导热系数对寒区隧道温度场时空分布的影响

寒区隧道温度场对其抗防冻设计至关重要,围岩和支护结构的导热系数对温度场时空分布具有显著影响. 以寒区公路运营隧道为计算模型,采用理论推导、现场实测、数值仿真等方法对寒区隧道温度场的时空分布受导热系数的影响规律进行了研究. 研究结果表明:在任意时间点,变温圈内各点的温度均随支护结构导热系数的增大而降低,且支护导热系数越大,同位置处的温度降低速率越小;在任意时间点,支护温度随围岩导热系数的增大而升高,围岩温度随其导热系数的变化呈现分区性;可将围岩变温圈分为Ⅰ区和Ⅱ区:Ⅰ区内的各点温度随围岩导热系数的增大而升高;Ⅱ区内的各点温度随围岩导热系数的增大而降低;时间越长,Ⅰ区和Ⅱ区分界线的斜率和截距越大. 研究成果可为寒区隧道的抗防冻设计及选线提供借鉴和参考.      

考虑随机裂隙的寒区隧道温度场研究

为进一步探究寒区隧道温度场的分布规律和保温层敷设厚度问题,以金家庄特长螺旋隧道为依托,通过现场实测、理论分析和数值模拟相结合的方法,建立隧道围岩区的随机裂隙模型,研究水分迁移和相变对温度场和保温层设计厚度的影响。研究结果表明：(1)水分迁移和相变作用使得拱顶二维截线A的负温区和衬砌与围岩接触面处的温度增大,并减小围岩的冻结深度和保温层的设计厚度;(2)随机裂隙和渗流作用导致围岩与衬砌结构接触面的温度分布不具对称性,但总体表现为由拱顶至仰拱逐渐增大的趋势;(3)保温层设计厚度与孔隙率之间的关系可用ExpDec1模型表现,解析解的保温层厚度较数值模拟大,但均小于实际工程的设计厚度。研究结果可为寒区隧道的温度场和保温层设计研究提供借鉴参考。     

寒区隧道温度场数值模拟

针对寒区隧道的冻害问题,对隧道的温度场以及保温层对隧道的防冻效果进行了一维数值模拟。所得数值模拟结果表明隧道温度场的变化在贯通后约3个月趋于稳定并随隧道大气温度规律变化,隧道温度场变化与大气温度变化相比表现出明显的滞后性;隧道设置厚度不小于2 cm的保温层,防冻效果良好。     

高海拔隧道热固型材料防冻保温层厚度的隔热效果仿真分析

在建立隔热层/衬砌/围岩的二维传热学分析模型基础上,基于二维稳态导热有限元分析方法对隧道围岩、衬砌温度场分布进行模拟仿真计算。首先,对地域环境年平均气温-3.5℃条件下,不同设计厚度的热固性隔热料福利凯(FLOLIC FOAM)的防冻保温效果进行了分析;其次,对防冻保温层设计厚度为5 cm且隧道环境温度由-3.5℃下降至-10℃时,单位厚度隔热层防冻保温导致的温差变化及其产生的隔热效果进行了对比;第三,当隧道环境气温从-3.5~-35℃范围变化且隔热层厚度为5 cm时,给出了可达到的防冻保温最低温度范围。     

施工通风条件下高地温隧道温度场分布规律研究

为了研究施工通风条件下高地温隧道围岩初始温度对隧道内温度的影响规律,采用Fluent软件进行数值模拟,得出了不同岩温条件下隧道内温度场的分布规律.研究结果表明:在不同围岩初始温度下,横纵断面上的降温趋势基本一致,隧道内平均温度随通风时间增加呈双曲线形衰减,围岩调热圈半径几乎相同;通风后隧道内平均气温和壁面平均温度与围岩...     

高岩温隧道初期支护应力场及安全性研究

为评价高岩温隧道施工过程中初期支护的安全性,研究了高岩温隧道初期支护温度场、应力场的施工期特征和演变规律. 首先通过热-应力耦合三维数值模拟和现场测试,研究了不同原始围岩温度场中,高岩温隧道开挖过程中初期支护温度场的变化规律;其次考虑围岩荷载和温度荷载共同作用,分析了高岩温隧道开挖过程中初期支护应力场的变化规律;最后基于初期支护应力值,评价了高岩温隧道初期支护的安全性. 研究结果表明:受施工通风影响,初期支护温度在隧道开挖后急剧降低,约5 d后基本与洞内气温一致;受施工工序影响,初期支护最大拉应力先增后减,最大压应力持续增加;随着围岩初始温度增大,在不同施工步序中,初期支护的最大拉应力和最大压应力均增大;初期支护安全性由喷射混凝土抗拉强度控制,当围岩初始温度大于60℃时,C25喷射混凝土将发生拉裂破坏.      

