發(fā)布時(shí)間：2020-08-18 17:48

【摘要】：冰凍海域地處我國北部沿海區(qū)域,具有冬季冰凍期長(zhǎng)、氣溫低、地質(zhì)條件復(fù)雜等特點(diǎn)。在該海域修建海底隧道除抗海水腐蝕外,還要克服特殊氣候、路基支承條件以及交通特性對(duì)工程建設(shè)的影響。按照普通公路隧道或城市道路設(shè)計(jì)方法進(jìn)行冰凍海域海底隧道鋪裝結(jié)構(gòu)與材料設(shè)計(jì)不能滿足其特殊使用環(huán)境下的性能要求。但目前對(duì)冰凍海域海底隧道鋪裝的研究幾乎處于空白,相應(yīng)特殊環(huán)境及技術(shù)要求下的結(jié)構(gòu)與材料組成設(shè)計(jì)方法尚未形成。論文針對(duì)冰凍海域海底隧道的環(huán)境特點(diǎn)及力學(xué)性能、耐久性能、阻燃及環(huán)保技術(shù)要求,結(jié)合理論分析與應(yīng)用實(shí)踐系統(tǒng)開展鋪裝結(jié)構(gòu)行為特性與材料設(shè)計(jì)研究,基于鋪裝結(jié)構(gòu)力學(xué)分析、材料的力學(xué)性能、疲勞性能、路用性能分析提出適用于該海域海底隧道鋪裝結(jié)構(gòu)與材料的設(shè)計(jì)方法,為冰凍海域海底隧道鋪裝結(jié)構(gòu)與材料設(shè)計(jì)提供理論基礎(chǔ),以彌補(bǔ)現(xiàn)有設(shè)計(jì)方法在冰凍海域特殊環(huán)境與交通特性條件下應(yīng)用的不足。論文基于冰凍海域海底隧道鋪裝長(zhǎng)縱坡、小溫度梯度、大交通量及輕軸載等特點(diǎn),提出結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思路,確定結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)、破壞模式及最不利荷載位置。通過有限元方法,采用動(dòng)態(tài)模量對(duì)不同影響因素下鋪裝結(jié)構(gòu)的力學(xué)響應(yīng)規(guī)律進(jìn)行分析,探討各影響因素對(duì)結(jié)構(gòu)應(yīng)力響應(yīng)的敏感性,建立冰凍海域海底隧道鋪裝結(jié)構(gòu)厚度設(shè)計(jì)多指標(biāo)控制體系。結(jié)合冰凍海域海底隧道鋪裝層間界面的受力特點(diǎn)及性能要求,提出冰凍海域海底隧道鋪裝防水粘結(jié)層的性能評(píng)價(jià)關(guān)鍵指標(biāo)。綜合力學(xué)分析及防水粘結(jié)層性能試驗(yàn)結(jié)果,推薦冰凍海域海底隧道鋪裝結(jié)構(gòu)層厚度取值范圍及鋪裝層界面防水粘結(jié)實(shí)施方案�；诒鶅龊Ｓ蚝５姿淼罍囟燃昂奢d條件,對(duì)溫拌阻燃瀝青性能進(jìn)行分析。采用流變測(cè)試技術(shù)對(duì)不同溫拌劑類型及摻量的溫拌瀝青高溫性能、低溫性能和疲勞性能進(jìn)行試驗(yàn)分析。研究了溫拌瀝青材料粘彈性結(jié)構(gòu)特性指標(biāo)隨溫拌劑類型與摻量的變化規(guī)律;提出以損耗因子sin?(9)G、50%(9)G衰減位置和累計(jì)耗散能量比DER作為溫拌瀝青疲勞性能評(píng)價(jià)指標(biāo),從熱力學(xué)與粘彈性結(jié)構(gòu)雙重角度,建立不同溫拌劑種類及摻量下的瀝青時(shí)間掃描曲線和累計(jì)耗散能疲勞曲線,得到溫拌劑對(duì)瀝青疲勞特征指標(biāo)的影響規(guī)律,提出基于流變技術(shù)和疲勞特點(diǎn)的溫拌劑用量?jī)?yōu)化方法,確定Sasobit的合適摻量范圍為1.5~3%,Leadcap為1~2%,ZQ發(fā)泡型溫拌劑為7~8%。利用極限氧指數(shù)法結(jié)合瀝青閃點(diǎn)和燃點(diǎn)作為評(píng)價(jià)阻燃劑性能和施工安全性綜合指標(biāo),以滿足冰凍海域海底隧道用材料阻燃抑煙技術(shù)要求,確定適用于冰凍海域海底隧道鋪裝用阻燃劑類型及摻配比例。對(duì)冰凍海域海底隧道鋪裝溫拌阻燃瀝青混合料組成設(shè)計(jì)進(jìn)行針對(duì)性研究,提出冰凍海域海底隧道鋪裝層溫拌阻燃瀝青混合料組成設(shè)計(jì)思路及壓實(shí)溫度確定方法。采用簡(jiǎn)單性能試驗(yàn)及四點(diǎn)彎曲梁疲勞試驗(yàn)方法,得出不同溫拌瀝青混合料的動(dòng)態(tài)模量和相位角隨加載頻率和試驗(yàn)溫度的變化規(guī)律,建立不同溫拌瀝青混合料勁度模量與加載次數(shù)關(guān)系,探索不同溫拌劑對(duì)瀝青混合料疲勞壽命的影響,為冰凍海域海底隧道鋪裝材料組成設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。依托青島膠州灣海底隧道工程,驗(yàn)證了本文提出的冰凍海域海底隧道鋪裝結(jié)構(gòu)及材料設(shè)計(jì)方法的適應(yīng)性。對(duì)溫拌阻燃瀝青混合料施工工藝及社會(huì)、環(huán)境及經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行分析表明,施工時(shí)有毒有害氣體可大幅降低,節(jié)能減排效果明顯。論文研究成果為冰凍海域海底隧道鋪裝結(jié)構(gòu)與材料設(shè)計(jì)及應(yīng)用提供了理論支撐,對(duì)其它特殊環(huán)境下隧道鋪裝設(shè)計(jì)也具有借鑒意義及推廣價(jià)值。
【學(xué)位授予單位】：長(zhǎng)安大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：U459.5
【圖文】：

