寒区隧道

摘要： 为解决寒区公路运营隧道的冻害问题,分析冻害形成机理,依据冻融周期内隧道现场拱顶、边墙和路面3个测孔位置不同孔深处的监测温度数据,分析隧道洞口段冻害类型。结果表明:在冻融期,隧道洞口段边墙从隧道二次衬砌表面沿径向延伸至围岩深部的温度逐渐升高,拱顶位置从衬砌表面向深部延伸处温度先升高后降低,路面从隧道路面边缘表面沿径向延伸至围岩深部温度逐渐升高;洞口段在冰冻季节温度均低于冰点,冻害风险较高,极易造成洞口段环向排水系统冻结,隧道洞顶边仰坡冻融作用造成的滑塌、二次衬砌开裂、衬砌渗漏水挂冰、路面积冰等病害。对比分析不同测孔同一深度的温度可知,隧道洞口段拱顶温度、边墙温度、路面温度依次升高。对隧道洞口段采取防冻措施时,先后做好浅埋段洞顶、边墙、排水系统及路面的防冻措施,针对不同病害类型分别采取衬砌结构抗冻等级增强、增设保温板、围岩注浆隔水、提高隧道内温度、增加地下水的热量、电伴热保温隔热、深埋中心排水沟等方法。改造后的监测结果表明,隧道洞口段内各结构保温性能良好,可为设计类似工程洞口段冻害的防治方案提供依据。

摘要： 为了探究寒区隧道贯穿运行后温度场的演化规律,以吉图珲铁路草木沟隧道为研究对象,根据现场温度实测数据,采用ANSYS有限元软件建立等比例隧道温度场模型。基于热传导理论分析影响温度场演化的主要因素,采用控制变量法计算得出不同冻结期、有无列车风及不同外界气温条件下隧道纵向和径向温度场的分布规律。研究结果表明:隧道实测断面温度呈正弦规律分布,距衬砌表面越远,温度振幅越低;隧道全线冻结期内仅有280 m温度处于0°C以上,故需对隧道全线进行防寒保温措施;隧道洞口段冻结深度与冻结时长、外界气温密切相关,冻结时间越长冻结深度越深,极端气温下洞口冻结深度最高可达8.2 m;相较于自然风的影响,不同列车风速对冻结深度影响较小,但列车运行情况下隧道径向冻结深度平均增加了0.19 m,因此列车风的影响不容忽视。研究成果可为草木沟隧道冻害整治提供理论数据支持。

摘要： 为探究西成铁路寒区隧道温度场分布规律,依据实测气象资料并考虑热位差对寒区隧道温度场分布的影响,对沿线20座隧道温度场进行了计算分析,归纳总结了寒区隧道洞内温度场分布规律。通过计算可知,隧道围岩径向的冻结深度随着地温增加以及洞外气温升高而减小,气温每降低1°C围岩径向冻结深度增加0.12 m;地温每增加1°C,围岩径向冻结深度减小0.08 m。隧道纵向温度场分布不对称性随隧道内外温差的增加以及进出口海拔高差的增加而显著,低海拔洞口段进出口高差每增加50 m,纵向冻结长度增加约360 m;气温每降低1°C,低海拔洞口纵向冻结长度增加约300 m,高海拔洞口增加约110 m。

摘要： 为明确温度变化对寒区隧道长期稳定性的影响,以某寒区隧道工程为研究对象建立了水热力耦合模型,研究了未来50年隧道温度场、应力场和变形场的时变特征和规律。在此基础上,采用响应面法计算分析了该隧道的可靠性。结果表明:第50年隧道围岩冻融范围将达到1.1 m,比建设初期增大了1倍;隧道拱顶处压应力和底板处拉应力逐年上升,且在冻融循环中随着水分迁移,隧道底板发生底鼓灾害的风险较大;隧道可靠性指标随时间的增长呈逐渐下降趋势,第50年该隧道的失效概率为5.69%,可靠性指标为1.9723。