浙江省高速公路隧道内及其路面结构温度场分布规律

为探究浙江省高速公路隧道内及其路面结构温度场分布规律， 对浙江省代表性高速公路上的隧道内温度进行调研， 同时依托工程隧道采用埋设温度传感器的方法来研究路面结构内温度场随着深度变化规律， 并采用相同方法对隧道外路面结构温度进行实测。 对所得数据进行对比分析， 结果表明： 浙江高速公路隧道内部温度受外部大环境影响， 呈现北部低， 南部高； 隧道内部温度低于隧道外， 其温度差异程度与隧道长度呈正相关， 冬季年最低温度附近时， 隧道内外温差约为 2℃ ~ 3. 5℃ ， 最低温度约为 10 ℃ ， 夏季隧道内外温差约为 0. 9℃ ~ 2℃ ， 最高温度约 36 ℃ ； 隧道路面结构内温度场整体由上往下逐渐递减， 10cm 以下温度场的递减率大幅降低。 本文的研究结果对浙江省高速公路隧道路面设计、 施工、 运营具有较好的指导意义。     

寒区隧道冻胀效应测试与分析

为研究寒区隧道冻胀力随时间和空间的分布规律, 基于温度场变化定义了测试冻胀力, 通过衬砌压力和钢架应力间接反映真实冻胀力的变化规律; 提出了冻胀力简化测试方法, 研发了温度场-冻胀力同步测试系统; 以四川省省道215线鸡丑山隧道为例, 布置5个测试断面开展大规模现场测试, 并选取典型断面K117+700 (简称700断面) 和K117+600 (简称600断面) 分析了隧道环境温度、围岩温度、衬砌压力与钢架应力; 以围岩冻结(12~次年2月) 和未冻(7~9月) 时对应的衬砌压力和钢架应力差值为测试冻胀力, 结合温度场分析了隧道周边各测点测试冻胀力; 采用现有冻胀模型计算理论冻胀力, 并与测试冻胀力进行了对比, 研究了寒区隧道冻胀规律。分析结果表明: 隧道环境温度随时间呈季节性正弦函数变化, 受环境温度影响, 围岩温度呈季节性正负温变化, 并出现季节性冻融现象; 当围岩为负温时处于冻结状态, 支护系统受到围岩压力和冻胀力的共同作用, 且温度越低冻胀效应越明显, 各断面测点应力峰值均出现在1月, 700断面衬砌和钢架最大应力分别为149kPa、31MPa; 当围岩为正温时处于未冻结状态, 支护系统仅受到围岩压力作用; 同一断面不同测点的测试冻胀力差值可达5.23MPa, 说明冻胀力除与围岩温度有关外, 还与富水条件和围岩级别有关; 最大冻胀力实测值比理论计算值小1.25MPa, 因此, 寒区隧道支护设计时建议考虑89.17%的冻胀力折减系数。      

寒区隧道冻害防治技术研究进展

对寒区隧道传统的冻害防治技术进行了分析和总结,介绍了衬背设置U型供热管技术、洞内地热能供热防冻技术和衬背双源供热防冻新技术,认为供热防冻是解决隧道冻害的根本途径,可供寒区隧道防冻设计施工及进一步的试验研究参考。     

季节性冻土区运营隧道围岩温度场数值模拟分析

季节性冻土的冻融变化是隧道产生冻害的主要原因,隧道温度场分布规律研究是季节性冻土区隧道冻害研究的技术基础。以运营的准池铁路杀虎口隧道为工程背景,通过建立数值模型对隧道温度场进行分析。研究结果表明:围岩温度场随外界气温的季节性变化而呈周期性变化,每年11月至来年3月份为冻结期,10月和4月为反复冻融期;每年相同时间的围岩冻结深度随年数的增加而逐渐增大,7~10年达到基本稳定期。     

寒区隧道排水沟出口防冻设计研究

寒区隧道排水沟出口防冻设计是隧道排水系统设计的重要组成部分,为保证寒区隧道排水沟出口冬季不冻不堵、排水通畅,结合理论分析、现场测试和工程实践,介绍了寒区隧道排水沟出口型式以及设计要点;并针对隧址区气象环境、流速流量和保温措施等影响因素,利用数值模拟方法研究了掩埋式排水沟及端墙式排水沟出口的防冻措施有效性。研究表明,在寒冷地区,端墙式隧道排水沟防冻出口比掩埋式出口具有更好的防冻效果以及更广泛的适用性,同时也为排水沟检查与养护提供了便利条件。     

