路面埋管换热性能的影响。结果表明：1)路面下换热管宜敷设在混凝土铺装层中,并采用单U型平行坡面布设；2)在一定范围内,相邻U型管间距是影响路面埋管防结冰系统效果的主要因素,进出水口间距变化对埋管防结冰系统运行效果影响并不明显。最后分析得到了本研究依托工程最佳性价比的埋管敷设方案,给类似工程应用提供了思路。     

聚乙烯塑料排水管道的选用方法简析

塑料管道以其良好的耐腐蚀性及防渗性能在市政排水中运用得越来越广泛。但由于塑料管道的结构计算为管土共同作用,相对于其它刚性管道较为特殊,考虑因素较多,且无图集可供选用,导致很多设计人员对塑料管道的选用无从下手,很难分清影响管道安全的主要因素。现通过大量的计算对塑料管道适用覆土范围进行总结,并提出选用应考虑的主要因素,以方便设计人员在保证结构安全的前提下,经济合理地选用塑料管道。