新疆天山地区高速公路隧道防冻技术研究

摘要

自20世纪90年代以来，随着国家加强对基础设施建设的投入，我国交通建设事业取得了迅猛发展，我国公路隧道技术也取得了长足的进步。目前我国已经成为世界上隧道工程数量最多、最复杂、发展最快的国家之一。然而在新疆天山地区，海拔高、温度低、岩体破碎、构造复杂、不良地质发育，在这种特殊的自然地理环境下修建高速公路隧道，在我国是第一次，没有可资借鉴的工程实例。在已建成的寒区隧道的运营状态来看很多都发生衬砌开裂、路面冒水、结冰等病害，大大弱化了隧道的使用功能，严重威胁着行车安全。高速公路隧道建设中取得的设计、施工技术经验，需要结合天山地区的情况，因地制宜，进行再研究，提出一套适用于新疆天山地区高速公路隧道修建的核心技术，本文依托于新疆G045线的赛里木湖隧道，以解决该隧道防冻问题为出发点，进行了研究。主要研究内容包括：
　　 ①对国内外已有文献资料进行分析和对国内多个典型隧道冻害防治工程进行考察调研，总结了寒区公路隧道的特点及工程特殊性，并初步探讨了寒区隧道冻胀力对隧道结构的影响。
　　 ②针对赛里木湖隧道的特殊性，在论证了锚注支护在隧道工程中使用的合理性。在此基础上提出了充气锚杆的设计方案，分析了充气锚杆的工作原理，展现了充气锚杆在寒区隧道中的应用的前景。
　　 ③分析了寒区公路隧道的防排水设计原则，并对防排水措施进行了详细说明，结合赛里木湖隧道所处的地质环境提出了“选择控制型”防排水技术理念，初步论述了“选择控制型”的外水压力，展示了“选择控制型”理念的可行性。
　　 ④在对世界范围内所应用的各种保温层调研分析的基础上，针对赛里木湖隧道的特点，给出了赛里木湖隧道的保温层技术措施。并通过等效厚度换算法计算保温隔热层的厚度。
　　 ⑤通过对寒区隧道防冻措施的模糊评判，有机的结合了锚注支护措施、防排水技术和保温层的运用。通过参考大量文献与现场考察，初步评判了赛里木湖隧道的防冻技术可靠性。
　　 最后，通过本文的研究，进一步探讨寒区隧道防冻的前景与发展方向。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

1.1寒区隧道存在的问题

1.2赛里木湖隧道概况

第二章 寒区隧道防冻技术综述

2.1寒区隧道的分区与分类

2.1.1寒区的定义

2.1.2寒区隧道分区

2.1.3寒区隧道分类

2.2隧道防冻技术国内外研究现状

2.2.1寒区隧道防冻技术国外研究现状

2.2.2寒区隧道防冻技术国内研究现状

2.2.3国内寒区隧道修建的成功经验

2.3寒区隧道的冻胀力

2.3.1寒区隧道冻害机理力学研究

2.3.2冻胀力的计算

2.4本章小结

第三章 寒区隧道锚注支护

3.1锚注支护概述

3.1.1锚杆支护技术概述

3.1.2注浆技术概述

3.2锚注支护机理概述

3.2.1锚杆支护机理

3.2.2注浆机理

3.3寒区隧道锚注支护设计

3.3.1充气锚杆的设计

3.3.2注浆与充气锚杆联合加固机理分析

3.4充气锚杆对围岩的加固分析

3.4.1组合拱作用

3.4.2承载作用

3.4.3改善围岩力学状态

3.4.4充气囊的作用

3.4.5有限元对充气锚杆加固分析

3.5本章小节

第四章 寒区隧道防排水技术

4.1寒区隧道防排水设计原则及防排水系统

4.1.1寒区隧道防排水设计应遵循的原则

4.1.2寒区隧道防排水系统

4.2寒区隧道防排水措施

4.2.1防水措施

4.2.2排水措施

4.2.3堵、截水措施

4.2.4分区防水技术

4.3寒区隧道选择控制型防排水技术

4.3.1选择控制型防排水概念

4.3.2选择控制型防排水外水压

4.4本章小结

第五章 寒区隧道保温技术

5.1寒区隧道保温措施

5.1.1保温隔热措施

5.1.2国内寒区隧道防冻经验

5.2赛里木湖隧道防冻保温方案

5.2.1无机纤维喷涂材料保温隔热层

5.2.2喷涂施工工艺流程

5.3赛里木湖隧道喷涂保温层厚度计算

5.3.1保温层厚度常用计算方法在赛里木湖隧道中的应用

5.3.2有限元计算保温层在赛里木湖隧道中的应用

5.3.2保温层厚度实用计算方法在赛里木湖隧道的应用

5.4本章小节

第六章 寒区隧道防冻技术效果模糊评判

6.1模糊综合评判法模型的基本概念

6.1.1模糊集合

6.1.2模糊关系与模糊矩阵

6.1.3模糊综合评判模型的基本计算步骤

6.2层次分析法确定权重

6.2.1层次分析法方法简述

6.2.2层次分析法的基本步骤

6.3赛里木湖隧道防冻技术模糊评判

6.3.1防冻技术评判层次及指标

6.3.2防冻技术评判指标权重计算

6.3.3评判集及指标集因子隶属函数的建立

6.3.4赛里木湖隧道防冻模糊综合评判

6.4本章小结

第七章 结论与展望

7.1结论

7.2展望

致谢

参考文献

在学期间发表的论文及取得的科研成果