深埋软弱围岩隧道支护结构可靠性研究

研究深埋软弱围岩隧道支护结构的可靠性。构建了隧道结构的可靠性评价体系,采用蒙特卡罗概率设计以及有限元分析方法对深埋软弱围岩隧道支护结构的可靠性进行了分析,并讨论了可靠性分析结果表征,给其他深埋软弱围岩隧道支护结构的可靠性评价提供参考。     

佛岭隧道浅埋段围岩稳定性与支护结构体系工作性状

结合绩黄高速佛岭隧道施工,在隧道右线洞口处YK28＋216断面进行围岩变形和支护结构受力的监控量测,分析围岩变形引起的洞室稳定特性和支护结构体系工作性状,并总结浅埋段隧道围岩变形和结构受力特点,该分析结果对佛岭隧道施工具有指导意义,对类似隧道的浅埋段设计、施工及研究具有借鉴和参考价值。     

衬砌水化热对隧道内热交换管换热量的影响

为解决寒区隧道冻害问题,将地源热泵型供热系统应用于内蒙古博牙高速扎敦河隧道中。将热交换管以串联纵向的布置形式埋设在初衬与二衬之间,隧道衬砌施工过程中的水化热影响围岩的温度场,从而影响热交换管的换热量。研究表明:隧道施工过程中,衬砌水化热对围岩温度场产生两次影响;保温层可以加剧水化热的影响,浅部围岩温度场受到的影响更显著;衬砌水化热提升热交换管的换热量,保温层铺设越早,热交换管换热量提升也越大,最大达到31.9%。系统运行初期,应充分利用衬砌水化热对热交换管换热产生的有利影响。     

公路隧道施工中的动态设计

公路隧道动态设计是在预设计的基础上,对衬砌结构进行合理的修改,以使其适应更为具体的围岩条件,在隧道施工中得到广泛应用。主要介绍了我国近年来公路隧道动态设计的特点及设计方法。     

乌鞘岭隧道F7断层带监控量测

乌鞘岭隧道是国内最长的单线铁路隧道,隧道在F7断层带施工过程中,围岩出现多处变形侵限及坍塌事故。为保证隧道的正常施工,掌握围岩动态和支护结构的工作状态,进行了收敛变形、锚杆轴力、初支混凝土应力、初支围岩压力、二衬接触压力、二衬混凝土应力等多项涉及围岩稳定性及支护合理性参数的跟踪量测,利用量测结果指导设计施工及预见事故和险情,保证了隧道顺利贯通。     

隧道系统锚杆设计计算理论研究

隧道系统锚杆的设计大多采用工程类比法,没有充分考虑到围岩对支护结构的影响.隧道围岩和支护结构作为一个统一的整体,二者共同组成"围岩-支护"体系参与作用,并通过承压拱机理,对隧道系统锚杆的设计计算理论进行研究,从而确定其合理参数,降低建设成本。     

隧道系统锚杆设计计算理论研究

隧道系统锚杆的设计大多采用工程类比法,没有充分考虑到围岩对支护结构的影响.隧道围岩和支护结构作为一个统一的整体,二者共同组成"围岩-支护"体系参与作用,并通过承压拱机理,对隧道系统锚杆的设计计算理论进行研究,从而确定其合理参数,降低建设成本。     

寒冷地区隧道温度场的变化规律

为了揭示隧道温度场的变化规律,以某寒冷地区公路隧道为依托,选择11个测试断面,对隧道拱顶、拱腰、边墙和路面四个部位的温度进行1.5a的长期测试,采用正弦函数回归法,对测试数据进行分析。结果表明:隧道洞内的年气温变化具有周期性,随时间大致呈正弦曲线变化;隧道内纵向气温随着进入隧道距离的增大,年平均温度逐渐下降,年温度振幅也下降,其变化规律呈指数函数曲线变化关系;隧道围岩温度在径向一定范围内,随着径向深度的增加,年平均温度上升,年温度振幅衰减,并且呈指数函数曲线变化关系;防水夹层对隧道保温隔热是有利的。     

沙子垭隧道施工监测技术研究

依据获取的监测信息,结合经验反馈和回归分析,合理确定支护时机和支护参数,确保施工安全及良好的经济性,有效评价围岩和隧道结构的稳定性,并总结出围岩和隧道结构的变形和受力变化规律,为隧道设计和施工提供参考。