寒区隧道工程中隔热保温层的作用分析

文章从不同类型冻土的特点出发,结合国道214线鄂拉山公路隧道工程实例,采用理论分析、数值计算等手段对寒区隧道季节冻土、多年冻土和非冻土段隔热保温层的作用进行了分析。     

寒区公路隧道温度场及保温层的研究

随着寒区公路隧道的不断增多,寒区隧道的保温问题也受到广泛重视。为了分析计算此类隧道施工过程中的温度场,验证寒区隧道保温设计的必要性,确定保温设计的经济性和有效性,文章以某市西山隧道为背景,结合东北冻土的热力性质特点,利用大型有限元计算程序Ansys,对寒区隧道进行了模拟分析,并且将计算的理论数据与实际测定的数据进行对比,分析隧道开挖后围岩温度场的分布、初期支护以及二次衬砌的温度变化过程,对隧道保温效果进行评定。数据对比表明,将保温层设置在二次衬砌外侧是比较合理的,但在东北寒区,对于断面半径达7m的大断面隧道,仅使用40 mm厚的PU硬质聚氨酯泡沫板作为保温材料是不合理的。为使设计经济合理,保温材料在径向上可以采用不同的厚度。     

高海拔寒区隧道防寒抗冻技术进展与展望

随着我国西部大开发战略持续深入,“一带一路”倡议稳步推进,以及交通强国重大战略的部署和实施,在高海拔寒区建设和运营的隧道逐年增多。近些年来,虽然寒区隧道修建技术,特别是在防寒抗冻技术方面取得了长足进步,但冻害发生比例仍然较高,受严寒复杂气象条件影响,隧道洞内挂冰、侧沟溢冰、路面结冰、衬砌开裂及排水系统冻结失效等冻害现象时有发生,严重影响衬砌结构的安全性和耐久性,造成巨大经济损失,寒区隧道建设和运营面临挑战。围绕高海拔寒区隧道防寒抗冻关键技术问题,对保温层厚度和保温设防长度参数确定、保温形式及适用性、防排水技术、围岩冻胀力计算、衬砌结构抗冻技术等的应用现状进行归纳,指出今后寒区隧道建设和运营过程中仍需重点关注和解决的问题,展望高海拔寒区隧道防寒抗冻技术的发展方向,以期为高海拔寒区隧道成功修建和安全运营提供参考。     

不同区域环境公路隧道排水系统设计特征统计研究

运营期公路隧道排水系统通畅与否直接关系到隧道支护结构的安全状态。为更好地了解我国不同区域环境下公路隧道排水系统设计特征及适用性,基于我国气候环境与地理信息特征,搜集了十四个省、自治区公路隧道典型排水系统设计样本,分别从排水系统总排水方式、局部排水设计与不同构造组合三个方面对比分析了不同区域环境下排水系统的设计差异和特征,同时对碳酸盐岩地区公路隧道排水系统设计和排水模型构建与优化进行了讨论。结果表明：我国公路隧道排水系统类型可归纳为侧式暗沟总排式、中心排水沟总排式及侧式暗沟+中心排水沟总排式三种类型,区域特点明显,各排水类型之间优点各异,但缺点相似;非冻结区内排水设计呈多样化,较小排水量需求下推荐采用侧式暗沟总排式设计,排水路径较短且易于后期维护,大排水量需求下可采用侧式暗沟+中心排水沟总排式设计;冻结地区隧道排水系统设计均为中心排水沟总排式,中心排水沟检查井内可布置多层保温材料,形成多层内腔结构,能够有效保持沟内水环境温度;通过降低纵向盲管检查井内横向盲管的标高,可将现行网状排水模型优化为串并联排水模型,该排水模型排水路径短,排水系统堵塞概率低,排水量较大时可自动转换为网状排水模型,保...     

寒区隧道抗冻设防长度的计算方法研究

目前寒区隧道抗冻设防长度的设计多靠工程类比,且要求隧道内温度场已知.为了明确设计时设防长度选取标准,解决无实测洞内温度资料的问题,文章基于寒区隧道温度场理论求解方法,根据衬砌层不出现排水管冻结和围岩不发生冻胀两个条件,在调研资料分析和隧道围岩温度场数值分析的基础上,给出了衬砌层不出现冻害和围岩不出现冻害的临界洞内温度;...     

