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《重庆交通大学》 2016年
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灰岩区隧道排水系统结晶堵塞规律研究

翟明  
【摘要】:随着我国西部大开发的深入及城市建设的发展,各种基础设施建设也随之加快,传统的桥梁及道路建设已不能满足我国经济的快速发展,越来越多的隧道与地下工程开始建设。而在我国中西部地区,很多的隧道工程不可避免的要穿越灰岩地区,灰岩区富含碳酸盐与钙盐,使得隧道排水管中很容易形成难溶性碳酸盐结晶,堵塞排水管道,影响隧道结构的寿命和安全。目前国内外对灰岩区隧道排水系统结晶堵塞问题的研究相对较少,因此,本文依托重庆交通大学山区桥梁与隧道国家重点实验室培育基地和材料实验室,采用模型实验的方法,对影响隧道排水系统堵塞的因素进行了相关分析研究,主要的研究内容如下:1)对处于灰岩区的重庆中梁山隧道进行现场调研,取隧道排水管中的水溶液做离子成分分析,得到水样中离子种类及其浓度。从理论上解释灰岩区隧道在运营过程中发生的隧道排水系统结晶堵塞现象,综合分析了导致隧道排水系统堵塞的原因以及影响隧道排水管内结晶沉淀物生成的主要因素。2)以CO_2接触面、管径、形状、流速为主要研究因素,通过模型试验,采用多次单因素重复实验的方法,对比观察每间隔5天研究管道干重的变化,来分析研究这四个因素对排水管内结晶沉淀物生成的影响。3)通过查阅大量国内外相关文献,并参考本次实验结果的基础之上,对灰岩区隧道排水系统结晶堵塞的防治提供一些参考建议。本文主要研究成果如下:1)从地质、工程、植物与微生物以及气候方面对造成灰岩区隧道排水系统堵塞的原因进行分析,正是在这四者的相互作用,最终导致了灰岩区隧道排水系统的堵塞。总结出隧道排水管内结晶沉淀物生成的影响因素,主要包括CO_2、温度、压力、水溶液中的pH值以及地下水中其他离子的影响等因素,在这几个因素的共同影响、共同作用下,促使隧道排水管内结晶沉淀的析出。2)综合分析各实验结果可知,在其他实验条件及环境一致的情况下,CO_2含量越低,排水管管径越小,管道内表面越光滑,流速越快,排水管内结晶沉淀越难析出,结晶速率越慢,其中CO_2、管道形状和流速这三个因素的影响更加显著。“管径越小,结晶沉淀越难析出”的结论仅是模型实验中得出的结果,而在实际工程中,排水管管径并不是越小越好,还需更多地考虑其他堵塞因素的影响。3)假定实验过程中,溶液中各离子均得到源源不断地补充,利用拟合曲线表达式对实验中最不利条件下管道堵塞时间进行预测,发现在流速实验中,流速设定为0.198m/s时,实验装置持续不断地运行164天后,实验管道将会被结晶沉淀物完全堵塞。4)参考实验结果和借鉴国内调研资料,提出通过优化隧道防排水系统结构,在一定程度上加大纵向排水管的坡度,加入高性能阻垢剂与固定CO_2的生物酶以及采用加压设备进行物理清除的方法,来达到防治隧道排水系统结晶堵塞的目的。
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