高寒地区运营铁路隧道渗漏水及冻害整治技术研究

摘要

在我国内蒙、新疆、东北等高纬度寒冷地区，运营铁路隧道病害尤其是渗漏水与冻害问题，一直是工程建设者与铁路工务部门重点关注的对象。隧道常在春融期出现涌漏，渗漏水在冬季会引发各种冻害，如洞顶吊冰棱、边墙挂冰溜、道床结冰等。渗漏水与冰冻相互影响，互为因果，严重影响着混凝土结构的使用寿命及行车安全。
　　本文在查阅了国内外隧道病害整治资料的基础之上，结合内蒙地区集包铁路八苏木隧道病害整治的实际情况，对高寒地区隧道渗漏水及冻害整治技术展开研究。研究内容及成果包括:
　　在查阅大量隧道病害整治案例及成因分析基础上，将八苏木隧道病害划分为衬砌结构性病害、渗漏水病害、冻害三大类，并对各类病害情况进行统计，结合统计资料分析各类病害产生原因。
　　采用三维CFD软件对八苏木隧道温度场进行数值模拟，分析通风与否以及保温层铺设与否四种工况下隧道温度场分布规律，得到已运营铁路隧道冬季需防寒长度为800m左右，设置保温层可避免围岩中形成冻融圈，有效防止冻害。
　　采用ANSYS软件对隧道保温层铺设与否两种工况下围岩与衬砌机构的位移场与应力场进行模拟，分析隧道在铺设保温层后位移与应力的变化，得到铺设保温层可有效减小围岩及衬砌结构应力、位移的结论，同时指出对于衬砌面完整无破坏的区段，单一冻胀条件并不足以使其开裂。
　　对当今国内外常规隧道病害整治措施进行总结，介绍国内前沿的“地热源泵供热系统”与“电伴热系统”的试验与应用情况，分析其在隧道病害整治中的发展前景、适用性及优缺点。
　　介绍电伴热系统在八苏木隧道冻害整治中的应用，该方法在国内尚处于探索实验阶段，总结该方法的优缺点及使用效果，分析该方法的推广使用价值与市场应用前景，供广大隧道工程界人士参考。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 引言

1．2 国内外研究现状

1．2．1 隧道渗漏水研究现状

1．2．2 寒区隧道冻害问题研究现状

1．3 本文研究内容及方法

1．3．1 本文主要研究内容

1．3．2 研究方法

1．3．3 技术路线

第2章 高寒地区运营铁路隧道渗漏水及冻害成因分析

2．1 依托工程—八苏木隧道概况

2．1．1 设计概况

2．1．2 工程地质与水文地质

2．1．3 防排水体系设计情况

2．1．4 隧道整治概况

2．2 高寒地区运营铁路隧道病害分类

2．2．1 衬砌结构性病害

2．2．2 渗漏水病害

2．2．3 冻害

2．3 八苏木隧道裂纹、渗漏水概况及原因分析

2．3．1 八苏木隧道裂纹、渗漏水统计

2．3．2 渗漏水等级划分

2．3．3 八苏木隧道裂纹产生原因分析

2．3．4 八苏木隧道渗漏水产生原因分析

2．4 八苏木隧道冻害情况及原因分析

2．4．1 八苏木隧道冻害统计

2．4．2 冻害等级划分

2．4．3 八苏木隧道冻害原因分析

2．5 本章小结

第3章 高寒地区运营铁路隧道渗漏水及冻害整治措施研究

3．1 运营隧道衬砌裂纹整治措施

3．2 运营隧道渗漏水整治措施

3．3 运营隧道冻害整治措施

3．3．1 铺设保温层法

3．3．2 供热法—地源热泵型供热系统

3．3．3 供热法—电伴热系统

3．4 本章小结

第4章 隧道温度场分布规律及冻胀力数值模拟

4．1 传热学与流体动力学基本理论

4．1．1 传热学基本理论

4．1．2 流体动力学基本理论

4．1．3 高寒地区隧道内气流控制方程

4．2 八苏木隧道温度场的数值模拟

4．2．1 概况

4．2．2 温度荷载

4．2．3 热力学参数

4．2．4 隧道模型尺寸

4．2．5 特征点的选取

4．2．6 不同风速对隧道温度场的影响研究

4．2．7 保温层设置与否对隧道温度场影响研究

4．2．8 小结

4．3 隧道出口洞口段冻胀力数值模拟

4．3．1 参数及模型

4．3．2 不设保温层时断面位移与应力分析

4．3．3 设置保温层时断面位移与应力分析

4．3．4 对比与分析

4．4 数值模拟结论

4．5 八苏木隧道病害整治方案

4．5．1 渗漏水整治方案的确定

4．5．2 冻害整治方案的确定

4．6 本章小结

第5章 注浆加固与电伴热系统在高寒地区隧道渗漏水与冻害整治中的应用研究

5．1 概况

5．2 注浆加固法在渗漏水与冻害整治中的应用

5．2．1 材料选择

5．2．2 主要步骤

5．2．3 现场实施

5．2．4 处理效果

5．3 电伴热系统在八苏木隧道冻害整治中的应用

5．3．1 电伴热系统组成

5．3．2 施作步骤

5．3．3 加热时间

5．3．4 应用效果评价

5．3．5 使用优点及推广应用前景分析

5．4 八苏木隧道电伴热系统设计指导方案

5．4．1 方案总体设计

5．4．2 电伴热系统设防长度的确定

5．4．3 电伴热系统设防高度的确定

5．4．4 电伴热系统铺装功率的确定

5．5 本章小结

结论与建议

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表论文及科研成果