高海拔地區(qū)大斷面公路隧道設(shè)計(jì)、施工關(guān)鍵技術(shù)研究(編輯修改稿)
2025-07-24 16:58 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 方式對合理的襯砌厚度和鋼筋配置進(jìn)行研究，盡量提高襯砌抗凍性能。（4）寒區(qū)隧道襯砌支護(hù)結(jié)構(gòu)受力和位移監(jiān)測研究通過開挖支護(hù)過程中埋設(shè)襯砌受力和圍巖變形監(jiān)測探頭，對支護(hù)結(jié)構(gòu)的受力和變形情況進(jìn)行研究分析，探明凍脹力對襯砌結(jié)構(gòu)的影響，為結(jié)構(gòu)的抗凍耐久性提供設(shè)計(jì)依據(jù)，同時也確保施工和運(yùn)營得安全。高海拔寒區(qū)公路隧道防排水體系防寒保溫設(shè)計(jì)研究（1）寒區(qū)隧道全斷面多層防排水體系設(shè)計(jì)研究① 洞外排水體系防凍保溫研究開發(fā)隧道洞外排水邊溝、中心深埋水溝、防寒泄水洞出水口防凍保溫技術(shù)，針對不同的保溫設(shè)計(jì)形式，利用流體力學(xué)原理，分析隧道出水口的水流狀態(tài)；開發(fā)有區(qū)域針對性的保溫、供熱技術(shù)，用以提高隧道出水口的抗凍能力。② 中心深埋水溝埋設(shè)深度研究用解析方法求解單一介質(zhì)的一維熱傳導(dǎo)定解問題，地表的邊界條件為邊界溫度按一年為周期的正弦規(guī)律變化；地層深處的分析邊界條件為一定深度處溫度常年恒溫，可以為嚴(yán)寒地區(qū)隧道的中央排水管的合理埋置深度的設(shè)計(jì)提供依據(jù)。③隧道施工縫、變形縫處防水材料研究隧道中為便于施工而設(shè)置施工縫，為適應(yīng)結(jié)構(gòu)變形的需要以及防水混凝土避免超過允許的拉應(yīng)力而設(shè)置變形縫。而地下工程最令人頭痛的滲漏部位正是變形縫和施工縫。目前國內(nèi)既有隧道的滲漏水有70%以上表現(xiàn)在襯砌結(jié)構(gòu)的 “三縫”上，即伸縮縫、沉降縫、施工縫。針對隧道中變形縫、施工縫處普遍發(fā)生的滲漏水現(xiàn)象，對目前廣泛使用的止水條、止水帶、彈性密封劑的使用效果以及接縫施工中存在的支撐面不平整、粘接面不密實(shí)、搭接松動、混凝土疏松多孔等問題進(jìn)行研究，鑿除接縫滲水處襯砌，探索止水材料失效原因及破壞形式，改進(jìn)接縫處施工工藝，開發(fā)有針對性的縫隙止水排水材料和混凝土堵漏技術(shù)。④隧道分區(qū)域全斷面雙層排水系統(tǒng)研究目前隧道的防排水體系，仰拱以上以環(huán)向半圓排水管和防水板為主，墻角處設(shè)置縱向排水管，在仰拱處以橫向排水管連接到中心水溝，直至排出洞外。無論是哪一環(huán)節(jié)排水堵塞，都有可能導(dǎo)致襯砌凍脹破壞，因此建議在仰拱上初噴內(nèi)外設(shè)置環(huán)向半圓排水管和環(huán)向排水盲溝，在仰拱處分層設(shè)置橫向排水管和橫向排水盲溝，實(shí)現(xiàn)隧道的雙層排水。以往的設(shè)計(jì)中，環(huán)向排水與橫向排水設(shè)置間距單獨(dú)考慮，水流很難在同一個斷面上直接排入中心水溝，增加了滲水、凍脹的幾率，因此應(yīng)將其盡量設(shè)置在同一斷面上，間距統(tǒng)一，形成分區(qū)域獨(dú)立排水，彼此互不影響，全隧道實(shí)現(xiàn)分區(qū)域全斷面完整的多層防排水系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，盡可能減小凍脹破壞，達(dá)到理想的排水效果。通過實(shí)際應(yīng)用，對其橫向和環(huán)向排水管道設(shè)置形式、間距進(jìn)行研究。⑤噴膜防水層效果研究目前，地下工程防水材料多采用防水板，本身不能和混凝土密貼，難滿足堵水要求，并且噴射混凝土不光滑時，被擠壓拉伸易斷裂破壞，因此在噴射混凝土表面噴射一層防水膜防水，完全可以避免上述問題。在噴膜防水層后施工土工布和防水層，通過柔性和硬性防水材料的組合應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)寒區(qū)隧道的高效防水。（2）防凍隔溫層設(shè)計(jì)研究在嚴(yán)寒地區(qū)的冬季，冷空氣與圍巖的熱交換是產(chǎn)生凍害的主要原因之一。