高地温隧道修建关键技术研究

随着我国交通基础设施的不断增多,高地温地区修建隧道逐渐成为工程界遇到的新难题。依托拉日铁路,提出高地温地区隧道选线原则和隧道施工降温除湿等系列技术;通过XRD衍射和SEM试验,探明特高地温隧道模拟养护条件下混凝土抗氯离子渗透性能和抗碳化性能低于标准养护的原因;通过高地温隧道温度场和结构影响规律研究,因地制宜提出高地温隧道合理有效的施工组织模式;制定合适的隧道支护体系、混凝土配合比及衬砌结构防裂措施,同时提出保温隔热层、衬砌内置冷却管、耐热型复合防水板及新型防水材料等隧道隔热防水措施。     

高地温隧道衬砌混凝土早期开裂机理及防控措施

为解决高地温隧道衬砌混凝土早龄期开裂问题,以我国西部某超高地温隧道为依托,利用理论推导、数值模拟与现场测试方法分析温度与湿度变化耦合作用下高地温隧道衬砌混凝土早期开裂机理及针对性保温隔热措施.研究结果表明:高地温与混凝土早龄期水化产热共同作用形成的温度应力是隧道衬砌早龄期开裂的内在原因,早龄期混凝土强度增长不足是表面开...     

隧道衬砌养护台车设计及研究

隧道衬砌结构病害严重影响着隧道运营安全。衬砌混凝土浇筑属于大体积混凝土浇筑,所以如果不能及时进行养护,可能会导致混凝土表面开裂等病害出现。衬砌混凝土养护需要选择合理的养护方式,并且能够实现对养护温度、湿度和时间等智能控制,从而提高隧道衬砌混凝土施工质量。依托京张高铁某隧道工程,研发出一种用于隧道衬砌养护的专用设备—隧道衬砌养护台车。该设备能够实现养护区域内温度、湿度智能控制,满足混凝土养护对于温度和湿度的要求,从而可以提高隧道衬砌养护质量。通过工程实践,与传统养护制度对比,衬砌经养护台车养护后,表面强度提高百分比达到预期,碳化深度明显降低。     

隧道衬砌混凝土养护工艺研究

养护的温度、湿度、时间是保证混凝土养护质量的关键,及时有效的养护是提高隧道衬砌混凝土强度和耐久性的必要手段。隧道衬砌混凝土的养护应在拆模后立即实施,才能保证混凝土质量。以强度作为养护效果的评价标准,从养护效果的优劣上讲,标准养护>洒水养护(人工)>喷雾养护>喷淋养护>养护剂养护>半自然养护。推荐喷雾养护(非雾炮车)和喷淋养护作为隧道衬砌养护的主要手段。采用喷淋养护时会造成混凝土表面强度的降低,当采用回弹法作为主要手段进行检测时应引起注意。隧道拱顶布管自动喷淋养护、隧道拱顶布管双流体养护、喷雾养护系统等几种新型养护工艺有其科学合理性,值得推广应用。     

高地温隧道二次衬砌受力特性分析

研究目的:拟建川藏铁路的部分隧道工程施工过程中预计会遇到高地温(达30℃～80℃),高岩温将会给隧道工程的建设带来极大的挑战。本文拟通过衬砌外表面边界条件设定为固定温度约束(温度区间为30℃～80℃),利用ANSYS有限元软件建立三维荷载-结构模型,通过温度场和应力场的耦合,研究不同地温下、不同龄期的Ⅳ级围岩混凝土二次衬砌与Ⅴ级围岩钢筋混凝土二次衬砌受力特性,分析与评价其安全性,从而提出相应的工程应对措施。研究结论:(1)随着地温升高,隧道二次衬砌各个部位的安全系数呈下降趋势,特别是当地温从30℃升为50℃时,衬砌安全系数显著下降;(2)地温高于60℃时,Ⅳ级围岩隧道混凝土衬砌安全系数将不满足设计规范要求;(3)地温为80℃时,Ⅴ级围岩钢筋混凝土二次衬砌最小安全系数临近设计规范要求极值,位于衬砌墙脚附近;(4)地温超过60℃时,需设置隔热复合式衬砌;(5)本研究结论可为高温隧道的设计与施工提供参考。     

矿物掺合料对高岩温条件下衬砌混凝土性能影响

高岩温隧道施工是随着各国高速交通网不断延伸而出现的新的技术问题,这种特殊施工条件会使隧道衬砌混凝土的力学性能和耐久性都受到影响。本文通过实验室内模拟高岩温施工环境,重点研究高岩温养护条件下不同矿物掺合料对混凝土力学性能及耐久性能的影响规律。结果表明:高岩温养护条件下,普通混凝土与掺合料混凝土的抗压强度均呈下降趋势,但下降幅度不同;湿度50%时,随着温度的升高,矿渣粉混凝土的抗压强度下降幅度最大,粉煤灰混凝土的抗压强度下降幅度最小,当温度超过50℃时,粉煤灰混凝土的强度反而高于矿渣粉混凝土;矿渣粉混凝土的强度对于湿度变化最敏感,80℃时,随着湿度的增大,矿渣粉混凝土的强度提高幅度最大;各种混凝土的抗渗性与抗碳化性能基本随养护温度的升高而降低,普通混凝土下降最为明显,粉煤灰混凝土的抗渗性与抗碳化性能受养护温度影响最小。     

