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寒区隧道保温防冻技术研究

陈金玉  
【摘要】: 随着我国高速公路的快速发展,特别是西部大开发和振兴东北老工业基地政策的进一步落实,在西部高海拔与东北部寒冷地区也将出现更多的公路隧道,这些隧道由于受寒冷气候的影响,极易产生隧道冻害现象。隧道衬砌开裂、剥落、挂冰和路面冒水、结冰等病害,严重消弱了隧道的使用功能和寿命。为了整治这些隧道冻害,管理者曾投入了大量的人力、物力、财力,然而效果却不尽人意。针对这一现状,本文以吉林省新交洞隧道为依托工程,对寒区公路隧道的保温防冻问题进行了研究。 论文在对国内外寒区隧道应用的抗防冻措施的调研分析的基础上,通过对隧道温度场的测试和冻害机理特征的多角度分析,揭示了隧道围岩的温度场随时间的各种变化规律及隧道冻害产生的直接或间接的原因、条件,并针对这些原因、条件阐述了对应的各种防治措施。而后针对寒区隧道的这些特点,提出以防排水为主的综合保温防冻措施。其中,采取的在衬砌下隅角背后设置保温层与在衬砌紧靠防水层一侧设置环向电加热带的措施,在国内尚属首次,为我国寒区隧道保温防冻技术开辟了新途径,具有重大的工程实际意义和广阔的应用前景。 本文还通过对新交洞隧道洞内外环境的气温、二次衬砌背后及不同深度的围岩体的温度进行监测和分析,得到了隧道内不同部位的温度场分布规律,为防冻保温层的设计提供了依据;针对温度场分布的情况,根据热传导的原理,通过计算分析确定保温层的厚度公式,并且通过实例对公式进行了验证,又根据新交洞的实际情况,对其采用的保温层进行了厚度计算;最后将加热措施这一实际问题简化为热学模型,根据虚拟热源法,计算出有电加热带影响下的围岩温度场分布。


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