由于東北地區(qū)長時間嚴(yán)寒，地面表層溫度逐漸下降，凍深逐漸加大至最大凍深，本區(qū)域最大凍深可達(dá)1 . 5m，而隧道兩層襯砌的厚度一般不超過100cm。因此，隧道的防排水系統(tǒng)都在受凍的范圍內(nèi)，特別是隧道內(nèi)風(fēng)力大和不見日光，一個冬季始終得不到熱能，其受凍環(huán)境惡劣。采用敷設(shè)防凍隔溫層的措施，可以起到隔熱保溫作用，大大減小凍融圈的范圍，以確保襯砌背部水不凍結(jié)。防凍隔溫層的鋪設(shè)方式有兩種：一種是設(shè)置在襯砌表面，如國內(nèi)的青海省大坂山公路隧道、四川鷓鴣山隧道；另一種是設(shè)置在初期支護(hù)與二次襯砌之間，如河北省梯子嶺隧道、青藏鐵路風(fēng)火山隧道、昆侖山隧道。結(jié)合已有隧道防凍隔溫層的設(shè)計(jì)，對選用材料（干法硅酸鋁纖維板、硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料、PEF聚乙烯泡沫塑料）的性能進(jìn)行測試，并通過現(xiàn)場對比實(shí)驗(yàn)，確定最佳的防凍隔溫材料組合和施工方式（襯砌表面、初期支護(hù)與二次襯砌之間），并對實(shí)驗(yàn)段的實(shí)測溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，提出今后對隧道防凍隔溫層設(shè)計(jì)和施工的基本建議。用差分法求解多介質(zhì)的一維熱傳導(dǎo)定解問題，用此模型可以分析包括襯砌表面保溫層在內(nèi)的多層介質(zhì)條件下的熱傳導(dǎo)問題，借以研究保溫層、襯砌等對隧道壁后凍深的影響，其成果對隧道的保溫設(shè)計(jì)十分重要。通過解析計(jì)算和有限元模擬計(jì)算法對防凍隔溫層厚度進(jìn)行計(jì)算。（3）襯砌電加熱與防凍隔溫層組合保溫技術(shù)研究對保溫效果普遍較差的洞口段，在襯砌和保溫層之間增加電加熱系統(tǒng)，利用防凍隔溫層的保溫效果降低電量消耗，在降低成本的前提下，與路面熱融冰、雪技術(shù)一起實(shí)現(xiàn)洞口段落的全斷面保溫。高海拔寒區(qū)公路隧道溫度場變化規(guī)律及襯砌凍脹力數(shù)值模擬研究（1）圍巖凍結(jié)深度隨埋置深度、海拔、溫度的變化規(guī)律研究通過國內(nèi)外調(diào)查和現(xiàn)場測試，嘗試建立隧道橫斷面襯砌壁后的凍深與該斷面埋置深度、海拔、隧道溫度之間的關(guān)系，為隧道的防凍害設(shè)計(jì)和襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供更多的數(shù)據(jù)資料。（2）隧道內(nèi)及外界溫度關(guān)系及其影響因素通過現(xiàn)場測試，分析隧道內(nèi)環(huán)境溫度場與隧道區(qū)外界大氣溫度的關(guān)系，在隧道進(jìn)、出口外各設(shè)置溫濕度觀測站，沿隧道縱向一定間隔布設(shè)溫濕度計(jì)測試儀對隧道內(nèi)、外溫度和濕度連續(xù)監(jiān)測記錄，對測試結(jié)果進(jìn)行分析，得出隧道內(nèi)氣溫年變化特點(diǎn)和與隧道區(qū)外界大氣溫度的關(guān)系。測定隧道襯砌表面和內(nèi)部的溫度分布與變化，圍巖內(nèi)部的溫度分布與變化，根據(jù)隧道圍巖內(nèi)測溫元件的溫度值年變化曲線，確定其與隧道洞內(nèi)環(huán)境溫度的關(guān)系，并同理論計(jì)算結(jié)果相對比，找出兩者偏差的原因。（3）圍巖溫度場分布變化規(guī)律及對應(yīng)凍脹力數(shù)值模擬分析有限元數(shù)值模擬計(jì)算是采用熱結(jié)構(gòu)兩場耦合瞬態(tài)計(jì)算的方法對圍巖溫度場分布變化規(guī)律以及對應(yīng)的凍脹力發(fā)展變化情況進(jìn)行分析，探討溫度場分布和凍脹力大小與隧道埋深、洞周凍結(jié)范圍、裂隙巖體中的裂隙寬度、間隔、分布角度、凍脹率等因素的關(guān)系。機(jī)電照明在高海拔地區(qū)的節(jié)能應(yīng)用研究目前新頒布的(JTG/T D70/2012014)公路隧道照明設(shè)計(jì)細(xì)則洞外亮度選取，僅通過了對福建、廣東、重慶、陜西等地區(qū)的現(xiàn)場測試和分析。對于海拔30
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