高地温铁路隧道隔热层方案研究

为了得到高地温铁路隧道最佳隔热层方案,首先对比分析不同隔热层敷设方式的优缺点,接着通过模糊评价法选取高地温隧道中最优隔热材料,最后通过数值模拟的方法确定高地温铁路隧道中隔热层的设置参数。研究结果表明:隔热材料宜选用硅酸盐质复合绝热卷毡或干法硅酸铝纤维板;隔热层敷设方式宜采用夹心式;隔热层导热系数越小越好,根据所选的隔热材料确定;隔热层厚度宜取5~10 cm。     

中尼铁路高地温分布特征及地质选线探析

拟建中尼铁路地形复杂,岩性多变,区域深大断裂发育,新构造运动活跃,地震频发,岩浆多期侵入;线路走行于雅鲁藏布江地热活动带和雅鲁藏布江谷地地热活动带,沿线地热极其发育,且具有温度高、天然热流值大的特点。在收集、调查沿线高地温分布特征、研究高地温对工程的影响及高地温热害分级标准及相应治理措施的基础上,从地质角度研究其选线原则。研究认为:拟建中尼铁路地热以中高温-超高温带为主;线路必须绕避可能大范围出现严重热害的高地温地区;当线路必须通过规模较大的高地温地区时,应选择地热边缘地带、构造简单、地热强度弱的地段以桥梁、路基工程通过;隧道通过高地温区时,宜减少隧道埋深。     

高地温隧道温度场的数值解

解决高地温隧道热害问题的前提是掌握隧道结构与高温围岩及隧道内空气间的传热规律。根据能量守恒定律,建立隧道空气-隧道衬砌-高温围岩的二维非稳态传热有限差分方程,分析季节性风温、不同程度高地温和铺设隔热层等对高地温隧道传热的影响。得到了隧道开挖后,围岩温度随自然风变化的规律、调热圈厚度变化规律和隔热层厚度对高地温隧道降温的影响等结果。研究所得结论可为高地温隧道施工及运营过程中的降温技术提供理论依据。     

浅谈铁路隧道衬砌质量缺陷及质量控制思路

铁路隧道二次衬砌是保证铁路隧道安全运营的重要结构,二次衬砌质量一旦出现问题,将直接影响隧道的使用功能,甚至对后期运营安全埋下隐患.通过系统分析隧道衬砌混凝土强度不足、渗漏水、开裂掉块、背后脱空等隧道衬砌质量缺陷及发生的原因,从混凝土原材料、衬砌台车、养护台车、衬砌施工质量控制、养护作业等方面,提出了提高隧道衬砌质量的措...     

寒区隧道隔热层设计参数的实用计算方法

根据冻土学基本理论推导寒区隧道围岩的季节冻结深度和季节融化深度计算公式.根据传热学的热流连续定律,分别计算隧道围岩的热流量及含隔热层和衬砌隧道围岩的热流量;采用当量换算法推导出寒区隧道隔热层厚度及导热系数的计算公式.以青藏铁路风火山隧道为例,采用推导的隔热层厚度及导热系数公式进行计算.结果表明:隧道DK1 159+046断面在2004年需要的隔热层厚度为4.1 cm,导热系数为0.03 W·(m·℃)-1;考虑未来50年升温2.6℃,全隧道铺设厚度为5cm、导热系数为0.03 w·(m·℃)-1的隔热层,在前20年基本保证围岩不融化,在之后的30年围岩可能会融化.隧道实际的隔热层厚度为5 cm,导热系数为0.03 w·(m·℃)-1,2004年实测地温资料表明隧道围岩没有融化.此计算公式在寒区隧道设计的初始阶段,可用于指导隧道隔热层厚度和导热系数的参数设计.     

高原地热隧道混凝土衬砌施工技术研究

新建拉萨—日喀则铁路的隧道工程存在高温围岩和高温裂隙水的异常地热现象.异常地热现象致使隧道混凝土衬砌的工作性能、物理力学和耐久性能劣化,影响隧道结构安全和使用寿命.分析混凝土原料及主要性能,以及高温环境中混凝土物理力学和耐久性能发展趋势和劣化机理.针对高原地热隧道混凝土衬砌施工技术进行系列试验研究,测试高温环境下隧道初期支护喷射混凝土和二次衬砌高性能混凝土的性能指标,提出混凝土掺加高温稳定剂是解决高原地热隧道混凝土衬砌施工技术有效措施等结论.     

