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寒区隧道洞口段合理防排水及保温措施研究

徐建涛  
【摘要】:随着越来越多寒区隧道的修建,冻害问题也越发受到广泛关注,隧道洞口段作为隧道的咽喉,常年受雨雪、大风和气温变化的影响,抗冻防寒尤为重要。本文以季节性冻土铁路隧道阿拉套山隧道为工程依托,开展了冬季洞口段温度场变化规律、防排水和保温措施的研究。主要成果如下所示:(1)进行了大气温度监测,分析变化规律并确定用于数值模拟的温度边界函数。同时对冬季施工洞内不同断面温度进行监测,评价防寒保温门与暖风机共同作用下的效果。(2)选取距隧道出口55m的DIK4+345断面,利用ANSYS有限元软件建立二维模型,运用控制变量法对比分析了有无保温层时的围岩温度场和采取不同保温材料、不同保温层铺设方式、不同保温层厚度时的保温效果,得出采用保温层后隔热效果显著,能有效减轻衬砌冻害和排水管的冻结,为合理的保温层设计提供参考价值。(3)为研究运营期隧道洞口段的围岩温度场分布,根据实际工程地形,运用Fluent软件建立三维模型模拟了在不同风速、不同外界温度影响下的空气温度场,并得到沿隧道纵向和径向的温度变化,可以为隧道保温设防长度提供建议。选取DIK4+345断面(埋深10m)和DIK3+905断面(埋深30m)基于热-力耦合进行了围岩和衬砌冻胀应力的研究,结果表明有冻胀时相较于无冻胀衬砌断面最大拉应力和最大压应力都有增长,最大压应力都出现在边墙脚处,最大拉应力出现在拱腰和边墙,且10m浅埋断面最大拉应力较30m埋深断面增长更大。(4)基于阿拉套山隧道现场施工对洞口段洞内外合理排水形式和关键施工技术进行了研究,针对高寒地区的复杂性提出要着重发挥混凝土自身的防水能力,要满足抗渗等级和厚度,并严格保证施工质量,可考虑采用高性能混凝土。其次在中心深埋水沟的埋置深度和保温层方面,考虑到单线铁路隧道中心深埋水沟开挖断面较小、若开挖深度过大对隧道墙脚围岩造成一定扰动,导致围岩整体性差的特点,建议适当减小埋深并设置保温层。


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