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。     

我国寒区山岭交通隧道防冻技术综述与研究展望

首先,回顾我国不同时期典型寒区山岭交通隧道的气象条件、建设与运营期冻害现象及防治技术,展现我国寒区山岭交通隧道防冻技术的发展历程;其次,梳理寒区山岭交通隧道冻害发生的影响因素,从现场测试和耦合理论研究2个方面总结目前国内寒区山岭交通隧道温度场时空分布规律研究现状,分析列车活塞风和自然风对寒区铁路隧道温度场的不同影响,得出寒区铁路隧道温度场的分布规律;然后,从微观、细观和宏观层面深入论述土体、岩体和混凝土在水冰相变和水分渗透、迁移条件下发生的冻害损伤机制及研究现状,得出冻害防治应遵循减少地下水和控制洞内温度场2大技术原则和采取主动与被动2类冻害防治措施的结论;最后,展望我国寒区山岭交通隧道防冻技术在温度场规律、冻害机制、短周期冻融、防冻材料和清洁能源利用研究等方面的发展方向。     

季冻区运营公路隧道冻害分析及对策研究

针对季冻区公路隧道在运营过程中发生的衬砌冻害问题,在以往新建隧道以"防"为主研究的基础上,结合季冻区隧道受极端低温、冻融循环作用的特点,提出"冻害原因分析是基础,冻害等级划分是条件,冻害处治措施是核心"的处治对策。研究成果对于指导季冻区隧道冻害处治的设计和施工、降低冻害处治的盲目性、提高冻害处治的精准度、确保冻害处治效果等方面具有重要意义。     

乌鞘岭高海拔地区隧道冻胀机理及防冻措施研究

研究了围岩、混凝土的冻胀特性以及地下水对寒冷地区隧道的危害程度,揭示了隧道冻害发生的机理;以G30连霍高速公路永登至古浪段乌鞘岭隧道为依托,提出了防止隧道冻害的措施,并介绍了隧道加热新技术。     

季冻区运营公路隧道冻害监测预警技术研究

以吉林省板石岭隧道为依托,考虑季冻区运营隧道冻害产生机理,全方位监测隧道衬砌、围岩、排水沟等冻害易产生部位水和温度的信息,将工业控制、物联网技术、检测技术与土木工程相结合,从硬件建设、数据采集、远程传输、数据管理等4个方面入手,建立季冻区运营公路隧道冻害监测预警系统,实现了远程实时监测隧道内水和温度信息。利用数据库将信息存储并整理,通过对数据变化的研究分析,实现对季冻区运营隧道冻害的预警,将冻害对隧道的安全威胁降到最低,为冻害监测及治理提供参考。     

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。     

寒区隧道保温层应用

冻害是寒区隧道的主要病害，水的冻结会使排水系统阻塞并产生冻胀力破坏衬砌，在洞内形成挂水、淤冰、积水，影响隧道的正常使用，严重的会使隧道报废。青海省大坂山公路隧道在国内首次使用衬砌保温层对冻害进行预防性处理，取得了较好的效果。本根据大坂山隧道的工程实践，论述了寒区隧道保温层的应用。     

高寒地区公路隧道冻害处置措施研究

通过对高寒地区A#隧道冻害形成原因进行分析研究,认识到隧道存在的冻害是由于隧道勘察设计深度不足、隧道衬砌局部渗漏水、处理渗漏水措施不当等多种因素相互影响的结果,提出对高寒地区隧道冻害应采取截、堵水、排水、疏通水、加温等处置措施。本研究可为同类工程提供借鉴。     

梯子岭隧道防冻隔温层效果现场测试及分析

对多种防冻隔温材料性能进行了测试及评定,选取硬质聚氨酯(现场发泡)作为防冻隔温材料对梯子岭隧道冻害进行了治理;在施作隔温层后,对隧道温度场进行了现场测试;测试结果表明,防冻隔温层的效果显著,为今后隧道防冻害采用防冻隔温层提供了可靠的依据。     

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。     

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。     

寒区隧道保温技术现状与问题

对运营通车的寒冷地区公路隧道调查发现，有80%以上隧道存在各种各样冻害问题，为减少寒区隧道的冻害，必须采取针对性的措施。为此，主要依托青海省境内高海拔寒区隧道，基于调研的基本资料，从中分析目前寒区隧道的防寒保暖现状，以及目前在防寒保暖方面亟待解决的问题。     

大坂山公路隧道保温层的作用与冻害防治

在高海拔严寒地区公路或铁道隧道的设计施工中，最关键的问题是冻害防治措施。现介绍在建的青海省大坂册公路隧道的冻害防治措施。     

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.     

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。     

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。     

青海省G227线大坂山隧道病害整治设计

大坂山隧道经过8年多的运营,出现了较严重的病害,如衬砌开裂、严重渗漏水、混凝土冻害和劣化等,在对隧道进行检测的基础上,对隧道病害进行了有针对性的整治设计,整治后的隧道套拱段滴水不漏,且隧道结构得到了有效加固,非套拱段只有3处渗漏水;同时在隧道整治时增设套拱背后混凝土温度观测系统,对衬砌混凝土温度进行长期观测,为掌握衬砌混凝土冻害提供基础数据。     

季节性冻土地区铁路路基冻害及整治措施研究

介绍哈尔滨铁路局管内铁路路基冻害发生的基本情况,分析冻害产生的原因,总结冻胀的影响因素,并提出路基冻害整治的工程对策。     

季节性寒区隧道施工期围岩温度影响深度研究

季节性寒区隧道在冬季通常气候条件恶劣,常面临冻害问题,进而对隧道的施工和运营的安全造成威胁。通过数值模拟探究了某季节性寒区隧道冬季施工期温度分布规律及围岩温度影响深度的影响因素。研究结果表明:隧道已施作二次衬砌区段和未施作二次衬砌区段的围岩温度影响深度分别为9m、10m,未施作二次衬砌区段围岩对温度变化较敏感。对于已施作二次衬砌区段,温度影响深度大致相同,并且随开挖长度增加而减小,随进口风速的增大而增大,随围岩与外界温差增大而增大。对于没有施作二次衬砌区段,围岩的温度影响深度随隧道开挖长度增加减小,随围岩与洞外温差增大而增大,但不受进口风速影响。     

公路隧道运营期衬砌病害分析及对策研究

我国隧道行业经过多年大规模的建设和发展,现在无论是数量还是长度都已位居世界首位。但由于受自然因素、设计水平、施工质量和运营环境等方面的影响,我国隧道在运营期暴露的问题较多,由此产生的病害给隧道通行质量和行车安全带来严重挑战。为探讨隧道运营期衬砌病害的处治方法,分别从衬砌水害及冻害、开裂、劣化、厚度不足和背后空洞等方面进行原因分析,在此基础上给出隧道病害处治流程和渗漏水来源判定流程,并结合以往衬砌加固的成功经验就主要衬砌病害提出处治措施,可为隧道类似衬砌病害处治设计及施工提供指导。