【摘要】：隨著我國(guó)“一帶一路”的發(fā)展,我國(guó)在基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)方面的步伐將越來(lái)越快。在西北等高海拔低溫環(huán)境下修建的寒區(qū)隧道將越來(lái)越多,工程難度也越來(lái)越大。這些在寒區(qū)修建的隧道,不管在施工階段還是后期運(yùn)營(yíng)階段,遇到的凍害越來(lái)越嚴(yán)重。例如,隧道的圍巖由于受冷空氣影響形成了凍土,凍土膨脹時(shí)受到未凍結(jié)圍巖和襯砌的約束,就會(huì)產(chǎn)生凍脹力。當(dāng)隧道設(shè)計(jì)對(duì)凍脹力考慮不足時(shí),隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)在凍脹力的作用下容易發(fā)生隧道襯砌混凝土開(kāi)裂,導(dǎo)致隧道結(jié)構(gòu)破壞。隧道除了受凍脹力作用發(fā)生結(jié)構(gòu)破壞,還有其他凍害發(fā)生。例如,隧道由于防排水措施不足或失效,在寒冷季節(jié),隧道內(nèi)的滲水和漏水冷凍結(jié)冰,在隧道拱頂形成掛冰,導(dǎo)致隧道侵線(xiàn),嚴(yán)重影響運(yùn)營(yíng)安全;保溫排水溝中的地下水在排出過(guò)程中散熱,溫度下降,形成冰凍,導(dǎo)致排水溝堵塞,地下水流入隧道路面,在路面上形成冰凍,嚴(yán)重影響隧道行車(chē)安全。如何采取有效措施解決寒區(qū)隧道在建設(shè)或運(yùn)營(yíng)階段發(fā)生的凍害,是目前急需解決的問(wèn)題。本文以五女峰隧道為工程依托,對(duì)寒區(qū)隧道凍害問(wèn)題進(jìn)行了研究。本文研究?jī)?nèi)容包括:(1)查閱了國(guó)內(nèi)外已有的寒區(qū)隧道文獻(xiàn)資料。在此基礎(chǔ)上,對(duì)國(guó)內(nèi)多個(gè)典型隧道凍害防治工程進(jìn)行分析,總結(jié)了寒區(qū)隧道的工程特性以及凍害產(chǎn)生的原因。(2)通過(guò)數(shù)值模擬得到了五女峰隧道的溫度場(chǎng)分布規(guī)律,確定了該隧道的負(fù)溫區(qū)范圍。在此基礎(chǔ)上,以該隧道外地表土體凍結(jié)深度為參考,對(duì)隧道圍巖凍結(jié)深度提出合理假設(shè)。(3)分別采用彈性力學(xué)方法(理論分析)和彈塑性力學(xué)方法(數(shù)值模擬)對(duì)寒區(qū)隧道凍脹力進(jìn)行了計(jì)算,得出了襯砌凍脹應(yīng)力和未凍結(jié)圍巖凍脹應(yīng)力的分布規(guī)律。(4)介紹了寒區(qū)隧道的一般抗凍保溫措施,在此基礎(chǔ)上,總結(jié)了國(guó)內(nèi)部分寒區(qū)隧道的抗凍保溫措施。(5)用單層平板傳熱流量法、圓筒壁傳熱流量法和有限元法對(duì)寒區(qū)隧道的保溫層鋪設(shè)方式和厚度進(jìn)行了計(jì)算分析,得出了保溫層厚度取值范圍以及較好的保溫鋪設(shè)方式。
【圖文】：

表 3.1 圍巖熱學(xué)參數(shù)凍脹率導(dǎo)熱系數(shù) λ（W·m-1·K-1）— 1.510 — 1.901 Max:5% 1.124 — 0.027 NSYS 建立二維隧道模型，模擬圍：保溫層、襯砌和未凍結(jié)圍巖。無(wú)凍結(jié)圍巖。模型左右兩側(cè)范圍取 （襯砌表面）35m。建立有限元

Z=200m Z=300m圖 3-2 圍巖溫度的時(shí)程變化曲線(xiàn)（無(wú)保溫層）分析 5 個(gè)斷面的徑向方向上 5 個(gè)節(jié)點(diǎn)溫度隨時(shí)間變化的曲線(xiàn)。通過(guò)對(duì)比分析得到了圍巖溫度隨時(shí)間變化規(guī)律如下：①在一個(gè)計(jì)算周期內(nèi)（12 個(gè)月），5 個(gè)斷面的 5 個(gè)節(jié)點(diǎn)處溫度均呈周期性波動(dòng)。溫度在 1 月份達(dá)到最低，7 月份達(dá)到最高。②在 1 月份，沿拱頂徑向方向，隨著深度增加溫度逐漸升高。0m 處溫度最低，2m 處溫度最高（本次計(jì)算距離范圍為 2m）。③在 7 月份，沿拱頂徑向方向上，隨著深度增加最高溫度逐漸減小。0m 處溫度最高，2m 處溫度最低（本次計(jì)算距離范圍為 2m）。④通過(guò)分析同一斷面上，不同深度處節(jié)點(diǎn)溫度隨時(shí)間變化的幅值（最高溫度與最低溫度的差值），可以看出不同深度處溫度幅值不一樣。在 0m 處最大，2m處最小。則可知：同一斷面上，隨著徑向深度的增加，環(huán)境溫度的變化對(duì)圍巖溫度影響越來(lái)越小。
【學(xué)位授予單位】：重慶交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：U451.2;U457.2

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2624330