寒区隧道防冻施工技术探讨

寒区隧道工程因其所处环境的特殊性，在一定的条件下会发生冻害现象。本文从冻害发生的条件入手，提出了防止冻害发生的条件，对施工具有一定的指导意义。     

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.     

高海拔寒区隧道通风降温研究

高海拔寒区修建的隧道的防冻胀措施是其一项重点工程,如果该类地区隧道未做有力防冻胀措施,在隧道营运后将会出现严重的冻害,例如衬砌开裂、剥落,以及隧道积冰等,将会严重影响隧道运行。通风降温系统主要用于隧道处于地热地质情况下,极少运用到高海拔寒区隧道实践中,此次通风降温研究为防止施工开挖产生的热量融化一部分裸露的围岩从而加重冻害的发生,为防冻害奠定基础。     

高海拔寒区单线隧道排水系统防寒设计研究

在高海拔寒区修建隧道,极易出现冻胀破坏、道床积水结冰等病害,对列车运营安全产生巨大威胁,因此亟需对高海拔寒区的隧道工程建设开展专项防排水防寒设计研究。在调研多种寒区隧道排水系统方案的基础上,分析这些方案的排水效果和在高海拔寒区的适应性,根据塞什腾隧道的工程地质与水文地质情况,采用复合排水系统的方式进行设计。全隧道采用双侧双层盖板保温水沟,低端洞口设置防寒泄水洞,并设置环向盲沟直接引入中心水沟,避免洞外水流入洞内,产生冻害。该方案经济、有效的防寒、排水措施,为同类工程提供借鉴作用。     

季节性寒区隧道保温隔热层厚度计算方法

为了解决冻结锋面移动带来的保温层厚度不足的问题,以河北延崇高速棋盘梁隧道为研究对象,采用现场监测、数值模拟以及理论分析等方法对季节性寒区隧道冻结锋面的移动规律进行探究,得出考虑冻结锋面移动规律的保温隔热层计算公式。结果表明：在同一断面内,较厚的仰拱填充对温度的传递起到一定的阻碍作用,冻结锋面在拱顶处的深度大于边墙处的深度。随着时间的推移,冻融循环的反复进行,季节性寒区隧道的冻结锋面深度会逐渐加深,最终趋近于一稳定值。不同断面的冻结锋面最终稳定深度与断面处年平均温度呈现线性相关关系,而与温度变幅呈现非线性相关的关系。基于冻结锋面移动规律,对保温隔热层厚度计算公式中的冻深参数进行了修正,保证了保温层长期有效服役。     

高海拔地区铁路隧道施工及防冻技术研究

为了穿越西部山区,在铁路隧道建设的过程中需要穿越高海拔寒区,这给铁路隧道工程建设工作增加了难度。在高海拔寒区进行铁路隧道建设时需要采取合理的施工技术和抗防冻技术。本文将结合高海拔寒区铁路隧道施工的实际情况,研究高海拔寒区铁路隧道施工及抗防冻技术。     

寒区隧道中玻化微珠保温砂浆隔热结构体系研究

如何在隧道中采取行之有效的冻害防治措施,保证安全运营,是当前隧道工程界迫切需要解决的问题。笔者针对寒区隧道的冻害防治技术之一——保温隔热材料防冻措施,提出玻化微珠保温砂浆隔热结构体系,用玻化微珠保温砂浆隔热层代替原来的有机保温材料隔热层,通过保温砂浆试验研究与隔热层结构设计计算,进一步达到隧道保温防冻技术的要求。     

寒区隧道围岩水热力耦合数值分析

利用“三区域”理论,建立考虑水分迁移和水冰相变的寒区隧道水热耦合问题的联合求解微分方程,然后采用 COMSOL Multi-physics 软件实现温度场和水分场耦合数值模拟,进而将数值模拟结果与土柱冻结试验的结果进行对比,验证水热耦合数值模拟模型的有效性.根据冻胀理论,着重对寒区隧道的应力场控制方程进行推导,利用孔隙冰与冻胀率之间的关系建立寒区隧道水热力三场耦合计算模型.最后以牡丹江到绥芬河区间的牡绥隧道为例,对温度场、水分场以及应力场进行了模拟分析.结果表明:外界温度的变化对开挖后的隧道会有很大影响.随着时间的增加,隧道洞口冻结圈厚度逐渐增加,在1月份达到最大冻深2m左右.     