高岩温低湿环境下隧道混凝土配合比设计及养护研究

依托在建铁路隧道工程,针对高岩温对隧道衬砌混凝土配合比及养护的问题,采用了室内实验的成果,指导了现场施工。高岩温隧道衬砌混凝土水泥应选择粉煤灰硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥;掺合料建议选择粉煤灰;配合比设计时,应提高一个强度等级;混凝土浇筑以后,在终凝以前应对混凝土进行覆膜养护;终凝以后,要加强保湿养护,延长洒水养护至28 d,同时加强通风。现场施工时不方便采取覆膜养护工艺的,浇筑后可以在混凝土表面涂敷水玻璃型养护剂进行养护。     

聚丙烯纤维网湿喷混凝土施工方法

介绍采用聚丙烯纤维网湿喷混凝土作为铁路隧道永久性衬砌的施工方法 ,并与整体式、复合式衬砌作了经济效益比较 ,以宝兰二线宝天段东巨寺沟隧道Ⅲ级围岩地段的试验为例说明此工法的使用效果     

川藏铁路高地温隧道建设技术

以川藏铁路一超高地温隧道为工程依托,结合现场实践经验探究高地温隧道的超前地质预报、高温爆破和通风降温技术。研究结果表明:高地温隧道的超高地温源于地层高地热值以及地层裂带间的高温水和水汽;综合使用超前地质钻孔法和红外探水法能够有效探明高地温段掌子面前方围岩温度场和水文地质情况;掌子面前方围岩温度随着探孔深度的增加而增高,增长速率先大后小,深度大于11 m后围岩温度基本维持不变;炮孔内温度可分为小于等于50℃,50～70℃和大于70℃3个等级,应分别进行爆破方案设计;综合式通风降温可将环境温度降低10～12℃,能有效改善施工作业环境。     

京张高铁隧道衬砌混凝土智能式养护成套技术实践

通过分析隧道衬砌养护期裂缝的形成机理,找到养护期衬砌裂缝控制的3个要素:湿养天数、环境相对湿度、衬砌内部与表面温度差和衬砌表面与隧道内环境温度差,进而提出混凝土养护期控制要求,包括养护时间、养护湿度控制方法、养护期温度控制要求及结构强度控制要求等。2016年开工建设的京张高铁八达岭隧道,采用添加粉煤灰和石粉的现浇高性能混凝土二次衬砌。现浇混凝土衬砌养护使用养护台车结合自粘式节水养护膜进行养护,同时采用充气式帆布气囊对养护中的隧道衬砌进行保温,取得了良好效果。结合京张高铁八达岭隧道衬砌智能式养护经验,介绍包括智能式养护设备、自粘式节水养护膜及保温充气式帆布气囊等智能式养护成套技术的使用情况。     

宜万铁路堡镇隧道高地应力软岩大变形段施工技术

宜万铁路堡镇隧道穿越地层大部分为砂质页岩和粉砂质页岩,局部为炭质页岩,岩层软弱、节理较发育;隧道埋深大,地应力高,围岩强度低,高地应力软岩大变形区段长,施工过程中发生了严重的大变形。主要介绍高地应力软岩大变形段的施工措施,即:采用小导管注浆超前支护、采用短台阶和双侧壁相结合的开挖方法,初期支护采用喷混凝土+型钢钢架+锚杆+钢筋网的支护措施,控制每环仰拱开挖长度不超过4 m,及时封闭成环,及时施做二次衬砌,对隧道高地应力软岩段的预留变形量为15～30 cm,确保了隧道顺利通过软岩大变形区段。     

层状岩体隧道病害机理分析及整治措施研究

兰渝铁路玄真观隧道穿越高地应力泥、砂岩水平互层围岩地段,出现了喷射混凝土开裂、仰拱隆起破坏和衬砌开裂等病害。采用现场测试和室内实验手段,并结合数值模拟方法,对隧道病害原因进行调查分析。在此基础上,提出病害段的整治方法和施工控制措施,病害整治取得了比较理想的结果。     

玉蒙铁路旧寨隧道地热段施工技术研究

结合新建单线电气化铁路工程昆河线玉溪至蒙自段旧寨隧道出口地热段的施工,介绍隧道地热高温段所采用的综合施工降温技术:采用帷幕注浆堵水、加强通风、冰块冷却降温、保温管排水、低温室等综合配套降温技术,将长900 m、最高温度达52℃的高地热影响段施工温度降低至32℃以下,确保隧道安全顺利施工。     

压入式通风对高地温隧道衬砌的降温效果分析

以拉萨—林芝铁路桑珠岭隧道工程为依托,分析高地温隧道温度场的分布规律及高地热环境对隧道结构力学性能的影响,并且采用有限元软件分析了压入式通风对高地温隧道衬砌的降温效果。研究结果表明:隧道初始温度场的温度越高,开挖的影响范围就越大,对隧道结构的力学性能影响越大;为了保障施工及运营安全,必须持续降低隧道内的温度;采用压入式通风方法可有效降低隧道内环境温度,当通风速度达到35 m/s时,降温率可达43.3%。