8英國 Dartford 隧道 英國 Tyne 隧道圖 1.1 國外隧道鋪裝圖示英國 Dartford 隧道表面層采用 BBTM-10，厚度為 2cm，聯(lián)接層為 SMA-14，厚度5cm；Tyne 隧道表面層采用 SMA，厚度為 4cm，并在其下鋪筑瀝青膠砂防水層，厚 2cm[30][31]。為提高高速公路隧道的抗滑降噪功能，我國也有專家建議隧道鋪裝表層宜采用瀝合料，并對(duì)高性能的 SMA、SAC、OGFC 瀝青混合料進(jìn)行了相應(yīng)研究。同時(shí)，針對(duì)路面自身排放的有害氣體較多、具有可燃性容易引發(fā)火災(zāi)等弱點(diǎn)，在隧道鋪裝中采能、環(huán)保型的鋪裝材料逐漸成為專家學(xué)者研究的焦點(diǎn)與建設(shè)的趨勢(shì)。

熱拌瀝青混合料施工現(xiàn)場(chǎng) 溫拌瀝青混合料施工現(xiàn)場(chǎng)圖 1.2 熱拌及溫拌瀝青混合料施工對(duì)比除此之外，隨著溫拌技術(shù)的發(fā)展，國內(nèi)一些研究人員也在溫拌橡膠瀝青、低溫條溫拌瀝青應(yīng)用等領(lǐng)域進(jìn)行了相關(guān)研究。山東大學(xué)的商淑杰對(duì)溫拌瀝青結(jié)合料及其膠漿能進(jìn)行了研究[55]；吉林大學(xué)的趙素艷對(duì)橡膠瀝青混合料路用性能及其溫拌效果進(jìn)行了價(jià)[56]；重慶交通大學(xué)的何亮等人進(jìn)行了溫拌橡膠瀝青寬路用溫度域流變特性的研究，降溫效果與技術(shù)指標(biāo)影響兩方面確定了 Sasobit 溫拌劑的最佳摻量，評(píng)價(jià)了 Sasobit 溫橡膠瀝青的高溫、中溫、低溫寬路用溫度域的流變特性[57]；馬育等人對(duì)溫拌橡膠瀝青老化特征與紅外光譜進(jìn)行了分析，從性能指標(biāo)和紅外光譜兩方面分別對(duì) Evotherm DA和 Sasobit 溫拌橡膠瀝青的模擬老化過程進(jìn)行了研究[58]；東北林業(yè)大學(xué)的范平對(duì)溫拌膠瀝青適宜的膠粉摻量、攪拌溫度、攪拌時(shí)間及溫拌劑摻量進(jìn)行了研究，明確配合比計(jì)流程[59]；張海峰、唐德密等對(duì)溫拌瀝青混合料低溫施工應(yīng)用進(jìn)行了研究，確定了溫瀝青混合料的配合比設(shè)計(jì)方法，提出施工溫度范圍的關(guān)鍵控制指標(biāo)為毛體積密度，總了在低溫環(huán)境中溫拌瀝青路面施工工藝[60][61]。

是鋪裝層結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì)中的重要因素。因此，必須對(duì)冰凍海域特點(diǎn)、特殊地理及地質(zhì)條件、交通量組成、隧道內(nèi)溫濕度條件進(jìn)行深入的凍海域海底隧道鋪裝特殊技術(shù)要求，以此進(jìn)行隧道鋪裝結(jié)構(gòu)組合與材料高隧道鋪裝結(jié)構(gòu)及材料的耐久性。凍海域依托工程所處地區(qū)自然環(huán)境依托工程簡(jiǎn)介研究依托工程為青島膠州灣海底隧道建設(shè)項(xiàng)目，該隧道從海底穿過膠州灣北部團(tuán)島與南部薛家島相連，是連接青島主城區(qū)與副城區(qū)的重要快速便捷2. 1 所示。隧道全長(zhǎng) 7.8km（含青島端接線工程），長(zhǎng)度在世界海底隧道中排內(nèi)為最長(zhǎng)。其中陸域段 3.85km，海域段 3.95km，在青島端距離洞口 2km隧道的匝道，是我國第二條已建成的海底隧道。該隧道的建設(shè)將有力推動(dòng)為國際現(xiàn)代化沿海大都市，是助力青島跨入大交通時(shí)代的重大工程措施。

本文編號(hào)：2796537