摘要： 季冻区长期冻融循环造成围岩强度和变形性能劣化,使得寒区隧道易进入塑性状态,且寒区隧道围岩呈现以径向冻胀为主的不均匀冻胀.合理考虑寒区隧道冻融循环对围岩性能的劣化以及围岩的不均匀冻胀属性,基于Mohr-Coulomb准则推导了寒区隧道冻胀力、应力与位移的塑性解答,同时给出相应的弹性解答和冻结围岩弹-塑性状态的判定方法,对所得解答进行讨论和对比验证,最后探讨了冻融循环、不均匀冻胀与体积冻胀率对寒区隧道应力分布、塑性区半径、洞壁位移和冻胀力的影响规律.研究表明:本文解答具有广泛的适用性和良好的可比性,并得到文献塑性解答的退化验证;冻胀力、洞壁位移与塑性区半径随冻融次数增加分别增大20.3%、8.44倍、2.16倍,以量化长期冻融循环造成围岩性能的劣化效应;冻结围岩由均匀冻胀转变为不均匀冻胀时冻胀力增大42.8%,但塑性区半径几乎无变化;4种体积冻胀率参数均显著影响冻胀力,尤其是水热迁移系数可使冻胀力增大123.6%.本文结果可为季冻区隧道设计与冻害问题解决提供一定的理论依据.

摘要： 寒区隧道弹塑性解的分析能为寒区隧道稳定性研究提供依据。为此,考虑围岩不均匀冻胀特性建立弹塑性损伤力学计算模型,基于统一强度理论求解得到寒区隧道弹塑性应力场和位移场统一解,并对所得解进行验证和参数分析。结果表明:忽略围岩塑性损伤及体积冻胀率的寒区隧道弹塑性解偏于保守;考虑不均匀冻胀特性能准确地反映寒区隧道围岩的真实冻胀程度;考虑中间主应力效应能有效发挥冻结围岩的承载潜能;损伤程度比值λ/E_(f)、体积冻胀率ξ_(V)、不均匀冻胀系数k、统一强度理论参数b、初始地应力p_(0)以及位移释放系数η等参数对衬砌上径向应力σ_(f)和塑性半径rp影响显著,应合理考虑不同参数在寒区隧道工程中的影响。该研究成果可为寒区隧道工程设计提供理论参考。

摘要： 针对我国寒区隧道冻害问题,以吉林省东南里隧道为例,通过现场温度实测和数值模拟,分析保温层的设防长度、设置厚度和适应范围,并提出寒区隧道电热膜加热保温系统。采用等效厚度法,给出保温层厚度的计算方法和保温层变截面厚度的设置方法。结果表明:被动保温措施保温层法具有一定的温度适应性,当隧道外界气温低于-18.5°C时,应考虑其他主动保温措施;寒区隧道电热膜加热保温系统基于主动保温设计理念,通过温度感应计精准定位冻害的发生位置,进而启动加热膜工作,为寒区隧道保温技术提供了新方法。

摘要： 气候变暖将对寒区隧道长期稳定性和可靠性产生显著影响,也对寒区隧道工程防灾减灾提出了新课题。为探究气候变暖条件下寒区隧道可靠性的演变规律,以巴哈达坂隧道为对象,建立热力耦合数值模型,研究未来50年青藏高原气温升高2.6°C,3.0°C和4.0°C时,围岩温度场和变形场等的时效变化特点。采用蒙特卡罗法研究隧道可靠性及敏感性的变化规律,并提出增强隧道可靠度的技术措施。研究结果表明:当二次衬砌和保温层厚度分别为5 cm和40 cm时,50年后气温升高2.6°C和4.0°C时隧道可靠度分别为87.5%和82.2%;如果要将50年后隧道的可靠度确保在90%以上,气温升高2.6°C时二次衬砌和保温层的最小厚度为42.3 cm和7 cm,比现有设计提高了6%和40%;而气温升高4.0°C时二次衬砌和保温层最小厚度达到45.2 cm和9 cm,比现有设计分别提高了13%和80%。根据IPCC结论,如果未来50年能将第三极升温控制在3.0°C内,当保温层厚度为8 cm,二次衬砌厚度不小于42.7 cm时,隧道可靠度即可达90%以上。

