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寒区铁路隧道冻害机理及整治技术研究

张文达  
【摘要】:严寒地区铁路隧道冻害现象普遍存在,影响了结构的使用性能,是困扰工程界的热点和难点问题。论文针对寒区隧道冻害问题,依托栗家湾二号、军都山等既有铁路隧道,围绕隧道冻害机理及整治技术,通过现场调研、理论分析和数值模拟,分析了冻害的成因及影响因素,研究了冻胀力对围岩和衬砌结构影响破坏、隧道温度场的分布等,提出了新型的冻害整治措施。主要研究内容如下:(1)分析了隧道冻害现象及影响因素。隧道常见冻害形式是衬砌渗漏水、挂冰、冻胀开裂,基底翻浆冒泥、冻胀隆起,洞门墙开裂,洞口处热融滑塌,排水系统冻结堵塞等,从温度、水、围岩和设计施工缺陷等角度分析了冻害产生的影响因素,研究了围岩和衬砌混凝土在冻融循环作用下的冻胀劣化特性。(2)研究了衬砌结构的冻害机理。寒区隧道结构开裂与水冻结成冰时体积膨胀产生的冻胀力有关,采用均匀孔隙含水围岩和等厚度冻结含水层围岩的冻胀模型计算冻胀力,当冻胀力作用于衬砌结构超过混凝土的抗拉、抗剪、抗压强度时,会使衬砌产生张裂、错台和压溃等破坏。(3)研究了隧道温度场的分布规律。通过有限元软件模拟了以栗家湾二号隧道为例的温度场分布特征,即三维空间冻结面沿隧道纵向大致呈喇叭口形分布,并得出施加5cm硬质聚氨酯保温层可减缓冻结圈的发展,减小围岩的冻结深度。(4)提出了寒区铁路隧道冻害的新型整治措施。冻害整治措施应以治水为主,兼顾保温、加固围岩及衬砌、提高设计和施工质量,采取“电伴热带+保温层+排水盲管+橡胶波纹板”的综合治水方案可有效治理衬砌渗漏水挂冰病害;隧道基底锚注一体化的新型整治措施可有效的改善围岩受力状况,提高地基承载力。


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