吉图珲客运专线后安山隧道温度场分布规律测试及分析

以寒区后安山隧道工程为依托,通过对试验段温度场的测试,分析衬砌围岩温度分布规律、洞内纵向温度分布规律,并在此基础上,对保温板的保温效果进行探讨,分析结果表明:(1)边墙、拱腰、拱顶部位各测点随时间的变化规律成正弦函数,并和外界气温同步变化;距离衬砌表面60 cm内温度变化最为剧烈;在径向3 m范围内,围岩内温度呈线性变化趋势;围岩径向存在一个比较稳定的温度边界条件;隧道贯通后,各测点的温度下降3℃左右。(2)隧道纵向温度场沿路线呈抛物线分布,寒季为开口向下的抛物线,暖季则相反;进入隧道500 m后洞内气温受洞外气温的影响逐渐减弱,温度分布也逐渐均匀。(3)保温板内外两侧温度差最大9.21℃,证明其具有良好的保温效果;建议在隧道防寒保温段采取非等厚保温板的铺设方法更为经济合理。     

隔热层对深季节冻土区涵底冻深的影响及其优化设计

在深季节冻土区,涵洞的存在使其基础的冻结深度大于天然场地冻结深度,前者约为后者的2倍,工程中一般将铺设隔热层作为解决方法。本文通过等效厚度换算法比较现阶段3种常用隔热材料的优缺点;以哈大高速铁路上的试验涵洞为原型,运用有限元分析方法,对深季节冻土区涵底有隔热层涵洞的温度场进行数值模拟;为检验隔热层效果,改变隔热层铺设的位置、方式和厚度,分别进行数值计算,了解各因素对涵底冻深的影响,得到适合涵洞基础的最佳隔热层铺设方案。结果表明:泡沫混凝土是涵底隔热层的理想材料,针对试验涵洞,应在基础最上端铺设厚度38cm、比基础宽10cm的泡沫混凝土作为隔热层,这样可以减少涵底最大冻结深度,满足寒区工程需要。     

兰新高速铁路高寒区涵洞及涵路过渡段冻害原因分析

通过调查兰州至乌鲁木齐高速铁路浩门—大梁区间线路冻害情况,水文地质、工程地质及气象条件,分析涵洞及涵路过渡段冻害产生的原因,并提出冻害整治措施。研究结果表明:兰新高速铁路浩门—大梁区间位于深季节冻土区,冻害多发生于低路堤、浅路堑、零断面换填路基、涵洞及涵路过渡段,且涵洞和涵路过渡段冻胀量较大;发生冻害涵洞为下沉式小型涵;路基和涵路过渡段基床底层及以下部位多为细颗粒含量较多的B组粗颗粒填料,填料含水率约13. 4%～15. 0%,属于弱敏感～敏感性冻胀填料。可采取设置渗水盲沟、入冬前封堵涵洞出入口等措施防治冻胀。对于冻害严重的涵洞及涵路过渡段可在涵洞内壁铺设保温材料,涵路过渡段中设置纵向疏干排水孔、两侧设置保温护道。     

HHP花岗岩高温隧道温度场实测与仿真研究

高产热花岗岩地层高温隧道具有干热岩的典型特征,施工期有高温岩爆风险,运营期有热害通风问题。对隧道开挖引起地层温度场重分布的演化规律研究,特别是隧道设计使用100 a内,具有重要工程意义。以红河州尼格隧道为研究背景,开挖掌子面围岩88.8℃,通过开挖全过程现场实测,对隧道纵向温度、径向温度、洞内环境(温度、湿度和风速)开展研究;利用三维流-热耦合模型再现隧道地质环境;通过建立深部传导热和花岗岩衰变热双热源二维模型,从地层初始温度、花岗岩生热率和埋深方面共81种工况,对围岩温度降范围和瞬态变化规律进行仿真研究。结果表明,岩温、气温随埋深增大而升高,岩温>气温。隧道开挖后,围岩温度在临空面发生瞬时骤降,降幅和降速由临空面向深部减小,3 m和8 m深测点温度分别在第3 d和11 d开始下降,降速较缓约0.084℃/d和0.038℃/d。隔热层和二次衬砌施作阻挡了围岩与洞内空气热对流,浅层围岩温度由降反升,围岩温度受二次衬砌施作影响达42 d。日均9∶00～16∶00时,向阳侧洞口气温较背阳侧高出4.7℃,最大6.1℃。受隧道纵坡和山体向、背阳侧温差影响,自然通风条件下,风向在坡脚(背阳侧...     