摘要： 研究目的:当列车运行速度和频率增大时,隧道进出口防寒保温设防长度与规范建议长度存在一定差异。基于此,本文基于非稳态热传导理论、叠加原理和Bessel方程推导考虑列车风影响的寒区隧道温度场理论解,分析列车运行速度和运行间隔对隧道洞内温度场分布的影响规律,并给出考虑列车风影响的寒区隧道设防长度建议。研究结论:(1)本文推荐的考虑列车风影响的寒区隧道温度场理论解与现场实测误差不足10%,可运用于寒区隧道防寒保温设计;(2)列车运行速度和行车间隔未改变隧道洞内温度场分布规律,但洞内纵向温度曲线整体发生平移,增大了洞口范围内负温长度;(3)列车速度分别为100 km/h、150 km/h、200 km/h、250 km/h、300 km/h、350 km/h和400 km/h时,隧道洞口防寒保温设防长度需提升45.76%、65.55%、84.65%、110.31%、127.02%、155.21%和222.70%;(4)列车行车间隔为30 min、15 min、10 min和5 min时,隧道洞口防寒保温设防长度需提升4.28%、12.21%、28.34%和48.65%;(5)本研究成果可为寒区隧道防寒保温设计提供参考和借鉴。

摘要： 为解决寒区公路隧道防排水系统的冻害,依据冻融周期内隧道中心排水沟、检查井和横向排水管6个测点的温度监测数据,可以得出:中心排水沟温度>检查井底部温度>检查井中部温度>检查井顶部>横向排水管中心>横向排水管外侧,各测点温度均低于0°C,极易形成排水系统冻结,应考虑保温隔热等措施,选取5个监测断面中最不利测点的温度进行对比分析,结果表明:两侧洞口温差约3°C,沿纵向测点的温度随着里程的增加呈现逐渐降低的趋势,入冬时各监测点温度高于洞外气温,开春时各监测点温度值低于洞外气温。针对不同病害类型分别采取保温井盖、增设保温层、增加地下水的热量、电伴热保温隔热等措施,为类似工程防排水系统冻害的防治方案提供科学依据。

摘要： 寒区隧道由于衬砌背后低温和水的作用大多存在严重的冻害问题且难以根治,在寒区隧道防冻设计方面国内尚未确立直接的理论依据或者出台具体规范,大多采取工程类比的方法或全程敷设保温层,既延长了工期,也造成经济上的浪费.鉴于国内对考虑热流固耦合效应的温度场和保温设防长度方面的研究较少,本文结合实际工程,采用稳态传热分析数值模拟的方式,对寒区隧道洞口段纵向及径向温度场的分布规律,保温层敷设后对温度场变化进行分析,并找出衬砌背后发生冻结时的临界温度,提出基于洞内空气-围岩温度场的寒区隧道防冻保温设防长度计算确定方法,以期对寒区隧道病害提前预防和有效治理,可为正在进行的川藏铁路隧道建设提供借鉴.

摘要： 寒区隧道与其他隧道不同,必须分析隧道围岩的温度场,这是寒区隧道成功与否的关键.若寒区隧道围岩含地下水,则会产生隧道冻害.冻害的循环发生,使衬砌混凝土产生开裂、变形,导致衬砌承载力降低.文章通过对不设保温层材料和设置聚酚醛保温材料条件下隧道结构及围岩的对比模拟分析,并结合保温层隔热保温效果的现场跟踪测试,对寒区隧道的冻胀特性进行了研究.研究结果表明:保温板对衬砌以及围岩温度场的影响较明显,敷设保温板可有效降低围岩内部冻结深度.通过敷设一定厚度的闭合保温板,使保温板与衬砌结构密贴,对稳定围岩内部温度场有显著作用.

摘要： 冻胀、积冰会给隧道造成巨大压力,改变隧道的应力环境,危及隧道的稳定性与安全性,是寒区隧道常见的冻害.为了防止冻胀、积冰冻害的发生,隧道施工时,须在初期支护与二期衬砌之间铺设保温层.目前,保温层的施工有钢筋框架法、捆扎法、粘贴法和钉接法等,各有其优缺点,本文逐一比较了各种施工工法,以供相关工程人员进行选择.

