【摘要】：隨著我國“一帶一路”的發(fā)展,我國在基礎設施建設方面的步伐將越來越快。在西北等高海拔低溫環(huán)境下修建的寒區(qū)隧道將越來越多,工程難度也越來越大。這些在寒區(qū)修建的隧道,不管在施工階段還是后期運營階段,遇到的凍害越來越嚴重。例如,隧道的圍巖由于受冷空氣影響形成了凍土,凍土膨脹時受到未凍結圍巖和襯砌的約束,就會產生凍脹力。當隧道設計對凍脹力考慮不足時,隧道支護結構在凍脹力的作用下容易發(fā)生隧道襯砌混凝土開裂,導致隧道結構破壞。隧道除了受凍脹力作用發(fā)生結構破壞,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),隧道內的滲水和漏水冷凍結冰,在隧道拱頂形成掛冰,導致隧道侵線,嚴重影響運營安全;保溫排水溝中的地下水在排出過程中散熱,溫度下降,形成冰凍,導致排水溝堵塞,地下水流入隧道路面,在路面上形成冰凍,嚴重影響隧道行車安全。如何采取有效措施解決寒區(qū)隧道在建設或運營階段發(fā)生的凍害,是目前急需解決的問題。本文以五女峰隧道為工程依托,對寒區(qū)隧道凍害問題進行了研究。本文研究內容包括:(1)查閱了國內外已有的寒區(qū)隧道文獻資料。在此基礎上,對國內多個典型隧道凍害防治工程進行分析,總結了寒區(qū)隧道的工程特性以及凍害產生的原因。(2)通過數值模擬得到了五女峰隧道的溫度場分布規(guī)律,確定了該隧道的負溫區(qū)范圍。在此基礎上,以該隧道外地表土體凍結深度為參考,對隧道圍巖凍結深度提出合理假設。(3)分別采用彈性力學方法(理論分析)和彈塑性力學方法(數值模擬)對寒區(qū)隧道凍脹力進行了計算,得出了襯砌凍脹應力和未凍結圍巖凍脹應力的分布規(guī)律。(4)介紹了寒區(qū)隧道的一般抗凍保溫措施,在此基礎上,總結了國內部分寒區(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寒區(qū)隧道的保溫層鋪設方式和厚度進行了計算分析,得出了保溫層厚度取值范圍以及較好的保溫鋪設方式。
【圖文】：

表 3.1 圍巖熱學參數凍脹率導熱系數 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、襯砌和未凍結圍巖。無凍結圍巖。模型左右兩側范圍取 （襯砌表面）35m。建立有限元

Z=200m Z=300m圖 3-2 圍巖溫度的時程變化曲線（無保溫層）分析 5 個斷面的徑向方向上 5 個節(jié)點溫度隨時間變化的曲線。通過對比分析得到了圍巖溫度隨時間變化規(guī)律如下：①在一個計算周期內（12 個月），5 個斷面的 5 個節(jié)點處溫度均呈周期性波動。溫度在 1 月份達到最低，7 月份達到最高。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（本次計算距離范圍為 2m）。④通過分析同一斷面上，不同深度處節(jié)點溫度隨時間變化的幅值（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)境溫度的變化對圍巖溫度影響越來越小。
【學位授予單位】：重慶交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：U451.2;U457.2

【參考文獻】

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本文編號：2624330