铁路客运专线路涵过渡段动力特性试验研究

通过对秦沈铁路客运专线钢筋混凝土盖板涵沈端路涵过渡段DK47+076(下行线)进行动力响应现场测试和沉降观测,分析了级配碎石路涵过渡段的动应力、动位移和振动加速度与列车速度的关系,以及动力响应沿线路纵向变化规律。试验研究结果表明:级配碎石过渡段能减缓路涵间沉降差;动应力、动位移、振动加速度三者均受行车速度影响不大:各测点振动加速度的增值范围没有超过1 m/s2,动位移的变化范围集中在0.1~0.55 mm之间;动应力、动位移、振动加速度三者的最大值点均发生在线路纵向距涵洞顶中心线10.2 m处。这将对正确设计高速铁路路涵过渡段、保证列车平稳、安全行驶提供重要的借鉴作用。     

山西中南部重载铁路通道涵洞选型研究

研究目的:山西中南部铁路通道,作为一条重载铁路,设计活载采用中-活载(2005)ZH荷载(z=1.2);瓦塘至洪洞北段,地形地貌差异较大。以南吕梁山隧道为界,南吕梁山以北铁路沿线沟壑纵横;以南位于汾河阶地,地形较开阔。综合考虑气象、地形地貌及地质情况等控制涵洞选型的因素,对涵洞的结构形式、建筑材料及工程造价等三个方面的研究,提出适合中南部铁路通道涵洞的选型原则。研究结论:(1)对全段涵洞的交角、填土高进行统计分析,沿线涵洞的分布以高填方涵洞为主,故有必要对涵洞的形式进行比选研究;(2)通过涵洞布置原则的比较得出:盖板涵适用于沟床纵坡较陡、水流量较大冲沟的路基,框架涵适用于沟床、交叉道路纵坡平缓的平原低路基上,结构整体受力好,圬工量小;(3)填土高度小于6.0 m、涵节错台小于10 cm、地形比较平坦的工点宜采用框架涵,地形山高沟深、沟床纵坡陡峭的地段推荐采用盖板涵或肋板涵;(4)本研究结论可为山岭地区的涵洞选型提供借鉴。     

高原融区和多年冻土过渡路段涵洞地基试验研究

运用现场测试方法,对青藏铁路两座拼装式涵洞的基础变形、地基土地温及洞口气温的测试结果进行分析,研究多年冻土区涵洞工程对冻土地温状况、冻融过程、冻土上限变化的影响以及涵洞基础的冻融变形特征。结果表明:多年冻土地区修建涵洞工程后,气温对地温的影响增大,致使涵洞下原多年冻土上限附近地温波动明显,地温年变化深度增大;由于场地冻土条件及地温场沿涵身的变化,涵洞基础变形沿涵身表现出明显的不均匀性。     

铁路预应力混凝土槽形梁施工水化热的实测与分析

根据铁路混凝土槽形梁浇筑时水化热温度的现场测试结果,绘制了温度变化的时程曲线,得到预应力混凝土浇筑后梁体不同部位在水化热影响下的温度峰值及温差变化规律。分析结果表明:槽形梁混凝土水化热的最高温度达到了72.5℃,最高温度出现在腹板的中下部;腹板各测点的最高温度均大于底板各测点的最高温度,且达到最高温度所用的时间也有所差异;腹板部位的竖向温差均在20℃以上,而底板竖向温差为9℃;腹板表面测点和底板各测点在混凝土浇筑完毕80 h后降至环境温度。根据水化热温度的变化规律,从材料配比、混凝土浇筑工艺、施工养护、施工阶段4方面提出了控制混凝土水化热的措施。     

高速列车通过挡风墙耦合气动力响应试验研究

研究目的:高速列车通过铁路挡风墙及在墙内交会时,挡风墙和列车的耦合空气动力响应会影响列车的运行安全与舒适性。本文基于高速列车气动性能动模型试验,对列车单车、交会通过挡风墙时的耦合空气动力响应进行测试与分析,以期得出挡风墙模型表面和列车车体表面压力波值及其变化传播规律。研究结论:(1)单车运行时,挡风墙内、外侧测点压力波最大值、最小值和幅值随测点水平位置变化不大;而交会运行时,挡风墙内、外侧测点压力波最大值、最小值和幅值的绝对值在挡风墙中间交会处最大;(2)就挡风墙内、外侧表面压力变化而言,外侧测点压力波幅值远小于对称的内侧测点,对内、外侧测点,其压力变化幅值近似与列车车速的平方呈正比关系;(3)挡风墙内侧测点压力值随高度增加而减小,外侧测点压力值随高度增大而增加,建议挡风墙结构设计计算时主要考虑其内侧测点压力变化影响;(4)本研究结论可为高速铁路列车安全及防风工程的计算和设计提供基础。     