摘要： 置层间聚氨酯板是寒区隧道防冻的常用措施,其长期性能对保温防冻效果具有决定性影响.本文分析了层间聚氨酯保温板实际所处的工程条件,采用室内模拟实验方法对工程条件下挤压、浸水和冻融对聚氨酯保温板性能的影响进行了.实验结果表明,考虑实际条件下聚氨酯保温板受到层间挤压、浸水和短周期冻融,其抗压性能会逐步降低、吸水性能会逐步增强,既影响其自身长期性能,也会影响到寒区隧道的保温效果、同岩结构稳定与安全,据此建议不采用层间保温隔热方法进行防冻,研究结论可供寒区隧道冻害防治研究与实践参考借鉴.

摘要： 大量工程实践表明，隧道的冻害主要是防排水的问题。如果能将衬砌背后围岩中的地下水排出，则主要冻害将大大减轻以至消除。我国隧道工作者在总结工程实践经验的基础上，提出了“以排水为主，在排水过程中加强保温”的防治冻害方法，即在实际工程中建立完善、畅通的防排水系统，并适当采取保温隔热措施，达到及时排放、减少冻害的目的。在寒区隧道建设过程中，应遵循“以防排水为主、以保温为辅”的理念，根据隧道长度、气象条件、地下水的性质及发育程度，采取切实可靠的设计、施工措施，过程中间重点突出排水、防水、保温三环节。

摘要： 为解决寒区隧道冻害问题,将地源热泵型供热系统应用于内蒙古博牙高速林场隧道中,开展了寒区隧道地源热泵供热系统岩土热响应试验,建立了传热数学模型,同时利用现场监测数据对数学模型进行验证,提出的传热模型同现场监测数据具有较好的吻合性,模型对于预测地下水源热泵系统传热模式是有效的.通过对岩土体地温恢复能力进行监测,得出无论夏季工况还是冬季工况,岩土体的地温恢复基本在90％左右.总体来说,夏季工况地温恢复能力比冬季工况好.

摘要： 为研究寒区隧道衬砌结构在冻胀作用下的变形特征,设计了一种室内模型试验,根据在建的巴郎山隧道洞口段围岩及衬砌结构特征制作出隧道模型,利用制冷设备在模型隧道洞腔内制造出与现场相同的低温环境使模型中的地下水降温冻结,分析衬砌结构在冻胀力作用下的变形特征.试验结果表明,隧道模型在低温环境作用5d后即达到满足地下水冻结的温度条件,衬砌在冻胀作用下产生变形,其中边墙和拱顶处衬砌产生的应变较大,最大应变为122μ,仰拱和墙脚处衬砌应变较小,最小应变为25μ.

摘要： 隧道冻害的产生离不开低于零度的温度条件,要研究隧道的冻害机理及防治技术,就必须了解隧道温度场的分布及变化规律.论文对隧道洞口段的温度场进行了数值模拟,结果表明隧道围岩的最大冻结深度出现在3月份;隧道浅埋段地层的温度即受到隧道衬砌表面温变的强烈影响又受到地表温变的强烈影响;隧道温度场在贯通3个月后趋于稳定并随大气温度规律变化,保温层保温效果明显.

摘要： 位于高海拔地区的隧道普遍存在着各种各样的冻害现象,因此有效、经济地实施防寒保温措施,从而较好地解决隧道冻害问题是人们研究的重点.本文论述了目前寒区隧道常用的几种防冻保温措施,并以赛里木湖隧道为例,运用有限元软件对隧道的温度场进行了定量分析,将采用和未采用保温隔热层隧道产生的冻害进行对比,并计算出了防寒保温材料的理想铺设长度和厚度,根据工程的实际情况给出综合防寒保温措施,对同类工程的施工具有一定的指导意义.

