草木沟隧道温度场实测与分析

为了探究寒区隧道贯穿运行后温度场的演化规律,以吉图珲铁路草木沟隧道为研究对象,根据现场温度实测数据,采用ANSYS有限元软件建立等比例隧道温度场模型。基于热传导理论分析影响温度场演化的主要因素,采用控制变量法计算得出不同冻结期、有无列车风及不同外界气温条件下隧道纵向和径向温度场的分布规律。研究结果表明：隧道实测断面温度呈正弦规律分布,距衬砌表面越远,温度振幅越低;隧道全线冻结期内仅有280 m温度处于0 ℃以上,故需对隧道全线进行防寒保温措施;隧道洞口段冻结深度与冻结时长、外界气温密切相关,冻结时间越长冻结深度越深,极端气温下洞口冻结深度最高可达8.2 m;列车风速对冻结深度影响较小,但列车风的影响不容忽视。研究成果可为草木沟隧道冻害整治提供理论数据支持。     

热位差以及洞口净压差影响的寒区隧道温度场研究

为探究寒区隧道温度场分布规律,对国内26座已建成寒区隧道温度场实测数据进行了统计.在考虑隧道进出口高程差引起的超净压差和洞内外温差导致的热位差时,寒区隧道洞内纵向温度场呈不对称分布规律明显,低洞口段洞内纵向负温距离明显高于高洞口段.通过理论分析和数值计算并与实测数据进行对比发现:超净压差以及热位差越大,隧道纵向温度场不对称性分布越明显,且当低洞口端存在大气自然风时隧道纵向温度场不对称性更加突出.     

基于正交试验的高海拔寒区隧道温度场影响因素及防冻措施

为保证高海拔隧道在服役期间内不受冻害破坏,以青沙山隧道为例,模拟分析了高海拔隧道温度场的一般性规律;通过正交试验对影响因素进行敏感性分析;并建立衬砌保温层厚度计算公式及衬砌寿命预测模型.结果表明:海拔较低的洞口处温度较低,进出口压差每增加25 Pa,洞壁温度约下降0.8℃;正交试验得出环境温度、压差和埋深是影响高海拔隧道温度场的主要因素;根据保温模型计算得,当冻结时间30 d,冻结深度1.87 m时,所需保温层厚度为1.6 cm;根据混凝土的冻融循环试验数据提出隧道衬砌寿命预测模型,水灰比0.55、0.45和0.35的抗冻混凝土服役寿命约为25年、58年和98年.     

山岭隧道洞口段衬砌结构地震响应数值分析

隧道洞口段由于所处地质环境较差,是山岭隧道最容易失稳的部位之一。特别地,地质条件对隧道稳定性的不利影响会在地震过程被进一步放大。基于混凝土塑性损伤模型,建立隧道-围岩系统三维非线性有限元模型,采用该模型对横琴长湾隧道洞口段结构进行地震响应过程分析。结果显示:距离洞口越近,衬砌结构的位移响应越大;衬砌拱肩和拱腰的最大主应力峰值明显大于其他部位,并且拉裂破坏是衬砌结构主要破坏模式;损伤区主要分布在距离洞口70 m范围内,并且距离洞口越近,衬砌结构的损伤系数越大;衬砌结构的拱肩和拱腰是其抗震的薄弱部位。     

基于正交试验的寒区隧道温度场影响因素敏感度研究

影响寒区隧道温度场的因素众多,建立基于有限差分的隧道非稳态传热计算模型,以实际寒区铁路隧道南山隧道为例,采用正交试验法分别以隧道衬砌内部节点平均温度、隧道某断面衬砌温度和隧道洞口纵向冻结长度为指标对影响隧道温度场的各因素进行敏感度研究.结果表明:不同指标下各因素敏感度排列有局部差异;总体来讲,隧道埋深、洞内风向、隧道断面大小、洞内风速、入口风温、围岩导热系数、隧道埋深是影响隧道温度场的主要因素,围岩比热容、围岩密度是影响隧道温度场的次要因素.在寒区隧道抗防冻设计中,除去围岩比热容、围岩密度、围岩导热系数、入口风温等不可更改因素,对隧道温度场影响较大的隧道埋深、洞内风向、洞内风速、隧道断面大小、隧道埋深等隧道设计参数必须合理设置.     