多年冻土区拼装式涵洞地基回冻与变形试验研究

通过对青藏铁路清水河地区拼装式涵洞地基温度和沉降的观测，研究多年冻土区拼装式涵洞现浇混凝土基础对冻土的热扰动影响、地基的回冻规律和冻土人为上限的变化特征，分析涵洞结构随地基冻胀、融沉产生的变形。经过2个冻融周期的现场测试和研究表明：青藏高原清水河细颗粒高温多年冻土区涵洞基础施工的时间若选在10月下旬，明挖基坑及现浇基础混凝土对基底以下多年冻土的影响深度为1．1～1．3m，施工扰动、融化后的冻土地基回冻时间为45～50d，涵洞基础施工2年后多年冻土地基人为上限上升了1．0m左右，冻土上限沿涵洞中轴线在其中部上升大，两端上升较小，这说明涵洞路基和涵洞具有保温隔热的作用；涵洞建成1年后地基沉降大部分已发生，且2年中涵洞地基的不均匀沉降基本稳定。     

青藏铁路多年冻土区涵洞病害机理分析

为了防治青藏铁路多年冻土区涵洞病害,通过对4座涵洞的现场变形以及温度场监测,利用现场调查与监测数据分析,查明涵洞病害形成的7种不同原因。结果表明:青藏铁路的施工以及水热侵蚀引起地基多年冻土升温融化下沉以及冻土蠕变下沉是造成青藏铁路多年冻土区涵洞病害的主要原因。可通过减少和杜绝涵洞地基周围的水热侵蚀以及采取埋设热棒等工程措施进而达到防治涵洞病害的目的。     

兰新高速铁路高寒地段路基温度场数值模拟分析

兰新高铁浩门至大梁区间所处地区海拔高,气温低,冻结期长,属于深季节性冻土区。为解决该区间路基冻害问题,依据当地气候条件,运用ANSYS有限元分析软件,对低路堤、零断面换填路基及不同深度处铺设保温材料的路基温度场进行数值模拟,分析路基冻结深度的变化规律和最大冻结深度,为高寒区高速铁路路基冻害防治措施设计提供参考。研究表明:(1)由于兰新高铁浩门至大梁区间海拔高、冬季冻结时间长、气温低等原因,导致路基冻结深度大;(2)零断面换填路基实测地温和数值模拟计算结果基本相符,所选计算模型、参数等可以为其他相同条件断面数值模拟分析采用;(3)铺设保温板路基温度场较未铺设保温板的0℃线上移,冻结深度增加速率变小,最大冻结深度明显减小,路基保温效果较好;(4)由于路基边坡、基床以下部位土层性质、厚度、热物理参数等影响,低路堤最大冻结深度比零断面换填路基大。     

严寒地区CRTSⅠ型板式无砟轨道温度场分析

为研究严寒地区夏季、冬季极端天气条件下,CRTSⅠ型板式无砟轨道温度场分布问题,应用Abaqus有限元软件,基于气象数据和热传导理论,建立CRTSⅠ型板式无砟轨道三维瞬态温度场计算模型,分析板式无砟轨道横、竖向温度场分布情况.得到以下结论:(1)CRTSⅠ型板式无砟轨道瞬时温度场呈对称分布,轨道板内部温度场变化情况滞后...     

季节冻土区防冻胀护道对保温路基地温特征影响效果研究

运用土壤冻结条件下水热耦合输移基本方程及数值方法,考虑在铺设保温层情况下,加铺防冻胀护道对路基地温特征的影响规律,并与未加铺防冻胀护道的情况进行对比分析。结果表明:铺设保温材料对减小路基中部附近土体季节冻结深度有明显作用,但对路基两侧冻结深度影响相对较小;加铺防冻胀护道对边坡下土体季节冻结深度有一定程度的抬升作用,上升幅度由路基坡脚向路肩逐渐减小,但对路基中部附近土体季节冻结深度影响甚微;保温板-防冻胀护道复合路基结构形式,充分利用两种措施优点,对路基中心、路肩以及坡脚下最大冻结深度抬升的综合效果更好,抬升最大值分别为1.48、1.01、0.68 m。     

地震荷载下高含冰量冻土的动力特性试验研究

地震荷载作用下高含冰量冻土的动力特性试验研究对西北地区地震多发地段的冻土工程的抗震设计具有重要意义。通过选取兰州的重塑冻土进行动三轴试验,分别研究了地震荷载下不同控制温度(-6,-3,-1℃)、不同含水量(30%,50%,75%)以及不同围压(0.3,0.5,1,2 MPa)下高含冰量冻土的动应力应变关系和动弹性模量。试验结果显示,不同条件下冻土的动应力应变关系呈Hardin-Drnevich双曲线模型,并且不同温度、不同围压和不同含水量对模型参数都有着影响。动弹性模量随温度升高而减小,温度每升高1℃,弹性模量就下降12～15 MPa。围压对动弹性模量的影响有强化作用和弱化作用,-6℃时动弹性模量随围压增大而增大,-1℃时大应变情况下动弹性模量随围压增大而减小。对于高含冰量冻土,动弹性模量随含水量的增大先减小后增大。     