摘要： 高寒山区山岭隧道最大的耐久性问题是冻害,而产生冻害的起因则是渗漏水,隧道工程的耐久性问题直指隧道防水问题.本文从理论、试验及实际工程应用多方面探讨了一种全新的隧道工程防水技术,从防水的角度探讨高寒山区隧道工程抗冻害解决方案.预铺反粘型卷材的特有性能，是即使卷材防水层被破坏，混凝土二次衬砌结构依然具有优异的抗渗性能，特别是水泥水化反应粘结型预铺反粘卷材(HDPE土工膜与塑性凝胶复合型的自粘胶膜防水卷材)，在混凝土二次衬砌表面附着的凝胶层具有永久性防护效果。工程实践也表明，此类防水卷材的使用，既提高了隧道工程的防水效果，又大大降低了后期维护费用，在延长隧道工程的使用寿命方面发挥其出色的功能。

摘要： 本发明涉及一种在寒区铁路隧道中使用的保温钉及其施工的隧道保温防水方法，属于隧道施工技术领域。一种在寒区铁路隧道中使用的新型保温钉包括第一公钉、第二公钉和钉套，所述第一公钉从上至下依次为第一钉杆、钉帽和第一垫片；所述第二钉杆从上至下依次为第二钉杆和第二垫片；所述钉套从上至下依次为管套和第三垫片。用一种在寒区铁路隧道中使用的新型保温钉及其施工的隧道保温防水方法包括如下步骤：固定土工布、固定第一防水板、固定保温板和固定第二防水板。本发明的保温钉，结构新颖，设计巧妙，实用方便，用该新型保温钉施工的隧道保温防水方法，环保节能，合理利用空间，保温性能强，防水性能高，易推广。

摘要： 本发明涉及一种在寒区铁路隧道中使用的新型保温钉及其施工的隧道保温防水方法，属于隧道施工技术领域。一种在寒区铁路隧道中使用的新型保温钉包括第一公钉、第二公钉和钉套，所述第一公钉从上至下依次为第一钉杆、钉帽和第一垫片；所述第二钉杆从上至下依次为第二钉杆和第二垫片；所述钉套从上至下依次为管套和第三垫片。用一种在寒区铁路隧道中使用的新型保温钉及其施工的隧道保温防水方法包括如下步骤：固定土工布、固定第一防水板、固定保温板和固定第二防水板。本发明的保温钉，结构新颖，设计巧妙，实用方便，用该新型保温钉施工的隧道保温防水方法，环保节能，合理利用空间，保温性能强，防水性能高，易推广。

摘要： 本发明公开了一种寒区高速铁路隧道内风温风速监测装置，包括：支架，为六个，用于安装在待测量隧道截面左、右拱腰，左、右边墙和左、右拱脚处的衬砌表面上；其为正方体状框架结构，框架围成一与外界相连通的空腔，以使风流进入空腔，并按原行进方向穿过；风向风速传感器，一一对应位于各支架的空腔内，且用于安装于衬砌表面上；风温传感器，一一对应位于各支架的空腔内，且用于安装于衬砌表面上；数据采集器，为两个，安设在待测量隧道截面左、右拱脚处的边沟内，各数据采集器与位于同侧的各风向风速传感器和风温传感器均相连接。使用该风温风速监测装置解决严寒地区高速铁路隧道内风速和风温不能精确测量和测量过程会影响列车正常运营的问题。

摘要： 本发明涉及隧道施工领域，尤其涉及一种寒区节能保温的隧道结构及其施工方法，包括隧道外围岩体，隧道外围岩体内壁固定连接有隧道衬砌，隧道衬砌内侧设有内圈层，内圈层与隧道衬砌之间设有中空通道，内圈层与隧道衬砌之间固定连接有连接件；内圈层穿设有若干冷热气流管，若干冷热气流管沿内圈层轴向和周向等间隔分布，冷热气流管一部分位于中空通道内，冷热气流管另一部分穿过内圈层，位于中空通道内的冷热气流管连通有出气总管，出气总管与外界连通；内圈层内侧壁设有若干加热装置。本发明可以实现隧道的防冻保温，减少隧道保温的能耗。

摘要： 一种高寒区运营地铁隧道正上方超前加固的基坑施工方法，属于基坑开挖加固技术领域。所述方法包括如下步骤：在既有运营地铁隧道的两侧分别施做一扇地下连续墙；开挖两扇地下连续墙外侧的土体；在两扇地下连续墙之间施做十字格构梁；在十字格构梁的每个相交节点处均施做抗拔桩；对既有运营地铁隧道正上方的土体分层分块重复上述步骤。本发明用于既有运营地铁隧道上方的基坑开挖工程，通过地下连续墙、十字格构梁以及抗拔桩的相互作用，能够在基坑工程施工时有效地保护既有运营地铁隧道的安全。

