高原多年冻土隧道施工技术及工艺试验研究
【摘要】：青藏铁路格拉段昆仑山和风火山隧道位于青藏高原海拔4500m以上的多年冻土区,是青藏高原550Km连续多年冻土区修建的仅有的两座隧道,是目前世界上在高原多年冻土区这一特殊气候及围岩条件下修建的最高海拔的隧道工程。该区具有独特的冰缘干寒气候特征。在这种特殊的气候和围岩条件下修建隧道在世界隧道建设史上尚属首次,遇到的是全新的技术课题。本文主要对高原冻土隧道的施工技术、工艺进行了试验研究。
1、通过运用微分方程对冻土隧道围岩温度场进行研究并对实测温度数据进行处理分析,了解和掌握了高原冻土隧道围岩温度场变化规律,为施工中实现“尽量减少施工对冻土围岩的扰动”的目标采取合理的施工措施提供了理论指导。此项研究为国内首次开展,填补了此项研究的国内空白。
2、通过建立隧道洞内、通风筒内空气温度场物理模型,模拟计算、分析和研究了隧道洞内及风筒内空气温度场的规律,找出了风筒进出风口空气温度的关系,为正确选择洞内通风方式和措施提供了理论指导。此项研究成果对同类工程施工具有指导意义。同时,昆仑山隧道采用的背负式供氧技术、风火山隧道采用的洞内弥漫式施工供氧技术均为国内首创。
3、通过配合比试验、外掺料的掺量试验、喷射工艺系统合理温度试验、喷射工艺流程及技术条件试验、及室内的强度试验、抗冻融试验、喷射混凝土与岩面的粘结强度试验,证明了通过采用特殊的施工工艺,湿喷混凝土能作为高原冻土隧道施工的支护手段,统一了国内隧道界在这一问题上的认识,解决了“在高原多年冻土地带湿喷混凝土不能喷上去”的问题。同时制定了高原多年冻土隧道湿喷混凝土支护施工工艺,为在高原多年冻土区隧道施工中采用湿喷混凝土支护积累了经验,填补了这方面研究的国内空白。
4、结合工程施工对施工机械化配套进行了研究,为高原冻土隧道施工摸索了一套较为有效的施工机械化配套技术。其中防干扰仰拱作业桥已于2003年取得国家专利。
5、本文通过对多年冻土区隧道防水隔热层的材料选择、工艺试验;通过高原冻土隧道模筑衬砌混凝土的原材料选择、配合比选定、混凝土的拌制及运输、养护与拆模条件、设备配套及劳动力组织、质
【关键词】：高原 多年冻土 隧道施工 工艺试验研究 渗漏水治理
【学位授予单位】：中南大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2005
【分类号】：U455.4
【DOI】：CNKI:CDMD:1.2006.043276
【目录】：
【学位授予单位】：中南大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2005
【分类号】：U455.4
【DOI】：CNKI:CDMD:1.2006.043276
【目录】：
- 第一章 绪论11-29
- 1．1 引言11-18
- 1．1．1 冻土研究发展史11-17
- 1．1．2 冻土工程研究进展17-18
- 1．2 高原多年冻土隧道研究的国内外现状18-21
- 1．2．1 理论研究18-20
- 1．2．2 工程实践20-21
- 1．3 青藏铁路高原多年冻土隧道施工中开展的科研21-26
- 1．3．1 洞内外气温对围岩冻融圈的影响21-22
- 1．3．2 冻融作用对隧道结构影响分析22-23
- 1．3．3 隧道防排水技术试验研究23-24
- 1．3．4 衬砌隔热保温技术及工艺试验研究24
- 1．3．5 湿喷混凝土支护技术及工艺试验研究24-25
- 1．3．6 施工通风技术及施工温度场研究25-26
- 1．3．7 隧道施工机械性能及配套技术研究26
- 1．4 本文研究内容26-29
- 1．4．1 理论研究27
- 1．4．2 工艺试验研究27-28
- 1．4．3 渗漏水原因探讨28-29
- 第二章 工程概况29-33
- 2．1 概述29-31
- 2．1．1 昆仑山隧道29-31
- 2．1．2 风火山隧道31
- 2．2 隧道结构31-33
- 2．2．1 衬砌支护设计31-32
- 2．2．2 洞内设备32
- 2．2．3 防排水设计32-33
- 第三章 隧道围岩温度场研究33-62
- 3．1 运用微分方程研究隧道围岩温度场33-55
- 3．1．1 一般导热微分方程33-35
- 3．1．2 围岩导热控制微分方程35
- 3．1．3 边界条件35-36
- 3．1．4 围岩导热控制微分方程的差分解法36
- 3．1．5 围岩温度场计算程序及参数36-37
- 3．1．6 毛洞计算及结果分析37-41
- 3．1．7 初衬后围岩的温度场计算及结果分析41-47
- 3．1．8 二衬后围岩的温度场计算及结果分析47-52