寒区隧道地源热泵加热系统埋管间距优化分析

为预防寒区隧道冻害问题,将地源热泵型供热系统应用于内蒙古博牙高速公路林场隧道中,用于对隧道洞口段衬砌和排水系统加热.采用有限元计算方法,首先通过对初始温度场的计算反演出岩体各项热物性参数,再以试验所得热交换管实际换热量作为模型中管壁的内边界条件进行热交换管的岩土热响应分析.计算结果显示,隧道内热交换管管壁温度及管间温度与现场试验结果能够很好地吻合,满足工程精度要求.利用验证后的有限元计算模型对热交换管间距进行优化,得到埋管最优间距为0.5～0.8m.     

小净距隧道洞口段地表下沉分段曲线拟合研究

针对基于最小二乘法的曲线拟合方法无法考虑小净距隧道先、后洞相互影响的施工特点,根据隧道先、后洞不同步开挖对洞口段地表下沉规律的影响,提出一种新的预测地表下沉的分段曲线拟合方法,并对隧道施工现场洞口段地表下沉量测数据进行分段曲线拟合分析。结果表明:采用分段曲线拟合法能较好反映地表下沉随先行洞与后行洞掌子面向前掘进的变形规律并可预测最终下沉量,避免了多项式函数无法预测最终下沉量以及指数与对数函数拟合精度偏低等问题;隧道先、后洞由不同步施工开挖引起的地表下沉量沉降槽曲线并不对称,最大地表下沉量偏向后行洞。     

老寨隧道洞口段施工过程中的工作性状

隧道洞口通常处于浅埋、偏压、围岩破碎等复杂地质、地形条件,施工中容易发生仰坡坍塌、冒顶、衬砌结构变形开裂、难于安全进洞等情况.以厦蓉高速公路老寨隧道为例,针对浅埋、偏压及洞口段围岩破碎的情况,采用FLAC3D数值计算软件对洞口段隧道支护结构的应力、塑性区发生发展规律、变形等进行研究,得出了隧道洞口段开挖过程中应力分布规律、塑性区的分布及破坏特点、变形与隧道开挖的关系等.     

架子头隧道冒顶原因以及注浆加固效果分析研究

架子头隧道洞口浅埋段左幅在施工过程中出现了冒顶塌方,结合地表浅埋段的地质岩性对冒顶原因进行了分析预判,通过对地表浅埋段地质补充勘察揭示了采空小煤洞是造成隧道冒顶主要原因,并提出了合理的注浆加固方案;注浆加固后隧道再次施工,同时对地表以及拱顶的变形进行了及时的监控量测,结合对监控数据的分析,对地表的注浆有效的提高了隧道围岩自稳能力,使架子头隧道成功穿越冒顶坍塌地段.通过对架子头隧道冒顶处治的成功案例分析以期对类似工程的设计、施工提供借鉴和参考.     

寒区隧道轴向及径向温度分布理论解

考虑与隧道纵向深度及时间相关的非齐次对流边界条件,建立寒区圆形隧道传热模型,利用叠加原理及贝塞尔特征函数的正交及展开定理,得到了寒区隧道围岩径向温度的理论解.利用能量守恒法及经验公式法求得寒区隧道洞内气体年平均气温及年温度振幅沿隧道轴向随时间变化的解析表达式,并得出年平均温度在隧道轴线方向呈指数增长,而年温度振幅呈负指数增长.将隧道围岩轴向和径向温度场理论计算结果与实测值进行比较,两者吻合得非常好.在确定洞口外气温分布规律、风速及围岩的热物性参数后,通过围岩轴向及径向温度场理论解便可计算隧道洞内及围岩温度分布规律,并确定寒区隧道防寒保暖段的设防长度.同时,该解析法可用于验证其他数值方法的计算结果,也便于工程设计人员和施工人员对同类寒区隧道温度场的计算,因而具有一定的工程应用价值.     