摘要： 本申请公开了一种寒区高铁隧道的微气压波缓解及防寒保温系统与使用方法，所述系统包括洞门缓冲结构、PLC控制器、传感器组和抽风机组。洞门缓冲结构置于隧道洞口两端；传感器组由声波接收器、红外线和风温传感器组成；PLC控制器根据传感器采集的数据控制抽风机功率；通过抽风机抽取空气流经出风口排除；列车运行时，抽风口可减缓微气压波，出风口排出的气流可抵消部分微气压波；列车未运行时，抽风口可抽出侵入隧道的寒冷气流，通过出风口排出用于减小侵入隧道气流的速度。本发明利用高速气流形成的气压波，在抵消列车产生微气压波的同时，阻隔外界寒冷气流的侵入，该系统整体结构简单，维修方便，可有效缓解隧道洞口微气压波及预防隧道冻害的发生。

摘要： 本发明提供了一种寒区隧道保温装备，包括太阳能供电装置、第一温度传感器、加热装置、第二温度传感器、保温层结构和控制装置；太阳能供电装置具有基体、第一支架、太阳能板、储能供电模块、俯仰驱动结构和光线传感器，俯仰驱动结构用于调节第一支架的俯仰角度；第一温度传感器设于太阳能供电装置，用于感测隧道之外的环境温度；加热装置贴合于隧道的内表面设置；第二温度传感器用于感测隧道内表面的温度；保温层结构覆盖于隧道的内表面。本发明提供的寒区隧道保温装备能够根据隧道内外环境温度的变化实现加热的智能控制，避免衬砌因冻害产生损坏；另外，能根据太阳光线变化角度、范围来调整太阳能板的俯仰角度，高效的利用太阳能。

摘要： 一种寒区隧道正积温通风调控方法，本发明将正积温原理与通风调控理念创造性地应用于寒区隧道的保温防冻中，通过采集并分析洞外气温数据，当隧道外的气温高于设定温度限值，温度数据处理器将加大通风指令传输给风机控制器，而在气温低于所述设定温度限值时，温度数据处理器将满足隧道最低运行要求的通风指令传输给风机控制器，使得风机在洞外气温较高的时候将洞外温度较高的空气带入洞内，提高洞内的气温以在隧道衬砌和围岩中储蓄热量，而在气温较低时减少冷量进入衬砌和围岩而起到隧道冻害防控的效果。本发明适用性好、长期可靠性及防冻效果均优于电缆加热技术和防寒保温门。

摘要： 本发明公开了一种用于寒区隧道排水管的交通风发电供热防冻系统，包括若干组风力发电装置、智能主动供热装置以及排水装置；所述的风力发电装置包括风力发电装置保护外壳、中心轴、以及在中心轴上从开口处依次向保护外壳底部设置的扇叶、齿轮箱、发电机和蓄电池；所述智能主动供热装置包括电伴热带、温度传感器以及配电控制箱；所述排水装置包括中心排水沟、横向排水管、纵向排水管和环向排水管。本发明通过对寒区高速公路隧道交通风产生的风能进行回收，并供与电伴热带主动加热；此外，通过温度传感器的温度检测结果智能控制电伴热带的开关，保证隧道运营成本的同时达到防止寒区隧道冻害现象发生的目的。

摘要： 本发明公开了一种用于寒区高速公路隧道的消防水系统，包括有若干组的风力发电装置、蓄水系统、智能供水装置和消防装置；蓄水系统包括位于隧道拱脚位置的吸附材料蓄水管,中央导水部，用于将吸附材料蓄水管与中央导水部连接倾斜设置的连接管，蓄水池，用于将中央导水部与蓄水池连接的蓄水管；智能供水装置包括水泵，与水泵的一端连接的抽水管，与水泵另一端连接的给水管；消防装置包括洒水喷头和第二温度传感器。本发明通过对寒区高速公路隧道交通风产生的风能进行回收，并供与电伴热主动加热，通过温度传感器的温度检测结果智能控制电伴热带的开关。因此，通过本发明的寒区隧道的消防水系统能够实现绿色节能、控制运营成本的同时抑制灾害发生。