- 3．1．9 洞内气温对围岩温度场的影响52-53
- 3．1．10 原始地温对围岩温度场的影响53
- 3．1．11 小结53-55
- 3．2 隧道实测温度资料分析55-57
- 3．2．1 温度数据处理55-56
- 3．2．2 小结56-57
- 3．3 运用隧道围岩温度场规律指导施工57-62
- 3．3．1 控制围岩暴露时间57-61
- 3．3．2 控制洞内空气温度61-62
- 第四章 施工温度场研究及通风、供氧技术62-78
- 4．1 施工温度场研究62-76
- 4．1．1 建立隧道洞内环境空气温度场物理模型62-64
- 4．1．2 建立风筒内气体温度场物理模型64-65
- 4．1．3 空气温度场模型计算参数65-66
- 4．1．4 隧道内气体对流换热系数66
- 4．1．5 风筒内气体对流换热系数计算66-68
- 4．1．6 隧道内热源强度的计算68
- 4．1．7 风管内热源强度的计算68
- 4．1．8 偏微分方程的差分解法68-71
- 4．1．9 洞内空气温度场的计算结果分析71-74
- 4．1．10 风筒内沿程空气温度场74-76
- 4．1．11 小结76
- 4．2 施工通风与供氧76-78
- 4．2．1 施工通风76-77
- 4．2．2 施工供氧77-78
- 第五章 湿喷混凝土支护技术及工艺试验研究78-97
- 5．1 研究内容及程序78
- 5．1．1 研究内容78
- 5．1．2 研究程序78
- 5．2 工艺试验78-89
- 5．2．1 原材料及外加剂试验78-83
- 5．2．2 砂率选择试验83-84
- 5．2．3 室内配合比试验84-85
- 5．2．4 混凝土拌和物温度、坍落度以及随时间变化关系试验85-87
- 5．2．5 强度发展试验87-88
- 5．2．6 提高湿喷混凝土早期强度试验88-89
- 5．3 湿喷射混凝土可行性试验及强度测试89-90
- 5．3．1 施工配合比89
- 5．3．2 强度试验89-90
- 5．4 湿喷混凝土试验性应用及强度测试90-92
- 5．4．1 试验性应用90
- 5．4．2 强度测试90-92
- 5．5 湿喷混凝土施工及质量控制92-96
- 5．5．1 湿喷混凝土施工92-95
- 5．5．2 施工质量检查与控制95-96
- 5．6 数据分析及结论96-97
- 5．6．1 数据分析96
- 5．6．2 小结96-97
- 第六章 模筑衬砌混凝土及防水隔热层施工工艺97-108
- 6．1 模筑衬砌混凝土施工工艺97-103
- 6．1．1 具体要求及工艺流程97
- 6．1．2 模筑衬砌混凝土施工97-101
- 6．1．3 设备配套及劳动力组织101-103
- 6．1．4 模筑衬砌混凝土质量控制与评定103
- 6．2 防水隔热层施工工艺103-108
- 6．2．1 设计概况103
- 6．2．2 材料性能及工艺试验103-104
- 6．2．3 施工方法104-108
- 第七章 渗漏水原因探讨及治理108-124
- 7．1 引言108-109
- 7．2 连通试验109-112
- 7．2．1 试验点的选择109
- 7．2．2 试验阶段划分109
- 7．2．3 第一阶段现场试验109-111
- 7．2．4 第二阶段现场试验111
- 7．2．5 小结111-112
- 7．3 渗漏水原因分析112-114
- 7．3．1 冻土地质差异112-113
- 7．3．2 衬砌背后存在承压水113
- 7．3．3 冻胀力破坏113
- 7．3．4 排水系统只能季节性排水113-114
- 7．4 渗漏水治理114-124
- 7．4．1 治理方案114-115
- 7．4．2 注浆设计115-116
- 7．4．3 实施情况116-118
- 7．4．4 治理效果118-124
- 第八章 结论与建议124-126
- 8．1 结论124-125
- 8．2 建议125-126
- 参考文献126-135
- 致谢135-136
- 攻读学位期间主要的研究成果136
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| 【参考文献】 | ||
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| 【二级参考文献】 | ||
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| 【相似文献】 | ||
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