高海拔寒區(qū)隧道防凍害設(shè)計(jì)問題.pdf

1、本文以G317線處于高海拔寒區(qū)的雀兒山隧道為研究背景，結(jié)合隧址區(qū)的氣象和地溫條件，通過凍害產(chǎn)生的要素分析，采用理論分析、數(shù)值模擬、試驗(yàn)研究等手段，針對(duì)隧道溫度場、凍脹壓力計(jì)算、離壁式襯砌和隧道防凍害綜合技術(shù)等方面開展了系統(tǒng)研究，取得以下主要研究成果和結(jié)論:
　　 通過在雀兒山隧址區(qū)設(shè)置氣象觀測站和深孔地溫測孔，取得了雀兒山隧道氣溫和地溫實(shí)測數(shù)據(jù)，為隧道的抗防凍設(shè)計(jì)提供了基礎(chǔ)參數(shù)。測試結(jié)果表明，雀兒山隧址區(qū)最冷月月平均氣溫為-9.

2、5℃，地溫從地下20m至82.7m隨深度而逐步遞增，地溫梯度為6.1℃/100m。
　　 在分析凍脹形成的物理機(jī)制和隧道凍害產(chǎn)生的基本三要素基礎(chǔ)上，按凍害性質(zhì)的不同將凍害分為結(jié)構(gòu)損傷類凍害和行車安全類凍害兩大類，并對(duì)凍害現(xiàn)象做了全面概況。
　　 通過對(duì)隧道徑向傳熱問題進(jìn)行簡化，參照多層圓筒傳熱解析，推演出毛洞工況、保溫層工況和復(fù)合結(jié)構(gòu)工況時(shí)各層界面溫度和保溫層厚度的簡易估算公式。
　　 根據(jù)洞內(nèi)年平均氣溫和溫度年

3、振幅隨入洞距離的變化，并考慮了地溫場的影響，采用瞬態(tài)有限元計(jì)算方法，研究隧道的凍結(jié)深度和保溫層設(shè)置厚度，確定了雀兒山隧道的保溫設(shè)防段長度為650～750m。
　　 離壁式襯砌室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果表明，保溫襯套的密封性是影響溫度分布和隔熱效果的關(guān)鍵。若保溫襯套上存在施工縫隙出現(xiàn)漏風(fēng)，空腔內(nèi)空氣與隧道內(nèi)氣流產(chǎn)生對(duì)流交換，空腔內(nèi)的溫度隨孔徑的增大而迅速降低。因此，離壁式襯砌結(jié)構(gòu)保溫襯套的密封性是在施工工藝上需要切實(shí)解決的重要問題。
　　

4、 根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，離壁間距宜取10cm左右，既可保證保溫隔熱效果，又考慮了必要的施工安裝空間要求，同時(shí)也兼顧到了合理的工程經(jīng)濟(jì)性。
　　 分析了凍脹水體的形變約束特征，提出了凍脹壓力的三維約束凍脹模型和凍脹壓力計(jì)算方法，消除了平面應(yīng)變假定對(duì)計(jì)算結(jié)果的影響。
　　 計(jì)算圍巖抗壓剛度時(shí)可按局部變形理論直接采用彈性抗力系數(shù)。襯砌的剛度計(jì)算系數(shù)則應(yīng)通過對(duì)襯砌結(jié)構(gòu)的變形計(jì)算分析確定，其不但與隧道斷面形狀、材料物理力學(xué)性質(zhì)、圍巖彈性

5、抗力和凍脹壓力作用位置等因素有關(guān)，而且與凍脹水體作用于襯砌斷面上的受壓面積大小有關(guān)。
　　 從算例分析結(jié)果看，凍脹水體尺寸達(dá)到O.12m3可導(dǎo)致結(jié)構(gòu)開裂破損，可見存水空間的大小對(duì)隧道結(jié)構(gòu)抗防凍至關(guān)重要，因此施工中應(yīng)嚴(yán)格控制。消除或減小存水空間對(duì)隧道結(jié)構(gòu)的影響，設(shè)計(jì)上應(yīng)預(yù)留后注漿措施，施工中應(yīng)嚴(yán)格控制隧道的超欠挖，竣工后全面檢測襯砌背后空洞，一旦發(fā)現(xiàn)應(yīng)采取后注漿措施予以消除。
　　 計(jì)算分析表明，隧道邊墻和仰拱部位的存水空

6、間所誘發(fā)的凍脹壓力對(duì)襯砌內(nèi)力的不利影響尤為顯著，需在施工中嚴(yán)加防范。
　　 將隧道防凍害技術(shù)分為防凍和抗凍技術(shù)兩大類。隧道防凍技術(shù)措施針對(duì)凍脹產(chǎn)生的三個(gè)基本要素來采取工程措施，主要有保溫、排水和注漿三類防凍技術(shù)?？箖黾夹g(shù)主要是依賴結(jié)構(gòu)本身的抗力抵抗產(chǎn)生的凍脹力。
　　 本文討論了隧道保溫設(shè)防段、保溫材料和保溫層、埋置水溝、防寒泄水洞、保溫出水口、注漿、抗凍結(jié)構(gòu)等措施以及相應(yīng)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)和適用條件，并以雀兒山隧道為例，說明了