寒区隧道围岩水热耦合数值分析

寒区隧道土体中的水分迁移和相变是冻害问题的主要诱因.基于混合物理论,建立考虑水分迁移和水冰相变的联合求解微分方程对水热耦合问题进行求解,并使用 COMSOL Multi-physics 软件进行模块开发,实现渗流-温度耦合数值模拟,进而将模拟结果与土柱冻结实验的结果进行对比,证明水热耦合模型是正确的.最后以西藏自治区米林隧道为例,对温度场、水分场模拟分析并对是否考虑水分迁移的温度场进行对比.结果表明:随着时间的增加,隧道顶部边界气温由-0.82℃降低到-9℃,隧道内部边界温度由-0.74℃ 降低到-11.11℃,并在3月份隧道温度回升;含冰量峰值出现在1月份,在3月份含冰量开始下降.同时,未考虑水分迁移的温度场中热传导速度较快,证明相变潜热对隧道中温度场的分布影响远大于液态水靠重力迁移造成的热对流传热.研究成果直观反映富水寒区隧道的冻害发生过程,具有一定的参考价值.     

钻孔埋管换热器用于寒区隧道消防管网加热保温的理论研究

为解决寒区隧道消防管冻结失效问题,提出一种基于钻孔埋管换热器的新型加热保温系统;基于非等温管道流模型,联立消防管段加热过程和埋管换热器换热理论,得到系统运行过程中流体温度分布的解析解。以林场隧道工程为背景,对加热段水温、换热器换热效率等的变化规律进行理论分析与数值验证。研究结果表明：进、出口水温先降低后快速上升再缓慢下降,10 h时达到峰值;加热初期,轴向水温分布为“进口温度高、出口温度低、段中温度突变”,之后在4～5℃范围内近似呈均匀分布;随着系统的运行,换热器平均换热效率稳定在约15 W/m。系统连续运行对地温的影响范围不断扩大,钻孔附近地温不断降低。系统间歇运行模式由设定高限和低限控制,在间歇期内,围岩地温可得到一定程度的恢复,且换热器换热效率较连续运行工况下的高。水温、换热器换热效率等的理论计算结果与数值模拟结果吻合度较高,本文所提出的寒区隧道消防管网钻孔埋管换热保温系统可使消防管段水温维持在设定低限温度以上,节能高效,有一定的应用价值。     

寒区隧道衬砌电加热试验研究

寒区隧道冬季易出现衬砌破损甚至滴水结冰等冻害,为此,除了做保温层外,主动加热系统也是必要的,主动加热系统主要由二次衬砌和保温层间的电热带组成.为了模拟隧道衬砌混凝土表面滴漏水结冰后从负温加热至正温的工况,对负温条件下的混凝土试件进行电加热模型试验研究,包括对单独试件及三联试件进行加热试验.结果表明:在采用长度2 m、功...     

寒区隧道地源热泵供热系统及优化分析

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林场隧道中.系统由取热段、加热段、热泵和分、集水管路组成,可用于隧道洞口段衬砌和排水系统加热.在分析研究该系统传热机理的基础上,建立考虑热阻和热源的隧道取热段传热模型,利用叠加原理、格林函数法和拉普拉斯变换法相结合的方法获得其解析解.热交换管间距对热交换管换热量有显著影响,随着管间距的增加,换热量呈线性增加.热交换管换热量随隧道埋深的增加而呈线性增加,热交换管应布置在埋深深的部位.与热泵持续运行相比,间歇运行有利于土壤温度场的恢复,有助于提高热泵运行效率.     

浅谈寒冷地区煤矿井筒保温防冻设计

指出了严寒地区煤矿进风井筒保温热负荷计算应注意的问题,将井筒供热设备热风炉和空气加热器的供热特点进行了比较。     

高海拔严寒地区特长公路隧道温度场计算分析

寒区隧道修建的技术问题比一般地区要复杂得多,其中一个关键问题是这些地区一般要受到冻融、冻胀状态的影响。这两种状态周期性的交替变化将造成隧道结构的破坏。隧道处在何种状态可由隧道衬砌与围岩温度场的变化情况得出。通过对寒区隧道温度场的计算分析,确定隧道开挖前后围岩温度场的变化情况,为隧道采取相应的防冻技术措施提供依据。考虑相变潜热情况下对雀儿山隧道围岩瞬态温度场进行数值计算分析,确定隧道开挖前初始地温场。计算和预测隧道围岩在正常运营通风条件下的温度场变化,得出不同情况下保持隧道衬砌与围岩100年不冻的隔热层敷设厚度。     

外墙保温施工要点

本文介绍了外墙保温的施工要点.     