硫酸盐侵蚀环境下隧道结构病害等级研究

针对我国西南地区硫酸盐侵蚀环境下隧道结构病害的具体特征,结合国内外既有的隧道病害等级划分方法,将硫酸盐侵蚀环境下隧道结构病害等级划分为四级,对各级区间的划分界限进行了具体描述,并给出了相应的定量划分方法.     

浅谈公路隧道结构防排水施工及防治措施

目前公路隧道防排水设计采取"防、排、截、堵相结合,因地制宜,综合治理"的原则,以达到隧道防水质量可靠的目的,隧道结构防排水设施措施由环向排水管、纵向排水管、在复合式衬砌之间设置土工布加防水板和隧道两侧的排水沟组成完善的排水系统。本文浅析了隧道复合式衬砌防排水机理,并就隧道防排水施工工艺重点进行了概述,以供读者参考。     

波浪作用下悬浮隧道管体-锚索耦合系统水动力特性研究

水下悬浮隧道(SFT)是一种新型跨海交通通道型式.文章采用CFD方法研究悬浮隧道管体-锚索耦合系统在波浪作用下的动力响应特征,并分析浸没深度、浮重比(BWR)、系泊角度(IMA)、锚索刚度、锚索系统布置形式、锚索系统预张力分配及波浪参数等对悬浮隧道水动力特性的影响.结果表明,管体运动响应随浸没深度的增加而减小,随波高和...     

隧道支护结构技术研究

随着隧道开挖理论的提出,国内外的隧道开挖工程大量增加,因隧道可穿山越海的特点而被广泛地应用,但是由于不同的地质情况,对隧道工程提出了新的挑战。其中为增大交通运输能力,对隧道截面尺寸的要求越来越高,对于隧道保证隧道的安全主要取决于由衬砌支护结构,钢架支护结构和锚杆支护结构等所组成的支护体系。能否有效控制隧道围岩的变形,这些支护方式各自的作用特点能否得到充分的发挥,通过分析衬砌支护结构,钢架支护结构和锚杆支护结构的特点,结合有限元软件对隧道支护结构技术进行研究。     

水底隧道衬砌背后水荷载作用形式及大小研究

随着我国水底隧道的修建,地下水的作用形式及衬砌背后水荷载大小的确定已亟需解决。文章以某水底隧道为工程背景,采用有限差分软件FLAC3D对水-土(岩)分算、水-土(岩)合算、流固耦合地下水封堵、自由排水等四种工况进行分析研究,通过四种工况数值计算结果的比较,得出了一些有价值的结论,可以为设计者提供参考,以优化水底隧道的设计。     

隧道衬砌与围岩松散接触对隧道结构安全的影响研究

为探讨衬砌后与围岩松散接触状态对隧道安全性的影响,文章以巴平高速公路隧道为例进行了试验研究,总结了松散接触状态对衬砌结构在不同密实度和不同松散接触面积下力学性能的影响。结果表明：为了保持衬砌结构的稳定性,建议衬砌后回填灌浆的密实度应在80%以上,强度应达到围岩强度的50%以上。     

偏压作用下小间距隧道的施工方法研究

针对长哨小间距隧道建造中存在山体偏压情况.选择有一定代表性的V级围岩区段小间距隧道LK108 800断面,利用有限元数值模拟方法,对6种施工方案下的偏压隧道支护结构受力及围岩屈服破坏进行了细致地仿真模拟分析.结果表明,山体偏压作用下,先施工深埋一侧的隧道,可有效减少中隔墙围岩的偏向及侧移,明显降低围岩塑性区面积,并有益于支护结构的稳定性.     

公路隧道洞口段支护结构加强设计优化研究

结合目前公路隧道洞口段支护结构加强设计存在的问题,文章从洞口段与洞身浅埋段的围岩特性、荷载作用特点入手,基于超前管棚、初期支护、二次衬砌的作用机理,分析了支护结构在不同围岩条件下的作用特点,给出了洞口加强段和洞身浅埋段衬砌设计的合理化建议。主要得到以下结论:(1)洞口段围岩破碎,自稳能力差,超前支护为围岩早期稳定提供条件,初期支护为主要承载结构,二次衬砌承担部分荷载并提供一定的安全储备;由于洞口段衬砌上覆荷载较洞身浅埋段小得多,不宜加强二次衬砌,因此洞口加强段衬砌设计应以加强超前支护与初期支护为主。(2)洞身浅埋段围岩较完整,有一定的自稳能力,二次衬砌为主要承载结构,初期支护主要发挥与围岩粘附的协同作用;洞身浅埋段衬砌设计应以加强二次衬砌为主,并要控制施作时机。     

新建铁路隧道全环整体模筑衬砌结构形式的研究

针对铁路运营隧道频繁发生病害和隧道底部结构质量等问题,并为满足列车速度v=200 km/h对隧道有效净空的要求,在调研国内外铁路隧道衬砌结构设计和施工现状的基础上,提出了铁路隧道全环整体模筑衬砌的概念和建议采用的优化设计方案.同时,对优化方案和标准图方案进行了结构受力比较,并对现行铁路隧道衬砌结构的改进和发展提出了几点建设性意见.     