水-热耦合作用下严寒地区高速铁路隧道温度场分布规律

为研究严寒地区高速铁路隧道修筑后,衬砌背后围岩冻结引发的隧道冻胀病害问题,以吉图珲客运专线榆树川隧道为例,综合考虑水分迁移和冰-水相变潜热对衬砌-围岩热传导的影响,建立了围岩冻结过程中的水-热耦合模型,结合现场实测大气温度,利用有限元法对榆树川隧道温度场进行了计算,得到了严寒地区隧道温度场的分布规律,确定了隧道发生冻结的最不利位置和最不利时间,并建立了隧道最大冻结深度与大气年平均温度之间的关系,分析了保温层对隧道防冻的作用,给出了保温层厚度和导热系数与隧道冻结深度的关系,提出了防止榆树川隧道发生冻结的保温层导热系数和厚度的建议值.     

隧道爆破开挖对洞口段边坡稳定性研究

为分析隧道爆破对洞口段边坡稳定性影响,以武靖高速第三合同段矮子寨隧道工程为依托,利用FLAC3D软件模拟隧道爆破开挖施工过程,并计算分析爆破施工对邻近边坡稳定性的影响,对存在失稳状态的边坡采取有效的支护措施,确保施工过程中隧道洞口边坡安全稳定.研究结果表明:隧道爆破施工产生的振动效应会极大降低邻近边坡的安全系数,并且会加大边坡地表位移沉降;锚杆支护有助于提高振动荷载作用下处于失稳状态下的边坡稳定性.     

高寒地区浅埋公路隧道围岩温度变化研究

为研究高寒地区浅埋公路隧道在环境温度影响下围岩温度变化规律,依托共和至玉树公路鄂拉山隧道工程,以隧道进口段为研究模型,应用ABAQUS软件对围岩温度场特征进行分析研究。结果表明:在高寒低温条件下,隧道周围围岩受环境温度影响范围随隧道纵深的增加而减小;对于隧道围岩横断面,环境温度影响深度,随纵深增加,无论纵向还是横向都逐渐减小;温度变化较快的区域集中在隧道进洞口的前40 m部分。基于此,建议施工过程中,在进出洞口段一定距离内,注意对围岩的保温防护,以提高围岩的稳定性并且增强施工的安全性。     

基于现场监测和数值模拟的隧道初期支护效果分析

以沙子塘隧道出口偏压段为依托,采取现场监测及数值计算等技术手段,详细分析典型监测断面围岩与支护结构相互作用关系。研究过程中对典型断面的围岩变形、钢支撑压力、锚杆轴力进行现场监测,并分析各个监测点的受力变形特征,并对围岩-支护结构作用关系进行评价。同时,为了进一步验证数据结果的准确性,采用数值计算手段分析监测断面的结构受力变形特征,并与监测数据对比分析,验证监测数据的准确性。研究表明,合理的应用监测及数值计算能够指导隧道现场施工,有效地提前预测施工可能遇到的风险,为控制隧道施工期围岩变形及支护技术提出一定的参考建议。研究成果对偏压隧道在洞口附近的监测方法及衬砌设计提供了重要的实践指导和理论支撑,对洞口衬砌支护效果、评价以及后期处治都有很好的借鉴作用。     

寒区隧道保温层铺设长度的计算方法

目前寒区隧道保温层铺设长度的设计要求隧道洞内温度场已知,为克服设计时暂无洞内气温实测资料的问题,基于由隧道进、出口气象条件及隧道地形条件求解的温度场解析解,提出了一种保温层铺设长度的计算方法.首先根据由隧道进口气象参数得到的洞内空气年温度振幅与由出口气象参数得到的洞内空气年温度振幅相等这一条件,计算得到受进出口气象影响的临界长度lM.当距隧道进口的长度小于临界长度lM时,利用进口气象参数计算隧道进口段围岩及衬砌温度场;当距隧道进口的长度大于临界长度lM时,利用出口气象参数计算出口段围岩及衬砌温度场,然后由隧道温度场中初期支护与围岩交界面出现0℃的位置确定保温层铺设长度.在铺设保温层后,洞内空气与围岩的对流换热发生变化,根据未铺设保温层和铺设保温层两种情况下的流入控制体的能量相等的条件,推导了保温层铺设长度的修正系数,从而计算出保温层铺设的最终长度.结合实际工程,利用提出的方法计算出保温层铺设长度,分析了关键参数对铺设长度的影响,结果表明:铺设长度随着地温梯度的增加逐渐减小,铺设长度随洞内风速的增加迅速增大.     