寒区隧道沿径向温度场变化规律及影响因素分析

为揭示寒区隧道衬砌结构和围岩沿径向温度场变化规律,采用控制变量法设置了21组计算工况,以年温度振幅等于0.05℃作为围岩温度影响边界确定标准,通过数值模拟计算,研究隧道衬砌结构和围岩年平均温度、年温度振幅沿径向深度变化规律,分析空气年平均温度、空气年温度振幅、围岩初始温度、围岩导热系数和导温系数5个因素对其影响。研究结果表明：隧道衬砌结构年平均温度和年温度振幅沿径向深度近似呈线性变化,围岩则分别呈对数函数升高和指数函数降低;衬砌结构、围岩年平均温度和空气年平均温度、围岩初始温度之间呈正线性相关,年温度振幅和空气年温度振幅也呈正线性相关,但不受围岩初始温度影响;空气年温度振幅降低,围岩温度影响边界深度减小,衬砌结构和围岩年平均温度整体上升;围岩导热系数增大,衬砌结构和围岩年平均温度整体略有升高,但空气至围岩表面年温度振幅衰减倍数明显升高,围岩年温度振幅整体减小,相应冬季围岩冻结深度减小;围岩导温系数增大,空气至围岩表面年温度振幅衰减倍数降低,围岩年温度振幅沿径向深度衰减减缓,衬砌结构和围岩年温度振幅整体较高,同时围岩温度影响边界深度增大,衬砌结构和围岩年平均温度整体减小,相应冬季围岩冻结...     

西成铁路寒区主要隧道温度场及防寒设计分析

为探究西成铁路寒区隧道温度场分布规律,依据实测气象资料并考虑热位差对寒区隧道温度场分布的影响,对沿线20座隧道温度场进行了计算分析,归纳总结了寒区隧道洞内温度场分布规律。通过计算可知,隧道围岩径向的冻结深度随着地温增加以及洞外气温升高而减小,气温每降低1℃围岩径向冻结深度增加0.12 m;地温每增加1℃,围岩径向冻结深度减小0.08 m。隧道纵向温度场分布不对称性随隧道内外温差的增加以及进出口海拔高差的增加而显著,低海拔洞口段进出口高差每增加50 m,纵向冻结长度增加约360 m;气温每降低1℃,低海拔洞口纵向冻结长度增加约300 m,高海拔洞口增加约110 m。     

寒区长大隧道温度实测与仿真

基于现场实测数据对寒区长大隧道内温度的变化规律进行了分析,基于数值仿真分析对不同环境气温、围岩原始地温、自然风速、列车运行速度和频率条件下隧道洞内温度场和冻结深度的变化规律及保温层的适用范围进行了研究.研究结果表明:若环境气温或围岩原始地温低,自然风速大,或列车运行速度大和运行频率高,则洞内可能出现负温分布,所以寒区长大隧道结构防寒不应仅在洞口段;保温层法不能完全解决寒区长大隧道洞口保温问题,当环境气温低于15℃,持续冻结时间超过45d时,需要采取主动保温措施.     

冻融循环条件下寒区隧道长期稳定性

为明确温度变化对寒区隧道长期稳定性的影响,以某寒区隧道工程为研究对象建立了水热力耦合模型,研究了未来50年隧道温度场、应力场和变形场的时变特征和规律.在此基础上,采用响应面法计算分析了该隧道的可靠性.结果表明:第50年隧道围岩冻融范围将达到1.1 m,比建设初期增大了 1倍;隧道拱顶处压应力和底板处拉应力逐年上升,且在...     

寒区铁路运营隧道渗漏水防治技术

寒区铁路运营隧道渗漏水因冬季结冰而造成重大安全隐患,影响行车安全。文中针对东北此类隧道渗漏水病害进行了试验整治,通过运用高精度探地雷达在隧道内进行渗漏水水源探测,针对不同渗漏水原因进行分类整治,采用堵排结合的施工技术和新型的马丽散防堵水材料进行堵水试验。实际工程验证了该技术和材料的安全可靠性。