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寒区冻土公路隧道温度场特性研究

郝飞  
【摘要】:为了分析计算寒区隧道施工过程中的温度场变化,验证寒区隧道保温设计的必要性和合理性,确定保温设计的经济性和有效性,本文以绥芬河市西山隧道为研究背景,结合东北冻土的热力性质,利用大型有限元计算程序Ansys,对寒区隧道进行了模拟分析,并且将计算的理论数据与实际测定的数据进行对比,分析隧道在开挖后,隧道围岩温度场的分布、初衬与二衬混凝土的温度变化过程,对隧道保温效果作出判断。本文主要研究了以下内容: 第一,对寒区隧道与寒区隧道保温设计的发展进行了介绍,并且对寒区隧道冬季冻害的发生机理和病害的基本特征进行了叙述。 第二,通过现场实际的温度监控,量测了隧址区大气温度,得到了隧道洞口大气温度的变化曲线;量测了隧道开挖后隧道内大气温度,得到了隧道内大气温度的变化曲线;量测了隧道开挖后隧道不同埋深围岩的温度,得到了隧道不同埋深围岩在隧道开挖后温度场的变化规律。 第三,利用现场监控量测得到的实际温度资料,分析了隧道开挖后隧道围岩温度场的变化规律与大气温度变化的关系、洞内大气温度场与隧址区大气温度变化的关系。 第四,总结现场实际量测的温度,运用数学方法拟合了隧道内大气温度变化函数,将其作为荷载施加到隧道二衬混凝土表面,建立了隧道的二维、三维温度模型,对隧道在正常运营后的温度场变化进行了模拟分析。 第五,理论数据与实际数据进行了对比分析,提出了合理的保温设计的方案,验证了该隧道保温设计的合理性,同时对温度差异的数据进行了分析,为以后相似工程模型的建立和保温设计的制定提供了借鉴。 以绥芬河市西山隧道为例,计算所得保温材料的设置为40mm厚硬质聚氨酯泡沫板,并将其采用轻钢龙骨固定安装于二衬混凝土表面,理论与实际数据的对比分析证明这样的保温设计是合理有效的。


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