岩溶地区高速公路运营隧道结构健康监测系统研究及应用

为有效感知岩溶地区高速公路运营隧道衬砌结构受力和变形发展状况,分析病害成因并及时预警潜在风险,文章依托河池至都安高速公路高岭二号隧道结构健康监测系统工程实例,从监测断面和内容的选取,以及测点布置等方面,探索了岩溶地区高速公路运营隧道结构健康监测系统构建技术。近7个月的监测数据表明,该健康监测系统能较好反映隧道衬砌结构的受力和变形规律,具备良好的可实施性。     

连拱隧道结构内力样式的模型试验研究及有限元分析

文章结合广惠高速公路小金口双连拱隧道工程(Ⅲ类围岩),开展大型相似模型试验研究和有限元数值分析,阐述了双连拱隧道的内力样式(二次衬砌的轴力和弯矩),得出双连拱隧道的两边墙脚、中墙底部和顶部的弯矩值较大,尤其是中墙的受力特征将直接决定双连拱隧道围岩的整体稳定性.     

强降雨作用下高速铁路隧道仰拱隆起原因分析及整治

近年来,降雨引发的铁路隧道仰拱隆起病害时有发生,严重影响隧道运营安全.文章以某高铁隧道仰拱隆起病害案例为依托,综合降雨作用、地形地质条件、防排水系统实际效果等多因素对病害原因进行探讨,采用数值模拟方法重现病害的发生,进而探究病害发生时隧道结构应力场、渗流场的特征规律,并结合病害情况提出针对性整治措施.研究结果表明:(1...     

隧道内爆炸作用衬砌结构的动力响应和损伤机理研究

隧道内爆炸作用可能导致其衬砌结构的破坏和坍塌,造成车辆通行受阻和生命财产损失。为了研究隧道衬砌结构的抗爆性能,应用AUTODYN软件建立了隧道衬砌-岩石-土壤的三维数值模型,并考虑炸药-空气-结构的流固耦合相互作用,以及隧道内爆炸作用对衬砌结构的动力响应和损伤机理进行了数值模拟分析。结果表明:在不同炸药量作用下,超压峰值及冲量以爆心地面投影点为中心,向四周迅速衰减,表现出一定的规律性;离爆心最近的底板首先出现损伤,并向四周扩展,直墙角部由于受到底板竖向变形而引起的拉应力作用,较早地出现损伤,在直墙壁和拱顶产生纵向和环向的裂缝,这些裂缝把整体式隧道衬砌结构分割成大小不等的混凝土块体。     

地震荷载作用下运营隧道的受力性状分析研究

文章为了获得在地震与车辆耦合作用下的隧道结构变形与应力分布情况,建立了三维有限元数值模型进行动力学分析计算.通过计算与分析表明:隧道地铁结构的最大变形值(28.05 mm)发生于地震峰值加速度时刻,其位于隧道的仰拱底部;在地震峰值加速度时刻,隧道结构产生最大的水平向剪应力,这在隧道工程设计中应引起重视.     

软弱地层下某隧道围岩及支护结构稳定性数值模拟研究

为研究在软弱地层下开挖单洞隧道时二次衬砌对隧道围岩稳定性的影响,文章以某单洞铁路隧道为依托,采取三维有限元软件对软弱地层下隧道施加二次衬砌后围岩稳定性进行了数值模拟分析,结果表明：(1)在施加二次衬砌后,地层的水平应力整体呈条带状分布,开挖扰动对地层水平应力的影响较小;(2)当施加二次衬砌后,单洞隧道围岩的应力集中程度显著减小,围岩的整体稳定性显著提高;(3)当施加二次衬砌后,隧道所处的地层整体变形量均显著减小,岩体表层的沉降量为0.04 mm,其沉降量可以忽略不计;(4)当隧道进行二次衬砌加固后,围岩的整体水平变形量均较小,满足相关的工程设计要求。