高原地区特长隧道斜井洞口复杂偏压力学特性研究与施工优化

以中国一带一路重点项目西藏圭嘎拉超长隧道2#斜井工程为依托,研究了高原地区特长隧道斜井洞口复杂偏压力学特性与施工优化.采用有限元分析软件MIDAS-GTS NX建立2#斜井洞口段模型,分析复杂斜交偏压斜井洞口改线优化前后围岩变形、洞口衬砌结构内力等变化的力学变化规律,通过改变斜井出洞口线路布置,提出新的施工优化方案.研究结果表明:改线优化后斜井两洞口围岩塑性值降低25.72％,竖向应力分别减小20.68％和21.36％;衬砌结构内力均有不同程度降低;围岩竖向沉降最大值降低33.18％;左洞口拱顶沉降位移降低57.58％.2#斜井通过线路优化后改进施工方案,有效降低围岩复杂偏压对斜井洞口段结构影响,将建模理论计算值与施工现场监测数据进行比较分析,验证了线路优化后的施工方案最合理.     

监控量测技术在乔庄隧道中的应用

通过对隧道进行监控量测,可预测预报围岩变化,优化设计和指导施工,确保隧道施工安全,使工程投资经济合理.对济邵高速公路乔庄隧道的拱项下沉、水平收敛、地表沉降、喷层应力、钢拱架应力等多项涉及围岩稳定性及支护合理与否的参数进行跟踪量测.量测结果表明:隧道开挖及初期支护30d左右,围岩基本上趋于稳定,应按照规范要求及时施作二次衬砌:隧道洞口的地表基本没有沉降,说明浅埋段采用管棚注浆技术是适宜的.通过采取有效的监控措施,及时的指导施工和修改设计,成功避免了施工中重大安全事故的发生,确保了隧道施工安全和质量,对隧道施工具有指导意义.     

白龙江隧道施工技术研究

介绍了白龙江隧道的施工技术,确定了隧道开挖的支护方式及关键技术,分别介绍了隧道洞口和洞身的衬砌施工方法,并分析了隧道特殊地质地段的特殊处理方法.     

软土盾构隧道施工沉陷的探地雷达检测

探地雷达利用高频电磁脉冲波的反射原理,可用于建筑物裂缝、地层孔洞或沉陷的探测.文章采用探地雷达法对上海地铁2号线延长线川沙东-航殷路软土段盾构隧道和隧道上部地表进行了无损检测和评价,探测结果表明: 552～576 m区段盾构隧道衬砌周围土层出现松动状况,由于盾构施工,隧道衬砌上部土体之间存在间隙,导致地表不均匀沉降;684～720 m区段隧道上部覆盖层土体较为松散,隧道左轴线处可能存在孔隙区,因而导致沉降和灌浆激增.     

强震区隧洞洞口段地震响应数值模拟研究

假定地震波为垂直入射的弹性平面波,探讨隧洞洞口段平面波输入方法;基于拉、压条件下混凝土不同的损伤演化过程,建立适于编程的混凝土衬砌弹性动力损伤本构模型;针对地震作用下衬砌与围岩相互作用特点,建立衬砌与围岩联合承载分析模型;以处于强震区的滇中引水隧洞某出口段为实例,分析平面P波和SH波同时作用下洞口段的地震响应特性。研究结果表明:衬砌各部位位移与地震波的振动方向有关,峰值位移随着与洞口距离增大而减小,并在48 m处趋于稳定;在地震作用下,衬砌的损伤破坏以拉损为主,损伤系数随时间逐渐增大;衬砌中脱开区、滑移区的分布与其震损较严重区域的分布基本一致,主要分布于距洞口21 m之内的拱肩、拱腰和拱脚部位。