青藏铁路自动温控通风试验路基观测结果分析

自动温控通风路基(自控路基)是基于通风路基的一种新型工程措施,自控系统通过充分利用冷能,可在很大程度上提升通风路基的降温效能.青藏铁路北麓河试验段自控路基的现场观测资料表明,自控系统实施后,通过暖季对通风管内对流换热作用的限制,路基的传热方式以热传导为主,由此使得通风管内整体升温幅度均小于通风路基,自控路基通风管内温度较通风路基约低1.0℃,且中心温度最低;在自控路基中,路基下3.5 m深度原多年冻土上限附近的地温降温幅度更为显著,在自控措施实施后两年的时间里,通过与通风路基对比发现,两者最高温度在降温过程基本一致的情况下,最低温度差值呈现不断扩大的趋势,观测期内最大差值为0.45℃;路基下3.0～3.5 m位置的热流计算表明,自控路基对应的年均放热热流量约为通风路基的2倍,即从传热角度说明,通过自控系统的实施可以提高通风路基的降温效能1倍左右;同时,自控措施将通风路基有效放热时间增加约40 d,这也是自控路基降温效能表现突出的原因之一.     

沙漠地区道路涵洞周围流场规律及积沙特征研究

涵洞作为沙漠地区道路工程路基的重要组成部分之一,是保障道路安全的重要基础设施。但沙漠地区道路涵洞较易发生风沙灾害,故对其进行系统全面研究非常必要。通过对不同来流风速大小和不同来流方向下涵洞进行三维数值模拟,对比分析不同风速、不同来流方向下的涵洞周围积沙特征,并总结相关结论。研究结果和结论:对比不同来流方向下的涵洞流场特征,得出来流与涵洞夹角为20°时涵洞对洞前洞后流场影响最大,洞前有大面积增速区,洞后速度下降最为迅速。对比不同来流大小及方向下的涵洞周围积沙特征,可知随来流风速增大涵洞前积沙先增大后减少;洞腔内部随风速增大积沙会有所增多;洞后积沙随风速增大会明显增加。同一风速下夹角增大洞前积沙明显增多,且夹角越大洞前积沙横移越明显;洞后积沙随夹角增大会明显减小。     

青藏铁路多年冻土区片石护坡积沙段降温效果监测与分析

青藏铁路多年冻土区的片石护坡路基的大量使用,起到了降低路基基底多年冻土温度和调节多年冻土人为上限形态的作用,为青藏铁路的安全运营提供技术保障。青藏铁路多年冻土区沿线沙害主要分布在线路经过的河谷及湖泊附近,在风沙危害严重地段,片石护坡孔隙被沙害掩埋,改变了片石层传热特性,影响片石护坡的降温效果。通过室内试验及现场地温监测分析,根据不同条件(有无积沙、阴阳坡)对片石护坡的降温效果进行了对比分析,研究结果表明:(1)由于片块石层的大孔隙特性,使得片块石护坡能通过暖季隔热、寒季散热这一机理来对路基体进行降温,测温数据显示降温效果良好;(2)片石护坡积沙后其降温效果明显减弱,通过片石层内0.6 m和0.8 m深度的地温积温比较,积沙路段积温明显高于无积沙路段,其中路基阳坡侧高出约50%,路基阴坡侧高出约100%。     

联络通道冻结施工近隧道端土体温度场分布及管片保温措施优化

为了研究人工冻结法施工联络通道中近隧道端土体温度场的分布规律以及管片散热对土体温度场的影响,采用现场实测和数值计算的方法,对土体温度场分布、冻结壁厚度和管片保温措施进行分析。结果表明:土体温度、冻结壁扩展厚度均随深度的增加呈指数型变化,当深度大于2.2 m时冻结壁厚度和冻土温度场基本稳定;联络通道的冻结壁沿长度方向可划分为2侧交界面段与正常冻结段;冻结管间距是影响交界面段冻结壁厚度的重要因素之一,因此辅助冻结面冻结壁是联络通道施工中的主要风险点之一;管片散热对土体影响范围与冻结时间呈对数关系,随着冻结时间的延长,影响范围将逐步扩大;为保证交界面区域的冻结效果,可在钢管片内部靠近土体一侧增设5 cm夹心保温层或改良管片壁后注浆材料2种管片保温,优化后交界面靠近管片位置冻结壁厚度可提升约24%。